Термоэмиссия, как известно, объясняется тем, что те электроны в объёме ме- талла, которые находятся вблизи его поверхности и получили за счёт столкновений достаточно большую скорость в направлении, перпендикулярном поверхности, ока- зываются способными преодолеть силы притяжения к металлу и покинуть его. Термоэмиссии металлов описывается законом Ричардсона-Дешмана %]¦ G-2.8) 366 Гл. 7. Взаимодействие плазмы с поверхностями твёрдых тел Здесь А— постоянная Ричардсона, (р — работа выхода. Эту формулу можно вывести термодинамически, рассматривая равновесие между вырожденным электронным га- зом внутри металла и классическим электронным облаком вблизи металла. В случае бария, ср = 2,5эВ, А = 60А-см2/град2, для молибдена ср = 4,ЗэВ, А = = 60А-см2/град2, для вольфрама ip = 4,6эВ, А ~ 100А-см2/град2. Стремление получить эффективные эмиттеры с низкой работой выхода привели к созданию четырех типов катодов. Катоды сложного состава со сверхнизкой работой выхода. К ним относятся так называемые оксидно-бариевые катоды, которые представляют собой сложные системы окислов Ва, Sr, Ca. Их характерная работы выхода составляет 1,0-1,2 эВ. В то же время благодаря тому, что Ва и другие металлы связаны кислородом, скорость их испарения невелика. При рабочей температуре ~ 900°С они могут работать тысячи часов, эмиттируя токи плотностью до 1 А/см2. К сожалению, они легко "отравляются", в частности, на воздухе. Физические процессы в этих катодах сложны, и мы не будем их касаться. Рекордными с точки зрения малости работы выхода являются катоды фотоэлементов, сделанные на основе Ag-0-Cs. В них работа выхода достигает 0,6 эВ. Однако это очень "нежные" поверхности. Стойкие катоды сложного состава с малой работой выхода. Примером эмит- тера этого типа является, в полном смысле слова, знаменитый гексаборид лантана LaBe с высокими механическими характеристиками. Работа выхода LaBe в рабочем дипазоне температур (до 1500°С) ip « 2,6эВ, постоянная Ричардсона ~ 50А/см2. Катод из гексаборида лантана может работать на воздухе и сохраняет свои свойства при хранении в агрессивных средах. Характерные значения плотности тока j соот- ветственно равны: 0,3 А/см2 при Т = 1300°С; 1,0 А/см2 при Т = 1400°С и 10 А/см2 при Т = 1600°С. Срок службы при 1600° С составляет не менее 5000 ч. Катоды с "восстанавливаемой" поверхностью (пленочные катоды). Наиболее отчётливо принцип пленочных катодов реализован в так называемых металлокапил- лярных катодах (Л-катод). По мере десорбции, активный материал (например, Ва) диффундирует из специальной коробочки через пористую диафрагму на эмитирую- щую поверхность. По существу к этому же классу относятся катоды из торирован- ного или лантанированного вольфрама. Только здесь пленка поддерживается за счёт диффузии активной присадки (La, Th) из объёма катода. Полые катоды. Такой катод — по существу уже некое газоразрядное устройство. Отличительная особенность его — катодный блок, представляющий собой полость с малым отверстием (рис. 7.2.12). Если внутренняя часть полости является активным эмиттером, то при весьма малой скорости испарения удается получать большие токи за счёт "проваливания" в полость электрического поля и образования там плазмы, собирающей поток электронов со всей поверхности полости.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Термоэмиссия. Эффективные катоды» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
