Термоэлектронный катод, теpмокатод. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Термоэлектронный катод (теpмокатод) - катод электровакуумных и газоразрядных приборов, эмитирующий электроны при нагревании (см. Термоэлектронная эмиссия ).Осн. характеристики Т.к.: плотность эмиссионного тока насыщения j_э и её зависимость от температуры; рабочая темп-pa Т_раб, обычно рекомендуемая для Т.к. данного типа; работа выхода Ф; эффективность Т.к. h, равная отношению тока эмиссии к мощности, затрачиваемой на нагревание катода; срок службы. Чем меньше Ф, тем ниже T_раб, при к-рой достигается j_э, меньше скорость испарения активного вещества катода и, следовательно, больше его срок службы. Осн. типы Т.к.: металлические, полупроводниковые, металлопористые и боридные.

Металлические термоэлектронные катоды изготовляются из чистого металла или сплавов металлов. Это прямонакальные T. к., нагревающий их ток пропускается непосредственно через проволоку (спираль, ленту), эмитирующую электроны. Такие T. к. находят ограниченное применение.

Полупроводниковые Термоэлектронный катоды

К этому классу термоэлектронные катоды относятся в осн. оксидные. Это эффективные T. к. косвенного накала. Активным веществом в них являются оксиды металлов; в результате их прогревания (активирования), проводимого с целью повышения j_э, в объёме и на поверхности катода образуется избыток металла, обеспечивающий необходимую электропроводность T. к. и снижение Ф. Существуют два типа оксидных катодов - низко- и высокотемпературные. В н и з к о т е м п е р а т у р н ы х о к с и дн ы х Т.к., работающих при T_раб

900-1300 К, используются смеси оксидов щёлочно-земельных металлов Ba, Sr и Ca. Из-за неустойчивости этих оксидов на воздухе их получают из исходных веществ-двойных или тройных карбонатов (BaSr)CO₃, (BaSrCa)CO₃. Последние наносятся на металлический керн, смонтированный вместе с подогревателем, и активируются прогреванием непосредственно в изготовляемом приборе при его откачке. При этом образуются оксиды металлов и одновременно нек-рое количество свободных атомов металлов. В в ы с о к о т е мп е р а т у р н ы х о к с и д н ы х к а т о д а х активным веществом служат оксиды Y, Th и др. Рабочие температуры таких Т.к. в зависимости от материала подложки (Та, W, Re) лежат в диапазоне T_раб

1400-2000 К. Долговечность оксидных T. к. ограничивается постоянным испарением ок-сидного покрытия, а также образованием промежуточного слоя между металлической подложкой, на к-рую наносится активный слой, и покрытием.

М е т а л л о п о р и с т ы е Т.к. Недостатки оксидных катодов были устранены благодаря созданию T. к. с запасом активного эмиссионного вещества, названных металлопо-ристыми (р а с п р е д е л и т е л ь н ы м и, или д и с п е н с е р-н ы м и) катодами. Они представляют собой металлическую губку из тугоплавкого металла (W, Re, Mo), содержащую соединения активных материалов, преимущественно Ba. При нагревании выделяющийся из соединений Ba диффундирует к поверхности, покрывая её тонкой плёнкой металла, снижающей Ф. В процессе работы T. к. разрушающаяся вследствие испарения и воздействия остаточных газов плёнка возобновляется поступающим из пор Ba. Существует неск. типов металлопористых T. к. К а м е рн ы й или L-к а т о д представляет собой камеру, заполненную карбонатом Ba - Sr и закрытую вольфрамовой стенкой-губкой. При нагревании карбонат разлагается, выделяя Ba, к-рый пополняет его запас в губке и на её наружной поверхности, эмитирующей электроны. Осн. недостатком этой модификации катодов является длительное время обезгаживания и разложения карбонатов. Этот недостаток был устранён благодаря использованию др. эмиссионно-активных материалов-алюминатов и вольфраматов Ba, а также созданию др. модификаций металлопористых Т.к. - прессованных и пропитанных (импрегнированных). П р е с с о в а н н ы е м е т а л л о п о р и с т ы е Т.к. изготавливаются в виде таблеток или керамических трубок путём прессования смеси из порошков активных веществ (оксидов, алюминатов, вольфраматов Ba) и порошков тугоплавких металлов (W) или сплавов W с др. металлами, напр. с Re. П р о п и т а н н ы е T.к. получают пропитыванием вольфрамовой губки путём погружения её в расплав активного эмиссионного материала. Варьировались составы активных эмиссионных материалов (вольфраматы Ba и Ba - Ca, скандаты) и материалы губки (W, Ni, смеси W с Ir, Os). Лучшими модификациями металлопористых T. к., широко применяемыми на практике, являются катоды с алюминатом Ba - Ca: j_э

4-10 А/см² при T_раб

1370 К, срок службы-десятки тыс. часов. Металлопористые T. к. используются в электронно-лучевых трубках, приборах СВЧ-диапазона. Изучаются металлопористые T. к. с тонкими плёнками тугоплавких металлов на поверхности (Os, Ir, Ru, Pt). Лучшими свойствами обладают катоды с плёнкой Os.

Б о р и д н ы е Т.к. изготовляются из металлоподобных соединений типа MB_n (M - металл); наиб. распространение получили T. к. из гексаборида лантана (LaB₆). Высокая механическая прочность и устойчивость к электронной и ионной бомбардировкам позволяют использовать такие T. к. в режиме термополевой эмиссии при высокой напряжённости электрического поля (~10^б В/см), когда значительная часть эмиссионного тока обусловлена автоэлектронной эмиссией. Такие Т.к. применяются в ускорителях, а также в вакуумных устройствах, в к-рых Т.к. должны работать в условиях "плохого" вакуума, не отравляясь и обеспечивая электронные токи большой плотности. Перспективным направлением в улучшении свойств T. к. из LaB₆ является использование монокристаллов LaB₆; так, с граней (100), (210) монокристалла снимаются большие токи, чем с поликристаллического LaB₆.

Новым направлением в катодной электронике является разработка металлосплавных термоэлектронных катодов. Перспективными материалами для катодов этой серии являются сплавы благородных металлов (Pd, Pt, Ir) с редкоземельными (Ir с Ce и La).

В табл. приведены осн. параметры применяемых на практике T. к. (по данным разных авторов).

Литература по термоэлектронным катодам, теpмокатодам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.