鎢絲作為電子管熱陰極

鎢絲憑藉其高熔點、低蒸氣壓、高熱穩定性及可調控的電子發射特性，成為電子管熱陰極的理想材料。

一、熱陰極的工作原理

電子管（真空管）通過熱陰極發射電子實現信號放大或整流。其基本過程為：

1. 熱電子發射：陰極材料被加熱至高溫（通常1000°C以上），表面電子獲得足夠能量克服逸出功，形成電子流。

2. 真空環境：管內高度真空（壓力低於10⁻⁴ Pa），避免電子與氣體分子碰撞，確保電子自由運動。

3. 電場加速：陽極施加正電壓，吸引電子形成電流，實現信號放大或整流。

二. 鎢絲作為熱陰極的優勢

1. 高熔點與熱穩定性

鎢的熔點高達3422°C，是所有金屬中最高的，可承受高溫而不熔化。

在電子管工作溫度（約1000-2000°C）下，鎢絲能保持結構穩定，避免因熱膨脹或軟化導致的變形或斷裂。

2. 低蒸氣壓

高溫下，鎢的蒸氣壓極低（遠低於其他金屬如銅、鐵），可顯著減少陰極材料蒸發，延長電子管壽命。

蒸氣壓低還意味著管內真空度更易維持，減少電子與氣體分子的碰撞，提高發射效率。

3. 高逸出功與可控發射

純鎢的逸出功較高（約4.5 eV），需較高溫度才能發射電子。但通過摻雜（如釷、鈰）或塗覆氧化物（如鋇、鍶氧化物），可降低逸出功至2 eV以下，實現低溫高效發射。

釷鎢絲：表面吸附釷原子形成低逸出功層，發射效率提升，同時鎢基體保持高熔點特性。

氧化物陰極：在鎢絲表面塗覆鋇鍶鈣氧化物，發射效率更高，但壽命較短，適用於低功率場景。

4. 機械強度與耐腐蝕性

鎢絲具有高強度和硬度，可加工成細絲，提高加熱效率。

化學性質穩定，在高溫下不易與殘留氣體反應，避免陰極中毒（如氧化或硫化）。

三、鎢絲熱陰極的典型應用

1. 功率電子管

大功率發射管：如廣播發射機中的四極管、五極管，鎢絲陰極可承受高電流密度（達10 A/cm²以上），實現千瓦級功率輸出。

行波管：用於衛星通信、雷達系統，鎢絲陰極提供穩定電子束，支援高頻（GHz級）信號放大。

2. X射線管

鎢絲作為陰極，加熱後發射電子轟擊金屬靶（如鎢或鉬），產生X射線。高熔點特性確保陰極在強電流下不損壞。

3. 真空螢光顯示器（VFD）

鎢絲陰極加熱後發射電子，激發螢光粉發光，用於早期計算器、儀錶顯示。

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