Glühkathode

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Eine Glühkathode ist eine beheizte Kathode (negativ geladene Elektrode) in Elektronenröhren und teilweise auch in Gasentladungsröhren.

[Bearbeiten] Aufbau

Glühkathoden werden durch einen gesonderten Heizstromkreis mit einer Wolfram-Glühwendel erhitzt (sog. indirekte Heizung) oder sie werden durch den Heizdraht selbst gebildet (direkt beheizte Kathode).
Um die erforderliche Temperatur der Glühkathode gering zu halten, werden Materialien eingesetzt, die eine geringe Austrittsarbeit haben, z. B. Rhenium oder Thorium-dotiertes Wolfram. Meist werden jedoch sog. Oxidkathoden eingesetzt, die mittels einer Barium-Oxid-Schicht besonders geringe Kathodentemperaturen ermöglichen (ca. 700...800°C).

[Bearbeiten] Funktion

Die Elektronen in der Glühkathode haben eine Fermi-Geschwindigkeitsverteilung. Mit Zunahme der Kathoden-Temperatur werden dabei die Elektronen im Schnitt schneller. Die besonders schnellen Elektronen aus dem sogenannten "Fermischwanz" der Geschwindigkeitsverteilung haben genügend Energie um die Austrittsarbeit in das Vakuum leisten zu können. Im Gegensatz zu Kaltkathoden, bei denen die Elektronen durch sehr starke Felder aus der Kathode gerissen werden, ist bei einer Glühkathode die Menge der austretenden Elektronen nur von der Temperatur und den Materialeigenschaften abhängig. Um trotzdem den Kathodenstrom regulieren zu können, wird die Kathode in der Regel im so genannten raumladungsbeschränkten Bereich betrieben. Dabei werden die Elektronen nicht stark genug von der Kathode abgesaugt um alle Elektronen schnell genug von der Kathode zu entfernen. Die Elektronen verweilen zu lange über der Kathode und bilden eine "virtuelle Kathode" aus. Die virtuelle Kathode ist ein Bereich negativer Raumladung, aus der die Elektronen zu emittieren scheinen und die "überflüssige" Elektronen wieder zurück in die Kathode "drückt".

[Bearbeiten] Anwendung

• indirekt beheizte Oxidkathoden in Kathodenstrahlröhren und Verstärkerröhren
• direkt beheizte Oxidkathoden in Leuchtstofflampen, Vakuum-Messgeräten, Fluoreszenzanzeigen und Gleichrichterröhren
• direkt beheizte Metallkathoden (z.B. thorierte Wolframkathoden) in Magnetrons und Senderöhren und als sogenannte "Haarnadelkathoden" im Elektronenmikroskop und im Kathodolumineszenzmikroskop

Glühkathoden stellen einen wesentlichen, die Lebensdauer begrenzenden Faktor bei Elektronenröhren und Leuchtstofflampen dar. Hat eine Glühkathode ihre Fähigkeit, Elektronen bei der vorgesehenen Temperatur zu emittieren, verloren, ist sie "taub".