تاریخ
انتشار الکترون از مواد جامد یک فرایند اساسی است که زمینه ساز انتقال برق در یک گاز یا در خلأ است و به همین ترتیب، یکی از اولین پدیده‌هایی بود که از نظر علمی مشاهده شد. در اواسط قرن هجدهم میلادی، ژان آنتوان نولت و ویلیام مورگان آزمایشاتی را انجام دادند که نشان می‌داد تخلیه الکتریکی در لامپ‌هایی که به صورت جزئی تخلیه شده‌اند باعث ایجاد درخشش بین الکترودها می‌شود. در قرن نوزدهم، یوهان هیتتورف و سر ویلیام کرووکس به طور مستقل از هم در مورد تشعشعات تولید شده توسط یک کاتد در لوله خلأ تحقیق کردند و نشان دادند که یک "نور" نامرئی تولید می‌شود که باعث می‌شود شیشه لامپ فلورسنت شده و سایه ایجاد کند..
در سال 1897، جوزف جان تامپسون نشان داد که این پرتوهای کاتدی در واقع پرتوهای ذرات با بار منفی (یعنی الکترونها) هستند. او نسبت بار به جرم آنها را اندازه گیری کرد و به رفتار آنها در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی اشاره کرد. توماس ادیسون در سال 1884 ثبت اختراعی به دست آورد برای یک دستگاه انتشار ترمویونی متشکل از یک سیم تابان در یک میدان الکتریکی درون یک محفظه تخلیه شده، که پیشگام لوله‌های تقویت کننده بود.
محققان اولیه در مورد مقدار آستانه تیز برای انتشار نوری در رابطه با طول موج، دچار تعجب شدند، مشاهده‌ای که توسط تئوری الکتریکی کلاسیک قابل توضیح نیست اما به درستی توسط یک فرآیند کوانتومی به وسیله آلبرت انیشتین در سال 1905 توصیف شد.
لوله اشعه کاتدی (CRT)، مجهز به صفحه نمایش فسفرسنت، به وسیله‌ای اصلی تبدیل شد برای تبدیل سیگنال‌های الکترونی به نمایش‌های بصری، ابتدئا در وسایل علمی، در دستگاه‌هایی مانند اسیلوسکوپ، و بعداً در صفحه نمایش‌های تلویزیونی و رایانه‌ای. دستگاه‌های مدرن CRT به تفنگ‌های الکترونی مبتنی بر انتشار میدان متکی هستند، که باعث افزایش عمر، درخشندگی و توانایی تمرکز در حدی بیشتر از منابع ترمویونی یا انتشار نوری می‌شوند. منبع الکترونی در یک CRT به عنوان یک تقویت کننده‌ی یک سیگنال ضعیف (از یک آنتن یا مدار منطقی یک کامپیوتر)، به روشی که شبیه به تریود است، عمل می‌کند. این چشمه الکترونی همچنین دارای یک کج کننده مغناطیسی است، که پرتو الکترونی را در عرض پس زمینه فسفورسنت با سرعت ثابت حرکت می‌دهد تا یک تصویر دو بعدی از یک سیگنال الکترونی اساساً یک بعدی ایجاد کند.
یونوسکوپ و لوله نوریِ چند برابر کننده، که توسط Zworykin به ترتیب در سال 1923 و 1935 اختراع شدند، صحنه را برای دوربین‌های تلویزیونی و فیلم برداری آماده کردند. یک دوربین تلویزیونی به عنوان وسیله‌ای برای تبدیل فوتون‌ها به سیگنال‌های الکتریکی تعریف شده است که بر اساس اصل انتشار نوری عمل می‌کند. نسخه‌های اولیه، لامپ‌ها را در خود جای می‌دادند، اما دوربین‌های بعدی از فناوری نیمه رسانا استفاده می‌کردند.
میکروسکوپ‌های الکترونیِ عبور و اسکن از ویژگی‌های نوری الکترونها، به ویژه طول موج کوتاه‌تر، برای تولید تصاویری با وضوح بسیار بالا استفاده می‌کنند. مدل‌هایی خام از این میکروسکوپ‌ها در دهه 1930 توسط ماکس نول و ارنست روسکا توسعه یافت، اما میکروسکوپ‌های الکترونی عملی تا جنگ جهانی دوم طول کشید تا در دسترس قرار گیرند. میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری نیاز به پرتو الکترونی با حداکثر درخشش، حداقل واگرایی و تمرکز زیاد دارند و همچنان باعث ایجاد تقاضا در توسعه فناوری پرتوهای الکترونی پیچیده و پیشرفته می‌شوند.
پرتوهای الکترونی قادر هستند مقادیر بالایی از انرژی را با دقت بسیار بالایی تحویل دهند. در دهه 50 و اوایل دهه 1960، تحقیقات قابل توجهی به استفاده از پرتوهای الکترونی در جوشکاری، ماشینکاری و پالایش فلز در مقیاس مینیاتوری اختصاص یافت. این دستگاه‌ها به دلیل نیاز به کار در خلأ، دست و پا گیر بودند و این فناوری توسط لیزرها تا حد زیادی جایگزین شده است. توسعه یک لیزر بسیار قدرتمند و انعطاف پذیر مبتنی بر دستکاری مغناطیسی پرتوهای الکترونی، فناوری پرتو الکترونی را در خط مقدم ابزار دقیق قرار داد.
نظریه عمومی
الکترون‌های موجود در یک فلز را می‌توان به صورت شکلی از "گاز الکترونی" که در آن الکترون‌های منفرد پوسته بیرونی اتم‌ها قادر به حرکت آزادانه تحت تأثیر یک میدان الکتریکی هستند، تجسم و مدل سازی کرد. این حرکت الکترونها وظیفه عملکردی مدارهای الکتریکی را بر عهده دارد. میکروسکوپ‌های الکترونیِ عبور و اسکن از ویژگی‌های نوری الکترونها، به ویژه طول موج کوتاه‌تر، برای تولید تصاویری با وضوح بسیار بالا استفاده می‌کنند. در سطح فلز، سد بالقوه‌ای وجود دارد که مانع از عبور الکترونها از سطح می‌شود، مگر این که شرایط خاصی برآورده شود که از آن طریق، فلز، الکترونها را به درون خلأ یا گاز اطراف خود ساطع کند. این انتشار، پرتویی از الکترون‌های آزاد را تولید می‌کند که دارای جریان است و به بسیاری از روش‌هایی که نور در آنها دستکاری می‌شود می‌توان آنها را نیز دستکاری کرد. هم خاصیت حمل جریان پرتوهای الکترونی و هم خاصیت اپتیکی آنها جنبه‌های منحصر به فردی دارند که وجود چنین پرتوهایی را در الکترونیک ضروری می‌سازد.رفتار الکترونها در سطح یک فلز یک اثر کوانتومی است. الکترون‌های متصل به اتم‌ها در حالت‌های انرژی مجزا وجود دارند. یک الکترون ممکن است در حالت زمینه‌ای باشد، که مطابق با دمای مطلق صفر است، یا ممکن است انرژی را جذب کرده و در اثر گرما یا تابش با تابش الکترومغناطیسی به سطح انرژی بالاتر گسسته‌ای افزایش سطح پیدا کند. در فلزات و مواد جامد کریستالی، الکترون‌های مشترک، باندهای انرژی را به جای سطوح گسسته انرژی اشغال می‌کنند.
الکترونها قادر به فرار از سطح جامد نیستند زیرا انرژی یک پوسته بیرونی، الکترون حالت زمینه در جامد، کمتر از انرژی یک الکترون آزاد در خلأ است. برای این که یک الکترون از سطح فلز خارج شود، باید با داشتن انرژی‌ای برابر با یا بیشتر از یک الکترون آزاد در محیط اطراف بر سد پتانسیل سطح غلبه کند، یا در داخل سد تونل زنی کند. پدیده تونل زنی در زمینه گسیل میدان در نظر گرفته می‌شود که برای آن ویژه است.
و در انتها فقط اشاره می‌کنیم که تخلیه الکترونها از یک رسانای گرم به عنوان انتشار ترمویونی شناخته می‌شود.
منبع: ویشوا پوروهیت
