Regione caduta catodica

Capitolo 1 - Il Plasma ad arco
Sezione 7 - La scarica ad arco

Regione di caduta catodica

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In questa regione si ha il passaggio di ioni che si dirigono verso il catodo.

La caduta di tensione nella regione catodica è di circa 10 V; la zona interessata ha una distanza pari a pochi cammini liberi medi degli elettroni presenti nell'arco.

Gli ioni positivi che pervengono in questa regione dalla colonna d'arco sono accelerati dall'elevato campo elettrico, urtano violentemente contro il catodo e gli impartiscono parte della loro energia cinetica.

Il catodo viene così riscaldato dal bombardamento ionico che subisce e libera elettroni mediante emissione termoionica, fornendo così corrente all'arco.

L'elettrodo catodico nelle torce a plasma è di Tungsteno (addizionato con ossido di Torio) possedendo questo metallo buone qualità refrattarie.

Fig 1 - Regione di caduta catodica

Il catodo emette elettroni per effetto termoionico, che si riuniscono in una nube intorno alla punta del catodo.

Gli elettroni emessi dal catodo si dirigono verso l'anodo. Durante il percorso, sono accelerati dal campo elettrico che aumenta la loro energia cinetica che viene trasformata in calore quando essi colpiscono l'anodo.

L'intenso bombardamento elettronico dell'anodo provoca un aumento della temperatura dell'ugello, che deve essere adeguatamente raffreddato.

Gli ioni si muovono verso il catodo autosostenendo il processo.

Fig. 2 - Moto delle cariche

cammino libero medio (mean free path) - Il cammino libero medio di un elettrone è la lunghezza media del percorso che un elettrone compie tra due urti successivi con le altre particelle del plasma.

emissione termoionica (thermoionic emission) - Emissione di elettroni dalla superficie di un conduttore portato ad alta temperatura, in conseguenza dell'incremento di energia cinetica degli elettroni liberi.

Tungsteno (Tungsten) - Il Tungsteno manifesta mancanza assoluta di sublimazione anche a temperature dell'ordine di 2500 °C. Fonde a 3370 °C.

Ossido di Torio (Thorium Oxide) - L'Ossido di Torio (circa il 2%) abbassa il lavoro di estrazione del catodo, favorendo il fenomeno di emissione termoionica. Il Torio puro fonde a 3050 °C.