§ 9. Термоэлектронная эмиссия
9.1 Термокатоды
Перечислим основные параметры термокатодов.
1)Рабочая температура катода − Tраб; под Tраб понимают такую наибольшую температуру катода, при которой он может длительно работать.
2)Плотность тока эмиссии (или удельная эмиссия) j при Tраб.
3)Эффективность термокатода А, под которой понимается отношение тока
эмиссии i к мощности W тока накала катода, необходимого для поддержания этой эмиссии, т.е. А = i/W. Обычно А измеряется в ма вт−1.
4)Долговечность или срок службы катода τ. Под τ понимается продолжительность работы катода, в течение которой крутизна характеристики лампы с этим катодом уменьшается на заданное число % (для многих ламп это число принимается равным десяти).
Представляют интерес и другие свойства катодов, такие, как их пористость, поверхностный рельеф, распределение эмиссии по поверхности, стабильность работы при высоких анодных напряжениях, устойчивость катода к ионной бомбардировке
иотравляющему действию остаточных газов.
В табл. 9.1 приведены основные параметры некоторых типов термокатодов. Исследования установили, что наилучшими эмиссионными свойствами из окислов щелочноземельных металлов обладает окись бария; однако смеси этого окисла с другими окислами металлов той же группы дают еще большую плотность эмиссии. Так, например, из двойных окислов бария и стронция, окисел, содержащий 70% (молекулярных) стронция и 30% бария, обладает эмиссионной способностью, примерно в десять раз большей, чем чистыйокиселбария. Поэтомупочтивсегдаоксидноепокрытиеделаетсяиз смесиокисловбариясокисламистронцияилистронцияи кальция.
Таблица 9.1
Тип катода |
Tраб, °К |
j, а см−2 |
A, ма вт−1 |
W |
2500−2700 |
0,1−0,4 |
3−10 |
W−Th (торированный W) |
1800−1900 |
0,7−1,5 |
30−50 |
WC−Тh (карбидированный торированный W) |
2000 |
3 |
70−100 |
Оксидный катод (статический режим) |
1000−1100 |
0,1−0,5 |
30−100 |
Оксидный катод (импульсный режим) |
1100 |
10−100 |
2500−25000 |
9.2 Термоэмиссионный метод определения работы выхода
1) Характеристика Ричардсона–Шоттки
Аналогично (8.3), запишем формулу для тока термоэлектронной эмиссии в виде
i |
= SAT 2 exp |
− |
ϕ |
|
, |
(9.1) |
|
||||||
|
|
|
kT |
|
|
|
48
где S - площадь эмиссии и
A = |
4πemk2 |
. |
|
|
(9.2) |
|||
|
|
h3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулу (9.1) удобно представить в виде |
|
|||||||
ln |
i |
|
= ln(SA) − |
ϕ |
. |
(9.3) |
||
|
|
|
||||||
T |
2 |
|
kT |
|
||||
Зависимость (9.3) носит название характеристики Ричардсона–Шоттки и представлена на рис. 9.1. По углу с осью абсцисс можно определить термоэмиссионную работу выхода
ϕ = −kTtgα . |
(9.4) |
По отрезку, отсекаемому пересечением продолжения характеристики Ричардсона– Шоттки с осью ординат, определяется произведение SA. В данном случае площадь S легко находится, так как это разогретая область эмиссии. Зная S, определяется величина А. И хотя, согласно (9.2), А состоит из комбинации мировых констант, реально ее величина различна для разных материалов, из которых может быть выполнен термокатод.
Рис. 9.1
2) Калориметрический метод
Другим независимым методом определения термоэмиссионной работы выхода является калориметрический метод. Принципиальная схема прибора показана на рис. 9.2. С помощью источника питания цепи анода (ИПА) подают на анод отрицательное смещение и делают равным нулю анодный ток, что фиксируется амперметром А2. В цепи накала посредством источника питания накала (ИПН) создают ток I1 при падении напряжения U1 (показания амперметра А1 и вольтметра V1). Тогда подводимая к катоду мощность будет
W1 = I1U1 . |
(9.5) |
В стационарных условиях эта мощность компенсируется потерями на излучение.
49