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TECNOLOGIE ELETTRONICHE
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
I CATODI EMITTENTI - Catodi a Riscaldamento Diretto
Catodi a Riscaldamento Diretto costituiti da metalli puri.
Non è sufficiente per realizzare un catodo di buone
caratteristiche scegliere un materiale caratterizzato da
un basso potenziale di estrazione.
Si rendono infatti necessari i seguenti requisiti principali:
a)
Bassa tensione di vapore
b)
Buona resistenza meccanica a caldo
c)
Buone doti di lavorabilità
d)
Costo ragionevole
e)
Elevata temperatura di rammollimento
Il materiale più' impiegato e' il Tungsteno perche’ pur
avendo un potenziale di estrazione superiore a quello di
altri metalli, come mostrato nella tabella sottostante,
ha una bassa tensione di vapore ed una elevata temperatura di rammollimento.
Altre caratteristiche sono in vece meno desiderabili.
E'infatti un materiale difficilmente lavorabile a causa della sua struttura cristallina.
Trattandosi del materiale più usato le caratteristiche emissive del tungsteno sono
più' esattamente conosciute di quelle relative agli altri materiali.
A causa del potenziale di estrazione relativamente elevato, il tungsteno e' impiegato
solo nei casi in cui non possono essere usati altri emettitori.
Di solito si ricorre al tungsteno per tubi a vuoto con tensione di placca superiori di 4 KV e ciò'
perche' altri emettitori non potrebbero resistere a lungo alle sollecitazioni di carattere mec-
-canico che derivano dal bombardamento di ioni positivi inevitabilmente presenti a causa
dell'imperfetto svuotamento del contenitore e dotati di considerevole energia per l'accellera-
-zione acquisita nel campo elettrico, in questo caso assai intenso.
Come avviene per gli altri materiali metallici il tungsteno è soggetto a sensibili riduzioni di
emissione se contaminato dalla presenza di gas.
Il progetto dei catodi di tungsteno (del quale daremo un esempio in un successivo paragrafo)
è facilitato dalle conoscenze dei dati rappresentati nella sottostante tabella.
Tavola di Jones e Langmuir per il calcolo dei catodi in tungsteno
T
°K
273
-
6,37
0.911
293
0
6,99
0
0
1,00
300
0,0001
7,20
3,727
0,02683
1,03
400
0,00624
10,26
24,67
0,2530
1,467
500
0,0305
13,45
47,62
0,6404
1,924
600
0,0954
16,85
75,25
1,268
2,41
700
0,240
20,49
108,2
2,218
2,93
800
0,530
24,19
148,0
3,581
3,46
900
1,041
27,94
193,1
5,393
4,00
1000
1,891
31,74
244,1
7,449
3,36 10^-15
1,16 10^-33
4,54
1100
3,223
35,58
301,0
10,71
4,77 10^-13
6,81 10^-30
5,08
1200
5,210
39,46
363,4
14,34
3,06 10^-11
1,01 10^-26
5,65
1300
8,060
43,40
430,9
18,70
1,01 10^-9
4,22 10^-24
6,22
1400
12,01
47,37
503,5
23,85
2,08 10^-8
7,88 10^-22
6,78
1500
17,33
51,40
580,6
29,85
2,87 10^-7
7,42 10^-20
7,36
1600
24,32
55,46
662,2
36,83
2,91 10^-6
3,92 10^-18
7,93
1700
33,28
59,58
747,3
44,52
2,22 10^-5
1,31 10^-16
8,52
1800
44,54
63,74
836,0
53,28
1,40 10^-4
2,97 10^-15
9,12
0,0031
1900
58,45
67,94
927,4
63,02
7,15 10^-4
4,72 10^-14
9,72
0,0122
2000
75,37
72,19
1022
73,75
3,15 10^-3
5,51 10^-13
10,33
0,042
2100
95,69
76,49
1119
85,57
1,23 10^-2
4,95 10^-12
10,93
0,128
2200
119,8
80,83
1217
98,40
4,17 10^-2
3,92 10^-11
11,57
0,342
2300
148,2
85,22
1319
111,40
1,28 10^-1
2,45 10^-10
12,19
0,864
2400
181,2
89,65
1422
127,5
0,364
1,37 10^-9
12,83
2,01
2500
219,3
94,13
1526
146,3
0,935
6,36 10^-9
13,47
4,26
2600
263,0
98,66
1632
161,1
2,25
2,76 10^-8
14,12
8,56
2700
312,7
103,22
1741
179,7
5,12
9,95 10^-8
14,76
16,4
2800
368,9
107,85
1849
199,5
11,11
3,51 10^-7
15,43
30,02
2900
432,4
112,51
1961
220,6
22,95
1,08 10^-6
16,10
53,10
3000
503,5
117,21
2072
243,0
44,40
3,04 10^-6
16,77
88,20
3100
583,0
121,95
2187
266,7
83,00
8,35 10^-6
17,46
142,4
3200
671,5
126,76
2301
291,7
150,2
2,09 10^-5
18,15
224
3300
769,7
131,60
2418
318,3
265,3
5,02 10^-5
18,83
345
3400
878,3
136,49
2537
346,2
446,0
1,12 10^-4
19,53
508
3500
998,0
141,42
2657
375,7
732,0
2,38 10^-4
20,24
734
3600
1130
146,40
2777
406,7
1173
4,86 10^-4
20,95
1039
3655
1202
149,15
2838
423,4
1505
7,15 10^-4
21,34
1252
Nella soprastante tabella sono trascurate le perdite per conduzione e qui di seguito
una legenda dei vari parametri:
T
Termperatura del filamento in °K
d
Diametro del filo in cm
l
Lunghezza del filo in cm
R
Resistenza in Ohm
If
Corrente di riscaldamento
Vc
Tensione di accensione (Volt)
Is
Corrente di saturazione (A/cm2)
u
f(T) - Cifra di erogazione (gr/sec)
RT
Resistenza elettrica a t°K (Ω)
R293
Resistenza elettrica a 23°C(Ω)
η
Rendimento termoelettrico (mA/W)
Per quanto riguarda la durata, è stato constatato che un filo di tungsteno si spezza
quando in media abbia perduto il 10% del suo peso.
Indicando quindi con u la cifra di evaporazione (alla prevista temperatura di
funzionamento) in gr/sec e con m il peso iniziale in gr del filamento tra i due
parametri considerati e la durata media espressa in secondi, esiste la relazione:
da cui
Per i catodi cilindrici indicando con l e d la lunghezza ed il diametro espressi in cm ed
(=19,1 gr/cm3 il peso specifico del tungsteno, essendo :
avremo una durata:
Un altro metallo di una certa importanza è il tantalio.
Per quanto la temperatura di rammollimento sia inferiore a quella del tungsteno, essendo il
potenziale di estrazione leggermente inferiore, le emissioni ottenibili con i due metalli sono
praticamente dello stesso ordine.
Per una temperatura inferiore ai 2500°K, l'emissione del tantalio è almeno 10 volte
superiore.
Il tantalio può essere lavorato meccanicamente con maggior facilità ed è spesso impiegato
quando si tratti di realizzare catodi di forma particolare.
D'altra parte il tantalio ha un costo maggiore ed è più facilmente contaminato da gas
residui, che dando luogo a formazione di ossidi, provocano non lievi diminuzioni di
emissione.
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