Термоэлектронный катод

Те́рмоэлектро́нный като́д (или термоэмиссио́нный като́д) — электрод электровакуумного прибора, являющийся источником электронов вследствие явления термоэлектронной эмиссии.

Физические основы

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 $J_{s}$ описывается уравнением Ричардсона — Демшана:

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

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

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

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

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

Типы термоэлектронных катодов

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.

По физическим и электрическим свойствам термоэлектронные катоды бывают четырёх типов:

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

• Катоды прямого накала.jpg

  Катоды прямого накала

• Катоды косвенного накала.jpg

  Катоды косвенного накала

• Активированные катоды.jpg

  Активированные катоды

• Оксидные катоды.jpg

  Оксидные катоды

• Параметры катодов.jpg

  Параметры катодов

• Материалы катодов.jpg

  Материалы катодов

• Принцип работы электронной лампы.jpg

  Принцип работы электронной лампы

Применение

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.

Литература

• Кудинцева Г. А., Мельников А. И., Морозов А. В., Никонов Б. П. Термоэлектронные катоды. — Москва : Энергия, 1966.
• Калашников Н. В., Стоцкий Л. Р., Добрынина Н. П., Любимов Н. Г., Смирнов В. И., Тарасов Д. А. Единицы измерения и обозначения физико-технических величин. Справочник. — Москва : Изд-во «Недра», 1966.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. — Москва : Физматлит, 2014.

Ссылки

• Физическая электроника

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Термоэлектронный катод», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Термоэлектронный_катод» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».