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Caratteristiche Costruttive dell'Anodo delle Valvole Termoioniche

Indice Argomento Corrente
1) Anodo (o Placca)
2) Materiali impiegati nella costruzione degli Anodi

Anodo (o Placca)

L’anodo nella valvola termoionica ha il compito di raccogliere gli elettroni emessi dal catodo.
L’anodo può avere diverse forme, tuttavia dovendo dissipare per irraggiamento (raggi infrarossi) gran parte del calore prodotto dalla valvola (ricordiamo che nel vuoto non vi sono fenomeni di conduzione del calore e l'energia cinetica degli elettroni quando arrivano all'anodo si trasforma in calore) deve possedere le seguenti caratteristiche:
1) Elevata malleabilità per poter essere stampati e mantenere poi la forma.
2) Basso coefficiente di dilatazione termica (per non alterare la geometria in presenza di forte calore).
3) Alta temperatura di fusione. Vengono a questo scopo usati molibdeno, tantalio, ferro nichelato, nichel, tungsteno o grafite (nelle valvole che hanno un funzionamento più "estremo" a livello di dissipazione.
Infatti la grafite ha una temperatura di fusione più alta di quella del tungsteno e può lavorare a temperature molto elevate, che innescano una maggior dissipazione di energia per irraggiamento infrarosso fino al limite della luce visibile).

6s4 triodo privato del vetro Particolare dell'anodo smontato visto da sopra di una 6s4 Particolare dell'anodo smontato visto da sopra di una 6s4

Una valvola triodo 6s4 privata del vetro.
La struttura metallica grigia è l'anodo.
Sulla parte superiore, con la forma di una aureola svetta il getter.

Anodo della valvola 6s4 visto da sopra, completamente smontato a parte la mica che funge da supporto.
Il catodo e la griglia sono stati rimossi.

Anodo della valvola 6s4 visto da sopra, completamente smontato a parte la mica che funge da supporto.
Il catodo e la griglia sono stati rimossi.

Nel dettaglio, quello che influenza la costruzione dell'anodo di una valvola termoionica è il tipo di dissipazione:
a) Dissipazione per radiazione termica (o irraggiamento)
b) Dissipazione del calore tramite altri mezzi, ad esempio raffreddamento ad acqua (valvole per alta potenza tipicamente utilizzate per trasmissione radio).
c) Dissipazione per conduzione (nelle valvole in cui l'anodo corrisponde al contenitore stesso e nelle valvole a contenitore metallico).
In tutte le piccole valvole (piccole in rapporto a quelle impiegate in trasmissione radio che arrivano a potenze di centinaia di Kw) la dissipazione avviene per irradiazione del calore.
Questo implica che per avere un buon rendimento l'anodo deve raggiungere temperature molto alte.
Infatti l'irraggiamento del calore (sotto forma di raggi infrarossi) avviene in proporzione alla temperatura dell'elemento radiante (anodo in questo caso).
Tipicamente questi anodi possono lavorare a temperature superiori a 1000°C.
Questo comporta che il metallo di cui è composto l'anodo rilasci una certa quantità di gas (idrogeno,azoto,monossido di carbonio, biossido di carbonio) intrappolato nello stesso, condizione non accettabile in una valvola a vuoto spinto, quindi vi è bisogno di alcuni trattamenti preliminari che possono essere fatti prima di assemblare la valvola, in una camera a vuoto esponendo l' anodo ad alta temperatura, oppure una volta assemblata la valvola, riscaldando l'anodo ad induzione magnetica e il gas aspirato.

Nota:nelle valvole sottoposte ad alte tensioni anodiche spesso l'anodo è collegato ad un contatto esterno posto sulla sommità della valvola in modo da aumentare la distanza, e quindi l'isolamento fra l'anodo e gli altri elettrodi.

Materiali impiegati nella costruzione degli Anodi

Tungsteno: E' stato uno dei primi metalli usati per fare gli anodi, per la facile degassificazione, l'alta temperatura di fusione e il mantenimento della forma meccanica alle alte temperature. Purtroppo il tungsteno è di difficile lavorazione, si tratta di un metallo molto duro e resistente, questo ha fatto si che il suo impiego sia molto limitato.

Molibdeno: E' molto più facilmente lavorabile del tungsteno, purtroppo la sua emissione di calore radiante è bassa, questo comporta che per aumentarla è necessario aumentare la superficie radiante tramite l'uso di alette e irruvidire la superficie esterna dell'anodo a mezzo di sabbiatura.
E' un metallo facilmente degassabile.

Grafite: La grafite ha un potere di emissione di calore radiante molto alto, questo fa si che a parità di potenza dissipata la temperatura dell'anodo sia più bassa rispetto ad altri materiali.
Quindi la dissipazione del calore è molto efficiente.
Tiene molto bene la forma anche ad alte temperature, ha una temperatura di fusione più alta di quella del tungsteno.
Avendo una buona conduzione del calore evita di formare dei punti caldi, quindi la distribuzione del calore è omogenea.
Unico neo, la grafite ha un volume di gas intrappolato molto alto, di un ordine di grandezza più alto del tungsteno e del molibdeno.
Quindi deve subire trattamenti più complessi per degassificala.

Tantalio: Ha delle caratteristiche simili al molibdeno, una temperatura di fusione relativamente alta e può essere facilmente lavorato nella forma desiderata.
Una delle sue migliori caratteristiche è che può assorbire gas, quindi ha un comportamento opposto agli altri tipi di anodo e concorre nel mantenere un buon grado di vuoto all'interno della valvola.
Per aumentare la dissipazione di calore normalmente viene sabbiato in superficie per aumentare l'area di emissione del calore radiante effettiva.
Tipicamente quando la valvola raggiunge la massima potenza dissipabile, questo tipo di anodo diventa di colore rosso fino ad arancio-rosso.

Nichel: Questo tipo di metallo a causa della sua bassa temperatura di fusione è usato principalmente nelle valvole in cui la temperatura di lavoro è relativamente bassa.
Ha un potere di emissione di calore radiante relativamente basso.
Il motivo per cui è impiegato è da ricercarsi nella particolarità di essere particolarmente adatto per essere sottoposto ad un processo detto di carbonizzazione, che consiste nel rivestire l'anodo con carbonio e, in questo modo, aumentare il potere di emissione di calore radiante.
Inoltre il nichel è di facile lavorazione.

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