¿Qué causa la pérdida de potencia durante la vida útil de un magnetrón?

Question

La potencia de un magnetrón disminuye con el tiempo \$^1\$ . Aunque no es apreciable en la mayoría de las aplicaciones de consumo (una vida útil de 2.000 horas duraría más de 20 años si el aparato se utiliza sólo 15 minutos al día), es un problema en situaciones industriales.

¿Cuál es la causa de esta pérdida de potencia? Lo mejor que he podido encontrar es "degradación del cátodo", pero sigo sin entender qué se supone que significa esto (¿qué mecanismos se producen realmente para ''degradar'' el cátodo?) y si ésta es realmente la única causa de pérdida.

Estoy familiarizado con los dispositivos semiconductores, y en esos casos la disminución del rendimiento puede atribuirse a factores como la migración de electrones, la inyección de portadores calientes, la difusión de dopantes con el tiempo, etc.... Pero un magnetrón parece ser una construcción mecánica muy ''simple'', y grande con respecto a los semiconductores, por lo tanto no puedo imaginar que esos efectos causen problemas aquí...

\$^1\$ Revista Leaders in Microwaves, Microwaves & RF, 2018, página 13-14.

Answer 1

Un magnetrón es un "tubo de vacío".
Uno de los límites de la vida útil de los tubos de vacío es la emisividad del cátodo, es decir, la capacidad de proporcionar electrones para que el "tubo" pueda "modular". Los mecanismos de decaimiento pueden ser complejos, pero una primera aproximación está relacionada con la disponibilidad de materiales que liberan electrones y la acción de los gases traza sobre la superficie del cátodo. [Normalmente, el material no se "agota" a lo largo de la vida útil del tubo, pero su eficacia puede disminuir].

Wikipedia - Cátodo caliente Incluye:

• Para mejorar la emisión de electrones, los cátodos suelen tratarse con productos químicos, compuestos de metales con una baja función de trabajo. Éstos forman una capa metálica en la superficie que emite más electrones. Los cátodos tratados requieren menos superficie, temperaturas más bajas y menos potencia para suministrar la misma corriente catódica. Los filamentos de tungsteno toriado sin tratar utilizados en los primeros tubos de vacío (llamados "emisores brillantes") tenían que calentarse a 1400 °C (2500 °F), al rojo vivo, para producir una emisión termoiónica suficiente para su uso, mientras que los cátodos recubiertos modernos producen muchos más electrones a una temperatura dada, por lo que sólo tienen que calentarse a 425-600 °C (800-1100 °F).

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AÑADIDO:

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Esto me recuerda en cierto modo a lo que ocurre en los relojes de cesio y rubidio, en los que el metal de la fuente se agota lentamente a medida que se ablaciona durante su uso (aunque algunas personas han documentado métodos para "rejuvenecer" las referencias atómicas basadas en Rb). - Joren Vaes 21 Jun '18

Hay formas equivalentes de "rejuvenecer" o "reactivar" los tubos de vacío; operar el filamento un poco más cerca de la fusión (sin suministro de ánodo) , de modo que parte del torio se difunde / migra a la superficie. Brian Drummond Jun 21 '18 at 10:53

Hace mucho tiempo se podían comprar "reforzadores" para tubos de TV que contenían un autotransformador para elevar ligeramente la tensión del filamento y obtener un poco más de "oomph" de los tubos que se desvanecían.

Un "truco" similar puede incluso funcionar en un Magnetrón, durante un tiempo. 2

Un número aquí

Y un ejemplo:

• Vintage televisión tubo de imagen abrillantador w / aislamiento Antronic IB-680. NOS. Esto es para 70 grados Redondo Color CRTs. Creo que incluye 21FJP22, 21FBP22, 21FKP22, etc Round Color CRT de la década de 1960 y 1970. 14 pines. Según la caja Restaura la calidad de la imagen en color Corrige los cortocircuitos entre cátodo y filamento Aclara la imagen en color

Imagen de aquí

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Answer 2

Tengo una posible razón de este artículo :

"El cátodo de cada magnetrón tiene un revestimiento especial para mejorar su rendimiento. Con el tiempo, este material se consume durante el funcionamiento normal".

Aunque ese artículo trata de los magnetrones para radar, creo que sigue siendo válido, ya que el principio de funcionamiento es el mismo.

También se menciona que la potencia de RF reflejada en el magnetrón tiene un efecto perjudicial. En un horno microondas se producen muchas reflexiones, ya que no todas las ondas son absorbidas por lo que se intenta calentar.

Más lecturas interesantes puede consultarse aquí :

"La vida útil típica de un tubo de magnetrón es de aproximadamente 2000 horas de funcionamiento. Algunos factores que pueden disminuir la vida útil de un magnetrón son: 1) funcionamiento en vacío, 2) funcionamiento con demasiado metal en la cavidad de cocción, 3) tensión de línea constantemente demasiado baja o demasiado alta, 4) desfase inadecuado, ... 6) funcionamiento continuo en el límite superior de su tolerancia térmica debido a una circulación de aire inadecuada, 7) obstrucción en la guía de ondas, 8) funcionamiento fallido del agitador".

(He eliminado algunos factores que no afectan directamente a la vida útil del tubo de magnetrón).

Answer 3

El vacío no es perfecto, por lo que los iones positivos que acechan en el "vacío" bombardean el cátodo y también lo degradan.

Answer 4

Los imanes pierden potencia con el tiempo y el calor. Los imanes son una parte integral de un magnetrón, por lo que tal vez se debilitan, disminuyendo la potencia de salida.