Mikä on kuuma katodi?

Katodi on sähkölaitteen elektrodi, jossa sähkövirta virtaa pois laitteesta. Kuuma katodi voi olla katodi, joka kuumennetaan suoraan tai epäsuorasti. Katodin filamentti on elektronien lähde suoraan lämmitettävän katodin tapauksessa. Filamentti on sähköisesti eristetty katodista epäsuorasti kuumennetun katodin tapauksessa. Kuuma katodi lähettää enemmän elektroneja kuin kylmä katodi, jolla on sama pinta -ala.

Ensimmäiset kuumat katodit käyttivät suoraa lämmitystä. Ne valmistettiin puhtaasta volframista ja lämmitettiin valkoiseen hehkulamppuun. Myöhemmin filamentit peitettiin materiaalilla, joka säteilee elektroneja helpommin kuin volframi, mikä alentaa kuuman katodin käyttölämpötilaa. Muita parannuksia kuumiin katodeihin, jotka käyttävät epäsuoraa lämmitystä, ovat sintratusta volframista, torium-volframiseoksista ja tantaalista valmistetut filamentit. Jotkut kuumat katodit ovat myös parabolisten peilien muotoisia.

Epäsuoraa lämmitystä käyttävillä kuumilla katodeilla on etu, kun käytetään vaihtovirtaa, koska tämä kokoonpano tuottaa vähemmän huminaa kuin suoraa lämmitystä käyttävä katodi. Kuuman katodin hehkulankaa, joka käyttää epäsuoraa lämmitystä, kutsutaan yleisesti lämmittimeksi. Lämmitin on yleensä valmistettu volframista ja sitä ympäröi nikkeliputki.

Kuuman katodin filamentin oksidipinnoite voi alentaa hehkulangan käyttölämpötilaa. Ensimmäinen vaihtoehto oli puhdas bariumoksidi, ja myöhemmissä formulaatioissa käytettiin bariumoksidin, kalsiumoksidin ja strontiumoksidin seosta. Näillä yhdisteillä päällystettyjen kuumien katodien maksimilämpötila on 1,832 astetta Fahrenheit (1,000 astetta). Ne hajoavat nopeasti suurjänniteolosuhteissa, ja niitä käytetään useimmiten pienitehoisissa tyhjiöputkissa.

Kuumissa katodeissa, joiden on käsiteltävä suurta virtaa, on yleensä heksaboridipinnoitteita, kuten ceriumheksaboridi (CeB6) tai lantaaniheksaboridi (LaB6). Muita kuumien katodien päällystämiseen yleisesti käytettyjä heksaborideja ovat bariumheksaboridi, kalsiumheksaboridi ja strontiumheksaboridi. Tämäntyyppiset kuumat katodit palavat kirkkaammin ja niillä on pidempi käyttöikä kuin volframikuumakatodeilla, mutta ne ovat myös kalliimpia.

Filamentit, jotka sisältävät pienen määrän toriumia, ovat toinen vaihtoehto kuumille katodeille. Filamentti kuumennetaan valkoiseen hehkulamppuun hiilivetyjä sisältävässä ilmakehässä, mikä saa toriumin siirtymään filamentin pintaan. Thoriated -filamentit kestävät suurjännitettä ja niillä on pitkä käyttöikä. Thoriated -filamenttien ensisijainen haitta on, että torium on radioaktiivinen. Vaihtoehtoja toriumille kuumissa katodifilamentteissa ovat cerium, lantaani, yttrium ja zirkonium.