Kaltkatode
Englisch: cold cathode
Eine Katode, die kein Heizelement zur Elektronenerzeugung nutzt, sondern durch Feldkaltemmission, Sekundäremission oder Photoemission funktioniert.
Glühlose Kathode: Elektronen ohne Wärmeerzeugung
Eine glühlose Kathode ist eine Elektrode, die Elektronen durch andere Mechanismen als Wärmeerzeugung freisetzt. Im Gegensatz zu Glühkathodenverfahren, die auf Wärmeenergie angewiesen sind, um Elektronen von einer Metalloberfläche freizusetzen, geben glühlose Kathoden Elektronen durch Feldemission, Sekundäremission durch Ionenbombardement oder photoelektrische Effekte ab. Die Elektronen verlassen das Material, ohne dass die Kathode selbst heiß wird. Das ist das kennzeichnende Merkmal.
Glühlose Kathoden kommen in mehreren industriellen Anwendungen vor. Leuchtstoffröhren und Neonröhren nutzen glühlose Kathoden; eine Hochspannung von etwa 3500 Volt über die Röhre ionisiert das Gas, das dann die Kathode bombardiert und Sekundarelektronen freisetzt. Röntgenröhren setzen manchmal glühlose Kathoden mit Feldemittern ein, um Elektronenstrahlen zu erzeugen. Vakuummessgeräte, besonders Penning-Messgeräte, verlassen sich auf glühlose Kathodenenladung, um Drücke im Bereich von 0,001 bis 0,1 Pascal zu messen. Bildverstärker und einige ältere Fernsehgeräte nutzten Designs mit glühloser Kathode.
Der Hauptvorteil liegt in der Einfachheit und dem Wegfall der Wärmeverwaltung. Es gibt kein Heizglühdraht, das durchbrennen kann, keine thermische Drift, die kompensiert werden muss, und keine Abwärmeverschwendung. Glühlose Kathoden benötigen jedoch höhere Spannungen, um die Elektronenemission einzuleiten und aufrechtzuerhalten, als beheizte Kathoden. Sie reagieren auch empfindlich auf Gasdruck und Ionenbombardementbedingungen. Der Stromausstoss ist typischerweise niedriger und weniger stabil als thermoionische Quellen unter gleicher Spannung.
Feldemissions-Glühkathoden
Feldemissions-Glühkathoden nutzen extrem hohe elektrische Felder, oft über 10 hoch 9 Volt pro Meter, um Elektronen direkt aus dem Kathodenmaterial zu ziehen. Sie werden in einigen Rasterelektronenmikroskopen und experimentellen Displays verwendet. Die Geometrie muss präzise sein: scharfe Spitzen oder dünne Schichten konzentrieren das Feld. Verschmutzung oder Überschlag können die Leistung schnell beeinträchtigen. Diese Kathoden erfordern ein ausgezeichnetes Vakuum, typischerweise besser als 10 hoch minus 6 Pascal.
Glühlose Kathoden bleiben in spezialisierten Bereichen unverzichtbar, wo thermoionische Emission unpraktisch ist, das Gewicht minimiert werden muss oder die Anwendung eine kompakte, energiearme Quelle erfordert. Das Verständnis ihrer Spannungsempfindlichkeit, Druckabhängigkeit und engeren Strombereiche unterscheidet zuverlässigen Betrieb von Ausfällen in industriellen Umgebungen.