Wat is hete kathode?
Een kathode is de elektrode van een elektrisch apparaat waarin de elektrische stroom van het apparaat wegstroomt. Een hete kathode kan een kathode zijn die direct of indirect wordt verwarmd. De gloeidraad van de kathode is de bron van de elektronen in het geval van een direct verwarmde kathode. De gloeidraad is elektrisch geïsoleerd van de kathode in het geval van een indirect verwarmde kathode. Een hete kathode straalt meer elektronen uit dan een koude kathode met hetzelfde oppervlak.
De eerste hete kathoden gebruikten directe verwarming. Ze waren gemaakt van puur wolfraam en verhit tot witte gloeiing. Latere filamenten waren bedekt met een materiaal dat elektronen gemakkelijker uitzendt dan wolfraam, wat de bedrijfstemperatuur van een hete kathode verlaagt. Verdere verbeteringen aan hete kathoden die indirecte verwarming gebruiken, zijn onder meer filamenten gemaakt van gesinterd wolfraam, thorium-wolfraamlegeringen en tantaal. Sommige hete kathoden hebben ook de vorm van parabolische spiegels.
Hete kathoden die indirecte verwarming gebruiken, hebben een voordeel bij het gebruik van wisselstroom, omdat deze configuratie minder brom produceert dan een kathode die directe verwarming gebruikt. De gloeidraad in een hete kathode die indirecte verwarming gebruikt, wordt gewoonlijk de verwarmer genoemd. De verwarmer is meestal gemaakt van wolfraam en omgeven door een buis van nikkel.
Een oxidelaag op de gloeidraad van een hete kathode kan de bedrijfstemperatuur van de gloeidraad verlagen. De eerste keuze was zuiver bariumoxide, en latere formuleringen gebruikten een mengsel van bariumoxide, calciumoxide en strontiumoxide. Hete kathoden bedekt met deze verbindingen hebben een maximale bedrijfstemperatuur van 1.832 graden Fahrenheit (1.000 graden Celsius). Ze zijn onderhevig aan snelle degradatie in hoogspanningsomstandigheden en worden meestal gebruikt in vacuümbuizen met laag vermogen.
Hete kathoden die hoge stroom moeten hanteren, hebben gewoonlijk coatings van hexaborides zoals cerium hexaboride (CeB6) of lanthaanhexaboride (LaB6). Andere soorten hexaboriden die gewoonlijk worden gebruikt voor het coaten van hete kathoden omvatten bariumhexaboride, calciumhexaboride en strontiumhexaboride. Dit soort hete kathoden branden helderder en hebben een langere levensduur dan wolfraam hete kathoden, maar ze zijn ook duurder.
Filamenten die een kleine hoeveelheid thorium bevatten, zijn een andere optie voor hete kathoden. De gloeidraad wordt verwarmd tot witte gloeiing in een atmosfeer die koolwaterstoffen bevat, waardoor het thorium naar het oppervlak van de gloeidraad migreert. Thoriated filamenten kunnen hoge spanning aan en hebben een lange levensduur. Het primaire nadeel van thoriumfilamenten is dat thorium radioactief is. Alternatieven voor thorium in hete kathodefilamenten omvatten cerium, lanthaan, yttrium en zirkonium.