Термоэлектронный катод, теpмокатод. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Термоэлектронный катод (теpмокатод) - катод электровакуумных и газоразрядных приборов, эмитирующий электроны при нагревании (см. Термоэлектронная эмиссия ).Осн. характеристики Т.к.: плотность эмиссионного тока насыщения j_э и её зависимость от температуры; рабочая темп-pa Т_раб, обычно рекомендуемая для Т.к. данного типа; работа выхода Ф; эффективность Т.к. h, равная отношению тока эмиссии к мощности, затрачиваемой на нагревание катода; срок службы. Чем меньше Ф, тем ниже T_раб, при к-рой достигается j_э, меньше скорость испарения активного вещества катода и, следовательно, больше его срок службы. Осн. типы Т.к.: металлические, полупроводниковые, металлопористые и боридные.

Металлические термоэлектронные катоды изготовляются из чистого металла или сплавов металлов. Это прямонакальные T. к., нагревающий их ток пропускается непосредственно через проволоку (спираль, ленту), эмитирующую электроны. Такие T. к. находят ограниченное применение.

Полупроводниковые Термоэлектронный катоды

К этому классу термоэлектронные катоды относятся в осн. оксидные. Это эффективные T. к. косвенного накала. Активным веществом в них являются оксиды металлов; в результате их прогревания (активирования), проводимого с целью повышения j_э, в объёме и на поверхности катода образуется избыток металла, обеспечивающий необходимую электропроводность T. к. и снижение Ф. Существуют два типа оксидных катодов - низко- и высокотемпературные. В н и з к о т е м п е р а т у р н ы х о к с и дн ы х Т.к., работающих при T_раб

900-1300 К, используются смеси оксидов щёлочно-земельных металлов Ba, Sr и Ca. Из-за неустойчивости этих оксидов на воздухе их получают из исходных веществ-двойных или тройных карбонатов (BaSr)CO₃, (BaSrCa)CO₃. Последние наносятся на металлический керн, смонтированный вместе с подогревателем, и активируются прогреванием непосредственно в изготовляемом приборе при его откачке. При этом образуются оксиды металлов и одновременно нек-рое количество свободных атомов металлов. В в ы с о к о т е мп е р а т у р н ы х о к с и д н ы х к а т о д а х активным веществом служат оксиды Y, Th и др. Рабочие температуры таких Т.к. в зависимости от материала подложки (Та, W, Re) лежат в диапазоне T_раб

1400-2000 К. Долговечность оксидных T. к. ограничивается постоянным испарением ок-сидного покрытия, а также образованием промежуточного слоя между металлической подложкой, на к-рую наносится активный слой, и покрытием.

М е т а л л о п о р и с т ы е Т.к. Недостатки оксидных катодов были устранены благодаря созданию T. к. с запасом активного эмиссионного вещества, названных металлопо-ристыми (р а с п р е д е л и т е л ь н ы м и, или д и с п е н с е р-н ы м и) катодами. Они представляют собой металлическую губку из тугоплавкого металла (W, Re, Mo), содержащую соединения активных материалов, преимущественно Ba. При нагревании выделяющийся из соединений Ba диффундирует к поверхности, покрывая её тонкой плёнкой металла, снижающей Ф. В процессе работы T. к. разрушающаяся вследствие испарения и воздействия остаточных газов плёнка возобновляется поступающим из пор Ba. Существует неск. типов металлопористых T. к. К а м е рн ы й или L-к а т о д представляет собой камеру, заполненную карбонатом Ba - Sr и закрытую вольфрамовой стенкой-губкой. При нагревании карбонат разлагается, выделяя Ba, к-рый пополняет его запас в губке и на её наружной поверхности, эмитирующей электроны. Осн. недостатком этой модификации катодов является длительное время обезгаживания и разложения карбонатов. Этот недостаток был устранён благодаря использованию др. эмиссионно-активных материалов-алюминатов и вольфраматов Ba, а также созданию др. модификаций металлопористых Т.к. - прессованных и пропитанных (импрегнированных). П р е с с о в а н н ы е м е т а л л о п о р и с т ы е Т.к. изготавливаются в виде таблеток или керамических трубок путём прессования смеси из порошков активных веществ (оксидов, алюминатов, вольфраматов Ba) и порошков тугоплавких металлов (W) или сплавов W с др. металлами, напр. с Re. П р о п и т а н н ы е T.к. получают пропитыванием вольфрамовой губки путём погружения её в расплав активного эмиссионного материала. Варьировались составы активных эмиссионных материалов (вольфраматы Ba и Ba - Ca, скандаты) и материалы губки (W, Ni, смеси W с Ir, Os). Лучшими модификациями металлопористых T. к., широко применяемыми на практике, являются катоды с алюминатом Ba - Ca: j_э

4-10 А/см² при T_раб

1370 К, срок службы-десятки тыс. часов. Металлопористые T. к. используются в электронно-лучевых трубках, приборах СВЧ-диапазона. Изучаются металлопористые T. к. с тонкими плёнками тугоплавких металлов на поверхности (Os, Ir, Ru, Pt). Лучшими свойствами обладают катоды с плёнкой Os.

Б о р и д н ы е Т.к. изготовляются из металлоподобных соединений типа MB_n (M - металл); наиб. распространение получили T. к. из гексаборида лантана (LaB₆). Высокая механическая прочность и устойчивость к электронной и ионной бомбардировкам позволяют использовать такие T. к. в режиме термополевой эмиссии при высокой напряжённости электрического поля (~10^б В/см), когда значительная часть эмиссионного тока обусловлена автоэлектронной эмиссией. Такие Т.к. применяются в ускорителях, а также в вакуумных устройствах, в к-рых Т.к. должны работать в условиях "плохого" вакуума, не отравляясь и обеспечивая электронные токи большой плотности. Перспективным направлением в улучшении свойств T. к. из LaB₆ является использование монокристаллов LaB₆; так, с граней (100), (210) монокристалла снимаются большие токи, чем с поликристаллического LaB₆.

Новым направлением в катодной электронике является разработка металлосплавных термоэлектронных катодов. Перспективными материалами для катодов этой серии являются сплавы благородных металлов (Pd, Pt, Ir) с редкоземельными (Ir с Ce и La).

В табл. приведены осн. параметры применяемых на практике T. к. (по данным разных авторов).

Литература по термоэлектронным катодам, теpмокатодам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.