Was ist heiße Kathode?
Eine Kathode ist die Elektrode eines elektrischen Geräts, in der der elektrische Strom vom Gerät wegfließt. Eine Heißkathode kann eine Kathode sein, die direkt oder indirekt beheizt wird. Bei einer direkt beheizten Kathode ist der Kathodenfaden die Elektronenquelle. Bei einer indirekt beheizten Kathode ist das Filament von der Kathode elektrisch isoliert. Eine Heißkathode emittiert mehr Elektronen als eine Kaltkathode mit gleicher Oberfläche.
Die ersten Heißkathoden wurden direkt beheizt. Sie bestanden aus reinem Wolfram und waren weißglühend. Spätere Filamente wurden mit einem Material bedeckt, das Elektronen leichter emittiert als Wolfram, was die Betriebstemperatur einer heißen Kathode senkt. Weitere Verbesserungen an Heißkathoden, die indirektes Erhitzen verwenden, umfassen Filamente aus gesintertem Wolfram, Thorium-Wolfram-Legierungen und Tantal. Einige heiße Kathoden sind auch wie Parabolspiegel geformt.
Heiße Kathoden mit indirekter Erwärmung haben einen Vorteil bei Verwendung von Wechselstrom, da diese Konfiguration weniger Brummen erzeugt als eine Kathode mit direkter Erwärmung. Das Filament in einer Heißkathode, das indirekte Erwärmung verwendet, wird üblicherweise als Heizung bezeichnet. Die Heizung besteht üblicherweise aus Wolfram und ist von einem Rohr aus Nickel umgeben.
Eine Oxidbeschichtung auf dem Heizfaden einer heißen Kathode kann die Betriebstemperatur des Heizfadens verringern. Die erste Wahl war reines Bariumoxid, und spätere Formulierungen verwendeten eine Mischung aus Bariumoxid, Calciumoxid und Strontiumoxid. Mit diesen Verbindungen beschichtete Heißkathoden haben eine maximale Betriebstemperatur von 1.000 Grad Celsius. Sie unterliegen einem raschen Abbau unter Hochspannungsbedingungen und werden am häufigsten in Vakuumröhren mit geringer Leistung verwendet.
Heiße Kathoden, die Hochstrom handhaben müssen, weisen üblicherweise Beschichtungen aus Hexaboriden wie Cerhexaborid (CeB6) oder Lanthanhexaborid (LaB6) auf. Andere Arten von Hexaboriden, die üblicherweise zum Beschichten heißer Kathoden verwendet werden, umfassen Bariumhexaborid, Calciumhexaborid und Strontiumhexaborid. Diese Arten von heißen Kathoden brennen heller und haben eine längere Lebensdauer als heiße Wolframkathoden, sind jedoch auch teurer.
Filamente, die eine geringe Menge Thorium enthalten, sind eine weitere Option für Heißkathoden. Das Filament wird in einer kohlenwasserstoffhaltigen Atmosphäre weißglühend erhitzt, wodurch das Thorium zur Oberfläche des Filaments wandert. Thoriated Filamente können Hochspannung behandeln und haben lange Lebensdauern. Der Hauptnachteil von thorierten Filamenten besteht darin, dass Thorium radioaktiv ist. Alternativen zu Thorium in Heißkathodenfilamenten umfassen Cer, Lanthan, Yttrium und Zirkonium.