《理論》〈電子理論〉[H22:問12]金属などの表面から真空中に電子が放出される現象に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

次の文章は,金属などの表面から真空中に電子が放出される現象に関する記述である。

a. タンタル\( \ \left( \mathrm {Ta}\right) \ \)などの金属を熱すると,電子がその表面から放出される。 この現象は\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)放出と呼ばれる。

b. タングステン\( \ \left( \mathrm {W}\right) \ \)などの金属表面の電界強度を十分に大きくすると,常温でもその表面から電子が放出される。 この現象は\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)放出と呼ばれる。

c. 電子を金属又はその酸化物・ハロゲン化物などに衝突させると,その表面から新たな電子が放出される。この現象は\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \)放出と呼ばれる。

上記の記述中の空白箇所 (ア),(イ)及び(ウ)に当てはまる語句として,正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

\[
\begin{array}{cccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) \\
\hline
(1) &  熱電子  &  電 界  &  二次電子  \\
\hline
(2) &  二次電子  &  冷陰極  &  熱電子  \\
\hline
(3) &  電 界  &  熱電子  &  二次電子  \\
\hline
(4) &  熱電子  &  電 界  &  光電子  \\
\hline
(5) &  光電子  &  二次電子  &  冷陰極  \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

電子放出に関するややマイナーな問題で,ほとんどの受験生がカバーしていない内容からの出題です。
文章の熱や電界等の内容から選択肢を類推して解ければ十分かと思います。

1.熱電子放出
金属または半導体等の固体を高温に熱したとき,自由電子の運動が激しくなり固体表面のエネルギー障壁を超え飛び出すことを言います。このとき飛び出した電子を熱電子といいます。

2.光電子放出
金属等にエネルギーの強い紫外光等を照射すると,光のエネルギーが電子に与えられ,電子が放出する現象をいいます。光電効果ともいいます。

3.電界放出,冷陰極放出
物体に強い電界を与えることで,物体表面のエネルギー障壁を薄くし,トンネル効果により電子が放出される現象です。冷陰極放出は冷たい陰極から電子が放出されることから冷陰極放出と言われますが,原理は電界放出と同じとされています。

4.二次電子放出
電子(一次電子)を金属またはその酸化物,ハロゲン化物などに衝突させると,一次電子の反射とともに固体表面から新たな電子(二次電子)が放出される現象です。

【解答】

解答:(1)
(ア)
ワンポイント解説「1.熱電子放出」の通り,金属を熱すると,電子がその表面から放出される現象を熱電子放出といいます。

(イ)
ワンポイント解説「3.電界放出,冷陰極放出」の通り,金属表面の電界強度を十分に大きくすると,常温でもその表面から電子が放出される現象を電界放出もしくは冷陰極放出といいます。

(ウ)
ワンポイント解説「4.二次電子放出」の通り,電子を金属又はその酸化物・ハロゲン化物などに衝突させると,その表面から新たな電子が放出される現象を二次電子放出といいます。