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Lichtelektrische Zelle.
Bei lichtelektrischen Zellen nach Elster und Geitel ist bereits vorgeschlagen worden, durch Erhöhung der Saugspannung, welche die vom Licht an der photoelektrisch aktiven Elektrode ausgelösten Elektronen zur Gegenelektrode zieht, in einem Bereich zu arbeiten, wo bereits Glimmentladung auftritt, der Zellenstrom aber noch mit der Belichtung trägheitslos zurückgeht (vgl. D. R. P. Nr. 347531). Will man nach dieser Methode mit möglichst starken Zellenströmen arbeiten, so setzt der alsbald eintretende Durchbruch der selbständigen, bei Verdunklung weiterbestehenden Glimmentladung, die also durch das Licht nicht steuerbar ist, der Steigerung der Saugspannung eine Grenze.
Gemäss der Erfindung gelingt es nun, den Arbeitsbereich der vom Licht noch trägheitsfrei steuerbaren Vorglimmentladung durch das Zusammenwirken folgender Mittel wesentlich in Richtung nach stärkeren Zellenströmen zu erweitern, u. zw. so weit, dass Ströme von mehr als 1 Milliampère von der Zelle durchschlagsicher ertragen und vom Licht quantitativ gesteuert werden. Eine notwendige Kennzeichnung hiefiir ist, dass die Saugspannung bei in bekannter Weise grossoberflächig ausgebildeter lichtelektrischer Emissionsschieht so eingestellt ist, dass im völligen Dunkel schon ein schwaches, jedoch bei Helium-und Neonfüllung deutlich wahrnehmbares Leuchten um die Saugelektrode herum bzw. in deren Nähe besteht. Es ist also nicht erst eine gewisse Belichtung, welche dieses Stadium auslöst, sondern dasselbe ist schon im Dunkeln vorhanden.
Naturgemäss wird es aber mit wachsender Beleuchtung der photo aktiven Fläche verstärkt.
Im übrigen ist dieser Arbeitsbereich dadurch gekennzeichnet, dass sich das Leuchten auf das Gebiet um die Saugelektrode beschränkt und an der lichtelektrischen Kathode noch keine negative Glimmschicht erkennbar ist. Der Übergang zur Ausbildung der letzteren ist durch ein steiles Ansteigen des Zellenstromes charakterisiert und sonach leicht feststellbar.
Um nun die erwähnte weite Ausdehnung des Bereiches der ausnutzbaren Zellenstromstärken zu erhalten, hat es sich als wesentlich herausgestellt, der Saugelektrode eine möglichst grosse Ausdehnung zu geben, relativ zur räumlichen Ausdehnung der Emissionselektrode. Das Saugfeld wird dadurch ziemlich homogen gemacht, die Dichte der positiven Ladungen in der Nähe der Saugelektrode verringert, somit ihr durch Raumladungswirkung erklärbarer Einfluss auf die Verflachung des Stromdiagramm der Zelle gemindert und der Gefahr von vorzeitigen Durchschlägen der selbständigen Glimmentladung infolge zu hoher Konzentration der positiven Träger vorgebeugt.
Um die so ausgedehnte Saugelektrode nicht zu einem Hindernis für die freie Belichtung der photoaktiven Emissionsschicht werden zu lassen, gibt man ersterer die Gestalt eines Netzes, Gitterwerkes, einer Flachspirale aus dünnem Draht od. dgl., derart, dass das Licht fast ungeschmälert durch die Maschen oder Zwischenräume der Saugelektrode hindurchtreten kann.
Weiter gehört zum Wesen der Erfindung, dass als Fiillgas Neon oder Helium oder Gemische dieser beiden benutzt werden. Diese Edelgase ergeben ein besonders weites Arbeitsbereich der Zelle, wenn die beschriebene grossflächige Saugelektrode benutzt wird. Mit Neon z. B. kommt man zu dem weiter oben angeführten Stromstärkewert von über 1 Milliampère. Wahrscheinlich ist der hohe Anodenfall der selbständigen Entladung in diesen Gasen günstig im Sinne eines Schutzes gegen allzu labile Einstellung der
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kritischen Durchbruchspannung. Kleine Beimengungen von Argon oder Wasserstoff zum Neon oder Helium oder deren Gemisch sind vorteilhaft, solange der Gasdruck insgesamt so niedrig bleibt, dass noch kein zündspannungsemiedrigender Einfluss jener Zusätze bemerkbar wird.
Endlich besteht die Erfindung in der Anordnung zusätzlicher elektrischer oder magnetischer Felder zur Beeinflussung der Trägerbahnen und-stösse im Entladungsraum der Zelle. Das Wesen und der Zweck dieser Zusatzfelder werden am besten an Hand der Fig. 2 und 3 erklärt.
Zunächst stellt Fig. 1 eine erfindungsgemässe Zelle ohne Hilfsfeld dar. Die in flacher, 1insenartiger Form hergestellte Zelle enthält die lichtelektrisch aktive Elektrode K, z. B. hydriertes Kalium oder ein anderes Material aus der Reihe der als wirksam bekannten Metalle oder Metallegierungen : ferner die
Saugelektrode S. Die Zuführungen zu den beiden Elektroden sind mit 1 und 2 bezeichnet, sie sind in gewohnter und ohne weiteres ersichtlicher Weise ausgeführt. Gemäss der Erfindung ist nun die Saugelektrode netz-oder siebartig ausgebildet und erstreckt sieh über die gesamte Ausdehnung der Gegenelektrode K, wodurch das Saugfeld homogener wird und sich die wie oben genannten Vorteile ergeben.
Man kann leicht zeigen, dass bei immer weiter getriebener Verkleinerung der Elektrode S, bis zum Grenzfall einer Spitze, das Arbeitsbereich der Zelle enger wird und der Durchschlag unter vergleichbaren Bedingungen bei immer geringeren Stromstärken einsetzt.
Fig. 2 zeigt die Hinzunahme einer weiteren, entsprechend S ausgebildeten Elektrode G mit der Zuführung 3. Sie muss sowohl gegen S als auch gegen K gut isoliert sein. Dies ist durch passende Ausbildung der Halter und durch Einbau von langen Kriechstrecken leicht zu erreichen. Wird nun an. 8 eine in bezug auf das Potential von K hohe positive Spannung gelegt, so wirkt diese, durch G hindurchgreifend, nur mit einem Teilbetrage, der eben vom Durchgriff abhängt, auf die aus K durch das Licht ausgelösten Elektronen ein. Die wirksame Beschleunigungsspannung lässt sich nun sehr bequem durch das Potential von G regu1ieren, das gegenüber K in gewissen Fällen sogar negativ werden kann.
Das Ergebnis der Einschaltung von G ist, dass die Elektronen zunächst, nach ihrem Austritt aus K, nicht zu stark beschleunigt werden, also im Raume zwischen G und K keine positiven Ladungen durch Stoss bilden können, dass sie dann aber zwischen S und G eine sehr grosse Energiezunahme erlangen, wodurch sich die Ionisation in der Nähe von S, d. h. die gewünschte Vorglimmentladung, ausbildet, u. zw. in gut regelbarer Weise. Umgekehrt können bei geeigneter Spannungseinstellung die positiven Träger im Raume zwischen G und K abgebremst und so die Gefahr vorzeitigen Durehsehlages der selbständigen Glimmentladung regelbar begrenzt werden. Indem man so die Energieverteilung und die Zusammenstösse der Ladungen beeinflussen kann, ergibt die gekennzeichnete Anordnung wesentliche Vorteile für die Ausführung des Erfindungsgedankens.
Fig. 3 zeigt die Anwendung eines magnetischen Hilfsfeldes, indem ein Magnetpol M in das passend ausgebildete Gefäss hineinragt, der entweder einem permanenten Magneten oder einem durch Drahtwindungen W erregbaren Elektromagneten zugehört. Die magnetischen Kraftlinien durchsetzen das Gas in Richtung der gestrichelten Pfeile. Dadurch werden die Bahnen der Ladungen gekrümmt und die Zusammenstösse vermehrt, so dass der Zellenstrom beträchtlich anwachsen kann. Man hat es auf diese Weise ausserdem bis zu einem gewissen Grade in der Hand, die Energie zu regeln, mit welcher die positiven Ionen auf die Elektrode K auftreffen. Davon hängt aber der Durchschlag der selbständigen Glimmentladung ab.
Indem man die positiven Ionen vermehrt im Gase stossen lässt, nutzt man sie als Träger der 1m selbständigen, noch durch Licht steuerbaren Vorglimmentladung aus, verhindert jedoch zugleich, dass sie Elektronen durch heftigen Aufprall auf K in einem Grade freimachen, der für die Ausbildung der negativen Glimmschicht und damit für den Durchschlag ausreichend ist.
Lichtelektrische Zellen mit Hilfsfeldern in Gestalt aufgeladener Gitterelektroden sind bereits bekannt. Dabei handelt es sich jedoch um Zellen, in denen nicht die lichtelektrisch ausgelösten Elektronen oder wenigstens nicht ausschliesslich diese, sondern vielmehr die aus einer Hilfselektronenquelle stammenden, z. B. von einem Glühdraht emittierten Elektronen primär durch das Gitter gesteuert werden (Zellen mit Verstärkerwirkung usw. ). Diese Anordnungen dienen auch andern Zwecken als die vor- liegende Erfindung. Sie bezwecken z. B. die Vermeidung von Trägheit durch die Hilfselektronenquelle.
Bei der vorliegenden Erfindung sollen dagegen die Hilfsfelder durch ihren Einfluss auf die Energieverteilung der Träger und die Stösse im Entladungsraum dazu beitragen, ohne Durchschlagsgefahr den Strom- stärkennutzbereich weiter nach höheren Intensitäten hin auszudehnen.
Andere bekannte Zellen (vgl. D. R. P. Nr. 282708) mit Hilfsgittern sind nicht als lichtelektrisehe Zellen im wahren Sinne des Wortes anzusprechen, da in ihnen der lichtelektrische Effekt nur, analog dem Glühen eines emissionsfähigen Drahtes, einen hinreichenden Elektronenstrom auszulösen hat, dessen Entladungsstärke, analog einem Glühkathodenverstärker, dann durch Gitter nach Art der Steuergitter vermöge des variablen Steuerpotentials derselben beeinflusst wird. Hier steuert also nicht veränderliches Licht den Zellenstrom, sondern ein veränderliches elektrisches Potential.
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