今回は平成22年度 理論科目 A問題12を解説します。金属などの表面から真空中に電子が放出される3つの現象（加熱・強電界・電子衝突による放出）の名称を問う穴埋め問題です。
金属を熱して電子が飛び出すのが熱電子放出、強い電界で常温でも放出されるのが電界放出、電子を衝突させて新たな電子が出るのが二次電子放出です。この3種類を区別できれば解けます。
平成22年度 理論科目 A問題12：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成22年度 第三種電気主任技術者試験」理論科目 A問題12
電験3種 理論科目 【電子理論（電子の運動）】 平成22年度 A問題12
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(Ta)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(ア)放出と呼ばれる。
b. タングステン(W)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(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(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。
(ア) (イ) (ウ) (1) 熱電子 電界 二次電子 (2) 二次電子 冷陰極 熱電子 (3) 電界 熱電子 二次電子 (4) 熱電子 電界 光電子 (5) 光電子 二次電子 冷陰極
出題のポイント：電子放出は「何がきっかけか」で判別する
金属表面から電子が放出される現象は、電子が仕事関数という障壁を越えるためのエネルギーを何から得たかで判別します。加熱なら熱電子放出、強い電界なら電界放出、入射電子の衝突なら二次電子放出、光の照射なら光電子放出です。問題文aは加熱なので（ア）熱電子、bは強い電界なので（イ）電界、cは電子の衝突なので（ウ）二次電子となり、3項目すべてが一致する正解は選択肢（1）です。
ポイント解説：加熱・強い電界・電子衝突を現象名へ対応する
| 記述 | きっかけ | 現象名 | 別名 |
| a. 金属を熱する | 熱エネルギー | 熱電子放出 | エジソン効果 |
| b. 強い電界をかける | 強電界 | 電界放出 | 冷陰極放出 |
| c. 電子を衝突させる | 電子の運動エネルギー | 二次電子放出 | — |
| （参考）光を当てる | 光子のエネルギー | 光電子放出 | 光電効果 |
a のタンタル（Ta）は高融点金属で、熱電子源としてよく使われます。タングステン（W）も同様——高温にしても溶けない金属が選ばれるのは、熱電子放出のためです。
b の「常温でも」という言葉が決定的です。熱を加えていないのに電子が出る——だから「冷陰極放出」とも呼ばれます。量子力学のトンネル効果で説明される現象です。
c は「電子を衝突させる」——入ってきた電子（一次電子）が、別の電子（二次電子）をたたき出すという意味で「二次」です。
問題の解説：3つの空欄を判定し、選択肢（1）を選ぶ
| 選択肢 | (ア) | (イ) | (ウ) | 判定 |
| (1) | 熱電子 | 電界 | 二次電子 | ◎ |
| (2) | 二次電子 | 冷陰極 | 熱電子 | ×（全部ずれている） |
| (3) | 電界 | 熱電子 | 二次電子 | ×（アとイが逆） |
| (4) | 熱電子 | 電界 | 光電子 | ×（ウが誤り） |
| (5) | 光電子 | 二次電子 | 冷陰極 | × |
(4)が最も紛らわしいです。(ア)(イ)は正しいのに(ウ)だけ光電子——「電子を衝突させる」のに「光電子」はおかしいと気づけるかどうかです。
(2)の「冷陰極」も間違いではありません。電界放出の別名です。ただし(2)は(ア)(ウ)が入れ替わっているので不正解になります。
⚠️ よくある間違い
「光電子放出」は光がきっかけです。アインシュタインがノーベル賞を取った光電効果——光の粒子性を示した有名な現象です。電子の衝突とは無関係です。
☝️ ひっかけの作り方：名前と原因が一対一で対応しているのが、この分野の救いです。「熱電子＝熱、電界＝電界、二次電子＝電子、光電子＝光」——迷ったら名前を読めば答えが書いてあります。
深掘り①：4つの放出現象を詳しく
それぞれの現象がどこで使われているかを知っておくと、記憶が定着します。
| 現象 | しくみ | 応用例 |
| 熱電子放出 | 熱で電子の運動エネルギーが仕事関数を超える | 真空管、電子顕微鏡、X線管 |
| 電界放出 | 強電界で障壁が薄くなりトンネル効果で抜ける | 電界放出ディスプレイ、走査型電子顕微鏡 |
| 二次電子放出 | 入射電子のエネルギーで別の電子がたたき出される | 光電子増倍管、電子増倍器 |
| 光電子放出 | 光子のエネルギーが仕事関数を超える | 光電管、太陽電池の原理 |
共通するのは「仕事関数」を超えるエネルギーを与えることです。金属内の電子を外に出すのに必要な最低エネルギー——これを仕事関数と呼びます。
電界放出だけは少し特殊です。エネルギーを与えるのではなく、障壁そのものを薄くしてすり抜けさせる——量子力学のトンネル効果によります。
深掘り②：仕事関数という考え方
金属内の電子は、金属から出ようとすると引き戻されます。この「出るのに必要なエネルギー」が仕事関数です。
| 金属 | 仕事関数〔eV〕 | 特徴 |
| セシウム（Cs） | 約1.9 | 最も小さい部類・光電管に使う |
| タンタル（Ta） | 約4.2 | 高融点・熱電子源 |
| タングステン（W） | 約4.5 | 最も高融点・フィラメント |
| 白金（Pt） | 約5.6 | 大きい部類 |
仕事関数が小さいほど電子が出やすい——だから光電管にはセシウムのような小さい金属が使われます。逆に熱電子源には、高温に耐えるタングステンやタンタルが選ばれます。
酸化物を塗ることで仕事関数を下げる工夫もあります。「酸化物陰極」と呼ばれ、低い温度でも多くの熱電子が出るため、真空管に広く使われました。
深掘り③：熱電子放出の温度依存性
熱電子放出の量は、温度によって激しく変わります。リチャードソン・ダッシュマンの式で表されます。
指数の肩に温度が入っているので、わずかな温度上昇で電流が桁違いに増えます。フィラメントを少し明るくするだけで、電子の量が大きく変わる——真空管の動作の基本です。
電験3種でこの式そのものが問われることはまれですが、「温度が上がると熱電子放出が増える」という定性的な理解は必要です。選択肢の正誤判定に使えます。
⏱️ 本番での進め方
❶ 名前がそのまま原因——熱電子＝熱、電界＝電界、二次電子＝電子、光電子＝光。
❷ 「常温でも」とあれば電界放出——熱ではないという合図。
❸ 「冷陰極放出」は電界放出の別名——同じものを指す。
❹ タングステン・タンタルは高融点＝熱電子源の材料。
💡 覚え方
「4つの放出＝4つのきっかけ」——熱・電界・電子・光。この4文字を覚えれば、あとは名前が教えてくれます。電験の暗記問題としては最も素直な部類です。
深掘り④：電子放出が支えてきた技術
電子放出は、20世紀の電子技術そのものでした。どの現象がどの機器を支えたかを見ておきましょう。
| 機器 | 使う放出 | しくみ |
| 二極真空管 | 熱電子放出 | 熱したフィラメントから電子が出て、陽極へ流れる（整流作用） |
| 三極真空管 | 熱電子放出 | 格子（グリッド）電圧で電子の流れを制御（増幅作用） |
| ブラウン管 | 熱電子放出 | 電子銃で加速し、偏向板や偏向コイルで走査 |
| 光電子増倍管 | 光電子＋二次電子 | 光で1個出た電子を、二次電子放出で何百万倍にも増やす |
| X線管 | 熱電子放出 | 高速電子をターゲットに当ててX線を発生 |
二極真空管の整流作用は「電子は陰極からしか出ない」から生まれます。陽極を熱していないので、逆方向には電流が流れない——これが一方通行の理由です。
光電子増倍管は2つの放出を組み合わせた傑作です。光で1個の電子を出し（光電子放出）、それを何段もの電極にぶつけて増やす（二次電子放出）——1個の光子を検出できる感度を実現しました。
今日ではほとんどが半導体に置き換わりましたが、X線管や電子顕微鏡では今も現役です。真空中で電子を自由に飛ばせるのは、電子放出があってこそです。
出題履歴：用語問題は確実に取りたい
電子放出の名称を問う問題は、数年に一度出題されます。計算が不要で、知っていれば30秒で解ける——取りこぼしたくない1問です。4つの現象と、それぞれの別名まで押さえておきましょう。
この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。
あわせて解いておきたい記事：【理論】令和7年度下期A問題12（電子に働く力）
まとめ
| (ア) | 熱電子放出（加熱） |
| (イ) | 電界放出（強電界） |
| (ウ) | 二次電子放出（電子衝突） |
| 参考 | 光電子放出＝光照射 |
| 答え | (1) |
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・光電効果による電子放出（電子の運動9）：【理論】令和2年度 A問題12
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