Горячий катод
В вакуумных и газонаполненных лампах горячий катод или термоэлектронный катод представляет собой катодный электрод , который нагревается, чтобы заставить его испускать электроны из-за термоэлектронной эмиссии . В отличие от холодного катода , который не имеет нагревательного элемента. Нагревательный элемент обычно представляет собой электрическую нить накала , нагреваемую проходящим через нее отдельным электрическим током . Горячие катоды обычно достигают гораздо более высокой плотности мощности, чем холодные катоды, испуская значительно больше электронов с той же площади поверхности. Холодные катоды основаны на полевой электронной эмиссии.или вторичной электронной эмиссии от бомбардировки положительными ионами, и не требуют нагрева. Существует два типа горячего катода. В катоде с прямым нагревом нить накала является катодом и испускает электроны. В катоде с косвенным нагревом нить накала или нагреватель нагревает отдельный металлический электрод катода, который испускает электроны.
С 1920-х по 1960-е годы в самых разных электронных устройствах использовались электронные лампы с горячим катодом. Сегодня горячие катоды используются в качестве источника электронов в люминесцентных лампах , электронных лампах и электронных пушках, используемых в электронно-лучевых трубках и лабораторном оборудовании, таком как электронные микроскопы .
Катодный электрод в вакуумной трубке или другой вакуумной системе представляет собой металлическую поверхность, которая испускает электроны в вакуумированное пространство трубки. Поскольку отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительным ядрам атомов металла, они обычно остаются внутри металла и требуют энергии, чтобы покинуть его. [1] Эта энергия называется работой выхода металла. [1] В горячем катоде поверхность катода индуцируется для испускания электронов путем нагревания ее с помощью нити накала , тонкой проволоки из тугоплавкого металла , такого как вольфрам , с протекающим через нее током. [1] [2] Катод нагревается до температуры, при которой электроны «выкипают» с его поверхности в откачанное пространство в трубке. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией . [1]
Основная причина использования катода с косвенным нагревом заключается в том, чтобы изолировать остальную часть вакуумной трубки от электрического потенциала на нити накала, что позволяет электронным лампам использовать переменный ток для нагрева нити. В трубке, в которой сама нить накала является катодом, переменное электрическое поле с поверхности нити будет влиять на движение электронов и вносить гудение на выходе трубки. Это также позволяет соединить нити накала во всех трубках электронного устройства и питать их от одного и того же источника тока, даже если катоды, которые они нагревают, могут иметь разные потенциалы.
Для улучшения электронной эмиссии катоды обычно обрабатывают химическими веществами, соединениями металлов с низкой работой выхода . Они образуют металлический слой на поверхности, который испускает больше электронов. Обработанные катоды требуют меньшей площади поверхности, более низких температур и меньшей мощности для подачи того же катодного тока. Необработанные торированные вольфрамовые нити, использовавшиеся в ранних электронных лампах (называемые «яркими эмиттерами»), должны были быть нагреты до 2500 ° F (1400 ° C) добела, чтобы произвести достаточную термоэлектронную эмиссию для использования, в то время как современные катоды с покрытием (называемые «яркими эмиттерами»). тупые эмиттеры») производят гораздо больше электронов при данной температуре, поэтому их нужно нагреть только до 800–1100 ° F (425–600 ° C). [1] [3]
