152084. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagy emissziójú thóriumos katód előállítására
3 152084 4 nyegesen nagyobb mértékben redukálja, azonos hőmérsékleten egy karbonizált fonalban több fémthórium kell hogy képződjék, mint egy tiszta wolframban. Ezen karbidrétegben tehát több fémthórium keletkezik, mint a magban. Ha a karbidrétegben több szabad thorium van jelen, úgy a felületre is több thórium kell, hogy jusson, ez viszont gyorsabb thóriumpárolgást kellene, hogy eredményezzen. A Langmuir által feltételezett ún. indukált párolgásnál minden egyes, a wolframhuzal felületére diffundáló thórium at om helyett egy felületi atom párolog el, legalábbis az üzemhőmérsékleten. Miután a huzal aktivitási — tehát emissziós — adatai nem változnak meg, fel kell tételezni, hogy a felületi fedettség változatlan marad. A katódhuzal belső keresztmetszetében — ahol csak tiszta wolfram van jelen — a reakciófolyamat voltozatlan, a W2C-ban viszont emelkedett, a felületre történő vándorlás sebessége látszólag ugyanaz, melyeknek eredményeképpen a fonalkeresztmetszetben a thóriumkoncentrációnak egyenlőtlen elosztása kellene, hogy jelen legyen. Eddigi ismereteink szerint erre semmi sem utal. Általánosan elfogadott tapasztalat szerint egy karbidizált thóriumos wolframkatód élettartama egyedül a karbidréteg fennmaradásától függ, végtelen jó vákuumban gyakorlatilag korlátlan élettartam kellene hogy jelentkezzék. Tapasztalat szerint az élettartamuk végére jutott thóriumos wolframkatódok még mindig tartalmaznak tekintélyes mennyiségű (cca. 0,5%) thóriumot, míg a karbidróteg teljesen eltűnik. A fonal ilyen állapotában az újólagos aktiválás a jelenlevő thórium ellenére sem sikerül. Ismeretes, hogy a Richardson-féle emissziós áram. egyenlet I = AT» (exp —eV/k-T) thóriumos katódok esetén főleg az A állandó értékiében erősen szóró értéket ad. Bár egyes irodalmi adatok a legtisztább körülmények között történő mérések alapján az elméletileg helyes A = 120 értéket adják meg, üzemi katódoknál mégsem lehet a Richardson-egyenlet állandóival számolva a tényleges üzemi emiszszióról pontos adatokat kapni. Szokás még ezenkívül az A állandó értékének rögzítésével az emissziós áramot változó kilépési munka értékével jellemezni, ami egy erősen vitatható eljárás. Olyan katódoknál, melyek ismeretlen félvezető alapúak (pl. oxidkatódok), az emissziós áramot a Fowler-egyenlet jobban írja le és azonkívül a donorszámokra is jellemző adatokat szolgáltat. Az egyenlet I = C-T 3 n 7 íexp-' -) A hőfokhatvány nem sokat jelentő megváltozásán kívül elsősorban a donorszám bevezetésével különbözik a Richardson-egyenlettől. Amennyiben az az állítás igaz, hogy a thóriumos wolframkatódnak alacsony kilépési munkáját (2,6 eV) a felületi rétegből következő molekuláris erők határozzák meg, úgy ezt az értéket teljesen karbonmentes wolframfonallal és tökéletesen tiszta vákuumban is el kellene érni. Erre irányuló vizsgálatainknál — amikor a wolframfonalat nedves hidrogénben történő igen hosszú izzítással lehetőleg szénmentesítettük, továbbá a felépítési fémekben és a szivattyúatmoszférában a karbonnyomokat a leggondosabban elkerültük — nem sikerült a kilépési munkát lényegesen a tiszta thórium értéke (3,35 eV) alá csökkenteni. Viszont a legkisebb karbontartalmú gázszennyezés bevitele esetén az előírt alacsony kilépési munkaérték azonnal előállott. Ezekből a mérésekből azt a következtetést kellett levonni, hogy nem a wolfram és thóriumrendszsr, hanem a wolframkarbid és thórium-rendszer a csökkentett kilépési munka hordozója, tehát, hogy az emissziós mechanizmus a W2 C—Th rendszer sajátossága. Különböző aktiválási állapotú katódokon végzett mérések és azok Fowler-egyenlet szerinti kiértékelése az aktivitás függvényében változó donorszámokat (1014 — cca. 10 16 ) eredményezett, mely számok a szokványos félvezető értékekkel nagyságrendben megegyeznek. Ugyanekkor a Richardson-egyenes dőlésszöge — tehát a kilépési munka — gyakorlatilag alig változott. Amennyiben tényleg félvezető mechanizmus okozza az emissziós áram növekedését, lehetséges kell hogy legyen a félvezető rétegben történő beavatkozással az; emisszió megváltoztatása, illetőleg megemelése. A találmány eljárás nagy emissziójú thóriumos katód — különösen villamos kisütőedények thóriumos katódjának — előállítására. A találmány abban van, hogy önmagában ismert módon wolframdikarbidot állítunk elő, majd ezen wolframdikarbidot idegen anyaggal aktiváljuk. Aktiváló anyagként a periódusos rendszer VII. oszlopának l-es alcsoportjához tartozó fémet — például rhéniumot — vagy a VIII. oszlopba tartozó fémet — például kobaltot vagy palládiumot — vagy az I. oszlop 2-es alcsoportjába tartozó fémet — például ezüstöt vagy aranyat — vagy a fenti fémek könnyen bomló vegyületeit alkalmazzuk, miáltal a wolframkarbidot a legsűrűbb térbeli csomagolású hexagonális módosulatából testközepes köbös módosulatába visszük át. Az aktiválást, diffúziós izzítással — előnyösen az idegen anyag C°-ban mért olvadáspontjának 2/3-a és az olvadáspont közötti hőfoktartományban — végezzük. Az aktiváló fémet a katódra a karbonizálási művelet elvégzése után tetszőlegesen akár galvanikus úton, akár könnyen bomló vegyület formájában, a diffúziós izzítás hőfoka alatt elbomló szuszpenzió vagy oldat alakjában, vagy a fém könnyen bomló gázalakú vegyületéből thermikus dekompozíció útján visszük fel. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a karburizált wolframfonal emissziós tulajdonságai megváltoztathatók igen kis mennyi-10 IS 20 as 30 35 49 49 50 55 80 2
