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strömt. Der Lichtbogen kann durch Anlegen der Quecksilberkathode. 3 und der Lichtbogenanode 4 an eine Hilfsspannung aufrechterhalten werden. Der Lichtbogenraum ist von dem Anoden-bzw. Steuer-
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einen Ringspalt 7, unterhalb dieses Ringgpaltes i & t der Mantel in Form einer nach oben sich erweiternden Düse 8 ausgebildet. Diese düsenartige Ausbildung ergibt eine besondere gute Saugwirkung der Gasströmung auf den Hochvakuumraum der Röhre. Der obere Teil des Entladungsgefässes in der Umgebung der Queeksilberanode- ist wieder als ein Kondensationskolben 9 ausgebildet, der aussen z. B. mit Wasser gekühlt wird.
Die Quecksilberdämpfe werden sich clavier an der Wand die ; e3 Kolbens kondensieren und in das Quecksilber der ringförmigen Anode hineinfliessen. Mit Hilfe einer geeigneten Umleitung kann dann das überschussige Quecksilber der Anode wieder der Quecksilberkathode zugeführt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines Entladungsgefässes besitzt der den Lichtbogen umgebende Mantel ebenfalls einen oder mehrere Ringspalte. der Mantel erweitert sich aber nunmehr hinter den Ringspalten und wird zweckmässig dort gekühlt, do dass sich die Dämpfe der Entladungsstrecke dort kondensieren und auf den Steuerraum eine Saugwirkung nach Art einer Kondensationshochvakuumpumpe ausüben. In Fig. 3 der Zeichnung ist eine derartige Anordnung dargestellt. Im Gegensatz zur Anordnung der Fig. 2 befindet sieh hier die Quecksilberkathode 3 für die Erzeugung des Lichtbogens oben und die Quecksilberanode im unteren Teil der Röhre.
Der Quecksilberdampf strömt daher zunächst durch den zylindrischen Teil des Mantels 6 bis zu dem Ringspalt 7, von dort tritt er in einen als Kondensationsraum ausgebildeten, nach unten sich erweiternden Teil 10 des Mantels ein. Dieser Teil des Mantels ist zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit doppelwandig ausgeführt. Die Qneeksilberdämpfe kondensieren sich an der Innenwandung des Mantels und fliessen zur Lichtbogena. node 4 zurÜck. Rings um den Ringspalt, im eigentlichen Hochvakuumraum, ist wieder eine Steuerelektrode 1. 3 und die Anode 2 angebracht.
Man kann die Absaugewirkung der Lichtbogenströmung nach Fig. 1-3 noch dadurch verbessern, dass man die Gase aus dem Raum um die Lichtbogenanode 4 mittels einer Absaugeleitung 11 ständig absaugt. Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung besitzt der Mantel nur je einen Ringspalt. Man kann aber selbstverständlich auch mehrere hintereinander angeordnete Spalten vorsehen, dementsprechend ist dann der Mantel auch mehrmals düsenförmig ausgebildet bzw. er wird mehrmals hinter dem Spalt gekühlt.
Zur weiteren Verbesserung der Absaugewirkung wird ferner erfindungsgemäss die Strömung- geschwindigkeit des Gases im Entladungsbogen der Kathode gleich oder höher gewählt als die durch die jeweilige Temperatur des Entladungsbogens bedingte Molekulargeschwindigkeit der Bogengase. Diese Molekulargeschwindigkeit ist bekanntlich eine eindeutige Funktion der Temperatur, da sie ja der Grund der Temperatur eines Körpers ist. Bei der in einem Quecksilberdampfbogen auftretenden Temperatur beträgt die Molekulargesehwindigkeit der Quecksilberteilchen etwa 3001see. Dementsprechend muss dann auch die Strömungsgeschwindigkeit des Quecksilberdampfbogens gewählt werden.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass ein schädlicher Übertritt von Gasmolekülen aus dem Kathoden-in den Anodenraum durch die Öffnungen des umgebenden Mantels verhindert wird, weil infolge der hohen Geschwindigkeit der Bogengase auch diejenigen Moleküle, die ansonsten infolge ihrer Molekulargeschwindigkeit aus dem Bogen austreten würden, in Richtung der Bogenströmung sich fortbewegen. Die Wahl einer derartig hohen Bogengeschwindigkeit ist insbesondere dann zweckmässig, wenn der den Entladungsbogen umgebende Mantel ähnlich wie bei einer Quecksilberdampfhochvakuumpumpe nach dem Parallelstrahl-oder Kondensationsprinzip ausgebildet ist.
Bei einer derartigen Ausbildung des Mantels ist die freie Durchgangs- öffnung der einzelnen Ringspalte zum Teil in bezug auf die Strömungsrichtung nach rückwärts gerichtet, so dass gerade hier die einzelnen Moleküle infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit besonders schwer aus dem Ringspalt in den Anodenraum gelangen können.
Man kann ferner das Entladungsgefäss derart ausbilden, dass der Dampfentladungsbogen einen hohlzylinderartigen Raum einnimmt. Da die Emission aus dem Dampfentladungsbogen nur von der Grösse der Oberfläche des Bogens abhängt, so hat diese Anordnung den Vorteil, dass bei gleicher Elektronenemission der Strom und damit auch der Energieverbrauch für die Aufrechterhaltung des Entladungsbogens wesentlich kleiner ist. Umgekehrt kann der Dampfentladungsbogen bei gleicher Stromstärke wesentlich mehr Elektronen aussenden.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 4 ein derartiges Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 ist die Wandung des Entladungsgefässes, 2 die zylinderförmige Anode. 3 und 4 sind Quecksilberhilfselektroden für die Erzeugung des Lichtbogens, die von einer besonderen Hilfsspannung gespeist werden. Die Lichtbogenströmung verläuft dabei von oben nach unten in dem Raum eines Hohlzylinders, dessen Mantelflächen durch die Wandungen 5 und 60 gebildet werden. Die Wandung 5 ist mit Öffnungen versehen, durch die die Elektronen zur Anode 2 übertreten können. Die Querschnittform des Hohlzylinders kann kreisförmig sein, man kann aber selbstverständlich auch eine beliebige ander Form, wie etwa eine ovale oder rechteckige oder polygonale, verwenden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist für den Ausgleich des Quecksilbers zwischen der Hilfskathode 3 und der Hilfsanode 4 eine eigene, in der Zeichnung nicht dargestellte Rückführungsleitung vorgesehen. Man kann nun die Anordnung dadurch vereinfachen, dass man erfindungsgemäss für die
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Rückführung des Quecksilbers der Hilfselektroden den Kernraum des Hohlzylinders, in dem die Entladung verläuft, benutzt.
Fig. 5 der Zeichnung zeigt ein derartiges Entladungsgefäss. Der Queeksilberdampfbogen strömt in dem durch die Wände 5 und 60 begrenzten hohlzylindrischen Raum von unten nach oben. Um das
Quecksilber der Anode 4 wiederum der Hilfskathode 3 zuzuführen, geht das obere Ende des inneren Rohres 60 unmittelbar in die Rinne 70 für die Hilfsanode 4 über. An dem Übergangswulst 80 sind nun einerseits Öffnungen 90 angebracht, die mit dem hohlzylindrisehen Entladungsraum in Verbindung stehen, anderseits sind am Umfange dieses Wulstes eine Reihe von Einkerbungen 100 vorhanden, in denen das überschüssige Quecksilber der Anode in den durch die Röhre 60 begrenzten Kernraum überläuft und so zur Hilfskathode 3 zurückströmt.
Damit der Entladungsbogen zwischen den beiden Hilfselektroden im wesentlichen nur durch den hohlzylindrischen Raum und nicht durch den vom Hohlzylinder umschlossenen Kernraum verläuft, kann man diesen Kernraum mit Einschnürungen versehen. Bei dem Entladungsgefäss nach Fig. 4 der Zeichnung sind für diesen Zweck in dem Kernraum eine Anzahl von Trichtern 110 angebracht. Durch die Öffnungen der Trichter kann zwar das Quecksilber von der Hilfsanode 4 bis zur Hilfskathode 3 zurück-
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Kernrohr an einzelnen Stellen verengt.
Im folgenden sind noch weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, die ebenfalls dazu dienen, den Übertritt von Gas bzw. solchen Ionen, deren e/Mt andere Werte hat als das der Elektronen, aus dem Lichtbogen in den Hoehvakuumraum und damit eine Verschlechterung des Vakuums hintanzuhalten. Ausserdem soll es möglich sein, im Entladungsraum eine solche Menge von positiven Ionen zu halten, dass deren Einwirkung auf die Raumladung diese verringert.
Erfindungsgemäss ist quer zur Richtung des elektrischen Feldes in der Röhre in an sich bekannter Weise ein magnetisches Feld angeordnet, ausserdem sind zwischen dem Lichtbogen und dem Hochvakuum- raum Leitwände angeordnet, die vorwiegend in Richtung der aus dem magnetischen und dem elektrischen Felde resultierenden Ele1. "tronenbewegung verlaufen. Bekanntlich treten bei Elektronenröhren mit überlagertem magnetischem Feld (Magnetron) die Elektronen zunächst aus der Glühkathode in radialer Richtung aus. Sie werden aber dann unter dem Einfluss des Magnetfeldes in etwa kreisförmige Bahnen abgelenkt (s. Barkhausen, Elektronenröhre, 2. Aufl., S. 60).
Dadurch, dass nun erfindungsgemäss der Lichtbogen von in Richtung dieser Elektronenbewegung verlaufenden Leitwänden umgeben ist, wird erreicht, dass zwar die Elektronen zur Anode übertreten können, dass aber ein Austritt der entweder neutral, positiv oder negativ geladenen Gasteilchen des Lichtbogens (Ionen) aus dem Lichtbogenraum verhindert wird, da diese Gasteilchen auf die Leitwände stossen. Durch entsprechende Bemessung der Leitwände und ihres gegenseitigen Abstandes hat man es ausserdem in der Hand, das Vakuum in der Röhre auf einem gewünschten Wert zu halten, der einerseits eine genügende Steuerwirkung der Röhre verbürgt, der aber anderseits die Raumladung in der Nähe der Kathode nur auf einen nicht zu hohen Wert ansteigen lässt. Bekanntlich macht sich bei allzu hoch evakuierten Röhren die Raumladung besonders bemerkbar.
Diese Leitwände können nun in die Öffnungen des oben angeführten Mantels eingebaut sein.
Man kann dann den Mantel aus einem magnetisch leitenden Material herstellen, um ein möglichst starkes magnetisches Feld zwischen den einzelnen Leitwänden zu erreichen. Die Leitwände selbst wird man dabei zweckmässig aus einem unmagnetischen Material herstellen. Man kann z. B. für die Leitwände Porzellan, Steatit oder ähnliche Massen verwenden. Der Mantel selbst soll zwar aus einem magnetischen Material bestehen, anderseits soll aber der Lichtbogenstrom nicht in die Mantelwände übergehen können. Um das zu erreichen, kann man z. B. den Mantel aus Eisen herstellen und ihn mit einem Emailüberzug versehen, um eine Isolierung gegenüber dem Lichtbogen zu erzielen. Bei einer zweiten Ausführung besteht der Mantel aus einem zwar magnetischen aber elektrisch schlecht leitenden Material. Er kann z.
B. aus Eisenpulver bestehen, das unter Zwischengabe eines Isoliermittels (Glas-oder Quarzpulver) in die Form eines Mantels gepresst wurde.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 6 zeigt die Röhre im Aufriss, Fig. 7 stellt einen Grundriss der Fig. 6 dar. 1 ist die aus Glas oder Porzellan od. dgl. bestehende Wand der Elektronenrohre, 2 die Anode, 5 der den Lichtbogen umgebende Mantel. Der Mantel bildet im oberen Teil mit der Wand des Glasgefässes eine Rinne. In dieser Rinne befindet sich das Quecksilber der Lichtbogenkathode 3. Die Lichtbogenanode 4 ist im unteren Teil der Röhre angeordnet. Die Gase des Lichtbogens strömen daher im Gegensatz zu der Anordnung des Hauptpatentes von oben nach unten.
Der Mantel 5 besteht, wie schon erwähnt, aus einem magnetischen Material. Auf der Aussenfläche sind für die Erzeugung des magnetischen Feldes die Windungen 16 angebracht, die von aussen mit Strom gespeist werden. In dem Mantel ist nun, wie aus Fig. 6 zu ersehen, ein Ringspalt 7 angebracht. In dem Ringspalt sind, wie aus dem Grundriss hervorgeht, die Leitwände 18 eingebaut. Die unter der Einwirkung der Anodenspannung bzw. der Spannung eines Steuergitter aus dem Lichtbogen austretenden Elektronen werden daher zwischen diesen Leitwänden in den Hochvakuumraum übertreten. Da dabei auch das
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ihrer ursprünglich radialen Bahn abgelenkt. Die Leitwände verlaufen nun ebenfalls in Richtung dieser resultierenden Elektronenbewegung, so dass sie für den Durchtritt der Elektronen nicht hinderlich sind.
Dagegen werden beispielsweise die neutral, positiv oder auch negativ geladenen Ionen (Moleküle) beim Austritt aus dem Lichtbogenraum an die Leitwände stossen und sich dort gegebenenfalls kondensieren.
Die Anordnung der Leitwände verhindert daher einen Übertritt des Gases aus dem Lichtbogen in den Hochvakuumraum und damit eine Verschlechterung des Vakuums in diesem Raum. Die Öffnung des Ringspaltes 7 verläuft schräg nach abwärts, so dass der nach unten strömende Quecksilberdampf des Lichtbogens auf den Raum ausserhalb des Mantels die schon geschilderte Saugwirkung ausübt. Ausserdem bleibt die bekannte Diffusionswirkung bestehen.
Der Mantel 5 kann, wie schon erwähnt, z. B. aus emailliertem Eisen bestehen, für die Leitwände kann man Porzellan verwenden. Um das Vakuum im Anodenraum noch weiter zu verbessern, kann man die Leitwände bzw. auch den Mantel kühlen, da damit der Dampfdruck an der Aussenfläche des Lichtbogens herabgesetzt wird. Man wird dies zweckmässig derart ausführen, dass man den Mantel und die Leitwände hohl ausbildet und ein Kühlmittel hindurehleitet. Die Temperatur des Kühlmittels wird den Umständen angepasst, gegebenenfalls wird man eine sehr tiefe Temperatur verwenden.
Statt, wie in der Zeichnung dargestellt, nur einen einzigen Ringschlitz anzuordnen, kann man selbstverständlich auch mehrere übereinanderliegende anbringen.
Zwischen der Anode 2 und dem Mantel' ? befindet sich noch ein Steuergitter 19 und ein Vorgitter ; 20.
Dieses Vorgitter dient im vorliegenden Falle dazu, die Elektronenbewegung zwischen den Leitwänden möglichst unverändert zu erhalten. Würde nämlich die wechselnde Anoden-oder Steuergitterspannung die elektrische Feldstärke in diesem Raum wesentlich beeinflussen, so würden damit auch die Bewegung-
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dadurch erreicht, dass das Vorgitter, wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, aus einzelnen Streifen zusammengesetzt ist, die zur Gitterfläche hochkant gestellt sind und deren gegenseitiger Abstand klein ist, bei einer geringen Oberfläche des Gitters gegen die Elektronenbahnen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man den Strom für die Erzeugung des Magnetisierungsfeldes derart in Abhängigkeit von der Anoden-oder Steuergitterspannung bringen, dass die resultierende Bewegung der Elektronen zwischen den Leitwänden bei wechselnder Anoden-oder Steuergitterspannung dieselbe bleibt. Z. B. könnte die Anoden-oder Steuergitterspannung gleich- zeitig auch die Magnetisierungswindungen mit Strom versorgen.
Man kann den Austritt von Gasteilehen aus dem Lichtbogen in den Hochvakuumraum auch noch dadurch hindern, dass man, wie dies in Fig. 7 der Fall ist, die Leitwände mit einem derartigen Abstand voneinander und einer derartigen Länge versieht, dass ein Austreten von neutralen, positiv oder auch negativ geladenen Ionen in rein radialer Richtung verhindert wird. Die einzelnen Leitwände überdecken sich sozusagen in radialer Richtung.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Elektronenröhre schliessen sich die magnetischen Kraftlinien des Mantels etwa so, wie dies bei einem magnetisierten Eisenstab der Fall ist. Man kann aber auch ein besonderes Jochstück für den magnetischen Schluss der Kraftlinien anordnen. Dieses Jochstück setzt an dem oberen und unteren Ende des Mantels 5 an. Die Magnetisierungswindungen können dann statt auf dem Mantel auf dem Jochstück angeordnet werden. Das Jochstück kann sowohl innerhalb wie auch ausserhalb der Röhre verlaufen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann man ausserdem das Jochstück rohrartig ausbilden, so dass es gleichzeitig für die Rückleitung der kondensierten Dämpfe des Lichtbogens zur Lichtbogenkathode benutzt werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet die Anode das Jochstück für den
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Lichtbogen und dem Mantel bzw. der Anode eine genügende Isolierung besteht.
Wie bereits geschildert, ist es bei den Entladungsgefässen gemäss der Erfindung mit Rücksieht auf die Steuerwirkung von Vorteil, wenn die Steuerelektroden bzw. auch die Anoden sich nicht in einem Raum mit dem Drucke des Lichtbogenraumes befinden, sondern wenn diese Elektroden in einem Hochvakuumraum untergebracht sind. Um das zu erreichen, müssen die beiden Räume (Liehtbogenraum und Hochvakuumsteuerraum) derart voneinander getrennt werden, dass zwar die Elektronen aus dem Lichtbogen zur Anode übertreten können, dass aber ein Übertritt von positiv oder eventuell auch negativ geladenen oder neutralen Ionen (Gasteilchen) in das Vakuum hintangehalten wird.
Dies kann auch noch dadurch erreicht werden, dass zwischen der Gasentladungskathode und dem Anoden-oder Steuerraum ein Diffusionsdiaphragma eingeschaltet ist. Durch ein derartiges poröses Diaphragma, wie es etwa auch bei den Vorgängen der Osmose Verwendung findet, werden zwar de Elektronen unter der Einwirkung des elektrischen Feldes hindurchtreten, die Gasionen hingegen werden infolge ihrer grösseren Volumina und der grösseren Masse im Diaphragma zurückgehalten. Als Diffusions- diaphragma kann z. B. ein Körper aus Porzellan oder einer ähnlichen keramischen Masse verwendet
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werden, der dann eventuell keine besondere Glasur, durch die die Porosität des Porzellans unterbunden wird, aufweist.
Ebenso könnte man als Diaphragma auch irgendwelche andere Halb- und Nichtlteiter ver-
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entsprechenden Stromes oder besonders angeordneten Heizdrahtes im Diaphragma erfolgen.
In der Zeichnung ist die neue Anordnung an einem Beispiel veranschaulicht. 1 ist d ! n Gefäss der Entladungsröhre, 2 die zylinderförmige Anode, 13 eine Steuerelektrode. Die Kathode der Rohre
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anode 4 vorgesehen. Der Lichtbogenraum ist nun von dem eigentlichen Hochvakuumsteuerraum durch das Diffusionsdiaphragma 5 getrennt. Wie bereits geschildert, werden die Elektronen unter der Einwirkung des elektrischen Feldes zwischen dem Lichtbogen und der Anode, 3 durch das Diaphragma hindurchtreten. Mittels der Steuerelektrode 13 kann die Stärke des Elektronenstromes ähnlich wie bei einer Glühkathodenhochvakuumrohre in den weitesten Grenzen beeinflusst werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Elektronenrohre mit Mitteln zur Steuerung des Anodenstromes, dadurch gekennzeichnet.
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