O que é o cátodo quente?
Um cátodo é o eletrodo de um dispositivo elétrico no qual a corrente elétrica flui para longe do dispositivo. Um cátodo quente pode ser um cátodo que é aquecido direta ou indiretamente. O filamento do cátodo é a fonte dos elétrons no caso de um cátodo diretamente aquecido. O filamento é isolado eletricamente do cátodo no caso de um cátodo indiretamente aquecido. Um cátodo quente emite mais elétrons que um cátodo frio com a mesma área de superfície.
Os primeiros cátodos quentes usavam aquecimento direto. Eles eram feitos de tungstênio puro e aquecidos até a incandescência branca. Filamentos posteriores foram cobertos com um material que emite elétrons mais facilmente que o tungstênio, o que reduz a temperatura de operação de um cátodo quente. Outras melhorias nos catodos quentes que usam aquecimento indireto incluem filamentos feitos de tungstênio sinterizado, ligas de tório-tungstênio e tântalo. Alguns cátodos quentes também têm a forma de espelhos parabólicos.
Os cátodos quentes que usam aquecimento indireto têm uma vantagem ao usar corrente alternada, porque essa configuração produz menos zumbido que um cátodo que usa aquecimento direto. O filamento em um cátodo quente que usa aquecimento indireto é comumente chamado de aquecedor. O aquecedor é geralmente feito de tungstênio e cercado por um tubo de níquel.
Um revestimento de óxido no filamento de um cátodo quente pode reduzir a temperatura de operação do filamento. A primeira escolha foi o óxido de bário puro e as formulações posteriores usaram uma mistura de óxido de bário, óxido de cálcio e óxido de estrôncio. Os cátodos quentes revestidos com esses compostos têm uma temperatura operacional máxima de 1.832 graus Fahrenheit (1.000 graus Celsius). Eles estão sujeitos a uma rápida degradação em condições de alta tensão e são mais frequentemente usados em tubos de vácuo de baixa potência.
Os cátodos quentes que precisam lidar com alta corrente geralmente têm revestimentos de hexaboretos como hexaborida de cério (CeB6) ou hexaborida de lantânio (LaB6). Outros tipos de hexaborídeos comumente usados para revestir cátodos quentes incluem hexaborida de bário, hexaborida de cálcio e hexaborida de estrôncio. Esses tipos de cátodos quentes queimam mais intensamente e têm vida útil mais longa que os cátodos quentes de tungstênio, mas também são mais caros.
Filamentos que contêm uma pequena quantidade de tório são outra opção para os cátodos quentes. O filamento é aquecido até a incandescência branca em uma atmosfera contendo hidrocarbonetos, o que faz com que o tório migre para a superfície do filamento. Os filamentos toriados podem suportar alta tensão e ter vida útil longa. A principal desvantagem dos filamentos toriados é que o tório é radioativo. Alternativas ao tório nos filamentos de cátodo quente incluem cério, lantânio, ítrio e zircônio.