Un cilindro de Wehnelt (también conocido como tapa de Wehnelt , tapa de rejilla o simplemente Wehnelt ) es un electrodo en el conjunto del cañón de electrones de algunos dispositivos termoiónicos , utilizado para enfocar y controlar el haz de electrones . Recibe su nombre en honor a Arthur Rudolph Berthold Wehnelt , un físico alemán, que lo inventó durante los años 1902 y 1903. [1] Los cilindros de Wehnelt se encuentran en los cañones de electrones de los tubos de rayos catódicos y microscopios electrónicos , y en otras aplicaciones donde se requiere un haz de electrones delgado y bien enfocado.
Un tapón Wehnelt tiene la forma de un cilindro hueco sin tapa. La parte inferior del cilindro tiene una abertura (orificio pasante) ubicada en su centro, con un diámetro que normalmente varía entre 200 y 1200 μm. La cara inferior del cilindro suele estar hecha de lámina de platino o tantalio.
Un Wehnelt actúa como una rejilla de control y también sirve como una lente electrostática convergente . Un emisor de electrones se coloca directamente sobre la abertura Wehnelt y un ánodo se ubica debajo de este. El ánodo está polarizado a un alto voltaje positivo (normalmente de +1 kV a +30 kV) en relación con el emisor para acelerar los electrones desde el emisor hacia el ánodo, creando así un haz de electrones que pasa a través de la abertura Wehnelt.
El Wehnelt está polarizado a un voltaje negativo (normalmente de -200 V a -300 V) en relación con el emisor, que suele ser un filamento de tungsteno o un cátodo caliente de hexaboruro de lantano (LaB 6 ) con una punta en forma de V (o puntiaguda). Este voltaje de polarización crea un campo electrostático repulsivo que suprime la emisión de electrones de la mayoría de las áreas del cátodo.
La punta del emisor se coloca cerca de la apertura Wehnelt de modo que, cuando se aplica el voltaje de polarización adecuado al Wehnelt, una pequeña región de la punta tiene un campo eléctrico neto (debido tanto a la atracción del ánodo como a la repulsión Wehnelt) que permite la emisión solo desde esa área de la punta. El voltaje de polarización Wehnelt determina el área de emisión de la punta, que a su vez determina tanto la corriente del haz como el tamaño efectivo de la fuente de electrones del haz.
A medida que aumenta el voltaje de polarización negativo del Wehnelt, el área de emisión de la punta (y junto con ella, el diámetro del haz y la corriente del haz) disminuirá hasta que se vuelva tan pequeña que el haz se "aplaste". En el funcionamiento normal, la polarización se establece típicamente un poco más positiva que la polarización de pinzamiento y se determina por un equilibrio entre la calidad del haz deseada y la corriente del haz.
El sesgo de Wehnelt controla el enfoque del haz, así como el tamaño efectivo de la fuente de electrones, lo cual es esencial para crear un haz de electrones que se enfocará en un punto muy pequeño (para la microscopía electrónica de barrido) o un haz muy paralelo (para la difracción). Aunque una fuente más pequeña se puede proyectar en un punto más pequeño o en un haz más paralelo, una desventaja obvia es una corriente de haz total más pequeña.