Katoda

Tzv. „vodivostní“ elektrony pohybující se v krystalické mřížce kovů získáme pro naše potřeby jejich emisí do vysokého vakua, tj. do plynného prostředí tak zředěného, že se v něm elektrony mohou pohybovat bez srážek s molekulami plynu po dráze dlouhé v průměru několik metrů (střední volná dráha). Kinetickou energii potřebnou k jejich emisi, tj. k překonání tzv. potenciálové bariéry existující při povrchu kovu, jim dodáme ohřevem emitoru na vysokou teplotu. Z důvodů daných jejich fyzikálními vlastnostmi se jako použitelné materiály za podmínek dosahovaných v elektronových svářečkách osvědčily jen nemnohé. Nejčastěji se využívá wolfram, buď čistý nebo dotovaný thoriem, a jen výjimečně tantal nebo hexaborid lanthanu.

Obr. 1: Katody pro trysky elektronových svářeček.Obr. 1: Katody pro trysky elektronových svářeček.

Protože emitující vodič je na záporném pólu zdroje energie označujeme jej jako katodu. Množství emitovaných a využitelných elektronů, tj. emisní proud, závisí na vlastnostech materiálu katody, velikosti jejího povrchu a teplotě. Závislost emisního proudu na teplotě je velmi strmá (exponenciální). Nejvyšší použitelná teplota je dána hlavně požadavky na životnost katody omezovanou odpařováním. Za podmínek běžných v elektronových svářečkách to bývají jen hodiny nebo nejvýš desítky hodin. Musí být proto snadno vyměnitelná. Příklad konstrukce držáku katody, kterým je připojena k přívodům žhavicího proudu je na obr. 2.

Obr. 2: Držák páskové katodyObr. 2: Držák páskové katody

Potřebné rozměry katody v elektronové svářečce závisí především na nejvyšším požadovaném výkonu, tj. součinu urychlovacího napětí a proudu svazku. U wolframových přímo žhavených katod se dosahuje hustoty emisního proudu řádu 100 mA.mm^^-2^^. Z celého povrchu katody se ovšem využije jako zdroj elektronů pro vytvoření svazku jen malá část, (ke které dosahuje urychlovací elektrické pole) jak dále podrobněji ukážeme.

Jen pro menší výkony, (několik kW) vystačíme s nejjednodušší a nejlevnější katodou ve tvaru krátké vlásenky z wolframového drátu o průměru kolem 0,2 mm, kde využíváme emisi z malé plošky jejího vrcholu. Pro větší výkony je nutné využitelnou emisní plochu zvětšit. Většinou pak zhotovujeme katodu z wolframového pásku širokého 0,5 až 2 mm, ohnutého do tvaru V se skosenou špičkou (viz obr. 1). Emisní plocha pak má tvar čtverce 0,5×0,5 až 2×2 mm, ze které můžeme odebírat emisní proud 25 až cca 200 mA, tj. při urychlovacím napětí 150 kV dosáhnout výkonu svazku až 30 kW.

Tagy: