진공관 게터(Getter)에 대해서

[임헌]

안녕하세요?

제가 하는일이 게터(GETTER)관련된 일이다보니 진공관, 브라운관이나 보온병에 들어가는 게터에
대하여 설명을 하려구요. 진공관앰프 쓰시는 분들은 다 아실겁니다. 아무래도 오디오에 관련된
게시판이다 보니 진공관에 대해서만 설명드리겠습니다.

1) 게터 (Getter)
명칭은 영어의 "Get" 에서 나왔습니다. 무엇을 잡느냐구요? 다름아닌 Gas를 잡는것입니다.
재료는 주로 바륨입니다. 예전엔는 오산화 인도 사용했다는데 요즘은 안쓸거예요.
왜 바륨(Barium, Ba) 일까요? 바륨은 기체와 엄청나게 반응을 잘합니다. 예를들어 산소와 만나면 산화
바륨이 되는것입니다. 불활성가스 (알곤,네온,헬륨등)을 제외한 모든 기체가 바륨과 화학반응을
일으키는데 한번 반응을 하고나면 바륨으로부터 떼어낼 수 없습니다. 밀폐된 공간에서 발생하는
가스를 다 잡아먹어버리면 공간은 진공이 되겠지요?

2) 진공관 내부의 환경
진공관은 열전자를 이용한 일종의 반도체입니다. 히터에서 열을 가하면 캐소드에서 열에 의해서 발생한 열전자가 애노드쪽으로 흐르게 됩니다. 당연히 열이 없는 애노드에서는 캐소드로는 전자가 안흐르겠지요?
열전자는 진공중에서 일어나는 현상입니다. 그런데 기체가 진공관 안에 있으면 방전을 하여 노이즈도 생기고 고열의 히터 필라멘트가 타버리기도 합니다. 공기가 방전되면 푸른불빛이 생깁니다. 진공관이 제대로
작동을 못합니다.

3) 진공관에서 게터의 위치
진공관을 보시면 안쪽 윗부분이나 대형 진공관인 경우 핀이 있는 유리 아랬쪽에 어두운 회색이나
짙은 회색의 금속 거울을 보실 수 있습니다. 이것이 바로 게터역할을 하는 바륨 거울입니다.

4) 진공에서 바륨이 증발되는 방법
윗쪽에 게터가 위치한 경우 확실히 보이는데 거울 아래쪽을 보시면 진공관 그리드 윗부분에 천사
머리의 링같은 것이 보일것입니다. 일반적으로 이것을 게터라고 부릅니다. 이 링은 안정화된
Ba-Al 합금과 니켈 분말을 채워넣은것으로 이 자체는 전혀 게터 역할을 하지 않습니다.
하지만 대기중에서는 안정한 상태입니다. 진공관 조립할때 구조물 위에 천사의 링을 같이 조립합니다.
진공관 꼭지를 보시면 작은관은 뾰죽하게 나온것을 보실 수 있습니다. 이는 이곳을 통하여 일반
진공펌프로 진공상태로 만든것입니다. 진공이 된 후 게터링에 고주파를 가하면 링이 뜨거워지면서
Al과 Ni이 반응하여 화합물이 되고 홀로남은 바륨이 증발하면서 유리 벽면에 맺힌 후 굳어버립니다.

5) 만들때 공기를 뽑는데 게터가 왜 필요한가요?
진공관을 만들 때 공기를 뽑고 유리를 닫아버리는데 왜 게터가 필요할까요? 진공관은 뜨겁습니다. 히터가
가열되면 진공관 내부에 있는 금속물질과 운모내부에 녹아있던 기체가 기어나오게 됩니다. 그렇면
진공도가 떨어지게 되구요. 그러면 무엇인가 진공을 계속 유지하는것이 있어야 하는데 이것이 바로 게터입니다. 열에 의해서 나온 가스를 게터가 잡아먹으면서 진공이 유지되는것 입니다. 인체로 보면 간에 해당되는것이 게터입니다.

6) 게터는 수명이 있을까요?
당연히 있습니다. 게터는 파리끈끈이와 같습니다. 파리가 많을때는 파리끈끈이를 빨리 교환해야 합니다.
처음 제조시 진공관의 진공도가 좋지 않았거나 내부구조물이 더러운 경우 열이 가해지면 가스가 금속
이나 운모로부터 빠져나옵니다. 가스가 많이 나오면 게터역할을 하는 바륨 금속이 가스와 반응하면서 산화물이나 수산화물로 바뀌고 더이상 가스를 흡착할 수 없는 상태가 됩니다. 이렇게 되면 게터가 잡아먹는 가스양보다 히터의 열 때문에 나오는 가스의 양이 더 많이지는데 결과적으로 진공도가 나빠지는것입니다. 결국엔 게터가 자기일을 못하고 진공관이 죽게 되는것입니다. 사람의 간과 같지요?

7) 게터를 보면 진공관의 수명을 알 수 있다?
예, 있습니다. 처음 진공관을 구입했을 때보다 게터거울의 크기가 줄었을 경우가 있습니다.
바륨이 수분과 반응하면 수산화 바륨 Ba(OH)2가 되는데 투명합니다. 게터 거울의 가장자리는 원래 두께가
얇습니다. 얇은데 수분과 반응을 하다보니 투명해져서 게터 거울이 사라진것처럼 보입니다.

그렇면 게터거울이 하얗게 변했다면 수산화바륨과 이산화탄소나 일산화탄소와 반응을 하던지 바륨이 산소와 반응을 하는것입니다. 반응한 양이 상당히 많기때문에 흰색으로 보이는데 이상태에서는 더 이상 가스를 잡아먹지 못합니다.

안좋은 진공관을 보면 내부에서 보랏빛 혹은 푸른 불빛이 나타나는데 이것은 공기가 방전되는 현상입니다.공기가 있으니 방전이 일어나는것이죠.

진공관에서 공기가 들어갈 수 있는 요인으로는 금속 구조물에 녹아있던 기체가 열에 의하여 많이 방출되는 경우가 있는데 이는 정상적으로 진공관이 작동하면서 발생하는 현상입니다

그 다음 진공관을 만들 때 더럽게 만들었을 경우 때나 오염물질이 열에 의하여 기화가 되면서 가스가 발생됩니다.

그리고 핀과 유리의 접합부 불량으로 공기가 샐 수있습니다. 진공관을 구입하자마자 파란 불빛이 나오면
공기가 샜다고 볼 수 있습니다.

8) 궁금한 이야기들
- 더블게터 : 게터 링을 두개 사용한것입니다.

- D 타입 게터 : 옛날 기계공업이 발달하지 않았을 때 프레스로 링을 찍고 게터분말을 압착시킬 수 없었습니다. 철판에 김밥말듯 게터분말을 채워서 만다음 C 자로 구브리고 양 끝을 철사에 용접하고 이 철사를 진공관 구조물에 붙인것입니다.

- 어두운 은색 게터? 밝은 은색 게터?
밝은색 게터는 순수 바륨입니다. 그런데 검은빛의 게터는 게터분말에 질소화합물을 넣은 것으로
바륨이 증발하기 전의 온도에서 화합물에서 질소가 나오고 그 다음 바륨이 증발하는데 바륨이 질소분자와
충돌을 하여 넓게 퍼지게 되고 그만큼 거울 면적이 넓어지는것입니다. 거울 면적이 넓을수록 좋습니다.
검은색이 되는것은 먼저 증발했던 질소분자들이 바륨과 반응하여 변색된것입니다.

읽기 지루하셨죠? 간단히 쓰려고 했는데 이것저것 설명할게 많아져서 복잡해졌습니다.

오디오 관련 사이트에 게터에 대한 설명이 많지 않아서 아는데로 올렸습니다.

생소한 분야라 바로 와닿지 않는점도 많을것입니다.

[아미아드]

게터에 대해 좋은 글 잘 읽었습니다. 늘 진공상태를 어떻게 만드나 하는 의문이 있었는데. 약간이지만 이해가 가네요.^^ 그런데.. 진공상태에 따라서도 분명 진공관의 소리에도 변화가 있겠지요? 혹시 좋은 진공관 선별법 같은 글 있으면 부탁드립니다. ^^ 사러 가면.. 관을 켜 볼 수 없는 경우도 상당히 많으니까요 ^^ (뭐~ 아직 관만 따로 사본 적은 없지만.. ^^ 제가 아는 사람이 사러 갔던 적이 있어서요.. )

[임헌]

진공상태에 따라서 당연히 소리의 차이가 있습니다. 첫째 진공관 전극에는 고압이 걸리는데 공기가 있으면 방전(Arc)가 일어나면서 잡음이 납니다. 그리고 공기가 과다하게 들어가면 텅스텐 재질로 되어있는 히터필라멘트가 타버립니다. 진공관 확인하는 방법은 전기적인 테스트를 하는것 입니다. 그러나 게터 가장자리가 불투명하고 눈같이 흰색으로 되었다면 바륨이 산소와 반응을 하던지 이산화탄소와 반응한것으로 관내 진공도가 안좋은 것입니다. 육안으로 확인하기는 어렵지만 게터 가장자리에 무지개빛이 돌면 바륨이 수분과 반응하여 수산화바륨이 된것인데 수산화 바륨은 투명합니다. 유리와 굴절율이 달라서 무지개빛으로 보입니다.