Cos'è il catodo caldo?

Un catodo è l'elettrodo di un dispositivo elettrico in cui la corrente elettrica scorre lontano dal dispositivo.Un catodo caldo può essere un catodo che è riscaldato direttamente o indirettamente.Il filamento del catodo è la fonte degli elettroni nel caso di un catodo riscaldato direttamente.Il filamento è isolato elettricamente dal catodo nel caso di un catodo indirettamente riscaldato.Un catodo caldo emette più elettroni di un catodo freddo con la stessa superficie.

I primi catodi caldi hanno usato il riscaldamento diretto.Erano fatti di tungsteno puro e riscaldati all'incandescenza bianca.I filamenti successivi sono stati coperti da un materiale che emette elettroni più facilmente del tungsteno, che riduce la temperatura operativa di un catodo caldo.Ulteriori miglioramenti ai catodi caldi che usano il riscaldamento indiretto includono filamenti realizzati con tungsteno sinterizzato, leghe di thorium-tungsteno e tantalum.Alcuni catodi caldi sono anche modellati come specchi parabolici.

I catodi caldi che usano il riscaldamento indiretto hanno un vantaggio quando si utilizzano la corrente alternata, perché questa configurazione produce meno ronzio di un catodo che utilizza il riscaldamento diretto.Il filamento in un catodo caldo che utilizza il riscaldamento indiretto è comunemente chiamato riscaldatore.Il riscaldatore è generalmente realizzato in tungsteno e circondato da un tubo realizzato in nichel.

Un rivestimento di ossido sul filamento di un catodo caldo può ridurre la temperatura operativa del filamento.La prima scelta era l'ossido di bario puro e le formulazioni successive usavano una miscela di ossido di bario, ossido di calcio e ossido di stronzio.I catodi caldi rivestiti con questi composti hanno una temperatura operativa massima di 1.832 gradi Fahrenheit (1.000 gradi Celsius).Sono soggetti a una rapida degradazione in condizioni di alta tensione e sono più spesso utilizzati in tubi a vuoto a bassa potenza.

I catodi caldi che devono gestire la corrente alta hanno comunemente rivestimenti di hexaboridi come l'esaboride di cerio).Altri tipi di esaboridi comunemente usati per ricoprire i catodi caldi includono esaboride di bario, esaboride di calcio e esaboride di stronzio.Questi tipi di catodi caldi bruciano più intensamente e hanno una durata più lunga dei catodi caldi di tungsteno, ma sono anche più costosi.

I filamenti che contengono una piccola quantità di torio sono un'altra opzione per i catodi caldi.Il filamento viene riscaldato all'incandescenza bianca in un'atmosfera contenente idrocarburi, il che fa migrare il torio alla superficie del filamento.I filamenti tiranti possono gestire un'alta tensione e avere lunghe vite.Lo svantaggio principale dei filamenti toriati è che il torio è radioattivo.Le alternative al torio nei filamenti a catodo caldo includono cerio, lantanio, ittrio e zirconio.