9.5 Параметры катодов

Рабочая температура

Рабочая температура (Траб), т.е. температура рабочей поверхности катода в нормальных рабочих условиях, кроме того, величиной рабочей температуры катода в значительной степени определяется тепловой режим других электродов и прибора в целом.

В электровакуумной технике стараются применять катоды, дающие необходимый ток эмиссии при возможно более низкой рабочей температуре. Однако жесткие условия работы катодов в ряде приборов заставляют наряду со сравнительно низкотемпературными катодами (Траб=1000÷1100 0К) применять высокотемпературные, но более устойчивые к неблагоприятным воздействиям катоды (Траб=2400÷2600 0К).

Удельная эмиссия

Удельной эмиссией называется величина тока электронной эмиссии с 1 см2 поверхности катода.

b

jTe A0 Д Tраб2 e T .

Допустимая плотность катодного тока

Для активированных катодов вместо удельной эмиссии часто применяют

параметр – допустимая плотность катодного тока jk max .

Этот параметр показывает, какую наибольшую величину тока можно отобрать с 1 см2 поверхности катода.

Данный параметр зависит от материала катода и активирующего слоя, а также от рабочего режима (непрерывный, импульсный и т.д.).

Удельная мощность накала

49

При подведении к холодному катоду определенной мощности температура катода повышается до тех пор, пока не установится равенство мощности подводимой и мощности расходуемой катодом.

Подводимая мощность расходуется:

1 – лучеиспускание, которое зависит от свойств поверхности катода и его температуры, согласно закону Стефана–Больцмана, мощность, испускаемая с единицы поверхности тела, нагреваемого до температуры Т, равна:

P T 4 ,

где – коэффициент лучеиспускания (для абсолютно черного тела 1, для всех остальных тел 1 1).

– постоянная Стефана–Больцмана 5.672 10 12 Втсм2 град2 .

2 – эмиссия заряженных частиц, т.к. каждый электрон уносит с катода энергию, равную сумме совершенной электроном работы выхода и кинетической энергии, которой он обладает, выходя из металла. Т.к. в потоке вылетающих из металла электронов средняя кинетическая энергия электрона равна 2 k T , то потеря мощности катода на эмиссию, выраженная в ваттах, равна

Pe fqeT (q 0 2 k T ) jeT ( 0 1.72 104 T )

и составляет 2÷7 % от всей потребленной катодом мощности.

3 – теплопроводность держателя катода. При не очень массивных держателях эти потери ничтожно малы.

Величина мощности накала, приходящаяся на 1 см2 поверхности катода, называется удельной мощностью накала и является характеристикой потребления энергии катодом. Приближенно можно считать, что всю потребленную энергию катод отдает в виде энергии лучеиспускания, поэтому

Pнд T 4.

Эффективность катода

50

Эффективностью катода называется отношение тока эмиссии катода к мощности, затрачиваемой на его нагрев

H

Iэм

[mA

Вт

].

Pн

A T 2 e

b

b

T

const T 2 e

H

0

T .

T 4

Долго-

вечность катода

Т.е. срок службы. Основной причиной разрушения катодов из чистых металлов является механическое повреждение (перегорания, разрыв) нити накала. При высоких температурах происходит испарение металла, вследствие чего диаметр катода постоянно уменьшается. Наиболее интенсивно этот процесс идет в средней части катода. Если диаметр проволоки катода значительно уменьшается, то катод или разрывается в этом месте вследствие натяжения его пружинистыми держателями, или расплавляется при чрезмерном повышении температуры.

Основная причина выхода из строя активированных катодов – повреждение активного слоя. Обычно за срок службы активированных катодов принимают то время работы, в течение которого определенные параметры прибора сохраняют величину не ниже 70÷80 % от нормального. На долговечность активированных катодов сильное влияние оказывает их Траб и качество активирования. Поэтому для таких катодов теоретический подсчет срока службы затруднителен, определяется экспериментально.

9.6 Практические требования к термоэлектронным катодам

Небольшая работа выхода. Такой катод будет иметь низкую рабочую температуру. Такой катод будет экономичен.

51