Un cañón de electrones (también llamado emisor de electrones ) es un componente eléctrico de algunos tubos de vacío que produce un haz de electrones estrecho y colimado que tiene una energía cinética precisa .
El uso más importante es en los tubos de rayos catódicos (CRT), utilizados en televisores , pantallas de computadora y osciloscopios más antiguos , antes de la llegada de las pantallas planas . Los cañones de electrones también se utilizan en pantallas de emisión de campo (FED) , que son esencialmente pantallas planas hechas de filas de tubos de rayos catódicos extremadamente pequeños. También se utilizan en tubos de vacío de haz lineal de microondas como klistrones , tubos de salida inductivos , tubos de ondas progresivas y girotrones , así como en instrumentos científicos como microscopios electrónicos y aceleradores de partículas .
Los cañones de electrones pueden clasificarse por el tipo de generación de campo eléctrico (CC o RF), por mecanismo de emisión ( termiónico , fotocátodo , emisión en frío , fuente de plasma ), por enfoque (electrostático puro o con campos magnéticos), o por el número de electrodos. .
Un cañón de electrones termoiónico electrostático de corriente continua está formado por varias partes: un cátodo caliente , que se calienta para crear una corriente de electrones mediante emisión termoiónica ; electrodos que generan un campo eléctrico para enfocar el haz de electrones (como un cilindro de Wehnelt ); y uno o más electrodos de ánodo que aceleran y enfocan aún más el haz. Una gran diferencia de voltaje entre el cátodo y el ánodo acelera los electrones alejándolos del cátodo. Un anillo repulsivo colocado entre los electrodos enfoca los electrones en un pequeño punto del ánodo, a expensas de una menor intensidad del campo de extracción en la superficie del cátodo. A menudo hay un agujero a través del ánodo en este pequeño punto, a través del cual pasan los electrones para formar un haz colimado antes de llegar a un segundo ánodo, llamado colector. Esta disposición es similar a una lente Einzel .
Un cañón de electrones de RF [1] consta de una cavidad de microondas , ya sea de una sola celda o de varias celdas, y un cátodo . Para obtener una emitancia del haz más pequeña con una corriente de haz determinada, se utiliza un fotocátodo . [2] Un cañón de electrones de RF con un fotocátodo se llama fotoinyector .
Los fotoinyectores desempeñan un papel destacado en las instalaciones físicas de láseres de electrones libres de rayos X y aceleradores de emitancia de haces pequeños .
El uso más común de los cañones de electrones es en tubos de rayos catódicos , que se usaban ampliamente en monitores de computadoras y televisiones antes de la llegada de las pantallas planas. La mayoría de los tubos de rayos catódicos de color incorporan tres cañones de electrones, cada uno de los cuales produce una corriente diferente de electrones. Cada corriente viaja a través de una máscara de sombra donde los electrones inciden sobre un fósforo rojo, verde o azul para iluminar un píxel de color en la pantalla. El color resultante que verá el espectador será una combinación de estos tres colores primarios .
Un cañón de electrones también se puede utilizar para ionizar partículas agregando o eliminando electrones de un átomo . Esta tecnología se utiliza a veces en espectrometría de masas en un proceso llamado ionización electrónica para ionizar partículas vaporizadas o gaseosas . Se utilizan cañones de electrones más potentes para soldar, recubrir metales, impresoras de metales 3D , producción de polvo metálico y hornos de vacío.
Los cañones de electrones también se utilizan en aplicaciones médicas para producir rayos X utilizando un linac (acelerador lineal); un haz de electrones de alta energía incide en un objetivo, estimulando la emisión de rayos X.
Los cañones de electrones también se utilizan en amplificadores de válvulas de onda progresiva para frecuencias de microondas. [3]
Se puede utilizar un nanocoulombímetro en combinación con una copa de Faraday para detectar y medir los haces emitidos por los cañones de electrones y de iones .
Otra forma de detectar haces de electrones procedentes de un cañón de electrones es utilizar una pantalla de fósforo que brillará cuando sea impactada por un electrón.