2003:F8:EF47:CE00:EC21:3E81:237:B572: Ich habe die Interpunktion eines Satzes verbessert, sodass dieser grammatikalisch richtig ist.

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Ich habe die Interpunktion eines Satzes verbessert, sodass dieser grammatikalisch richtig ist.

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Eine '''Glühkathode''' ist eine beheizte [[Kathode]] (negativ [[Elektrische Ladung|geladene]] [[Elektrode]]) in [[Elektronenröhre]]n und teilweise auch in [[Gasentladungsröhre]]n. Sie funktioniert nach dem Prinzip des [[Edison-Richardson-Effekt]]es und liefert freie [[Elektron]]en. Sie wird häufig als ''Filament'' (englisch für [[Glühfaden]]) bezeichnet.
[[Datei:Senderöhren.jpg|mini|Glühende Kathoden in kleinen Senderöhren eines Amateurfunksenders]]
[[Datei:Röhre-ebc91-defekte-Kathode.jpg|mini|Röhre mit teilweise abgelöster Kathodenschicht]]
[[Datei:Mcintosh-MC240-glow.jpg|mini|[[Stereoanlage#High-End|High-End]]-Audio-[[Endstufe]] MC240 von [[McIntosh Laboratory]] von 1961 mit 2 × 40 Watt Ausgangsleistung<ref>[https://www.hifi-wiki.de/index.php/McIntosh_MC_240 Original-Datenblatt bei hifi-wiki.de]</ref>]]

Merkmale sind die [[Austrittsarbeit]] der verwendeten Materialien sowie die Lebensdauer und das Verhalten bei verschiedenen [[Elektrische Stromdichte|Stromdichten]].

== {{Anker|Direkte Heizung}}{{Anker|Indirekte Heizung}}Beheizung ==
Es gibt zwei Arten der Heizung:
#'''Indirekte Heizung''': Die Glühkathoden werden bei diesen Verfahren durch einen gesonderten und elektrisch von der Kathode isolierten Heizstromkreis mit einer [[Wolfram]]-Glühwendel erhitzt. Die [[Technische Keramik|Keramik]]-isolierte Wendel befindet sich in einem Metallröhrchen (oft aus Nickel), welches die Oxidkathoden-Schicht trägt.
#'''Direkte Heizung''': Die Kathode wird durch den Heizdraht selbst gebildet. Der Heizleiter kann ein Draht oder ein Band sein. Er kann zwischen Federn gespannt oder gewendelt (freitragend) sein.

== Funktion und Materialien ==
[[Datei:Strom-Spannungs-Kennlinie Vakuum.svg|mini|[[Strom-Spannungs-Kennlinie]] einer Diode. Gestrichelt: Sättigungsströme für unterschiedliche Kathodentemperaturen]]

Um die erforderliche Temperatur der Glühkathode gering zu halten, werden auf der Kathodenoberfläche Materialien eingesetzt, die eine geringe Austrittsarbeit haben, z. B. [[Rhenium]] oder [[Thorium]]-[[Dotierung|dotiertes]] Wolfram.<ref name="Krieger" /> Meist werden jedoch sog. [[Oxidkathode]]n eingesetzt, die beispielsweise mittels einer [[Bariumoxid]]-Schicht<ref name="Krieger" /> besonders geringe Kathodentemperaturen ermöglichen (ca. 700–800 °C<ref>{{Literatur|Autor=Nagamitsu Yoshimura|Titel=Vacuum technology. Practice for scientific instruments|Verlag=Springer|Ort=Berlin u. a.|ISBN=978-3-540-74432-0|Jahr=2008|Seiten=335}}</ref>).

Bedeutung für [[Elektronenquelle]]n und [[Plasmatron]]s hat auch einkristallines oder keramisches [[Lanthanhexaborid]] (LaB<sub>6</sub>, Austrittsarbeit < 4 eV<ref>{{Webarchiv | url=http://www.sindlhauser.de/home.cfm?inc=Kathoden | wayback=20110317232747 | text=PeroLan - Kathoden}}</ref>) oder [[Ceriumhexaborid]] (CeB<sub>6</sub>).

Die Elektronen in der Glühkathode haben eine [[Fermi-Verteilung|Fermi-Geschwindigkeitsverteilung]]. Mit Zunahme der Kathodentemperatur werden dabei die Elektronen im Mittel schneller. Die besonders schnellen Elektronen aus dem sogenannten „Fermi-Schwanz“<ref>{{Literatur|Autor=[[Christian Gerthsen]]|Titel=[[Gerthsen Physik]]|Auflage=22., völlig neu bearbeitete|Verlag=Springer|Ort=Berlin u. a.|ISBN=3-540-02622-3|Jahr=2004|Seiten=886}}</ref> der Geschwindigkeitsverteilung haben genügend Energie, um die [[Austrittsarbeit]] in das Vakuum leisten zu können. Im Gegensatz zu [[Kaltkathodenröhre|Kaltkathoden]], bei denen die Elektronen durch sehr starke Felder aus der Kathode gerissen werden, ist bei einer Glühkathode die maximale Menge der austretenden Elektronen nur von der Temperatur und den Materialeigenschaften abhängig. Es müssen zwei Fälle unterschieden werden:
* In ''Rauschdioden'' (früher verwendete [[Rauschgenerator]]en) werden ''alle'' austretenden Elektronen zur Anode abgesaugt, was man als ''Sättigung'' bezeichnet. Die Stromstärke hängt dabei ''nur'' von der Temperatur der Kathode ab, nicht aber von der Anodenspannung, sofern diese einen Mindestwert von etwa 100 V übersteigt. Um eine lange Lebensdauer der Kathode sicherzustellen, muss diese aus reinem Wolfram bestehen. Der Sättigungsstrom von Oxidkathoden ist so groß, dass die Oberfläche schnell zerstört wird.
* Bei allen anderen Kathoden verlassen erheblich mehr Elektronen die Kathode, als benötigt werden. Wenn keine abgesaugt werden, fallen alle nach sehr kurzer „Flugdauer“ (einige Nanosekunden) wieder auf die Kathode, weil sich entgegengesetzte Ladungen anziehen. Dabei bilden die Elektronen eine [[Raumladung]]swolke um die Kathode. Durch eine ausreichend positiv geladene Anode kann ein geringer Bruchteil aller herumschwirrenden Elektronen abgesaugt werden.

Meist muss der Kathodenstrom, also die Menge der Elektronen, die vor einer Anode angezogen werden, reguliert werden. Deshalb ist die Kathode von einer negativ geladenen Elektrode (Gitter oder [[Wehneltzylinder]]) umgeben, was man als raumladungsbeschränkten Betrieb bezeichnet. Den sehr unscharfen Rand der Raumladungswolke bezeichnet man als ''virtuelle Kathode.''

== Anwendung ==
* Indirekt beheizte [[Oxidkathode]]n in [[Kathodenstrahlröhre]]n und anderen [[Elektronenröhre]]n
* Direkt beheizte Oxidkathoden in [[Leuchtstofflampe]]n, Vakuum-Messgeräten, [[Fluoreszenzanzeige]]n und [[Röhrendiode|Gleichrichterröhren]]
* Direkt beheizte Metallkathoden
** z. B. thorierte Wolframkathoden in [[Magnetron]]s und Senderöhren
** so genannte „[[Haarnadelkathode]]n“ im [[Elektronenmikroskop]] und im [[Kathodolumineszenzmikroskop]]

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

Oxidkathoden lassen sich aber häufig noch einmal „regenerieren“ bzw. neuformieren, indem man sie überheizt und dabei stark elektrisch belastet. Schmutz, der die Oberfläche der Kathode „vergiftet“, also die Austrittsarbeit erhöht, wird dabei von der Kathode heruntergerissen, neues metallisches Barium wird freigesetzt. Auch eine dauernde Überheizung war früher bei gealterten [[Bildröhre]]n üblich, bevor man dort zwischenschichtfreie Langlebensdauer-Kathoden verwendete.

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Krieger">{{Literatur|Autor=Hanno Krieger|Titel=Strahlungsquellen für Technik und Medizin|Verlag=Teubner|ISBN=3-8351-0019-X|Ort=Wiesbaden|Jahr=2005|Seiten=49}}
</ref>
</references>

{{SORTIERUNG:Gluhkathode}}
[[Kategorie:Elektrode]]

Glühkathode - Versionsgeschichte

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