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Sekundäretektronenrohre.
Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung an Sekundärelektronenverstärkern, bei denen im Vakuum ein Elektronenstrom durch aufeinanderfolgenden Aufprall auf immer stärker positiv vorgespannte Elektroden vervielfacht wird. Um einen guten Nutzeffekt solcher Anordnungen zu erhalten, ist es notwendig, die beschossenen Elektroden in besonderer Weise zu präparieren, damit die Zahl
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ergeben sich Schwierigkeiten, sobald es sich darum handelt, den Elektronenstrom so hoch zu verviel- fachen, dass aus der Endelektrode nennenswerte Ströme entnommen werden können, z. B. 30-100 mA ; denn diese Ströme erwärmen natürlich die präparierten Elektroden und führen dadurch zur Zerstörung der empfindlichen Schicht.
Während in normalen Entladungsröhren Elektroden zumeist so weit belastet werden können, dass sie so hell glühen, dass sie gerade noch nicht nennenswert verdampfen, vertragen die meist mit Caesium präparierten sekundärelektrisch empfindlichen Schichten nur viel niedrigere
Temperaturen (etwa 1000 C). Falls mit Barium präpariert wurde, kann die Temperatur zwar 300 C sein, doch ist die Sekundärelektronenausbeute an diesen Schichten kleiner. Die Temperatur darf hier jedenfalls nicht so hoch werden, dass schon eine störende glühelektrische Elektronenaussendung auftritt. Es ist ohne weiteres klar, dass die höchste Belastung bei etwa gleichen Teilspannungen an der letzten Elektrode (Anode) auftritt, da diese ja den höchsten Strom aufnimmt.
Weil diese Elektrode nicht mehr sekundär zu emittieren braucht, darf sie allerdings auch an sich so hoch belastet werden, wie im allgemeinen Elektroden in Verstärkerröhren. Indirekt wirkt sie aber durch die Ausstrahlung der aufgenommenen Energie auf die hochempfindlichen Schichten der benachbarten Elektroden zurück, u. zw. dies umso mehr, da es bei Sekundärverstärkern mit grossen Ausgansgströmen sehr zweckmässig ist, die gegenseitigen Elektrodenabstände möglichst klein zu halten ; denn sonst muss man infolge der auftretenden Raumladungen zur Aufrechterhaltung einer proportionalen Verstärkung, d. h. zur Absättigung der vervielfachten Ströme, hohe Spannungen verwenden, und diese führen wieder zu grösseren Erwärmungen, als eigentlich notwendig wäre.
An sich besteht nun die Möglichkeit, die schädliche Erwärmung der Anode dadurch herabzusetzen, dass für eine ausreichende Kühlung gesorgt wird. Dem steht aber entgegen, dass hiedurch notwendigerweise die Ausgangskapazität beträchtlich erhöht wird. Und das ist ja besonders bei der Übertragung breiter Frequenzbänder, wie sie z. B. beim Fernsehen auftreten, zu vermeiden. Den gleichen Nachteil würde übrigens eine allgemeine Vergrösserung der Flächen der sekundärverstärkenden Elektroden haben.
Gemäss der Erfindung wird nun der Strom statt von der Anode von der vorhergehenden Verstärkungselektrode abgenommen und gleichzeitig die Anode mit Kühlmitteln versehen. Die Kühlung der Anode kann dabei ohne Rücksicht auf Kapazitätsvergrösserung leicht so weit getrieben werden, dass eine erwärmende Wirkung auf die benachbarten Elektroden vollkommen ausser Betracht kommt. Insbesondere kann die Anode an den Stellen, die in der Nähe der benachbarten Elektroden liegen, aus einem wenig Wärme abstrahlenden und gut wärmeleitenden Stoff, z. B. Silber oder Kupfer, bestehen, während die Kühlflügel entweder geschwärzt werden oder, da dies bei der Herstellung der sekundärelektrisch empfindlichen Schichten nicht sehr günstig ist, mit einer gut Wärme abstrahlenden Verbindung, z. B. Metalloxyd, überzogen werden. Es kann aber auch eine Wasserkühlung vorgesehen sein.
Die nächst der Anode höchstbelastete Elektrode ist nun die letzte Verstärkungselektrode, die zur Stromabnahme dient. Der aus ihr entnommene Strom kann dabei durchaus von fast der gleichen Grösse
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sein wie der zur Anode fliessende Strom. Denn ist etwa die Verstärkung an ihr das Sechsfache des auftreffenden Stroms, so würde bei einem Strom 6 auf die Anode ein Gesamtelektronenstrom 5 von der Verstärkungselektrode ausgehen.
Dabei ist die Belastung der Elektrode aber nicht durch das Produkt dieses Stroms 5 mit der Spannung zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Elektroden gegeben, sondern durch das Produkt des auftreffenden Stromes 1 hiemit, während der sekundärlektrisch ausgelöste sechsfache Strom vermöge der Anlaufgeschwindigkeit, die die Sekundärelektronen erhalten, eher einen Energieentzug darstellt.
Eine genauere Überlegung führt nun aber dazu, dass die Erwärmung der letzten Verstärkungselektrode durchaus nicht dann am geringsten ist, wenn die Sekundärverstärkung besonders gross ist.
Denn diese hängt von der Spannung der auftreffenden Elektronen ab, so dass bei einem gewünschten festen Ausgangsstrom mit wachsender Verstärkungsziffer zwar der aufprallende Strom abnimmt, die
Spannung der auftreffenden Elektronen jedoch zunimmt. Es ist leicht einzusehen, dass es einen
Minimalwert der Erwärmung gibt, denn wählt man z. B. die Auftreffspannung so klein, dass die Ver- stärkung nur nahe 1 ist, so muss man, um den gewünschten Strom in der Zuführung zur letzten Ver- stärkungselektrode zu erhalten, der ja die Differenz von verstärktem und auftreffendem Strom ist, ungeheure Auftreffströme verwenden, u. zw. bei durchaus von 0 verschiedenen Spannungen. Damit würde aber, von an dem Schwierigkeiten, wie der Absättigung dieser Ströme, abgesehen, auch die Erwärmung ins Uferlose wachsen.
Wählt man anderseits die Spannung der auftreffenden Elektronen so hoch, dass man nahezu schon die Maximalverstärkung erhält, so wird bei einer weiteren Steigerung der Spannung sich die Verstärkung und damit der erforderliche auftreffende Strom nur noch unmerklich ändern. Wohl aber wächst alsdann die wattmässige Belastung der Verstärkungselektrode durch die
Erhöhung der Spannung. Der experimentelle Befund zeigt, dass die optimalen Spannungswerte durchaus nicht bei den hohen, sondern bei den niedrigen Verstärkungsziffern liegen. Als günstig erweisen sich Spannungen zwischen 30 und 80 Volt für mit Caesium hergestellte Sekundäremissions- flächen.
Die folgende Beschreibung ist auf eine Ausführungsform der Erfindung gerichtet, bei der die Vorteile der Erfindung in besonders hohem Masse vorhanden sind. Die Fig. 1 und 2 stellen beispiels- weise zwei derartige Anordnungen dar. Der Ausgang des Sekundärverstärkers ist dabei als sogenannte
Bremsanordnung ausgebildet, d. h. eine elektronendurchlässige Anode befindet sich zwischen der letzten, als Platte ausgebildeten Auslöseelektrode einerseits und den vorhergehenden Auslöseelektroden anderseits. Die vorhergehenden Stufen können dabei vorteilhaft in bekannter Weise als Netze od. dgl. ausgebildet sein.
Bei dieser Anordnung ist die Anode auf beiden Seiten von Elektroden umgeben, besitzt also von vornherein eine grössere Kapazität als die letzte Auslöseelektrode ("Bremsplatte"), die den Entladungsraum abschliesst und daher auch noch besonders gut Wärme abstrahlen kann.
In Fig. 1 ist innerhalb der Röhre an einem Ende die Photokathode 1 angeordnet, deren Emission durch eine Anzahl von Netzen 2 (oder Folien od. dgl.) vervielfacht wird. Es folgt die Bremsanordnung, die aus einer durchlässigen Anode 3 und der Bremsplatte 4 besteht. Die Potentiale der Elektroden 2 nehmen in Richtung auf die Anode zu, die Bremsplatte 4 besitzt das nächst höhere und die Anode 3 das höchste Potential. Die letztere ist als weitmaschiges, jedoch sehr gut wärmeleitendes Netz oder Gitter ausgebildet und mit einer Anzahl von Kühlflügeln 5 versehen. Die Anode kann aus blanken Silberdrähten oder in Richtung des Elektronenstroms liegenden Streifen bestehen, die eine gute Wärmeableitung, jedoch eine schlechte Wärmeabstrahlung gewährleisten.
Gegebenenfalls kann die Stärke der Gitterstege oder Netzdrähte von der Anodenmitte nach dem Rand zunehmen. Die Kühlflügel 5, die beispielsweise sternförmig auf den Umfang der Anode verteilt sind, werden unter Umständen ebenfalls aus gut wärmeleitendem Stoff hergestellt, jedoch zur Erzielung einer guten Wärmeabstrahlung mit geeigneten Oberflächen, z. B. Metalloxydflächen, versehen.
Fig 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der jedoch nur das Ende der Röhre mit der Bremsanordnung dargestellt ist. 3 bezeichnet wieder die Anode und 4 die Bremsplatte. Die Anode erfüllt in diesem Fall den ganzen Röhrenquersehnitt und ist mit einem metallischen Teil 6 der Röhrenwandung gut wärmeleitend verbunden. Der Teil 6 ist in bekannter Weise mit den Glasteilen 7 und 8 verschmolzen und kann beispielsweise aus Kupfer oder Chromeisen bestehen. In diesem Falle kann die auf der Anode entstehende Wärme ungehindert in die Umgebung übergehen. Zur Erzielung einer sehr wirksamen Kühlung kann es zweckmässig sein, einen ringförmigen Behälter um den Metallwandungsteil zu legen, dessen innerer Raum 9 mit Wasser gefüllt ist oder von einem dauernden Wasserstrom durchflossen wird.
Mit einer gut ausgeführten Kühlung der Anode entfällt jetzt auch jede Rücksichtnahme auf die Spannung der Anode gegenüber den vorhergehenden Verstärkungselektroden. Die Spannung kann ohne weiteres so gross gewählt werden, dass sie die entstehenden Raumladungen mit Sicherheit absaugt.
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