Cтраница 2
Более широко применяются пленочные карбидированные катоды. У них одноатомный активный слои тория удерживается на карбиде вольфрама. Карбидированный катод более устойчив к ионной бомбардировке, меньше испаряется при высоких рабочих температурах. Недостатком таких катодов является хрупкость. Эти типы катодов находят применение в мощных усилительных и генераторных лампах. За последние годы разработаны новые типы пленочных катодов [ например, бариевс-волъфрамовые катоды ( или Л - катоды), пмпрегнированные катоды ], которые применяются в специальных приборах СВЧ. [16]
Для приведения - катода из торированного вольфрама в рабочее состояние необходимо произвести его активирование. Этот процесс заключается в частичном восстановлении окиси тория и образовании одноатомного слоя тория на поверхности вольфрама. При этом работа выхода изменяется с 4 5 эв ( для чистого вольфрама) до 2 7 эв. [17]
Эстрап, Андерсон и др. [194, 195] описали структуру адсорбированных слоев тория на вольфраме. На рис. 1.24 и 1.25 воспроизводятся электронограммы чистой поверхности ( 100) монокристалла вольфрама и адсорбированного на ней слоя тория. [18]
Торированные катоды изготовляются, как известно, путем добавления около 1 % ThO2 к вольфрамовому порошку, который служит для изготовления проволоки. При кратковременном нагревании до температуры белого каления ( 2800 К) после предварительной дегазации ThO2 разлагается, кислород покидает металл, и вольфрамовая проволока покрывается ( при благоприятных условиях) одноатомным слоем тория. Поэтому предварительным условием их применения является установление наивысшего достижимого вакуума. [19]
Это объясняется тем, что слой тория заряжен положительно по отношению к вольфраму и на границе между двумя металлами создается сильное электрическое поле. Чтобы образовать одноатомный слой тория на поверхности вольфрама, эмиттер, содержащий окись тория, кар-бидируется и затем прокаливается при температуре 2 600 - 2 800 К в течение 1 - 2 мин. При этом углерод восстанавливает часть окиси тория в чистый торий. Затем температуру понижают до 2 100 К и прокаливают эмиттер в течение 15 - 30 мин, чтобы дать возможность образовавшимся атомам тория диффундировать из вольфрам. Торий, который испаряется с поверхности эмиттера, непрерывно возмещается новыми атомами тория, диффундирующими изнутри вольфрама к его поверхности. [20]
Для достижения такой температуры ему надо сообщить удельную мощность накала около 20 вт / см2 и экономичность катода в импульсном режиме достигает 50 - 70 ма / вт. При длительной работе несколько нарушается атомный слой тория, и можно рассчитывать только на меньшую экономичность примерно 20 ма / вт. [21]
Кроме нахождения соответствующего значения рН раствора, необходимо также найти оптимальные условия для получения хорошо прилипающих осадков. Вследствие выделения газов на электродах при электролизе водных растворов прилипание слоев в этих условиях является не очень хорошим, особенно если толщина этих слоев становится значительной. Поэтому в тех случаях, когда это возможно, предпочитают проводить электролиз в органическом растворителе. Так, например, очень однородные и хорошо прилипающие слои тория и актиния [ получают при проведении электролиза в спирте или в смеси спирта с ацетоном [88] при il - 2 тА / см2 и содержании соли не более 3 - 5 мг / см3 раствора. Электролиз производят в течение 2 - 3 мин. [22]
Кроме нахождения соответствующего значения рН раствора, необходимо также найти оптимальные условия для получения хорошо прилипающих осадков. Вследствие выделения газов на электродах при электролизе водных растворов прилипание слоев в этих условиях является не очень хорошим, особенно если толщина этих слоев становится значительной. Поэтому в тех случаях, когда это возможно, предпочитают проводить электролиз в органическом растворителе. Так, например, очень однородные и хорошо прилипающие слои тория и актиния получают при проведении электролиза в спирте или в смеси спирта с ацетоном. [23]
Первоначально употреблялись торированные катоды, в которых слой тория располагался на чистом вольфраме. Так как торий - металл электроположительный по отношению к вольфраму, то на поверхности катода образовывался двойной электрический слой, своим полем облегчавший выход электронов из катода. Работа выхода электронов из такого катода оказывалась примерно в 1 7 раза меньше, чем из чистого вольфрама, и приблизительно в 1 3 раза меньше, чем из тория. Очень экономичные, такие катоды, однако, не долговечны, так как слой тория на вольфраме быстро разрушался, особенно при попытках применить подобный катод в генераторных лампах, вследствие бомбардировки катода ионами, образовавшимися из остаточных молекул газа при высоких анодных напряжениях. [24]
Если содержание кислорода в тории значительно превышает предел растворимости, то реакция раскисления будет протекать по следующей схеме. Содержание кислорода в тории в непосредственной близости от поверхности уменьшится в результате диффузии кислорода к поверхности; на поверхности кислород будет реагировать с кальцием с образованием окиси кальция. Для сохранения равновесия между торием и окисью тория последняя должна растворяться в металле до состояния насыщения. Если скорость реакции контролируется диффузией кислорода через этот слой тория, толщина которого возрастает прямо пропорционально количеству удаляемого кислорода, то кинетика процесса будет описываться хорошо известным параболическим уравнением скорости. При известной концентрации кислорода на внешней поверхности исследуемого образца тория и на внутренней поверхности раскисленного к данному моменту времени слоя из величин параболических констант скорости могут быть вычислены коэффициенты диффузии кислорода в тории. [25]
Образовавшийся при этом чистый торий диффундирует на поверхность. Однако пленки тория на поверхности при такой температуре не образуется, так как скорость испарения оказывается выше скорости поступления атомов тория на поверхность. Поэтому такое прокаливание ведется в течение очень короткого времени. Задачей его является создание некоторого запаса чистого тория в толще проволоки. Затем температура устанавливается в пределах 2 100 - 2 300 К - При температуре, меньшей 2 300 К, скорость испарения атомов тория с поверхности оказывается меньшей скорости поступления этих атомов на поверхность, в результате чего на поверхности образуется одноатомный слой тория. [26]
Но самым интересным и удивительным открытием является, пожалуй, создание воспроизводящего реактора, в котором во время его работы создаются новые запасы ядерного горючего. Происходит это таким образом. В урановый реактор засыпается толстый слой тяжелого элемента тория. Летящие из котла нейтроны проникают в ядра тория. Захватывая нейтрон, ядра тория превращаются в ядра изотопа урана, который является отличным атомным топливом. В зависимости от мощности реактора и величины слоя тория может возникнуть нового атомного горючего даже больше, чем расходуется в данном урановом реакторе. Такой реактф называется также реактором-размножителем. [27]