Che cos'è il catodo caldo?

Un catodo è l'elettrodo di un dispositivo elettrico in cui la corrente elettrica scorre lontano dal dispositivo. Un catodo caldo può essere un catodo che viene riscaldato direttamente o indirettamente. Il filamento del catodo è la fonte degli elettroni nel caso di un catodo direttamente riscaldato. Il filamento è isolato elettricamente dal catodo nel caso di un catodo riscaldato indirettamente. Un catodo caldo emette più elettroni di un catodo freddo con la stessa superficie.

I primi catodi caldi utilizzavano il riscaldamento diretto. Erano fatti di puro tungsteno e riscaldati a incandescenza bianca. I filamenti successivi furono coperti con un materiale che emette elettroni più facilmente del tungsteno, il che riduce la temperatura operativa di un catodo caldo. Ulteriori miglioramenti ai catodi caldi che utilizzano il riscaldamento indiretto includono filamenti di tungsteno sinterizzato, leghe di torio-tungsteno e tantalio. Alcuni catodi caldi hanno anche la forma di specchi parabolici.

I catodi caldi che usano il riscaldamento indiretto hanno un vantaggio quando si usa corrente alternata, perché questa configurazione produce meno ronzio di un catodo che utilizza il riscaldamento diretto. Il filamento in un catodo caldo che utilizza il riscaldamento indiretto è comunemente chiamato riscaldatore. Il riscaldatore è generalmente in tungsteno e circondato da un tubo di nichel.

Un rivestimento di ossido sul filamento di un catodo caldo può ridurre la temperatura operativa del filamento. La prima scelta è stata l'ossido di bario puro e le formulazioni successive hanno utilizzato una miscela di ossido di bario, ossido di calcio e ossido di stronzio. I catodi caldi rivestiti con questi composti hanno una temperatura operativa massima di 1.832 gradi Fahrenheit (1.000 gradi Celsius). Sono soggetti a rapido degrado in condizioni di alta tensione e sono spesso utilizzati in tubi a vuoto a bassa potenza.

I catodi caldi che devono gestire correnti elevate hanno comunemente rivestimenti di hexaborides come il cerio hexaboride (CeB6) o il lantanio hexaboride (LaB6). Altri tipi di hexaborides comunemente usati per rivestire i catodi caldi includono hexaboride di bario, hexaboride di calcio ed hexaboride di stronzio. Questi tipi di catodi caldi bruciano più intensamente e hanno una durata maggiore rispetto ai catodi caldi al tungsteno, ma sono anche più costosi.

I filamenti che contengono una piccola quantità di torio sono un'altra opzione per i catodi caldi. Il filamento viene riscaldato a incandescenza bianca in un'atmosfera contenente idrocarburi, che fa migrare il torio sulla superficie del filamento. I filamenti tormentati possono gestire l'alta tensione e avere una lunga durata. Lo svantaggio principale dei filamenti toriati è che il torio è radioattivo. Le alternative al torio nei filamenti di catodi caldi includono cerio, lantanio, ittrio e zirconio.