Термоэлектронный катод

Термоэлектронные катоды — составная часть многих вакуумных электронных приборов, ламп, СВЧ-техники, газоразрядных ламп, термоэлектронных преобразователей и многих других устройств. Принцип действия термоэлектронных катодов основан на явлении термоэлектронной эмиссии. В электронных лампах термоэлектронные катоды выполняют роль эмиттеров электронов.

Характерными параметрами термоэлектронных катодов служат величина тока эмиссии электронов, температура накала и срок службы, а также работа выхода электрона из катода.

Плотность тока электронной эмиссии ${\displaystyle J_{s}}$ описывается уравнением Ричардсона — Демшана:

${\displaystyle J_{s}=A_{0}T^{2}\exp {\Biggl (}-{\frac {e\varphi }{kT}}{\Biggl )}}$,

где работа выхода электронов ${\displaystyle \varphi }$ зависит от температуры, в первом приближении, следующим образом:

${\displaystyle \varphi =\varphi _{0}+\alpha T}$,

а ${\displaystyle \varphi _{0}}$, в свою очередь, равно:

${\displaystyle \varphi _{0}=-{\frac {k}{e}}{\frac {d{\Biggl (}\ln {\frac {J_{s}}{T^{2}}}{\Biggl )}}{d{\Biggl (}{\frac {1}{T}}{\Biggl )}}}}$.

Термоэлектронные катоды различаются по способу нагрева (накала) поверхности, эмиттирующей электроны. Существуют термоэлектронные катоды прямого накала (проволоки, ленты, спирали), когда нагрев осуществляется пропусканием через них электрического тока, косвенного накала (нагрев осуществляется с помощью дополнительного подогревателя), и термоэлектронные катоды с электронным подогревом^[2].

По физическим и электрическим свойствам термоэлектронные катоды бывают четырёх типов:

• катоды, изготовленные из чистых металлов (вольфрам, тантал, интервал рабочих температур ${\displaystyle 2400-2600}$ К, срок службы ${\displaystyle 2-3}$ тыс. часов);
• плёночные катоды (торированные и карбидированные катоды, интервал рабочих температур первых ${\displaystyle 1800-1900}$ К, вторых ${\displaystyle 1950-2000}$ К);
• полупроводниковые катоды (интервал рабочих температур ${\displaystyle 1000-1200}$ К);
• сложные катоды (как правило, основаны на боридах редкоземельных металлов, общая формула ${\displaystyle {\ce {L_{a}B6}}}$, интервал рабочих температур ${\displaystyle 1920-1970}$ К)^[3].

Термоэлектронные катоды используются в электровакуумной технике, как компоненты многоэлектродных ламп, в генераторных лампах, электронно-лучевых приборах, передающих телевизионных трубках, электронно-оптических преобразователях, фотоэлектронных приборах, рентгеновских трубках, а также газоразрядных приборах и устройствах дугового разряда^[3].