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Elektrische Entladungsvorlichtung.
Vorliegende Erfindung betrifft elektrische Entladungsvorrichtungen und bezweckt ihre Leistungfähigkeit und ihre Betriebseigenschaften zu verbessern.
Bisher hing die Elektronenemission von Glühkathoden entweder von der materiellen Beschaffenheit der Kathode oder von dem Verhalten gewisser im Faden enthaltener Stoffe, wie Thoroxyd, ab. In manchen Fällen ergab sich, dass in Elektronenvorrichtungen enthaltene Gase die Elektronenemission durch schädliche chemische Wirkungen verringerten, in andern Fällen hatten sie keinen wahrnehmbaren Einfluss auf die Emission. Wenn in früheren Vorrichtungen die Gegenwart von Gasen eine Stromverstärkung veranlasste, so war das entweder der Verringerung der Raumspannung durch positive Ionen zuzuschreiben,
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gegen die Kathode, wodurch mittelbar die Elektronenemission durch eine Erhöhung der Kathodentemperatur gesteigert und auch die Emission von sekundären Elektronen hervorgerufen wurde.
Bei den bisher benutzten Vorrichtungen hatten gasförmige oder flüchtige Substanzen keinen unmittelbaren vorteilhaften Einfluss auf die Fähigkeit der Kathode, Elektronen zu emittieren.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass unter bestimmten Bedingungen gewisse gasförmige Stoffe von geringer Affinität für Elektronen, insbesondere Caesiumdampf, die Elektronenemission einer Glühkathode in sehr hohem Masse steigern. Die Gegenwart dieses Stoffes in der Vorrichtung steigert nicht nur die Elektronenemission der Glühkathode, sondern es zeigt sich auch, dass neben dieser sehr wichtigen Wirkung der Caesiumdampf die Betriebschaiakteristik von Elektronenentladungsvorrichtungen dadurch verbessert, dass er ein gasförmiges Mittel bildet, das beträchtliche Ströme bei sehr geringem Spannungsabfall zu leiten vermag.
Der beobachtete geringe Spannungsabfall ist vermutlich zum Teil einer niedrigen Ionisationsspannung zuzuschreiben und auch der Bereitwilligkeit, mit der sich Caesiumdampf mit schädlichen Gasen verbindet, die beim Betrieb von Teilen der Vorrichtung abgegeben werden ; ausserdem mögen noch andere, noch nicht erforschte Umstände dazu beitragen.
Die Entladungsvorrichtung gemäss der Erfindung kann für verschiedene gewerbliche Zwecke, z. B. zum Gleichrichten von Wechselströmen benutzt werden.
In der Zeichnung veranschaulichen Fig. 1 und 2 verschiedene Ausführungsformen von Gleichrichter gemäss der Erfindung. Fig. 3 zeigt ein Reduktionsrohr für Alkalimetalle, Fig. 4 zeigt eine Ab- änderung mit einer durch Strahlung erhitzten Kathode, Fig. 5 zeigt eine in einem magnetischen Feld arbeitende Vorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform besteht aus einem zugeschmolzenen Behälter oder Rohr 1 aus Glas, Quarz oder anderem geeigneten Material mit einer von einem Faden 2 gebildeten Kathode und einer zylindrischen Anode 3. Die Kathode wird zweckmässig von den an entgegengesetzten Enden des Rohres eingeschmolzenen Zuleitungsdrähten 4, 5 getragen, wobei zum Spannen des Fadens eine leichte Wolframfeder 6 dient. Die Kathode kann aus Wolfram, Molybdän, Nickel oder anderem geeigneten hitzebeständigen Material bestehen. Die Anode 3 kann gleichfalls aus Wolfram, Molybdän, Nickel oder
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wie bei 8 angedeutet, ist aber im übrigen am besten entlüftet.
Hier und im folgenden wird von Caesium gesprochen, doch kann auch Rubidium verwendet werden und ist gleichwertig mit Caesium.
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geeignet ist, die beiden werden dann auf eine so hohe Temperatur gebracht, wie sie das Glas noch vertragen kann, etwa auf 450 C, und Gase und Dämpfe daraus ausgepumpt ; besonders ist darauf zu achten, dass kein Wasserdampf vorhanden ist. Sodann wird die Kammer 10 geöffnet und ein Gemisch einer Caesiumverbindung, z. B. das Chlorid und ein Reduktionsmittel, z. B. Kalzium eingeführt, worauf man die Kammer 10 wieder zuschmilzt und das Rohr und den Ballon bei ständig arbeitender Luftpumpe erhitzt, bis die eingeführten Stoffe und die Behälter frei von aller Feuchtigkeit sind.
Sodann wird die Kammer 10 ausreichend erhitzt, damit die Caesiumverbindung reduziert werde, und das metallische Caesium aus der Kammer 10 der Reihe nach in die Kammern 11 und 12 und von da in das Rohr 1 überdestilliert.
Es soll soviel Caesium in das Rohr eingebracht werden, dass bei der Betriebstemperatur noch unverdampftes Caesium im Rohr 1 vorhanden ist :
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wie bei 9 gezeigt :
Wenn die Betriebstemperatur über der Zimmertemperatur gehalten werden soll, wird das Rohr 1 von einem Wärmeschutzschirm oder einer Heizvorriehtung umgeben, wie bei 13 in punktierten Linien angedeutet.
Nach Fig. 1 sind die Anode und die Kathode durch Drähte 14 und 17 mit der Sekundärwicklung eines Transformators 15 verbunden, dem eine Verbrauchsvorrichtung, z. B. eine Stromsammelbatterie 16 vorgeschaltet ist. Die Kathode wird nach der Zeichnung dadurch erhitzt, dass sie mit einem Teil der Sekundärwicklung durch Drähte 13 und 17 verbunden ist. Man kann unter diesen Bedingungen eine Elektronenemission mit einer gewöhnlichen Wolframkathode erzielen, die auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur gehalten wird als bei Abwesenheit von Caesium für dieselbe Emission nötig wäre.
Zum Gleichrichten von Wechselstrom grösserer Stärke für technische Zwecke, z. B. zum Laden von Stromsammlern ist es vorzuziehen, die Vorrichtung bei einer Temperatur zu halten, die hoch genug
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von 0-02 mm Hg besitzen und wird durch den Stromdurchgang ionisiert : In manchen Fällen ist es vorteilhaft, das Rohr zuerst bei höherer Temperatur etwa 2000 C, in Betrieb zu nehmen und bei fortschreitendem Altern die Betriebstemperatur allmählich auf 150 C herabzusetzen.
Die unter diesen Umständen auftretenden positiven Ionen treffen auf die Kathode und rufen dadurch eine hinreichende Elektronenemission hervor, so dass äussere Heizmittel für die Kathode unnötig sind. Der Schalter 19 in der Heizleitung kann dann geöffnet werden.
Unter diesen Umständen kann die Betriebstemperatur der Kathode auf 1125-14300 C gesteigert werden und bei einer Spannung von etwa 5 Volt kann ein Strom von 1-2 Amp. übergehen, wenn die Kathode aus einem etwa 50 mm langen Wolframfaden von 0. 1 mm Durchmesser besteht. Die Anode kann aus einem Zylinder aus Nickel oder anderem geeigneten Metall bestehen. Beim Betrieb ist die Entladung von einem Glimmen begleitet, das Gasionisation anzeigt.
Wird die Kathode auf höherer Temperatur gehalten, etwa auf 20000 C, so wird ein Strom 3-5 Amp. per Quadratzentimeter Kathodenoberfläche bei einem Spannungsabfall von höchstens 1-2 Volt erhalten.
Die Einrichtung nach Fig. 1 sieht nur Halbwellen von bestimmter Stromrichtung vor ; wenn gewünscht, können mehrereAnoden, wie in Fig. 2 gezeigt, verwendetwerden, um eine vollständige Gleichrichtung zu erzielen. Die in dieser Figur dargestellte Einrichtung hat zwei zylindrische Anoden 28 und 29, die in bekannter Weise an eine Wechselstromquelle anzuschliessen sind
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht die Kathode 20 aus einem kleinen Zylinder von Molybdän, Wolfram oder Nickel, der mit einem eingeschmolzenen Leiter 21 verbunden ist und durch einen Widerstandsheizkörper 22 auf die Betriebstemperatur erhitzt wird. Dieser Heizkörper erhält Strom durch die Leiter 23,24. Die Anode 25 besteht aus einem Zylinder aus Wolfram, Molybdän, Nickel oder einem andern geeigneten. Metall und wird von dem eingeschmolzenen Leiter 26 getragen.
Der Behälter oder das Rohr 27 ist geeignet entlüftet und enthält Caesium oder einen gleichwertigen Stoff.
In manchen Fällen kann eine Vorrichtung nach Fig. 1 vorteilhafterweise mit einer Kathode ausgestattet sein, die einen Stoff enthält, der im reduzierten Zustande eine hohe Elektronenemission aufweist, beispielsweise mit einer Wolframkathode, die 1-1-5% Thoroxyd enthält. Das in der Vorrichtung verwendete Caesium hat dann ausserdem noch die Aufgabe, die wirksame Thoriumschicht auf der Kathoden- Oberfläche im reduzierten und wirksamen Zustand zu erhalten ; gewöhnlich ist es vorzuziehen, einen im wesentlichen reinen Wolframfaden bei Vorrichtungen gemäss der Erfindung zu benützen.
Es zeigt sich, dass ein die Weglänge der Elektronen vergrösserndes magnetisches Feld es ermöglicht, einen gegebenen Strom unter sonst gleichen Bedingungen bei einer wesentlich geringeren Caesiumdampfspannung zu erhalten. Bei der Einrichtung nach Fig. 5 ist das Entladungsrohr 30 von einer Magnetspule 31 umgeben, welche ein zur Kathode 32 im wesentlichen paralleles magnetisches Feld hervorruft,
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Die zur Anode 33 gehenden Elektronen werden abgelenkt und gelangen in Spiralbahnen zur Kathode.
Bei einer Einrichtung dieser Bauart wurde bei einer Rohrtemperatur von 80 C unter Verwendung eines magnetischen Feldes ein Strom erhalten, der ohne magnetisches Feld erst bei einer Rohrtemperatur von 150 C erhalten werden konnte.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ; sie kann bei andern elektrischen Entladungsvorrichtungen verwendet werden, auch bei solchen, die sich nicht selbst im Betrieb erhalten können, z. B. photoelektrischen Vorrichtungen mit einer auf Licht ansprechenden Elektrode.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsvorrichtung mit zusammenarbeitenden Elektroden,'von denen eine unabhängig von einer elektrischen Entladung zwischen denselben Elektronen zu emittieren vermag, dadurch gekennzeichnet, dass der die Elektroden umschliessende Raum mit Caesiumdampf bei Abwesenheit erheblicher Mengen anderer Gase gefüllt erhalten werden kann.