Рис. 3.1. Эмиссионная /э =f(Ufi} и накапьная /н = /(f/н) характеристики катода

температуры катода. Измерение температуры катода в готовых приборах сопряжено с определенными трудностями, проще контролировать ток или напряжение накала. Поэтому в качестве эмиссионных характеристик используют зависимости /э =/(t/„) или 4 =/(/„) (рис. 3.1).

0,6 0,2

35 30 25 20

Кривые снимают при постоянном анодном напряжении, обеспечивающем попадание всех эмиттируемых электронов на анод прибора. На рис. 3.1 представлена также накальная характеристика =/(н)> снятая при анодном напряжении, равном нулю. Нелинейность накальной характеристики объясняется ростом сопротивления нити накала при ее разогреве.

3.3. ВОЛЬФРАМОВЫЕ КАТОДЫ

В настоящее время наиболее распространенным металлическим катодом является вольфрамовый (рис. 3.2), обладающий высокой температурой плавления [ (3683 ± 20) К], достаточной технологичностью (ковкостью и тягучестью). Последнее свойство позволяет изготовлять из него проволоку толщиной от единиц микрона до нескольких миллиметров. Рабочая температура катода составляет 2370-2600 К. Причем эффективность его мала и меняется от 2 до 10 мА/Вт. Это является основным недостатком вольфрамового катода, ри температуре катода около 2500 К долговечность составляет более 1000 ч при плотности тока эмиссии до 0,5 А/см.

в mm mm „

оо ©0®

вв вввв в

В В В

Рис. 3.2. Конструкции вольфрамовых катодов прямого накала:

а - для цилиндрических систем электродов; б - для плоских систем электродов

Важным свойстиом вольфрамового катода является стабильность эмиссии, способность хорошо работать при небольших разрежениях (1СГ Па), устойчивость к ионной бомбардировке под воздействием сильных электрических полей. Эти положительные свойства позволяют использовать вольфрамовые катоды в мощных высоковольтных лампах и рентгеновских трубках.

3.4. ПЛЕНОЧНЫЕ КАТОДЫ

Пленочные катоды представляют собой металлическую поверхность, покрытую атомным или молекулярным слоем другого электроположительного вещества. Выше указьшалось, что подобные системы имеют существенно меньшую работу выхода электронов, чем катоды из чистых металлов (см. § 1.6).

К пленочным катодам относится торированиый и карбидированный афрам (карбидированный катод) (рис. 3.3). Катоды из торированного вольфрама в настоящее время полностью вытеснены карбидкрованными и полупроводниковыми катодами из-за недолговечности ториевой пленки (активного слоя) на поверхности вольфрама при применении высокого анодного напряжения.

Устойчивость работы торированного катода повьш1ается при его карбидировании, которое заключается в обработке вольфрамовой проволоки с примесью оксида тория в количестве 0,5-2% в парах углеводорода (например, бензола) при температуре около 1600 К. При разложении бензола вьщеляется углерод, который диффундирует в глубь вольфррма и вступает в химическое соединение с ним. В результате на поверхности катода образуется карбид вольфрама WjC (рис. 3.3,6). Экспериментальным путем установлено, что доля поперечного сечения проволоки, превращенного в карбид, должна составлять 30%. Дальнейшее увеличение процента карбидирования приводит к повышению хрупкости катода.

Процесс активирования катода происходит в вакууме в два этапа npv температуре около 2800 К в течение 1-2 мин и при пониженной температуре (2000-2300 К) в течение 15-20 мин. В результате активирования происходит формирование одноатомной пленки тория на слое карбида.

а) 5)

Рис. 3.3. Структура торированного (я) и карбидированного (б) катодов

fb;.; vTCTBHe "now. карбида вольфрама зеличивает прочность сцепления пленкр тория с повержностью подложки (WC) по сравнению с поверхность» шстого вольфрама, повышает устойчивость катода к иошой бомбаррдровке при высоких анодных напряжениях.

К недостаткам данного типа ка»ода следует отнести хрупкость, а также склонность покрьшаться трещинами при многократном нагреве и охлаадении из-за различия коэффициентов расширения вольфрама и карбида вольфрама. Рабочая температура катода приблизительно 2Ю0-2600 К. удельная эмиссия 1,0-2,0 А/см, эффективность SOTO мАуВт. Конструкади карЬидированных катодов аналогичны вольфрамовым.

3.5. ОКСИДНЫЕ КАТОДЫ

Из окгиде.ж катодов наибогьшее рашространенка получили катоды ш основе оксидов щеошоземельнж метатглов и оксиддо-то-риевые.

Кагщдьк ш основе оксидов щелочноземельных метшшов представляют собой (после операщш активирования) металлический керн (подложку), поверхность которого покрыта окислами щелочно-земельных металлов - бария, стронция и иногда кальция. Эти оксиды химически нестойки, вступают в реакцию с влагой и углекислым газом. По этой причине их наносят на керн катода в виде карбонатов.

Применение других химических соединений щелочноземельных металлов нецелесообразно по разным причинам. Например, азотнокислые соли, разлагаясь, выделяют вредные активные газы, окисляющие детали прибора и сам керн катода.

Рассмотрим один из способов изготовления оксидных катодов. Основой катода является метагшкческий керн различной конструкции. 3 качестве чатериалов керна чаще всего используют различные сорта аикояя, аольфрама или их стшавов спрнсадками (магний, вольфрам, кал!,.щш, щгрконий м др ). Присадки служат активаторами, способствую-зщми о5разовачшо свободаого бария в оксидном покрытии.

На обработанный керн катода наносят карбонатную суспензию (Ва, Зг)СОз - двойной карбонат или (Ва, Sr, Са)СОз - тройной карбонат, замешанную на связующем органическом веществе - биндере (рис. 3.4,а).

После нанесения карбонатной суспензии и последующей сушки качество катода контролируют, т. е. определяют массу, толщину и состояние поверхности покрытия катода. Затем заготовку катода монтируют в прибор и даг4ьнейшую обработку ее ведут на вакуумной установке, где она подвергается обезгаживанию, а затем активированию.

Обезгаживание производится прокаливанием катода. При этом происходит разложение карбонатов на оксиды и газ СО2, который удаля-