кумуляция, усиленное в определённом направлении действие взрыва. К. э. создаётся зарядом взрывчатого вещества, имеющим углубление - кумулятивную выемку, обращенную к мишени (например, к стальной броневой плите). Кумулятивная выемка, обычно конической формы, покрыта металлической оболочкой (облицовкой), её толщина в зависимости от диаметра заряда варьируется от долей мм до мм. Механизм действия кумулятивного заряда (См. Кумулятивный заряд) состоит в следующем. После взрыва капсюля (См. Капсюль)-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда. Волна разрушает коническую оболочку, начиная от её вершины, и сообщает материалу оболочки большую скорость. Давление продуктов взрыва, достигающее Кумулятивный эффект 10¹⁰ н/м² (10⁵ кгс/см²), значительно превосходит предел прочности металла. Поэтому движение металлической оболочки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкой плёнки (подчеркнём, что течение металла не связано с его плавлением, а вызвано чрезвычайно высокой механической нагрузкой). Движущийся металл образует сходящийся под определённым углом к оси конуса поток, который переходит в тонкую (порядка толщины оболочки) металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси с очень большой скоростью (Кумулятивный эффект 10 кмlceк). Действие этой струи и обусловливает высокую пробивную способность взрыва кумулятивного заряда (рис. 1). Высокоскоростная струя пробивает стальную броню подобно тому, как мощная струя воды проникает в мягкую глину. Глубина проникновения (равная примерно длине струи) пропорциональна образующей конической оболочки. Давление, возникающее при столкновении струи с броневой плитой, настолько превышает напряжение разрушения стали, что прочность мишени не играет существенной роли.

При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются несколько различными, в результате струя в полёте растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания из-за удлинения струи. При значительных расстояниях между зарядом и мишенью струя разрывается на части, и эффект пробивания снижается. Использование заряда с кумулятивной выемкой, но без металлической облицовки снижает К. э., поскольку вместо металлической струи действует струя газообразных продуктов взрыва (рис. 2).

Термин "кумуляция" иногда применяется специалистами в более широком смысле - для обозначения явлений в которых течение среды приводит к концентрированию энергии в небольшом объёме, но не обязательно сопровождается образованием струй. Примерами таких явлений служат сходящиеся к центру (к оси) сферические (цилиндрические) детонационные или ударные волны, схлопывание пустой полости в жидкости под действием большого давления и т. п. К. э. используется в военном деле и в научных исследованиях для изучения свойств веществ при высоких давлениях.

Лит.: Лаврентьев М. А., Кумулятивный заряд и принципы его работы, "Успехи математических наук", 1957, т. 12, в. 4; Теоретические и экспериментальные исследования явления кумуляции, "Механика. Сборник переводов и обзоров иностранной периодической литературы", 1953, в. 4 (20); Забабахин Е. И., Явления неограниченной кумуляции, в кн.: Механика в СССР за 50 лет, т. 2, М., 1970.

М. А. Садовский, К. Е. Губкин.

Рис. 1. Последовательные стадии разрушения металлической оболочки и формирования кумулятивной струи (получены методом импульсной рентгенографии): а - коническая оболочка перед разрушением; б - начало разрушения - детонационная волна достигла вершины конуса; в - образование струи (через 4,8 мксек после окончания детонации); г - металлическая струя через 22,5 мксек после окончания детонации заряда.

Рис. 2в. Фотография разрушения, произведённого в стальной мишени действием заряда с кумулятивной выемкой (с металлической облицовкой). Поперечное сечение применяемого заряда показано над мишенью.

Рис. 2б. Фотография разрушения, произведённого в стальной мишени действием заряда с кумулятивной выемкой (без металлической облицовки). Поперечное сечение применяемого заряда показано над мишенью.

Рис. 2а. Фотография разрушения, произведённого в стальной мишени действием сплошного заряда. Поперечное сечение применяемого заряда показано над мишенью.

уменьшение работы выхода (См. Работа выхода) электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрического поля. Ш. э. проявляется в росте тока насыщения термоэлектронной эмиссии (См. Термоэлектронная эмиссия), в уменьшении энергии поверхностной ионизации (см. Ионная эмиссия) и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии (См. Фотоэлектронная эмиссия) в сторону бо́льших длин волн λ Ш. э. возникает в полях Е, достаточных для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (Е Шотки эффект 10 -100 в․см^―1), и существен до полей Е Шотки эффект 10⁶ в^. см^―1. При Е > 10⁷ в․см^―1 начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (Туннельная эмиссия).

Классическая теория Ш. э. для металлов создана немецким учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла силовые линии электрического поля перпендикулярны его поверхности. Поэтому электрон с зарядом -е, находящийся на расстоянии х > а (а - межатомное расстояние) от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине х своё "электрическое изображение", т. е. заряд +е. Сила их притяжения:

(1)

(ε_o - Диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы (φ _{э. и.} = -е/16πε_ох. Внешнее электрическое поле уменьшает φ _{э. и.} на величину Е^. х (см. рис.); на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при х = х_м =. При E ≤ 5^.10⁶в^. см^―1 x_m ≥ 8Å. Уменьшение работы выхода Φ за счёт действия поля равно: , например при Е = 10⁵в^. см^―1 ΔΦ = 0,12 эв и х_м=60 Å. В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от j_o до , где к - Больцмана постоянная, а частотный порог фотоэмиссии сдвигается на величину:

. (2)

В случае, когда эмиттирующая поверхность неоднородна и на ней имеются "пятна" с различной работой выхода, над её поверхностью возникает электрическое поле "пятен". Это поле тормозит электроны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внешнее электрическое поле складывается с полем пятен и, возрастая, устраняет тормозящее действие последнего. Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растет при увеличении E быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).

Влияние электрического поля на эмиссию электронов из полупроводников (См. Полупроводники) белее сложно. Электрическое поле проникает в них на бо́льшую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмиттированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка радиуса экранирования r_э. Для х > r_э справедлива формула (1), но для полей Е во много раз меньших, чем у металлов (ЕШотки эффект10²-10⁴ в/см). Кроме того, внешнее электрическое поле, проникая в полупроводник, вызывает в нём перераспределение зарядов, что приводит к дополнительному уменьшению работы выхода. Обычно, однако, на поверхности полупроводников имеются поверхностные электронные состояния. При достаточной их плотности (Шотки эффект10¹³ см^―2) находящиеся в них электроны экранируют внешнее поле. В этом случае (если заполнение и опустошение поверхностных состояний под действием поля вылетающего электрона происходит достаточно быстро) Ш. э. такой же, как и в металлах. Ш. э. имеет место и при протекании тока через контакт металл - полупроводник (см. Шотки барьер, Шотки диод).

Лит.: Schottky W., "Physikalische Zeitschrift", 1914, Bd 15, S. 872; Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Ненакаливаемые катоды, М., 1974.

Т. М. Лифшиц.

Ф э.и. - потенциальная энергия электрона в поле силы электрического изображения; еЕх - потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле; Ф - потенциальная энергия электрона вблизи поверхности металла а присутствии внешнего электрического поля: Ф_м - работа выхода металла; ∆Ф - уменьшение работы выхода под действием внешнего электрического поля; Е_F - уровень Ферми в металле; х_м - расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла; штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле.