Характеристика и классификация современных термоэлектронных катодов. Свойства боридов, изготовление катода гексаборида лантана. Расчет режима работы, мощности катодного узла, мощности теплового излучения с рабочей поверхности. Проверка баланса мощностей.
В связи с быстрым развитием технологии производства электронных эмиттеров в настоящее время существует большое количество различных типов термокатодов, отличающихся друг от друга используемыми материалами, структурой активного слоя, температурным режимом и способом нагрева. Накаливаемые катоды принято обычно классифицировать по трем признакам: по виду вещества, используемого в качестве источника термоэлектронной эмиссии, по способу их накаливания и по виду конструктивного оформления. Основные требования к веществам, используемых в качестве источников электронов в накаливаемых катодах выглядят следующим образом: Во-первых, вещество должно обладать достаточно высокой температурой плавления, допускающей его работу при значениях температуры, обеспечивающее необходимую для нормальной работы лампы плотность тока термоэлектронной эмиссии и возможность еще более высокотемпературной обработки катода; Во-вторых, вещество должно обладать достаточно высокой температурой кипения и по возможности более низким давлением паров в пределах рабочих значений температуры катода (этим фактом определяются в большинстве случаев длительность и стабильность работы многих видов катодов); В-третьих, в пределах температуры катода его вещество должно обладать высокой механической прочностью и достаточно высокой электропроводностью, допускающей отбор тока эмиссии большой плотности и без заметных потерь, вызывающих дополнительный нагрев катода этим током.Бор, азот, кремний, углерод образуют с металлами переходных групп соединения, которые не подчиняются законам химической валентности и по многим свойствам напоминают металлы. К числу таких соединений следует отнести в первую очередь гексабориды редкоземельных и щелочноземельных металлов, а также некоторые дибориды. Эмиттеры на основе боридов имеют, как правило, высокую рабочую температуру и сравнительно низкую экономичность, но все-таки они представляют значительный интерес благодаря устойчивости к отравлению остаточными газами. Большинству боридов присущи ярко выраженные металлические свойства: они имеют металлический блеск, хорошо проводят электрический ток, причем температурный коэффициент сопротивления у них положителен, как у металлов. При нагревании в контакте с металлами и многими тугоплавкими соединениями бориды диффундируют в металл и располагается в междуузлиях его решетки, образуя низшие бориды и сплавы.Катоды с гексаборидом лантана изготовляют из порошка путем нанесения его на металлическую подложку или прессования при Т=1920 К. Большая рабочая температура ограничивает срок службы катода вследствие перегорания подогревателя. При изготовлении губчатых катодов в качестве подложки используют тантал или молибден, так как они меньше других тугоплавких металлов взаимодействуют с гексаборидом лантана. Максимальная прочность достигается при горячем прессовании, когда давление не превышает 200 кг/см2, а температура составляет 2200-2300 К,. прессование желательно производить в защитной атмосфере. Катоды можно изготовлять из расплавленного гексаборида лантана, который расплавляют плазменным методом.Для данного катода выбран непрерывный режим работы, так как задано относительно не большое значение тока эмиссии .-эффективная работа выхода электронов, [1]; Используя выше перечисленные данные, вычислим плотность тока эмиссии по формуле Ричардсона-Дешмана: ; . Найденная плотность тока согласуется с табличным значением. Учитывая то, что ток эмиссии вычислим поверхность эмитирующего вещества - рабочую площадь: ; Определяем радиус поверхности, с которой будет происходить испускание электронов (эмиссия).Помимо нормального рабочего режима, подогреватель должен выдерживать более высокую температуру, необходимую при обработке катода, поэтому для изготовления подогревателей могут быть применены либо вольфрам, либо его сплавы с молибденом, содержащие 50 или 20% вольфрама. К подогревателям предъявляют следующие основные требования: термическая устойчивость, высокая механическая прочность, незначительный разброс по току накала, долговечность, незначительные токи утечки. Перейдем к непосредственному расчету подогревателя для рассматриваемого катода: Для напряжения накала обычно задается одно из его стандартных значений. Зная напряжение накала, находим ток накала: , [1] где - мощность накала подогревателя катода, - напряжение накала, - ток накала; Учитывая, что при рабочей температуре нагревателя , сделанного из сплава ВМ-50(W-50% и Mo-50%), удельная мощность рассеивания проволкой равна , а удельное сопротивление , рассчитаем диаметр и длину проволоки подогревателя: , [1] , [1] где - напряжение накала, - ток накала, - удельная мощность рассеивания проволокой;В качестве материала держателей выберем цирконий, так как он обладает низкой теплопроводностью. Отсюда: где - значение для см, см, А, зависящие от температуры .Рассчитаем потери мощности на охлажденных концах: где - коэффициент излучения для циркония;Найдем мощность, забираемую электронами: , где - заряд электрона, - рабочая температура поверхности эми
2.7 Расчет мощности теплового излучения с рабочей поверхности
2.8 Расчет мощности излучения корпусом катода
2.9 Проверка баланса мощностей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение
В связи с быстрым развитием технологии производства электронных эмиттеров в настоящее время существует большое количество различных типов термокатодов, отличающихся друг от друга используемыми материалами, структурой активного слоя, температурным режимом и способом нагрева.
Накаливаемые катоды принято обычно классифицировать по трем признакам: по виду вещества, используемого в качестве источника термоэлектронной эмиссии, по способу их накаливания и по виду конструктивного оформления.
Основные требования к веществам, используемых в качестве источников электронов в накаливаемых катодах выглядят следующим образом: Во-первых, вещество должно обладать достаточно высокой температурой плавления, допускающей его работу при значениях температуры, обеспечивающее необходимую для нормальной работы лампы плотность тока термоэлектронной эмиссии и возможность еще более высокотемпературной обработки катода;
Во-вторых, вещество должно обладать достаточно высокой температурой кипения и по возможности более низким давлением паров в пределах рабочих значений температуры катода (этим фактом определяются в большинстве случаев длительность и стабильность работы многих видов катодов);
В-третьих, в пределах температуры катода его вещество должно обладать высокой механической прочностью и достаточно высокой электропроводностью, допускающей отбор тока эмиссии большой плотности и без заметных потерь, вызывающих дополнительный нагрев катода этим током. [1]
По способам нагрева термоэлектронные катоды можно подразделить на прямонакальные, подогревные и с электронным подогревом: В прямонакальном катоде ток накала проходит непосредственно по телу катода.
В случае подогревного катода нагрев осуществляется специальным подогревателем за счет лучеиспускания или теплопроводности изолирующего покрытия подогревателя, через который пропускается ток накала.
Катод с электронным подогревателем нагревается в результате бомбардировки его ускоренными в электрическом поле электронами. Для этого требуется дополнительный, обычно прямонакальный, катод и наличие разности потенциалов между катодами.
По материалам и структуре активного слоя современные термоэлектронные катоды можно подразделить на 5 групп: I группа - катоды из чистых металлов;
II группа - пленочные катоды;
III группа - полупроводниковые катоды;
IV группа - гексаборидные катоды;
V группа - сложные катоды;
Особую группу представляют собой катоды, для которых эмитирующими электроны веществами являются различного рода тугоплавкие соединения, принадлежащие с кристаллографической точки зрения к так называемым структурам внедрения, (которые по электропроводности чаще всего соответствуют металлам, реже - полупроводникам, представляя в этом отношении особую переходную группу между металлами и полупроводниками, называемых иногда полуметаллами). К этим веществам относятся соединения металлов с такими элементами, как углерод (карбиды) и бор (бориды). Из подобных соединений, уже нашедших практическое применение в электровакуумной технике и, в частности, в разборных приборах, а также в разработках генераторных ламп, можно назвать гексабориды лантана и цермишметалла, являющиеся одними из наиболее активных среди многих исследованных до сих пор соединений этого типа. [1]
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
