Qu'est-ce qui cause une perte de puissance pendant la durée de vie d'un magnétron?

La puissance d'un magnétron diminue avec le temps . Bien qu'il ne soit pas perceptible pour la plupart des applications grand public (une durée de vie de 2000 heures durerait plus de 20 ans si l'appareil n'est utilisé que 15 minutes par jour), il s'agit d'un problème dans les situations industrielles.$^1$

Qu'est-ce qui cause cette perte de puissance? Le meilleur que j'ai pu trouver est la «dégradation de la cathode» mais je ne comprends toujours pas ce que cela est censé signifier (quels mécanismes sont en train de «dégrader» la cathode?) Et si c'est vraiment la seule cause de perte.

Je connais les dispositifs à semi-conducteurs, et dans ces cas, la baisse des performances peut être attribuée à des facteurs tels que la migration des électrons, l'injection de porteurs chauds, la diffusion de dopants au fil du temps, etc ... Mais un magnétron semble juste être un très ' construction mécanique `` simple '', et grande par rapport aux semi-conducteurs, donc je ne peux pas imaginer ces effets causant des problèmes ici ...

$^1$ Leaders in Microwaves magazine, Microwaves & RF, 2018, page 13-14

Un magnétron est un "tube à vide".
Une limite de la durée de vie du tube à vide est l'émissivité de la cathode - la capacité de fournir des électrons pour le «tube» à «moduler». Les mécanismes de désintégration peuvent être complexes, mais une première approximation concerne la disponibilité de matériaux qui libèrent des électrons et l'action de traces de gaz à la surface de la cathode. [Le matériau n'est généralement pas "épuisé" pendant la durée de vie du tube mais son efficacité peut diminuer].

Wikipedia - Hot Cathode Comprend:

• Pour améliorer l'émission d'électrons, les cathodes sont généralement traitées avec des produits chimiques, des composés de métaux à faible fonction de travail. Ceux-ci forment une couche métallique à la surface qui émet plus d'électrons. Les cathodes traitées nécessitent moins de surface, des températures plus basses et moins d'énergie pour fournir le même courant de cathode. Les filaments de tungstène thoriés non traités utilisés dans les premiers tubes à vide (appelés "émetteurs brillants") devaient être chauffés à 2500 ° F (1400 ° C), chauffés à blanc, pour produire une émission thermionique suffisante pour une utilisation, tandis que les cathodes à revêtement modernes produisent beaucoup plus les électrons à une température donnée, ils ne doivent donc être chauffés qu'à 800–1100 ° F (425–600 ° C).

En relation:

Deux réponses SE EE liées

ici et ici

J'ai eu une raison possible de cet article :

"La cathode de chaque magnétron a un revêtement spécial pour améliorer les performances. Au fil du temps, ce matériau est consommé pendant le fonctionnement normal."

Bien que cet article traite des magnétrons pour les radars, je pense qu'il s'applique toujours car le principe de fonctionnement est le même.

Il est également mentionné que la puissance RF réfléchie dans le magnétron a un effet néfaste. Dans un four à micro-ondes, de nombreuses réflexions se produisent car toutes les ondes ne sont pas absorbées par tout ce que vous essayez de chauffer.

Des lectures plus intéressantes peuvent être trouvées ici :

"La durée de vie typique d'un tube magnétron est d'environ 2000 heures de fonctionnement. Certains facteurs qui peuvent réduire la durée de vie d'un magnétron sont: 1) fonctionnement à vide, 2) fonctionnement avec trop de métal dans la cavité de cuisson, 3) tension de ligne constamment trop faible ou trop élevé, 4) phasage incorrect, ... 6) fonctionnement continu à la limite supérieure de sa tolérance à la chaleur en raison d'une circulation d'air inadéquate, 7) obstruction du guide d'ondes, 8) échec du fonctionnement de l'agitateur. "

(J'ai supprimé certains facteurs qui n'ont pas d'impact direct sur la durée de vie du tube magnétron).