Таблица 9.1
Термокатоды
Термоэлектронная эмиссия
Перечислим основные параметры термокатодов.
1) Рабочая температура катода T раб; под T раб понимают такую наибольшую температуру катода, при которой он может длительно работать.
2) Плотность тока эмиссии (или удельная эмиссия) j при T раб.
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 × вт1.
4) Долговечность или срок службы катода t. Под t 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 и отравляющему 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 чистый окисел бария. Поэтому почти всегда оксидное покрытие делается из смеси окислов бария с окислами стронция или стронция и кальция.
Тип катода | T раб, °К | j, а × см2 | A, ма × вт1 |
W | 25002700 | 0,10,4 | 310 |
WTh (торированный W) | 18001900 | 0,71,5 | 3050 |
WCТh (карбидированный торированный W) | 70100 | ||
Оксидный катод (статический режим) | 10001100 | 0,10,5 | 30100 |
Оксидный катод (импульсный режим) | 10100 | 250025000 |
1) Характеристика Ричардсона–Шоттки
Аналогично (8.3), запишем формулу для тока термоэлектронной эмиссии в виде
, (9.1)
где S - площадь эмиссии и
. (9.2)
Формулу (9.1) удобно представить в виде
. (9.3)
Зависимость (9.3) носит название характеристики Ричардсона–Шоттки и представлена на рис. 9.1. По углу с осью абсцисс можно определить термоэмиссионную работу выхода
. (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 I 1 при падении напряжения U 1 (показания амперметра А1 и вольтметра V1). Тогда подводимая к катоду мощность будет
. (9.5)
В стационарных условиях эта мощность компенсируется потерями на излучение. Согласно закону Стефана-Больцмана
. (9.6)
s – постоянная Стефана-Больцмана. Температура Т проволочного катода фиксируется с помощью пирометра. Затем на анод подают положительное смещение и фиксируют в анодной цепи ток I. Необходимо только, чтобы ток I был ограничен эмиссионной способностью катода и можно было пренебречь эффектом Шоттки. С помощью ИПН добиваются того, чтобы температура катода была по-прежнему равна Т, (та же светимость накала катода и нити пирометра). Используя результаты раздела 2, можно записать
(9.7)
и
. (9.8)
Откуда
. (9.9)
В данном случае работа выхода и величина выражены в вольтах. Соотношение (9.9) позволяет независимым образом определить термоэмиссионную работу выхода.
Рис. 9.2