Активированные металлические термокатоды

При изучении работы выхода электронов мы видели, что если нанести на керн катода тонкий слой другого, более электроположительного металла, то его работа выхода уменьшится. Это явление и лежит в основе работы активированных металлических катодов.

Первоначально были разработаны простейшие катоды этой группы: барированный и торированный. Барированные катоды не нашли широкого применения и практически не используются. Торированные катоды, так же как и барированные, очень чувствительны к ионной бомбардировке и быстро разрушаются при напряжениях анод — катод свыше 300 В. Рабочая температура тарированного катода 1700—1900°К; эффективность 25—50 ма/вт; работа выхода 2,6 эв. Эти катоды очень чувствительны к перекалу, при котором возникает интенсивное испарение тория с поверхности.

Модификацией тарированного катода является карбидированный катод. Эффективность карбидированных катодов достигает 60—70 ма/вт. Карбидированный катод отличается повышенной хрупкостью, что является его недостатком. Карбидированные катоды используются в генераторных лампах малой и средней мощности.

Современными металлическими активированными катодами являются: металлогубчатые камерные, или, как их иногда называют, Л-катоды (катоды Лемменса), металлогубчатые прутковые катоды, губчатые пропитанные, или импрегнированные, катоды, металлокерамические и др.

Устройство металлогубчатых катодов с плоской или цилиндрической эмитирующей поверхностью схематически показано на рис. 2. Во внутреннюю полость молибденового цилиндра помещается подогреватель. Внешняя камера заполняется активным веществом: химическими соединениями карбоната бария и стронция, окисью тория и др. Снаружи активное вещество отделяется от вакуума привариваемыми к молибденовому цилиндру пластиной или цилиндром из губчатого вольфрама или молибдена. Металлогубчатый катод активируют медленным нагреванием. При этом активное вещество разлагается, выделяемые газы откачиваются из баллона лампы, а окислы активаторов восстанавливаются при взаимодействии с вольфрамом. Атомы тория или бария диффундируют на поверхность губки и образуют на ней активный слой. Рабочая температура таких катодов 1100—1 700° К, эффективность достигает 10 а/вт, а максимальная плотность тока в импульсном режиме 300 а/см². Достоинствами металлогубчатых катодов являются стойкость к ионной бомбардировке и отравлению газами (после потери эмиссии в результате воздействия газов эмиссионные свойства катода быстро восстанавливаются), а также гладкая эмитирующая поверхность, что очень важно для работы СВЧ и электронно-лучевых приборов. Камерные катоды применяются в электронно-лучевых приборах, клистронах, магнетронах и других СВЧ-приборах.

Рис. 2. Устройство металлогубчатого катода. 1 — молибденовый цилиндр; 2 — вольфрамовая губка; 3— активное вещество.

Рис. 3. Устройство губчатого пропитанного катода.

Устройство губчатого пропитанного (импрегнированного) катода показано на рис. 3. Здесь нет специальной камеры для активного вещества; им пропитана сама вольфрамовая губка.

По сравнению с камерным пропитанный катод более прост по конструкции, равномернее нагревается и обладает большей экономичностью. Разновидностью губчатых катодов являются металлические катоды, изготовляемые путем спрессовывания или спекания смеси порошков металла (никель, вольфрам, железо) и карбонатов щелочноземельных металлов. По эмиссионным качествам металлокерамические катоды приближаются к металлогубчатым. Наиболее распространенным металлокерамическим катодом является вольфрамоториевый, применяемый в магнетронах, где его достоинства: стойкость к отравлению, гладкая поверхность, хорошая работа при высоких напряжениях и температуре и др.— имеют существенное значение.