СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ Советский патент 1973 года по МПК H01J9/42 

Изобретение относится к способу измерения эмиссии термокатодов, в частности оксидных термокатодов. Известен способ измерения эмиссии термокатодов по недокальной характеристике катодного тока, которая представляет собой зависимость катодного тока от температуры катода (или напряжения накала) при постоянном значении анодного напряжения. По недокальной характеристике определяют характеристическую температуру катода при заданной плотности катодного тока, являющуюся показателем эмиссионной активности катода. Чем активнее катод и чем больше его эмиссия, тем меньше характеристическая температура. Если при рабочей плотности катодного тока Ia характеристическая температура катода будет в, то эмиссия катода при любой температуре Т определяется согласно уравнению Ричардсона- Дэшмана е (H-rfi) (Г-и) /ВТ га где фн - эффективная работа выхода, соответствующая температуре в; а - температурный коэффициент работы выхода, k - постоянная Больцмана. Однако такой способ определения эмиссии справедлив только для режима импульсных измерений, когда отбор тока в имнульсном режиме не влияет на состояние активности катода. В случае отбора статического тока такой способ экстраполяции в область более высоких температур дает неверный результат, значительно отличающийся от действнтельного значения эмиссии, замеренного при рабочей темнературе Т и отбора статического тока а- Это связано с тем, что отбор статического тока вызывает уменьшение (спад) эмиссии оксидного катода вследствие впутреннего «самоотравления катода нод действием внутреннего ноля, возникающего в оксидном слое нри прохождении статического тока, увеличивающего концентрацию отрицательных ионов кислорода в наружном эмиссионном слое покрытия. Увеличение концентрации кислородных ионов, уменьшая относнтельную концентрацию доноров (атомов бария), уменьшает эмиссию катода. Чем больше нонов кислорода в покрытии катода, тем меньше активность катода и меньше эмиссия катода и тем глубже спад эмиссии нри отборе статического тока. Глубина спада эмиссии зависит от величины отбираемого статического тока, темнературы катода, активности катода и определяется экспериментально полученным выражеппем

ооГ

kT

1 - Л„е

оГ

где /ас - отбираемый с катода статический

ток; /от - начальное значение эмиссии катода

при температуре Г и iac 0; /со г-конечное (установившееся) значение эмиссии при температуре Т и е - энергия активации процесса спада

эмиссии «0,6 эв;

АО - коэффициент, зависящий от активности катода.

В процессе активирования катода глубина спада эмиссии ири отборе статического тока уменьшается, и в состоянии максимальной активности катода спад эмиссии может обратиться в нуль. В этом случае

РОГ- -:.. I

07При малой активности катода

°°т

1 г причем, чем ниже температура, тем больше глубина спада эмиссии в соответствии с выражением II, и в области характеристической температуры в глубина спада может быть намного больше, чем при рабочей температуре, т. е. температур величины эмиссии ири характеристической температуре 6 дает заниженное значение эмиссии по сравнению с действительным, так как при такой экстраполяции исходят из неизменности отношения -fпри повышении температуры. Таким образом, основной недостаток известного способа определения эмиссии по недокальной статической характеристике, заключается в том, что в нем не учитывается отравляющее влияние отбираемого статического тока на эмиссию и температурную зависимость отравления током (спада эмиссии). Целью изобретения является повышение точности измерения эмиссии по недокальной статической характеристике. По предложенному способу снимают недокальную характеристику катода сначала в импульсном, затем в статическом режимах

при одной и той же плотности тока. Определяют степень отравляюш,его влияния статического тока на эмиссию но характеристическим температурам импульсной и статической 5 недокальных характеристик. В результате учет температурной зависимости отравления эмиссии статическим током при экстраполяции низкотемпературной эмиссии в область высокой температуры по уравнению Ричард0 сона-Дэшмана дает точное значение эмиссии.

Из-за отравляюш,его действия статического тока на эмиссию в режиме статического токоотбора эмиссия катода меньше, чем в импульсном режиме (когда нет отравления). Это проявляется в том, что характеристическая температура катода в импульсном режиме ви меньше, чем характеристическая температура в статическом режиме вс- Чем больше степень отравления эмиссии статическим током, тем больше разница 0с - вц. Для определения эмиссии при температуре Т в режиме отбора статического тока tac, определяют глубину спада эмиссии под действием этого тока при характеристической температуре вс. Глубина спада эмиссии при вс определяется как отношение установившейся эмиссии /I вс при температуре вс, которая в этом случае равна

га„ /ов„(III)

QC - 4с иачальпому значению импульспой эмиссии и вс /00 Ос /ОЙ|, 1 -Л„е - ./ae-(IV) /000с/обе Начальное значение /овс определяется побно уравнению I экстраполяцией /овц «(г«и --в„) (,, /овс с /о9„ е Из выражений IV и V получим „2 -) ) и -„-„ . (VI) Эмиссия С учето.м влияния статического тока при рабочей температуре Т определяется ражением /JL /сог - сти-Ле -kj. (VII) Но /от получается экстраполяцией /овц. ЧУВИ- -,,) (У-,,) /ог-/ов„- -е (VIII) Тогда из выражений VII, VIII, VI, III почим- ) ftf-l 1-е X - () () X 1 - - A 1 i„2 () (.) . уsr.. тд,& IoT значение эмиссии катода при температуре Г без отбора статического тока; /«.у -установившееся значение эмиссии при отборе статического тока плотностью ia при температуре Т; ви, вс - характеристические температуры катода, соответствующие импульсному и статическому режимам при плотности тока fa, определяемые по точке отхода недокальной характеристика, от прямой режима пространственного заряда; работа выхода катода фви - эффективная при температуре ви; а - температурный коэффициент работы выхода, е - температурный коэффициент глуоины спада эмиссии при отборе статического тока. На чертеже показаны импульсная 1 и статическая 2 недокальная характеристики, кривые экстраполяции эмиссии от низких температур к высоким без отбора статического тока (3) и с отбором статического тока (4) с учетом температурной зависимости глубины спада эмиссии. Линия 5 показывает кривую экстраполяции без учета температурной зависимости глубины спада эмиссии при отборе статического тока Iac (линия 5 дает значительно меньшие значения эмиссии, чем линия 4). Таким образом, предложенный способ позволяет оцепить отравляющее влияние статического тока на эмиссию катода и повысить точность измерения эмиссии при работе катода в режиме статического токоотбора. Параметр (во - вп), представляющий разность характеристических температур в статическом и импульсном режимах работы катода и характеризующий степень отравляющего действия статического тока на катод, может использоваться при диагностике работоспособности катода и прогнозировании индивидуальной долговечности катода в реальном приборе. Предложенный способ может быть применен для любого прибора с оксидным термокатодом оез использования дорогостоящей громоздкой высоковольтной импульсной аппаратуры, которая применяется при определении эмиссии по вольтамперной характеристике в импульсном режиме, поскольку измеряемые токи в импульсном режиме при снятии недокальных характеристик во много раз меньше. Необходимо только слаботочное и низковольтное импульсное устройство. Предмет изобретения Способ измерения термоэлектронной эмиссии катода, работающего в режиме статического токоотбора путем определения характеристической температуры по недокальной характеристике, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, снимают недокальные характеристики сначала в имнульсном, затем в статическом режиме при одном и том же значении амплитуды импульсного и величины статического анодного напряжения, определяют соответствующие им характеристические температуры и определяют эмиссию при любой температуре по формуле () ftriJ /07- 1-е - («„-„) (v-,) X 1--;. (.,) (г-) где /or ia значение эмиссии катода без отбора статического тока при температуре катода Т; 1 т-установившееся значение эмиссии при отборе статического тока плотностью ta при температуре Т; вп,вс-характеристические температуры катода, соответствующие импульсному и статическому режимам при плотности тока фвп - эффективная работа выхода катода при температуре а - температурный коэффициент работы выхода; Е - температурный коэффициент глубины спада эмиссии при отборе статического тока ta; k - постоянная Больцмана.