AT215035B - Vorratskathode und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

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  Vorratskathode und Verfahren zur Herstellung derselben 
Das Stammpatent Nr. 206536 bezieht sich auf eine mittelbar beheizte Vorratskathode, deren elektrischer Heizkörper im Inneren des hohlen metallischen   Kathodenkörpen. von   demselben isoliert, angeordnet ist, wobei auf der Oberfläche des Kathodenkörper ein Vorrat eines aktivierenden Vorratsstoffes vorgesehen ist und wobei ein stellenweise mit dem Kathodenkörper in gut wärmeleitender Verbindung stehender Migrationskörper, der aus mehreren miteinander in Berührung stehenden Gliedern aus nicht porösem hoch-   schmeIzen4em Metall besteht   und an seiner äussersten Oberfläche eine höchstens molekulare Schicht von   elektronenemissionsfähigem aktivemmaterial trägt,   den Vorratsstoff bedeckt.

   Gemäss dem Stammpatent weist hiebei der mehrschichtige Migrationskörper eine Gesamtwandstärke von höchstens 50 Mikron auf und es ist die Anordnung so getroffen, dass die Dicke des zur Aufnahme des Vorratsstoffes zur Verfügung stehenden Raumes zwischen der Oberfläche des Kathodenkörpers und der Innenseite des Migrationskörpers eine praktisch konstante Stärke derselben Grössenordnung wie die Wandstärke des Migrationskörpers aufweist. 



  Gemäss den Unteransprüchen des Stammpatentes kann der Vorratsstoff   z. B.   aus   Erdalkali-Metallverbin-   dungen bestehen oder solche enthalten. Es wurde von der Patentinhaberin bereits vorgeschlagen, derartige   Voiratskathoden (kurz M-Kathoden   genannt) so auszubilden, dass der   Migrationskörper am   Kathodenkörper an mehreren, entlang mindestens einer mit der Längsachse des Kathodenkörpers parallelen Linie liegenden Stellen, vozugsweise durch Schweissung, befestigt ist. 



   Die vorliegende Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, die Vorratskathode gemäss dem Stammpatent als Thoriumkathode auszubilden und es besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass der aktivierende Vorratsstoff der Vorratskathode Thorium enthält. Das Thorium kann hiebei in Form einer oder mehrerer Thoriumverbindungen und bzw, oder als metallisches Thorium vorhanden sein. 



   Thorium-Vorratskathoden sind an sich bereits bekannt. So   z. B.   ist eine Thorium-Vonatskathode beschrieben worden, bei der der Thoriumüberzug des Kathodenkerndrahtes   oder-körpers   durch eine poröse gesinterte Wolframschicht bedeckt ist. Es ist ferner bekannt, einen Thoriumdraht oder ein mit einem Heizkörper versehenes   Thoriumröhrchen   mit einer aufgewickelten Wolframdrahtwendel zu versehen und derart als unmittelbar bzw. mittelbar beheizte Kathode zu verwenden. Es wurde auch eine Kathode vorbeschrieben, bei welcher sich zwischen dem Kathodenkörper bzw. Kern und der   daraufgewickelten   Me-   talldrahtwendelLängsträger befinden, deren Zwischenräume   durch Thoriumdrähte ausgefüllt sind. 



   All diese vorbekannten   Thorium- Vorratskathoden   waren jedoch im praktischen Betrieb nicht zufriedenstellend und konnten sich daher nicht   einbürgern.   Die erstgenannte Kathode, bei welcher eine gesinterte poröse Deckschicht aus Wolfram verwendet wurde, war nämlich dem Wesen nach mit den aus thorier-   tem   Wolframdraht bestehenden Kathoden identisch. Demzufolge verursachte die Beheizung Schwierigkeiten, die Verdampfung war nicht regelbar. der Nachschub an aktivem Material entsprach den Erfordernissen nicht, und die Betriebstemperatur war zu hoch, wodurch die Lebensdauer verkürzt wurde.

   Falls nun, wie bei der zweitgenannten bekannten Kathode, als Kathodenkern ein Thoriumkörper (Draht oder Röhrchen) verwendet wurde, erwies sich einerseits infolge des niedrigen Schmelzpunktes des Thoriums die 

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 mechanische Festigkeit der Kathode bei Betriebstemperatur als unzureichend und anderseits war die Verdampfung des Thoriums infolge der hohen Betriebstemperatur des   Kathodenkerns übermassig, u. zw.   in 
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 praktisch gar nicht brauchbar waren. Bei der drittgenannten bekannten Kathode war die Temperatur des Kernes ebenfalls recht hoch, wodurch erhöhte Verdampfung und demzufolge   Veikarzung   der Lebensdauer unvermeidlich waren, so dass die   oben erwähnten Nachteile   sich in erhöhtem Ausmass bemerkbar machten. 



  Aus all diesen Gründen wurden bisher in der technischen Praxis Thorium-Vorratskathoden tatsächlich nie verwendet, obzwar dies infolge der bekannten grundsätzlichen Vorteile der Thoriumkathoden wünschenswert gewesen wäre. 



     Erfindungsgemäss   werden nun sämtliche Nachteile der obengenannten bekannten Thorium-Vorratska-   anoden-dadurch   behoben, dass die gemäss dem Stammpatentausgebildete Vorratskathode als Thoriumkathode ausgeführt, d. h. als Vorratsstoff bzw. emittierendes aktives Material an Stelle von Erdalkalimetallen Thorium verwendet wird. Demzufolge besteht die Vorratskathode gemäss vorliegender Erfindung dem Wesen nach aus einem hohlen Kathodenkem aus hochschmelzendem Metall, z. B.

   Wolfram, Molybdän, Tantal oder Niob, oder einer hochschmelzenden Legierung, die mindestens eines der obengenannten Metalle enthält, einem im Hohlraum des   Kathodenkerns   angeordneten   elektrischen Heizkölper.   einem mindestens einen Teil der Aussenfläche des Kathodenkerns bedeckenden   thoriumhältigen   Vorratsstoffüberzug, und einem denselben bedeckenden Migrationskörper aus hochschmelzendem Metall, insbesondere Wolfram oder Molybdän, wobei die Ausbildung, Anordnung und Befestigung dieses Migrationskörpers gemäss dem   Starnmpatentbzw. der   eingangs beschriebenen, seitens der Patentinhaberin vorgeschlagenen Weise erfolgt. 



   Die   erfindungsgemässe Thorium-Vorratskathode ist   demnach eine mittelbar beheizte Kathode, deren aus hochschmelzendem Metall bestehender   Kathodenkörper   hohe mechanische Festigkeit und Formbeständigkeit auch bei der ziemlich hohen Betriebstemperatur der Kathode gewährleistet. Da der Migrationskörper in gut wärmeleitender Verbindung mit dem Kathodenkörper steht, sind die Betriebstemperaturen   sowohl des thoriumhältigenVorratsstoffuberzugs wieder   emittierenden   Kathodenoberfl che   praktisch identisch. Demzufolge ist die Verdampfung des Vorratsstoffes gut regelbar, da keine allzuhohen Temperaturen des Kathodenkörpers zu verwenden sind,   d. h.   die Kathode nicht allzustark beheizt werden muss, wie dies bei den obenerwähnten bekannten Kathoden erforderlich war.

   Ausserdem erfolgt der in entsprechendem Ausmass,   d. h.   nur der etwa plötzlich abgerissenen Menge des aktiven emittierenden Materials entsprechende, Nachschub an aktivem Material an die Kathodenoberfläche des Migrationskörpers stets verlässlich und rasch. Die erfindungsgemässe Kathode besitzt daher lange Lebensdauer, geringe Austrittsarbeit und auch im Falle von Hochspannungsionenbombardement dauerhaft gleichmässige Emission und Funkenfreiheit. 



   Die erfindungsgemässe M-Kathode kann mit verschiedenen thoriumhältigen Vorratsstoffen ausgeführt werden. So kann   z. B.   der Vorratsstoffüberzug aus Thoriumoxyd bestehen, welches auf den Kathodenkörper aufgesintert ist, doch kann der Überzug auch aus einem gesinterten Gemisch von Thoriumoxyd und Wolframpulver bestehen. Statt Thoriumoxyd kann auch metallisches Thorium, entweder allein, oder mit   Wolframpulver   und bzw. oder Molybdänpulver und bzw. oder deren Karbiden gemischt und auf den Kathodenkörper aufgesintert verwendet werden. Den thoriumoxydhältigen Vorratsstoffen kann ferner auch ein bei niedrigen Temperaturen wirksames Reduktionsmittel zugemischt werden. Als solches Mittel sind   z. B.   die Metalle der IV. Gruppe des periodischen Systems der Elemente, z. B. Titan oder Zirkonium, verwendbar.

   Es ist ferner auch möglich, statt des Thoriumoxyds irgend ein sich zu Thoriumoxyd zersetzendes Salz. z. B. Thoriumoxalat, zu verwenden,   dessenZersetzungsproduktefur   die   Kathodeunschädlichsind.   



   Die emittierende aktive Oberfläche der   erfindungsgämässen Kathode besteht   stets aus einer an der   Oberfläche des Migrationskörpers befindlichen,   etwa monomolekularen Thoriumschicht, die sich dort nach entsprechender Aktivierung der Kathode ausbildet und während des Betriebes der Kathode aus dem Vorratsstoffim Falle ihrer etwaigen Beschädigung stets ergänzt wird. 



   Die Herstellung der erfindungsgemässen Thorium-Vorratskathode erfolgt zweckmässig   derart, dass   auf den   aushochschmelzendem   Metall oder hochschmelzender Metallegierung bestehenden Kathodenkörper der jeweils zu verwendende Vorratsstoff bzw. das Vorratsstoffgemisch mit einem entsprechenden Bindemittel,z,B. 



  Kollodium, aufgetragen wird. Als solches Vorratsstoffgemisch ist   z. B. ein Gemisch Ms Thoriumoxyd, Wolf-   
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 gegebenenfallsmit Titanpulver versetzt. geeignet. Der nasse Überzug wndhienachgetrocknetundPATENTANSPRÜCHE : 
1. Vorratskathode nach Patent Nr. 206536, dadurch gekennzeichnet, dass ihr aktivierender Vorratsstoff Thorium enthält.

Claims (1)

1. 2. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihr hohler Kathodenkörper aus einem der Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob oder einer mindestens eines dieser Metalle enthaltenden hochschmelzenden Metallegierung besteht, einen elektrischen Heizkörper enthält und an seiner Oberfläche einen thoriumhältigen Vorratsstoff trägt, der durch einen mit dem Kathodenkörper in gut wärmeleitender unmittelbarer Verbindung stehenden Migrationskörper aus Wolfram oder Molybdän bedeckt ist.

   3. Vorratskathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Vorratsstoffüberzug auf den Kathodenkörper aufgesintertes Thoriumoxyd enthält.

   4. Vorratskathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gesinterte Vorratsstoffüberzug aus Thoriumoxyd besteht.

   5. Vorratskathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gesinterte Vorratsstoffüberzug neben Thoriumoxyd metallisches Wolfram und/oder Molybdän und/oder deren Karbid enthält.

   6. Vorratskathode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der VorratsstoffüberzugausserWolf- ram und/oder Molybdän und/oder deren Karbiden auch noch ein besonderes Reduktionsmittel enthält.

   7. Vorratskathode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsstoffüberzug als Reduktionsmittel ein Metall der Gruppe IV. des periodischen Systems, zweckmässig Titan und/oder Zirkonium, enthält.

   8. Vorratskathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ihr aktivierender Vorratsstoffüberzug metallisches Thorium enthält oder aus Thoriummetall besteht.

   9. Verfahren zur Herstellung einer Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thoriumhältige Vorratsstoff auf den Kathodenkörper mit einem Bindemittel vermischt aufgetragen, hienachdas Bindemittel ausgebrannt und der Überzug auf den Kathodenkörper in einer Edelgasatmosphäre aufgesintert wird, wonachder gesinterte Überzug mittels des Migrationskörpers bedeckt, letzterer an den Kathodenkörper befestigt und die mit einem Heizkörper versehene Kathode durch Erhitzung aktiviert wird.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung des Vorratsstoffüberzuges in einer Argonatmosphäre, bei einer zwischen etwa 1500 und 20000 C liegenden Temperatur, erfolgt.

   11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kathodenkörper ein durch Wärmewirkung zu Thoriumoxyd zersetzbares Salz, zweckmässig Thoriumoxalat aufgetragen und dort zu Thoriumoxyd zersetzt wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 9,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Kathode in der Entladungsröhre während des Auspumpens derselben durch Erhitzung mittels des Heizkörpers der Kathode erfolgt.