Was verursacht einen Leistungsverlust während der Lebensdauer eines Magnetrons?

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Die Leistung eines Magnetrons nimmt mit der Zeit ab . Während dies für die meisten Verbraucheranwendungen nicht erkennbar ist (eine Lebensdauer von 2000 Stunden würde über 20 Jahre dauern, wenn das Gerät nur 15 Minuten pro Tag verwendet wird), ist dies in industriellen Situationen ein Problem. $^1$

Was verursacht diesen Stromausfall? Das Beste, was ich finden konnte, ist "Kathodenabbau", aber ich verstehe immer noch nicht, was dies bedeuten soll (welche Mechanismen werden die Kathode tatsächlich "abbauen"?) Und ob dies wirklich die einzige Ursache ist des Verlustes.

Ich bin mit Halbleiterbauelementen vertraut, und in diesen Fällen kann ein Leistungsabfall auf Faktoren wie Elektronenmigration, Heißträgerinjektion, Diffusion von Dotierstoffen über die Zeit usw. zurückgeführt werden. Aber ein Magnetron scheint einfach ein sehr " 'einfache' 'mechanische Konstruktion und groß in Bezug auf Halbleiter, daher kann ich mir nicht vorstellen, dass diese Effekte hier Probleme verursachen ...

Leaders in Microwaves Magazine, Microwaves & RF, 2018, Seite 13-14 $^1$

— Joren Vaes
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Ein Magnetron ist eine "Vakuumröhre".
Eine Grenze für die Lebensdauer der Vakuumröhre ist das Emissionsvermögen der Kathode - die Fähigkeit, Elektronen bereitzustellen, damit die "Röhre" "moduliert". Zerfallsmechanismen können komplex sein, aber eine erste Annäherung betrifft die Verfügbarkeit von Materialien, die Elektronen freisetzen, und die Wirkung von Spurengasen auf die Kathodenoberfläche. [Das Material wird normalerweise während der Lebensdauer des Röhrchens nicht "verbraucht", aber seine Wirksamkeit kann abnehmen].

Wikipedia - Hot Cathode Enthält:

Zur Verbesserung der Elektronenemission werden Kathoden üblicherweise mit Chemikalien behandelt, Metallverbindungen mit geringer Austrittsarbeit. Diese bilden auf der Oberfläche eine Metallschicht, die mehr Elektronen emittiert. Behandelte Kathoden benötigen weniger Oberfläche, niedrigere Temperaturen und weniger Leistung, um den gleichen Kathodenstrom zu liefern. Die unbehandelten thorierten Wolframfilamente, die in frühen Vakuumröhren (als "helle Emitter" bezeichnet) verwendet wurden, mussten auf 2500 ° F (1400 ° C) weißglühend erhitzt werden, um eine ausreichende thermionische Emission für die Verwendung zu erzeugen, während moderne beschichtete Kathoden weitaus mehr produzieren Elektronen bei einer bestimmten Temperatur, so dass sie nur auf 425–600 ° C (800–1100 ° F) erhitzt werden müssen.

Verbunden:

Zwei verwandte SE EE-Antworten

hier und hier

— Russell McMahon
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Dies erinnert mich ein wenig an das, was bei Cäsium- und Rubidiumuhren passiert, bei denen das Ausgangsmetall langsam verbraucht wird, wenn es während des Gebrauchs abgetragen wird (obwohl einige Leute Methoden dokumentiert haben, um Rb-basierte Atomreferenzen zu "verjüngen").

— Joren Vaes

Es gibt äquivalente Möglichkeiten, Vakuumröhren zu "verjüngen" oder "zu reaktivieren". Betreiben Sie das Filament etwas näher am Schmelzen (ohne Anodenversorgung), so dass ein Teil des Thoriums an die Oberfläche diffundiert / wandert. Wie effektiv es ist, kann ich nicht sagen

— Brian Drummond

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Ich habe einen möglichen Grund aus diesem Artikel :

"Die Kathode jedes Magnetrons hat eine spezielle Beschichtung, um die Leistung zu verbessern. Mit der Zeit wird dieses Material während des normalen Betriebs verbraucht."

Obwohl sich dieser Artikel mit Magnetrons für Radar befasst, denke ich, dass er immer noch gilt, da das Funktionsprinzip dasselbe ist.

Es wird auch erwähnt, dass sich in das Magnetron zurückreflektierte HF-Leistung nachteilig auswirkt. In einem Mikrowellenherd treten viele Reflexionen auf, da nicht alle Wellen von dem absorbiert werden, was Sie erhitzen möchten.

Weitere interessante Lektüre finden Sie hier :

"Die typische Lebensdauer einer Magnetronröhre beträgt ungefähr 2000 Betriebsstunden. Einige Faktoren, die die Lebensdauer eines Magnetrons verringern können, sind: 1) Leerlaufbetrieb, 2) Betrieb mit zu viel Metall im Garraum, 3) Netzspannung durchweg zu niedrig oder zu hoch, 4) falsche Phaseneinstellung, ... 6) kontinuierlicher Betrieb an der Obergrenze seiner Wärmetoleranz aufgrund unzureichender Luftzirkulation, 7) Verstopfung des Wellenleiters, 8) fehlgeschlagener Rührbetrieb. "

(Ich habe einige Faktoren entfernt, die sich nicht direkt auf die Lebensdauer der Magnetronröhre auswirken.)

— Bimpelrekkie
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In Bezug auf die Liste der "Faktoren, die sich verringern können": Die meisten von ihnen beziehen sich auf die reflektierte Leistung, aber ich habe mich gefragt, wie diese reflektierte Leistung zu einer Verringerung der Geräteleistung führt. Was passiert in den Materialien, die eine hohe reflektierte Leistung (und ich schätze hohe Hitze) in eine geringere Leistung umwandeln? Die Ablation des Kathodenmaterials ist sinnvoll und gibt mir einen Ausgangspunkt.

— Joren Vaes

Ja, die reflektierte Leistung wird irgendwann in Wärme umgewandelt und das wird sehr wahrscheinlich die Temperatur des Magnetrons erhöhen. Dies könnte dann die Alterung der Kathode beschleunigen.

— Bimpelrekkie

Beim Betrieb des Magnetrons werden Kathodenmoleküle "abgekocht". Und obwohl beim Betrieb des Magnetrons nur die Elektronen verwendet werden, verliert die Kathode bei ihrem Betrieb Moleküle. Dies verursacht den Verlust seiner Beschichtung und damit seine Effizienz bei der Bereitstellung von Elektronen.

— Guill