Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de átomos
Las aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de átomos se producen tomando en cuenta los fenómenos que provocan la eyección de uno o más electrones fuera de un átomo. Es decir, para que un electrón abandone el orbital en el que está de forma estable alrededor del núcleo del átomo, se necesita un mecanismo externo que lo logre.
Para que un electrón se desprenda del átomo al que pertenece debe ser arrancado por medio del uso de determinadas técnicas, como por ejemplo la aplicación de una gran cantidad de energía en forma de calor o la irradiación con haces de electrones acelerados altamente energéticos.
La aplicación de campos eléctricos que posean una fuerza mucho mayor que la relacionada con los rayos, e incluso la utilización de láseres de gran intensidad y con un brillo mayor al de la superficie solar son capaces de lograr este efecto removedor de electrones.
Principales aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos
Existen varios mecanismos para lograr la emisión electrónica de los átomos, los cuales dependen de algunos factores como el lugar de donde provengan los electrones que se emitan y la manera en la cual estas partículas tengan la capacidad de moverse para atravesar una barrera de potencial de dimensiones finitas.
De igual forma, el tamaño de esta barrera dependerá de las características del átomo en cuestión. En el caso de lograr la emisión por encima de la barrera, sin importar sus dimensiones (espesor), los electrones deben poseer la energía suficiente para superarla.
Esta cantidad de energía puede ser alcanzada mediante choques con otros electrones por transferencia de su energía cinética, la aplicación de calentamiento o la absorción de partículas lumínicas conocidas como fotones.
En cambio, cuando se desea lograr la emisión por debajo de la barrera, esta debe poseer el espesor requerido para que le sea posible a los electrones “atravesarla” a través de un fenómeno llamado efecto túnel.
En este orden de ideas, a continuación se detallan los mecanismos para lograr emisiones electrónicas, cada uno de los cuales es seguido por una lista con algunas de sus aplicaciones tecnológicas.
Emisión de electrones por efecto de campo
La emisión de electrones por efecto de campo ocurre por la aplicación de grandes campos de tipo eléctrico y de origen externo. Entre sus aplicaciones más importantes destacan:
- La producción de fuentes de electrones que poseen determinado brillo para desarrollar microscopios electrónicos de alta resolución.
- El progreso de los diferentes tipos de microscopía electrónica, donde se emplean electrones para originar imágenes de cuerpos muy pequeños.
- La eliminación de cargas inducidas desde vehículos que viajen a través del espacio, mediante neutralizadores de carga.
- La creación y mejoramiento de materiales de dimensiones pequeñas, tales como los nanomateriales.
Emisión térmica de electrones
La emisión térmica de electrones, también conocida como emisión termoiónica, se basa en el calentamiento de la superficie del cuerpo a ser estudiado para provocar la emisión electrónica mediante su energía térmica. Posee numerosas aplicaciones:
- La producción de transistores de vacío de alta frecuencia, los cuales se utilizan en el campo de la electrónica.
- La creación de pistolas que arrojan electrones, para su empleo en la instrumentación de clase científica.
- La formación de materiales semiconductores que posean una mayor resistencia a la corrosión y mejoramiento de los electrodos.
- La conversión eficiente de varios tipos de energía, como la solar o térmica, en energía eléctrica.
- El aprovechamiento de los sistemas de radiación solar o la energía térmica para generar rayos X y emplearlos en aplicaciones médicas.
Fotoemisión de electrones y emisión secundaria de electrones
La fotoemisión de electrones es una técnica basada en el efecto fotoeléctrico, descubierto por Einstein, en la cual se irradia la superficie del material con una radiación de determinada frecuencia, para transmitir a los electrones la energía suficiente como para expulsarlos de dicha superficie.
Del mismo modo, la emisión secundaria de electrones se produce cuando la superficie de un material es bombardeado con electrones de tipo primario que poseen una gran cantidad de energía, de manera que estos traspasen energía a los electrones de tipo secundario para que puedan desprenderse de la superficie.
Estos principios han sido utilizados en muchos estudios que han logrado, entre otras cosas, lo siguiente:
- La construcción de fotomultiplicadores, los cuales son utilizados en fluorescencia, microscopía de escaneo láser y como detectores de niveles bajos de radiación lumínica.
- La producción de dispositivos sensores de imagen, mediante la transformación de imágenes ópticas en señales electrónicas.
- La creación del electroscopio de oro, que se emplea en la ilustración del efecto fotoeléctrico.
- La invención y mejoramiento de los dispositivos de visión nocturna, para intensificar las imágenes de un objeto vagamente iluminado.
Otras aplicaciones
- La creación de nanomateriales a base de carbono para el desarrollo de la electrónica a escala nanométrica.
- La producción de hidrógeno mediante la separación del agua, utilizando fotoánodos y fotocátodos a partir de la luz solar.
- La generación de electrodos que posean propiedades orgánicas e inorgánicas para su utilización en una mayor variedad de investigaciones y aplicaciones científicas y tecnológicas.
- La búsqueda del rastreo de productos farmacológicos a través de los organismos por medio del marcaje isotópico.
- La eliminación de microorganismos de piezas de gran valor artístico para su protección a través de la aplicación de rayos gamma en su conservación y restauración.
- La producción de fuentes de energía para alimentar satélites y naves destinadas al espacio exterior.
- La creación de sistemas de protección para investigaciones y sistemas que se basen en la utilización de energía nuclear.
- La detección de fallas o imperfecciones en materiales en el ámbito industrial mediante el empleo de los rayos X.
