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Photoelektrische Zelle.
Es ist bekannt, photoelektrische Zellen mit einer Gasfüllung zu versehen, deren Druck so niedrig (kleiner als 1 mm) gewählt wird, dass die freie Weglänge der Elektronen von der Grössenordnung des Abstandes zwischen der photoelektrischen Kathode und der Anode ist. Man bezweckt hiemit eine Verstärkung des von der Kathode emittierten Elektronenstromes. Die ausgesandten Elektronen verursachen nämlich eine Ionisation der Gasfüllung, und die auf diese Weise erzeugten Elektronen und positiven Ionen verstärken den emittierten Elektronenstrom. In diesen Zellen wird zweckmässig eine draht-oder stabförmige Anode, d. h. eine Anode mit einer im Vergleich zu den in Photozellen vielfach benutzten kleinen kugelförmigen Anoden verhältnismässig grossen Oberfläche verwendet, da die Elektronen dann leichter aufgefangen werden und eine bessere Sättigung erzielt wird.
Eine sehr viel verwendete Elektrodenanordnung solcher Zellen besteht aus einer halbzylindrischen Kathode, welche auf der inneren Seite mit einer photoelektrischen Schicht überzogen ist, und einer stabförmigen, in der Kathodenaehse angeordneten Anode oder einer haarnadelförmigen Anode, deren Schenkel sich in kurzer Entfernung voneinander und parallel zu der Kathodenachse befinden.
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Kathode und eine Anode in Form eines Ringes mit verhältnismässig geringem Durchmesser gebildet, wobei dieser Ring etwa im Mittelpunkt der hohlkugeligen Kathode angeordnet ist.
Wenn in solchen gasgefüllten Zellen Kathoden verwendet werden, welche mit einer an einer chemischen Verbindung adsorbierten Alkalimetallschicht versehen sind, so zeigt sich im Betriebe häufig ein rascher Abfall der Zellenempfindlichkeit. Es wurde gefunden, dass dieser Nachteil durch das Ionenbombardement der Kathode und die dadurch hervorgerufene Entaktivierung bewirkt wird.
Die Erfindung bezweckt, diesen Übelstand zu beheben oder wenigstens beträchtlich zu verringern.
Erfindungsgemäss wird dazu die Anode derart gestaltet und angeordnet, dass entlang der ganzen Ausdehnung ihres wirksamen Teiles ihr Abstand von den stark belichteten Teilen der Kathode möglichst gross, dagegen ihr Abstand von jenen Teilen der Kathode, die im Betriebe weniger Licht empfangen, klein gehalten wird, um das Ionenbombardement vorwiegend gegen ein Gebiet zu lenken, wo eine Entaktivierung keinen grossen Schaden anrichtet. Zu diesem Zwecke genügt es, den Abstand zwischen allen im Entladungsfelde liegenden Teilen der Anode einerseits und dem meistbelichteten, also den dem Zellenfenster gegenüberliegenden Kathodenteil anderseits, wesentlich grösser als den Abstand zwischen der Anode und den ihr nächstliegenden Kathodenteilen zu machen. Vorzugsweise wird dieses Verhältnis grösser als 5 : 1 oder 8 : 1 gewählt.
Es hat sich gezeigt, dass die sehr ungleichmässige Feldverteilung, welche eine Folge dieser Elektrodenaufstellung ist, einen grossen Einfluss auf die Vermeidung der Verringerung der Empfindlichkeit hat. Diese Feldverteilung hat nämlich zur Folge, dass die durch die Ionisation erzeugten positiven Ionen nur zu einem kleinen Teil den dem Fenster gegenüberliegenden Kathodenteil, d. h. den beim Betrieb wirksamsten Teil, erreichen. Ausserdem werden die diesen Teil treffenden Ionen infolge des örtlich schwächeren Feldes eine geringe Geschwindigkeit haben, so dass sie mit wenig Energie auf die Kathode aufprallen. Der weitaus grösste Teil der positiven Ionen trifft die Kathode an dem der Anode am nächstenliegenden Teil, wo das elektrische Feld bewusst viel stärker als in der Mitte des zu belichtenden Teiles gemacht ist.
Beschädigung der photoelektrischen Schicht dieses der Anode am nächsten liegenden Kathodenteiles hat nur einen geringen Einfluss auf die Empfindlichkeit der Zelle.
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Bei Verwendung einer halbzylindrisehen Kathode und einer haarnadelförmigen Anode wird somit der Abstand der beiden Anodenschenkel so gross wie möglich gewählt, so dass der Abstand dieser Schenkel zu dem nächstliegenden Kathodenteil sehr klein ist, während hingegen der Abstand der Anode zu dem dem Fenster der Zelle gegenüberliegenden Kathodenteil, der vornehmlich durch die Lichtstrahlen getroffen wird, verhältnismässig gross ist. Zweckmässig verwendet man keine haarnadelförmige, sondern eine aus zwei Stäben bestehende Anode.
Ebenso wird bei Verwendung einer nahezu kugeligen Kathode und einer ringförmigen Anode diese möglichst weit von dem dem Fenster gegenüberliegenden Kathodenteil und so dicht wie möglich zu dem übrigen Kathodenteil herangedrückt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der beispielsweise zwei Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt sind, näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Schnitt einer in der Hauptsache kugeligen photoelektrisehen Zelle, Fig. 2 ist eine Ansicht einer zylindrischen photoelektrischen Zelle und Fig. 3 ist ein Schnitt der letztgenannten Zelle nach der Ebene III-III.
Im Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1 bedeutet 1 die Glaswand der im wesentlichen kugeligen Zelle, welche mit einem Füsschen 2 üblicher Bauart ausgestattet ist. Im oberen Teil der Zelle ist ein Stromzufübrungsdraht. 3 durch die Wand hindurchgeführt. Dieser Draht steht mit der photoelektrischen Kathode 4 in Berührung, welche die innere Wand des kugeligen Zellenteiles bedeckt, wobei aber ein Fenster 5 freigelassen ist, durch welches die Lichtstrahlen in die Zelle eintreten können.
Ferner enthält die Zelle eine ringförmige Anode 6, welche z. B. aus einem Nickeldraht mit einer Stärke von 1-5 5 rmn besteht und mittels des Drahtes 7 am Füsschen 2 befestigt ist.
Die photoelektrische Kathode enthält eine auf der Glaswand angebrachte Silberschicht, welche mit dem Stromzuführungsdraht 3 in inniger Berührung ist und eine aus einem Gemisch von Cäsiumoxyd, Silberteilchen und Cäsiumteilchen bestehende Schicht trägt ; an dieser Mischsehicht ist eine dünne Cäsiumschicht adsorbiert.
Die Zelle ist mit Argon unter einem Druck von 0-1 oder 0-15 Mm gefüllt. Beim Normalbetrieb der photoelektrischen Zelle, bei dem die Anode 6 in bekannter Weise eine positive Spannung in bezug auf die Kathode 4 hat, wird das Gas ionisiert. Die dabei gebildeten positiven Ionen werden von der
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die Emissionsfähigkeit der Kathode zu beeinträchtigen. Das elektrische Feld zwischen der Kathode und der Anode ist sehr ungleichmässig gemacht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Anode in ihrer ganzen Ausdehnung in einer grossen Entfernung von dem dem Fenster gegenüberliegenden Kathodenteil angeordnet, während der Abstand von der Anode zu dem das Fenster umgebenden Kathodenteil nur gering ist. Wenn der innere Durchmesser des kugeligen Zellenteiles z.
B. 4 cm beträgt, so kann der Abstand (a) der ringförmigen Anode zu dem Punkt 8 der Kathode, der dem Fenster 5 gegenüberliegt, etwa 3-4 c ? M gemacht werden, während hingegen der kürzeste Abstand (b) von der Anode zu der Kathode nur etwa 2 mm betragen kann. Infolge der hiedurch herbeigeführten, sehr ungleichmässigen Feldverteilung wird die Umgebung des Punktes 8 von nur sehr wenig positiven Ionen getroffen, während der grösste Teil der positiven Ionen den das Fenster umgebenden Kathodenteil bombardiert. Dieser Teil wird im Betriebe praktisch nicht von den Lichtstrahlen getroffen. Beschädigung dieses Kathodenteiles durch die positiven Ionen hat daher keine nennenswerte Verringerung der Empfindlichkeit der Zelle zur Folge.
Die zylindrische photoelektrische Zelle 9 nach den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 ist mit einer photoelektrischen Kathode 10 in Form eines halben Zylindermantels versehen, welche mittels
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dem Füsschen 13 angeordnet ist. Diese Platte 10 besteht z. B. aus Kupfer und ist an der inneren Seite (konkave Seite) mit einer aus einem Gemisch von Cäsiumoxyd, Silberteilehen und Cäsiumteilchen bestehenden Schicht überzogen, an welcher eine äusserst dünne Cäsiumschieht adsorbiert ist.
Die Anode der Zelle besteht aus zwei auf dem Füssehen 13 angeordneten Stäbchen 14 (z. B.
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der Zelle hergestellt werden kann. (Gegebenenfalls kann auch einer der Stäbe weggelassen werden. ) Die Anodenstäbe sind in der die Kathode abschliessenden imaginären Ebene in einer möglichst geringen Entfernung von den Kathodenrändemangebracht. Wenn der Radius der Kathodenoberfläche z. B.
12 mm beträgt, so kann der kürzeste Abstand von den Allodenstäben zu der Kathodenoberfläche z. B. 2 mm. gewählt werden. Auch hier beträgt dieser kürzeste Abstand nur einen kleinen Teil des Abstandes der Anodenstäbe zu der Durchschnittslinie der Kathodenoberfläche mit der Symmetrieebene IV-IV, d. h. dass auch hier der Abstand jedes einzelnen Punktes der Anode zu der Mitte des Kathodenteiles, der dem für die Lichtstrahlen durchlässigen Zellenwandteil gegenüberliegt, gross ist im Vergleich zu dem kürzesten Abstand zwischen der Anode und der Kathodenoberfläehe.
Die durch diese Elektrodenanordnung herbeigeführte, sehr ungleichmässige Feldverteilung hat wiederum zur Folge, dass die positiven Ionen, welche bei Ionisation der auch in dieser Zelle vorhandenen
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Gasfüllung erzeugt werden, grösstenteils den am wenigsten vom Licht bestrahlten Teil der photoelektrischen Kathodenoberfläche treffen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Photoelektrische Zelle mit Gasfüllung, einer Kathode, deren aktive Oberflächenschichte (4) aus Alkalimetall besteht, das an einer eine chemische Verbindung aufweisenden Schicht adsorbiert ist und einer draht- oder stabförmigen Anode (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand aller im Entladungsfelde liegenden Punkte der Anode von dem nächstliegenden Kathodenteil wesentlich kleiner ist als der Abstand der Anode (6) von der Mitte (8) des dem Fenster (5) der Zelle gegenüberliegenden Kathodenteiles, so dass eine Entaktivierung der hauptsächlich belichteten Teile der Kathode durch Ionenbombardement vermieden wird.