Способ измерения термоэлектронной эмиссии

 

383II 2

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски)(Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. Н Olj 9/42

Заявлено 19.VI11.1971 (№ 1691723/26-25} с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 23Х.1973. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 10. 09,74

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР ао делам нааоретеннй н открытий

УДК 621.385.032. .213 (088.8) Лвторы изобретения п "1Т Б

Ю. И. Набоков, В. Н. Дудкин и В. Г. Ворожейкин

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ

ЭМИССИИ

e (-H — "и) (T — ") уг ™ вт — а

Ог

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 характеристическая температура катода будет О, то эмиссия катода при любой температуре Т определяется согласно уравнению Ричардсона-Дэшмана где (р,-,— эффективная работа выхода, соответствующая температуре О; а — температурный коэффициент работы выхода, k — постоянная Больцмана.

Однако такой способ определения эмиссии справедлив только для режима импульсных измерений, когда отбор тока в импульсном режиме не влияет на состояние активности

5 катода.

В случае отбора статического тока такой способ экстраполяции в область более высоких температур T)O дает неверный результат, значительно отличающийся от действи10 тельного значения эмиссии, замеренного при рабочей температуре Т и отбора статического тока 4. Это связано с тем, что отбор статического тока вызывает уменьшение (спад) эмиссии оксидного катода вследствие внутрен15 него «самоотравления» катода под действием внутреннего поля, возникающего в окспдном слое при прохождении статического тока, увеличивающего концентрацию отрицательных ионов кислорода в наружном эмиссионном

20 слое покрытия.

Увеличение концентрации кислородных ионов, уменьшая относительную концентрацию доноров (атомов бария), уменьшает эмиссию катода. Чем больше ионов кислорода в

25 покрытии катода, тем меньше активность катода и меньше эмиссия катода и тем глубже спад эмиссии прп отборе статического тока.

Глубина спада эмиссии зависит от величины отбираемого статического тока, темпера30 туры катода, актпгностн катода и определяет383112

4 при одной и той же плотности тока. Определяют степень отравляющего влияния статического тока на эмиссию по 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 Ричард10 сона — Дэшмана дает точное значение эмиссии.

E — — 1 — Ае i„

Iîò где 4,—

1от

1 т—

Из-за отравляющего действия статического тока на эмиссию в режиме статического токоотбора эмиссия катода меньше, чем в им15 пульсном режиме (когда нет отравления).

Это проявляется в том, что характеристическая температура катода в импульсном режиме О„меньше, чем характеристическая температура в статическом режиме О,. Чем боль20 ше степень отравления эмиссии статическим током, тем больше разница О, — О„. Для определения эмиссии при температуре Т в режиме отбора статического тока i,„, определяют глубину спада эмиссии под действием это25 го тока при характеристической температуре

О,. Глубина спада эмиссии при О, определяется как отношение установившейся эмиссии 1 О, при температуре 8„которая в этом случае равна е е 8с — ас — аи — о8 и

I т

1от

1 (1

I 0с

Ico 0

Начальное значение l„8, определяется подобно уравнению 1 экстраполяцией I,О„

40 е (Ф и — ев ) (-) — и )

1о0с

1о0и 0ц

I 1 (<

45 Из выражений IV u V получим е (еии — see ) (и — и ) д.н .и с и

А, 50 "с

1ас. Е выражением

1 т=1 1 — Ае" (VII) Целью изобретения является повышение точности измерения эмиссии по недокальной 60 статической характеристике.

Тогда из выражений VII, VIII, VI, III no65 лучи м ся экспериментально полученным выражением отбираемый с катода статический ток; начальное значение эмиссии катода при температуре Т и i„=0; конечное (установившееся) значение эмиссии при температуре Т и

iac& 0, энергия активации процесса спада эмиссии = 0,6 эв; коэффициент, зависящий от активности катода.

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

При малой активности катода причем, чем ниже температура, тем больше глубина спада эмиссии в соответствии с выражением II, и в области характеристической температуры О глубина спада может быть намного больше, чем при рабочей температуре, т. е. температур величины эмиссии при характеристической температуре 8 дает заниженное значение эмиссии по сравнению с действительным, так как при такой экстраполяции

I исходят из неизменности отношения —"

1, при 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).

По предложенному способу снимают недокальную характеристику катода сначала в импульсном, затем в статическом режимах к начальному значению импульсной эмиссии при 8, ее

= 1 — А,е " i (IV) а с

Эмиссия с учетом влияния статического тока при рабочей температуре Т определяется

Ho l„, получается экстраполяцией 1оО„. е(р,а — ec-) ) (T о ) от Ie8и я е (VIII) и

383112 — е= (т — c ) и т"с — e X

1,т — — 10т 1

-е

Х 1 в,e г (Они — я™а) (т — n )

T* где 1т=4 2 8 и значение эмиссии катода при температуре T без отбора статического тока;

1 p — установившееся значение эмиссии при отборе статического тока плотностью при температуре Т;

О„, О, — характеристические температуры катода, соответствующие импульсному и статическому режимам при плотности тока t1 определяемые по точке отхода недокальной характеристики, от прямой режима пространственного заряда;

cp0„„— эффективная работа выхода катода при температуре 8„; а, — температурный коэффициент работы выхода, в — температурныЙ коэффициент глубины 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 4с (линия 5 дает значительно меньшие значения эмиссии, чем линия 4).

Таким образом, предложенный способ позволяет оценить отравляющее влияние статического тока на эмиссию катода и повысить точность измерения эмиссии при работе катода в режиме статического токоотбора.

Параметр (Ос — 6„), 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 без использования дорогостоящей громоздкой высоковольтной импульсной аппаратуры, которая применяется при определении эмиссии по вольтамперной характеристи5 ке 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 эмис15 сии катода, работающего в режиме статического токоотбора путем определения характеристической температуры по нсдокальной характеристике, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, снима20 ют недокальные характеристики сначала в импульсном, затем в статическом режиме при одном и том же значении амплитуды импульсного и величины статического анодного напряжения, определяют соответствующие им ха25 рактеристические температуры и определяют эмиссию при любой температуре по формуле — е=. (™c) т, 1т= ст 1 — e Х

30 .«)(г —Т1 т- „ где от: а 2 и

40 значение эмиссии катода без отбора статического тока при температуре катода Т;

У„т — установившееся значение эмиссии при отборе статического тока плотностью i, при

45 температуре Т;

0„,0,— характеристические температуры катода, соответствующие импульсному и статическому режимам при плотности тока i; р΄— эффективная работа выхода катода

50 при температуре О„; а — температурный коэффициент работы выхода; е — температурный коэффициент глубины спада эмиссии при отборе статического то55 ка а, Й вЂ” постоянная Больцмана.

383112

= а о пе п пурд в, Составитель Г. )Кукова

Техред Т. Ускова

Редактор Т. Шагова

Корректор М. Лейзерман

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2799118 Изд. № 824 Тираж 768 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, M-35, Раушская наб., д. 4/5