Cosa causa la perdita di potenza nel corso della vita di un magnetron?

La potenza di un magnetron diminuisce nel tempo . Sebbene non si noti per la maggior parte delle applicazioni consumer (una durata di 2000 ore durerebbe oltre 20 anni se il dispositivo viene utilizzato solo 15 minuti al giorno), questo è un problema in situazioni industriali.$^1$

Cosa causa questa perdita di potere? Il migliore che sono riuscito a trovare è il "degrado del catodo", ma non capisco ancora cosa significhi questo (quali meccanismi stanno effettivamente andando a "degradare" il catodo?) E se questa è davvero l'unica causa di perdita.

Ho familiarità con i dispositivi a semiconduttore e in quei casi il declino delle prestazioni può essere attribuito a fattori come la migrazione di elettroni, l'iniezione di portatori caldi, la diffusione di droganti nel tempo, ecc ... Ma un magnetron sembra proprio essere un ' costruzione meccanica 'semplice' e ampia rispetto ai semiconduttori, quindi non riesco a immaginare quegli effetti che causano problemi qui ...

$^1$ Leader nella rivista Microonde, microonde e RF, 2018, pagina 13-14

Un Magnetron è un "tubo a vuoto".
Un limite alla durata del tubo a vuoto è l'emissività del catodo: la capacità di fornire elettroni affinché il "tubo" possa "modulare". I meccanismi di decadimento possono essere complessi ma una prima approssimazione riguarda la disponibilità di materiali che liberano gli elettroni e l'azione dei gas in traccia sulla superficie del catodo. [Il materiale di solito non viene "utilizzato" durante la vita del tubo ma la sua efficacia può diminuire].

Wikipedia - Hot Cathode Include:

• Per migliorare l'emissione di elettroni, i catodi sono generalmente trattati con sostanze chimiche, composti di metalli con una bassa funzione di lavoro. Questi formano uno strato di metallo sulla superficie che emette più elettroni. I catodi trattati richiedono meno superficie, temperature più basse e meno energia per fornire la stessa corrente catodica. I filamenti di tungsteno toriato non trattati usati nei primi tubi a vuoto (chiamati "emettitori luminosi") dovevano essere riscaldati a 2500 ° F (1400 ° C), bianco-caldo, per produrre un'emissione termoionica sufficiente per l'uso, mentre i moderni catodi rivestiti producono molto di più elettroni a una data temperatura, quindi devono essere riscaldati solo a 800–1100 ° F (425–600 ° C).

Relazionato:

Due risposte SE EE correlate

qui e qui

Ho ottenuto una possibile ragione da questo articolo :

"Ogni catodo di magnetron ha un rivestimento speciale per migliorare le prestazioni. Nel tempo questo materiale viene consumato durante il normale funzionamento."

Sebbene l'articolo riguardi i magnetroni per radar, penso che si applichi ancora poiché il principio di funzionamento è lo stesso.

Si dice anche che la potenza RF riflessa nel magnetron ha un effetto dannoso. In un forno a microonde si verificano molti riflessi poiché non tutte le onde vengono assorbite da qualsiasi cosa tu stia cercando di riscaldare.

Lettura più interessante può essere trovata qui :

"La durata tipica di un tubo di magnetron è di circa 2000 ore di funzionamento. Alcuni fattori che possono ridurre la durata di un magnetron sono: 1) funzionamento a vuoto, 2) funzionamento con troppo metallo nella cavità di cottura, 3) tensione di linea costantemente troppo basso o troppo alto, 4) messa in fase impropria, ... 6) funzionamento continuo al limite superiore della sua tolleranza al calore a causa di una circolazione dell'aria inadeguata, 7) ostruzione nella guida d'onda, 8) funzionamento dell'agitatore fallito. "

(Ho rimosso alcuni fattori che non incidono direttamente sulla durata del tubo magnetron).