Cilindro Wehnelt

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 de Arthur Rudolph Berthold Wehnelt , un físico alemán que lo inventó entre 1902 y 1903. ^{[ 1 ]} Los cilindros de Wehnelt se encuentran en los cañones de electrones de los tubos de rayos catódicos y los microscopios electrónicos , y en otras aplicaciones donde se requiere un haz de electrones delgado y bien enfocado.

Un capuchón Wehnelt tiene la forma de un cilindro hueco sin parte superior. La parte inferior del cilindro presenta una abertura (orificio pasante) en su centro, con un diámetro que suele oscilar entre 200 y 1200 μm. La cara inferior del cilindro suele estar hecha de lámina de platino o tantalio.

Un Wehnelt actúa como rejilla de control y también como lente electrostática convergente . Un emisor de electrones se sitúa directamente encima de la abertura del Wehnelt, y un ánodo se ubica debajo. El ánodo se polariza con un voltaje positivo elevado (normalmente de +1 kV a +30 kV) con respecto al emisor para acelerar los electrones desde el emisor hacia el ánodo, creando así un haz de electrones que atraviesa la abertura del Wehnelt.

El detector Wehnelt se polariza con un voltaje negativo (normalmente de -200 V a -300 V) con respecto al emisor, que suele ser un filamento de tungsteno o un cátodo caliente de hexaboruro de lantano (LaB₆ ₎ con una punta en forma de V (o puntiaguda). Este voltaje de polarización crea un campo electrostático repulsivo que suprime la emisión de electrones en la mayor parte del cátodo.

La punta emisora ​​se sitúa cerca de la abertura de Wehnelt, de modo que, al aplicar la tensión de polarización adecuada a Wehnelt, una pequeña región de la punta presenta un campo eléctrico neto (debido tanto a la atracción del ánodo como a la repulsión de Wehnelt) que permite la emisión únicamente desde esa zona. La tensión de polarización de Wehnelt determina el área de emisión de la punta, lo 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 la tensión de polarización negativa del Wehnelt, el área de emisión de la punta (y, por consiguiente, el diámetro y la corriente del haz) disminuye hasta reducirse tanto que el haz se "estrangula". En condiciones normales de funcionamiento, la polarización suele ajustarse a un valor ligeramente superior al de estrangulamiento, y se determina mediante un equilibrio entre la calidad y la corriente del haz deseadas.

El polarizador 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 enfoque en un punto muy pequeño (para microscopía electrónica de barrido) o un haz muy paralelo (para difracción). Si bien una fuente más pequeña permite enfocar un punto más pequeño o generar un haz más paralelo, una desventaja evidente es una menor corriente total del haz.