O que causa perda de energia durante a vida útil de um magnetron?

O poder de um magnetron diminui com o tempo$^1$. Embora não seja perceptível para a maioria dos aplicativos de consumo (uma vida útil de 2000 horas duraria mais de 20 anos se o dispositivo fosse usado apenas 15 minutos por dia), isso é um problema em situações industriais.

O que causa essa perda de poder? O melhor que pude encontrar é a "degradação do cátodo", mas ainda não entendo o que isso significa (que mecanismos estão realmente 'degradando' 'o cátodo?) E se essa é realmente a única causa. de perda.

Eu estou familiarizado com dispositivos semicondutores e, nesses casos, o declínio no desempenho pode ser atribuído a fatores como migração de elétrons, injeção de portador quente, difusão de dopantes ao longo do tempo, etc. construção mecânica 'simples' 'e grande em relação aos semicondutores, portanto, não consigo imaginar esses efeitos causando problemas aqui ...

$^1$Líderes na revista Microondas, Microondas e RF, 2018, página 13-14

Um Magnetron é um "tubo de vácuo".
Um limite na vida útil do tubo de vácuo é a emissividade do cátodo - a capacidade de fornecer elétrons para o 'tubo' modular. Os mecanismos de decaimento podem ser complexos, mas uma primeira aproximação está relacionada à disponibilidade de materiais que liberam elétrons e à ação de gases traços na superfície do cátodo. [O material geralmente não é "usado" durante a vida útil do tubo, mas sua eficácia pode diminuir].

Wikipedia - Hot Cathode Inclui:

• Para melhorar a emissão de elétrons, os cátodos geralmente são tratados com produtos químicos, compostos de metais com baixa função de trabalho. Estes formam uma camada de metal na superfície que emite mais elétrons. Os cátodos tratados requerem menos área de superfície, temperaturas mais baixas e menos energia para fornecer a mesma corrente de cátodo. Os filamentos de tungstênio torcidos não tratados usados ​​nos primeiros tubos de vácuo (chamados "emissores luminosos") tiveram que ser aquecidos a 1400 ° C (2500 ° F), branco-quente, para produzir emissão termiônica suficiente para uso, enquanto os cátodos revestidos modernos produzem muito mais elétrons a uma determinada temperatura, de modo que eles só precisam ser aquecidos a 800–1100 ° F (425–600 ° C).

Palavras-chave:

Duas respostas relacionadas do SE EE

aqui e aqui

Eu tenho um motivo possível deste artigo :

"Cada cátodo de magnetron tem um revestimento especial para melhorar o desempenho. Com o tempo, esse material é consumido durante a operação normal."

Embora esse artigo lide com magnétrons para radar, acho que ainda se aplica, pois o princípio de operação é o mesmo.

Também é mencionado que a energia de RF refletida de volta no magnetron tem um efeito prejudicial. Em um forno de microondas, ocorrem muitas reflexões, pois nem todas as ondas são absorvidas pelo que você está tentando aquecer.

Leitura mais interessante pode ser encontrada aqui :

"A vida típica de um tubo de magnetron é de aproximadamente 2000 horas de operação. Alguns fatores que podem diminuir a vida de um magnetron são: 1) operação sem carga, 2) operação com muito metal na cavidade de cozinhar, 3) voltagem da linha consistentemente muito baixo ou muito alto, 4) fases inadequadas, ... 6) operação contínua no limite superior de sua tolerância ao calor devido à circulação inadequada do ar, 7) obstrução no guia de ondas, 8) falha na operação do agitador. "

(Eu removi alguns fatores que não afetam diretamente a vida útil do tubo de magnetron).