Varm katode

En varm katode er en oppvarmet katode (negativt ladet elektrode ) i elektronrør og noen ganger også i gassutladningsrør . Det fungerer etter prinsippet om Edison-Richardson-effekten og leverer gratis elektroner . Det blir ofte referert til som filament (engelsk for filament ).

Glødende katoder i de små rørene til en amatørradiosender

Rør med delvis løsrevet katodelag

Funksjoner er arbeidsfunksjonen til materialene som brukes, samt liv og oppførsel ved forskjellige strømtettheter .

Oppvarming

Det er to typer oppvarming:

1. Indirekte oppvarming : I denne prosessen blir de varme katodene oppvarmet av en egen varmekrets med et wolframfilament , som er elektrisk isolert fra katoden . Den keramisk isolerte spolen er plassert i et metallrør (ofte laget av nikkel) som bærer oksydkatodelaget.
2. Direkte oppvarming : Katoden dannes av selve varmekabelen. Varmelederen kan være en ledning eller et bånd. Den kan strekkes mellom fjærer eller vikles (selvbærende).

Funksjon og materialer

Strømspenningskarakteristikk for en diode. Stiplet linje: metningsstrømmer for forskjellige katodetemperaturer

For å holde den nødvendige temperaturen på den varme katoden lav, brukes materialer på katodeoverflaten som har en lav arbeidsfunksjon, f.eks. B. rhenium eller thorium - dopet wolfram. Vanligvis brukes imidlertid såkalte oksydkatoder , som for eksempel muliggjør spesielt lave katodetemperaturer (ca. 700-800 ° C) ved hjelp av et bariumoksydlag .

Betydning for elektronkilder og Plasma har også enkelt-krystall eller keramikk lantan-heksaborid (Lab ₆ , arbeidsfunksjon <4 eV), eller Ceriumhexaborid (CEB ₆ ).

Elektronene i den varme katoden har en Fermi-hastighetsfordeling . Når katodetemperaturen øker, blir elektronene raskere i gjennomsnitt. Ultra-raske elektroner fra den såkalte "Fermi tail" av hastighetsfordelingen har nok energi til arbeidsfunksjonen til å ha råd til i vakuumet. I motsetning til kalde katoder , der elektronene blir revet fra katoden av veldig sterke felt, avhenger den maksimale mengden elektroner som rømmer fra en varm katode bare av temperaturen og materialegenskapene. Det må skilles mellom to saker:

• I støydioder (tidligere brukte støygeneratorer ) suges alle elektronene som sendes ut til anoden, som er kjent som metning . Strømstyrken avhenger bare av katodens temperatur, men ikke av anodespenningen, forutsatt at denne overstiger en minimumsverdi på ca. 100 V. For å sikre katoden en lang levetid, må den være laget av ren wolfram. Metningsstrømmen til oksidkatoder er så stor at overflaten raskt ødelegges.
• Med alle andre katoder forlater betydelig flere elektroner katoden enn det som kreves. Hvis ingen blir ekstrahert, faller de alle tilbake på katoden etter en veldig kort "flytid" (noen få nanosekunder) fordi motsatte ladninger tiltrekker hverandre. Elektronene danner en romladesky rundt katoden. En tilstrekkelig positivt ladet anode kan suge opp en liten brøkdel av alle elektroner som flyter rundt.

Vanligvis må katodestrømmen, dvs. mengden elektroner som tiltrekkes av en anode, reguleres. Katoden er derfor omgitt av en negativt ladet elektrode (rutenett eller Wehnelt-sylinder ), som er kjent som romladningsbegrenset drift. Den veldig uklare kanten av romladeskyen kalles den virtuelle katoden.

applikasjon

• Indirekte oppvarmede oksidkatoder i katodestrålerør og andre elektronrør
• Direkte oppvarmede oksidkatoder i lysrør , vakuummålere, lysrør og likeretterrør
• Direkte oppvarmede metallkatoder
  • z. B. torrierte wolframkatoder i magnetroner og overføringsrør
  • såkalte " hårnålskatoder " i elektronmikroskopet og i katodoluminescensmikroskopet

Varme katoder er en viktig faktor som begrenser levetiden til elektronrør og lysrør. Hvis en varm katode har mistet evnen til å avgi elektroner ved den tiltenkte temperaturen, er den "døv".

Oksidkatoder kan ofte "regenereres" eller reformeres igjen ved å overopphetes dem og legge en sterk elektrisk belastning på dem. Smuss som "forgifter" overflaten på katoden, dvs. øker arbeidsfunksjonen, blir revet av katoden og nytt metallisk barium frigjøres. Tidligere var permanent overoppheting også vanlig i eldre billedrør før katoder med lang levetid uten mellomlag ble brukt.

Individuelle bevis

1. ↑ ^{a b} Hanno Krieger: Strålingskilder for teknologi og medisin . Teubner, Wiesbaden 2005, ISBN 3-8351-0019-X , s. 49 . 
2. ^ Nagamitsu Yoshimura: Vakuumteknologi. Øv for vitenskapelige instrumenter . Springer, Berlin et al. 2008, ISBN 978-3-540-74432-0 , pp. 335 . 
3. ↑ PeroLan - Cathodes ( Memento fra 17. mars 2011 i Internet Archive )
4. ^ Christian Gerthsen : Gerthsen Physics . 22. helt revidert utgave. Springer, Berlin et al. 2004, ISBN 3-540-02622-3 , pp. 886 .