Автоэлектронные катоды имеют, как правило, весьма малую эмит-тирующую поверхность и обеспечивают при этом плотность тока эмиссии до l(f А/см.

Как и для термоэлектронной эмиссии, уравнение (2.6) после преобразования запишем в логарифмической форме:

1п/э,э/ = InMil -BJE.

Зависимость 1п /э,э/1 = Л 1/1 на рис. 2.10 изображена прямой линией. Постоянная Ai определяется отрезком ординаты InMil, а В, ~lnUi/(l/E) =tg/3.

Электростатическая эмиссия лежит в основе работы некоторых ионных приборов (экситронов, игнитронов и др.). В отдельных случаях эта эмиссия оказьшает вредное влияние на работу электровакуумных приборов и ее следует учитывать.

Контрольные вопросы и задания

1. Kais. связана плотность тока термоэлектронной эмиссии с температурой и работой выхода? Какой из этих двух Дзкторов являются определяющим?

2. Почему ускоряющее электрическое поле, приложенное меаду катодом и анодом электровакуумного прибора, увеличивает плотность тока термоэлектронной эмиссии?

3. Назовите основные законы фотоэлектронной эмиссии.

4. Что вы понимаете под длинноволновым порогом фотоэффекта?

5. От каких факторов зависит максимальная энергия вылетающих электронов из змиттера при внешнем фотоэффекте?

6. Что вы понимаете под коэффициентом вторичной электронной эмиссии? От каких факторов он зависит?

7. Сравните уравнения для плотности тока при термоэлектронной и электростатической эмиссиях.

Глава третья

ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ КАТОДЫ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ

3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫХ КАТОДОВ

В подавляющем большинстве электровакуумных приборов в качестве источника свободных электронов используются термоэлектронные катоды (термокатоды).

Термокатоды принято классифшщровать по способу нагрева и виду эмиттирующей поверхности. По способу нагрева катоды можно разделить на прямоканальные и подогревные (косвенного накала). В прямо-

канальных конструкциях нагрев катода осуществляется непосредственным пропусканием тока по телу катода, а в подогревных - при помощи подогревателя, расположенного в полости катодного керна и изолированного от него.

По виду эмиттирующей поверхности современные термокатоды условно делят на следующие группы: металлические (вольфрамовые, танталовые, молибденовые и т. д.); пленочные (торированный вольфрам, карбидированный торированный вольфрам); полупроводниковые (в основном оксидные катоды и их варианты); специальные типы эффективных катодов (металлопористые, прессованные, пропитанные или импрегнированные и подобные им катоды).

При работе в электровакзмных приборах катоды должны обеспечивать следующее требования:

эмиттировать необходимый поток электронов в течение всего срока службы;

быть устойчивыми к бомбардировке нейтральными и заряженными частицами;

эмиссионный материал катода должен обладать достаточно высокой температурой плавления, допускающей его обработку при температурах выше рабочей во время откачки прибора в целях обезгаживания и очистки от поверхностных загрязнений;

иметь необходимую электрическую проводимость, низкую скорость испарения, высокую механическую прочность.

3.2. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОКАТОДОВ

Различные типы катодов сравнивают между собой по следующим параметрам: удельной эмиссии, удельной мощности накала, эффективности, рабочей температура и долговечности.

Удельная эмиссия (плотность тока эмиссии) /3, А/см, - ток электронной эмиссии с I см поверхности катода. Удельная эмиссия зависит от температуры и работы вьгхода катода и определяется выражением (2.1). У современных катодов удельная эмиссия составляет приблизительно 0,1-0,5 А/см.

Удельная мощность накала Р - мощность, Вт, затрачиваемая на 1 см рабочей поверхности катода. Удельная мощность накала является характеристикой потребления энергии катодом.

Для нагрева катода затрачивается мощность источника питания, зависящая от температуры, свойств материала и размеров катода. Если к катоду подвести определенную мощность, то температура его будет расти до тех пор, пока не установится равенство подводимой и отдаваемой мощностей.

Подводимая к катоду мощность накала расходуется на излучение :шергии в окружающее пространство, эмиссию электронов, а также часть мощности теряется из-за теплопроводности держателей катода.

Доля излучаемой мощности P„, Вт/см, может быть определена в соответствии с уравнением Стефана-Больцмана:

р: =еоТ\

где а = 5,67 • 10"* Вт/(см - К*) - постоянная Стефана-Больцмана; е - коэффициент излучения, равный отношению излучательной способности данной поверхности к излучательной способности абсолютно черного тела. Для абсолютно черного тела е = 1, а для всех реальных тел е < 1. Из формулы следует, что охлаждение катода будет тем меньше, чем меньше коэффициент излучения.

Потеря мощности за счет эмиссии электронов и теплоотвода держателями катода (для катодов из длинных тонких проволок или лент) мала по сравнению с потребляемой катодом мощностью. Для массивных катодов потери мощности на теплоотвод держателями могут составить несколько десятков процентов. Для катодов, у которых можно пренебречь теплоотводом по сравнению с излучаемой мощностью, приближенно можно считать, что всю потребляемую энергию катод отдает в виде энергии излучения, т. е.

Эффективность катода Н, мА/Вт, - ток электронной эмиссии 1 на 1 Вт мощности, затраченной на разогрев катода:

Я= /з/Р„.

Эффективность является наиболее важным параметром катода, оценивающим его экономитаость. Чем меньше мощность цепи накапа, при которой можно получить необходимый ток, тем выше эффективность. Эффективность катодов составляет приблизительно 2-120мА/Вт.

Рабочая температура Траб. К> - это температура, при которой достигается требуемая удельная эмиссия. Чем ниже рабочая температура катода, тем меньшую мощность нужно затрачивать на его нагрев и, следовательно, экономичность катода выше. Температура катода определяет также тепловой режим электродов прибора и баллона. С этих точек зрения целесообразно применять в приборах катоды, дающие необходимую удельную эмиссию при возможно более низкой рабочей температуре. В ряде случаев наряду со сравнительно низкотемпературными (Граб ~ = 1000 1100 К) применяют и высокотемпературные катоды (Граб ~ = 2400 2600 К), более устойчивые к неблагоприятным воздействиям.

Долговечность катода - время непрерывной работы в часах при нормальных условиях эксплуатации, в течение которого катод сохраняет свои основные параметры в пределах нормируемых. Долговечность современных катодов составляет 500-10000 ч.

Эмиссионные свойства катодов характеризуются эмиссионной характеристикой, представляющей собой зависимость тока эмиссии от