Распределение температуры в активном слое оксидного катода при непрерывном и импульсном токоотборах

Abstract

Рассчитаны температурные поля в слое покрытия оксидного катода толщиной 100 мкм. Расчеты выполнены для непрерывного и импульсного отборов термоэмиссионного тока с учетом только джоулевых источников тепла. Учтены зависимости теплофизических свойств материала оксидного слоя от его температуры. Установлено, что при установившемся отборе тока максимальную температуру имеют сечения, расположенные вблизи эмитирующей поверхности, а не сама поверхность. При импульсном отборе тока в режиме пространственного заряда с частотой импульсов 100 Гц и длительностью 10 мкс температурный режим устанавливается через несколько секунд. В течение импульса температура поверхности возрастает, и ее максимум наблюдается через ~ 0,01 мкс после окончания импульса. В режиме насыщения даже одиночные импульсы приводят к существенному увеличению температуры слоя. При длительностях импульсов более 8 мкс из-за перегрева эмиссионно-активного слоя оксидный катод может выйти из строя.

Розраховані температурні поля в шарі покриття оксидного катода завтовшки 100 мкм. Розрахунки виконані для безперервного та імпульсного відборів термоемісійного струму з урахуванням тільки джоулевих джерел тепла. Враховані залежності теплофізичних властивостей матеріалу оксидного шару від його температури. Встановлено, що при усталеному відборі струму максимальну температуру мають перерізи, що розташовані поблизу емітувальної поверхні, а не сама поверхня. При імпульсного відбору струму у режимі просторового заряду з частотою імпульсів 100 Гц та їх тривалості 10 мкс температурний режим катода встановлюється за декілька секунд. Протягом імпульсу температура поверхні зростає, і її максимум спостерігається за ~ 0,01 мкс після закінчення імпульсу. У режимі насичення навіть одиночні імпульси призводять до суттєвого збільшення температури шару. При тривалості імпульсів більшій, ніж 8 мкс, через зростання температури емісійно-активного шару оксидний катод може вийти з ладу.