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Laufzeitröhre
Die Erfindung betrifft eine Laufzeitröhre, bei der ein System von Elektroden in einem homogenen oder periodischen magnetischen Führungsfeld angeordnet ist, insbesondere Wanderfeldröhre, mit einer Ionengetterpumpe.
Bei Wanderfeldröhren spielt die Güte des Vakuums eine sehr grosse Rolle, einmal deshalb, weil dadurch im Betrieb störende Ionenschwingungen vermieden werden können und weil zum andern dadurch die Lebensdauer und die Lagerfähigkeit der betreffenden Röhre stark heraufgesetzt werden kann. Man ist deshalb bestrebt, bei der Herstellung derartiger Röhren ein sehr gutes Vakuum von z. B. mindestens 10-8 Torr zu erreichen und dieses später auch bei der fertigen Röhre aufrechtzuerhalten.
Bei Hochleistungsröhren ist man bereits dazu. übergegangen, an einer abgezogenen Röhre ständig eine Ionenpumpe zu belassen, um dadurch auch bei hartem Betrieb ein einwandfreies Vakuum zu gewährleisten. lonengetterpumpen sowohl als gesonderte Einheit als auch in unmittelbarer Verbindung mit einem Elektronen-Entladungssystem sind an sich bekannt. Ihre Arbeitsweise beruht darauf, dass Restgase ionisiert und dann auf eine Elektrode mit einer gut absorbierenden Oberfläche transportiert und gebunden werden.
Für derartige sorptionsfähige Oberflächen haben sich als besonders geeignet Reinmetalle wie Tantal, Niob, Zirkon oder Titan erwiesen, von denen durch Verdampfen oder Zerstäuben ein Getterspiegel hergestellt wird. Zur Erhöhung der Getterwirkung wird der betreffende Getterspiegel ständig oder in Zeitabständen erneuert oder ergänzt. Zum Betrieb einer derartigen lonengetterpumpe braucht man Spannungen von einigen Tausend Volt, einmal zur Aufrechterhaltung einer Ionenentladungsstrecke und zum andern zum Abführen der gebildeten Ionen, weiter mindestens zwei Elektroden in derart geeigneter Anordnung, dass zwischen ihnen ein möglichst langer Laufraum als lonisierungsstrecke vorhanden ist, sowie ein starkes Magnetfeld zur Verlängerung der Laufwege und damit zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für eine Stossionisation.
Alle diese drei Voraussetzungen sind in den meisten Laufzeitröhren erfüllt.
Die Erfindung hat deshalb besondere Bedeutung für Laufz9itröhren. aller Art, insbesondere für Wanderfeldröhren, Rückwärtswellen-Oszillatoren und Klystrons, d. h. für Röhren, bei denen ein magnetisch
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die zum Betrieb der betreffenden Röhre vorhandenen Elektroden mit ihren angelegten Potentialen und deren Mangetfelder für den Funktionsmechanismus der Ionengetterpumpe auszunutzen.
Erreicht wird dies bei einer Laufzeitröhre mit einem System von in einem homogenen oder periodischen magnetischen Führungsfeld angeordneten Elektroden, insbesondere Wanderfeldröhre, bei der zumindest im Betrieb getterfähige Teile aufweisende Elektroden symmetrisch zum Strahlengang angeordnet sind dadurch, dass die getterfähigen Teile zu einem aus mindestens zwei Elektroden bestehenden lonenfänger 8,9, einer lonengetterpumpe gehören und so ausgebildet, angeordnet und mit solchen Potentialen versehen sind, dass durch die zumindest mit einem Teil der übrigen Elektroden und ihren angelegten Potentialen zusammen sich ausbildenden Potentialfelder die im Strahlengang unter Mitwirken des magnetischen Führungsfeldes gebildeten Ionen auf wesentlich radial gerichteten Bahnen eine von beiden Elektroden mit erheblicher,
eine Getter Verdampfung oder-Zerstäubung bewirkenden. Auftreffgeschwindigkeit und/oder die andere mit verminderter Auftreffgeschwindigkeit erreichen.
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Beispielsweise bei einer Wanderfeldröhre werden die von einem Elektronen-Erzeugungssystem (Kanone) ausgehenden beschleunigten Elektronen unter Mitwirkung eines starken magnetischen Führungsfeldes in einem Strahl hoher Dichte auf Spiralbahnen über eine grössere Wegstrecke meist innerhalb einer Wendel geführt und bewirken dabei mit den Restgasen eine Stossionisation. Die dadurch entstehenden vorwiegend positiven Ionen werden ihrer Polarität wegen infolge der für den Elektronenstrahl vorhandenen Fokussie- Tungsmittel mehr oder weniger gebündelt zur Kathode hingeführt und würden dort die Kathode durch Abtrommeleffekt erheblich zerstören.
Es ist deshalb bereits bekannt, bei derartigen Röhren die Emissionsfläche der Kathode mit einer zentralen Öffnung zu versehen, um die positiven Ionen hindurchzuführen und hinter der Kathode durch eine entsprechende Absorptionsfläche zu binden. Diese Massnahme ist jedoch in ihrer Wirkung unvollkommen und bewirkt für den eigentlichen Entladungsmechanismus der Röhre zum Teil ungünstige Bedingungen.
Durch die für den Elektronen-Entladungsmechanismus üblichen Fokussierungseinrichtungen können im allgemeinen Ionen nicht aus dem von Elektronen erfüllten Entladungsquerschnitt herausgelangen. Bei der beschriebenen Röhre werden deshalb die den lonenfänger bildenden Elektroden derart zum Elektronenstrahlgang angeordnet, dass die Ionen diese durch elektronenoptische Mittel auf wesentlich radial gerichteten Bahnen erreichen.
Dabei werden die dazu erforderlichen elektronenoptischen Mittel durch besondere Gestaltung, insbesondere der den Ionenfänger bildenden Elektroden und durch besondere Auswahl der betreffenden Potentiale derart erreicht, dass bei der Potentialverteilung entweder auf der Achse ein Sattel oder eine für den Elektronenstrahl starke Sammellinse entsteht, von wo aus die elektrische Feldstärke so gerichtet ist, dass die Ionen radial nach aussen abgelenkt und beschleunigt werden.
Die geschilderte Massnahme hat gegenüber den bisher üblichen lonengetterpumpen ganz besondere Vorteile. Bei den bisher bekannten Ionengetterpumpen kommt es nämlich sehr häufig vor, dass diese beim Erreichen eines bestimmten Vakuums deshalb versagen, weil die Ionenentladungsstrecke infolge zu geringer Stossionisationsmöglichkeiten abreisst und weil die meist z. B. durch die stets vorhandene Höhenstrahlung bewirkte Vorionisation nicht ausreicht. Bei der beschriebenen Röhre werden durch die Verbindung der
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diesen hindurch auf den äusseren mit Titan bedampften Hohlzylinder 9 gelangen.
Durch die beschriebene besondere Feldverteilung, insbesondere durch die Bildung eines Sattels auf der Achse, bildet sich eine sehr wirkungsvolle Ionenfalle aus, so dass aus beiden Richtungen ankommende Ionen aus dem Elektronenstrahl herausgerissen werden und eine gute Getterpumpwirkung bewirken.
Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung zeigt eine mit einer Vereinfachung verbundene Abwandlung der unmittelbar vorher beschriebenen Anordnung. Abweichend daran ist nämlich, dass die äussere Elektrode des Ionenfängers direkt mit ihrer Stirnfläche 6 über den Zylinder 5 mit dem Wendelanfang verbunden ist.
Durch diese Einsparung an Elektroden entfällt allerdings die bei der vorher beschriebenen Anordnung sich zwischen Ionenfänger und Wendelanfang ausbildende Sammellinse. Es verbleibt somit nur eine im Innern des Ionenfängers einen Sattel aufweisende Feldverteilung, durch die die Ionen nach Art einer Ionenfalle radial nach aussen zunächst auf den inneren durchbrochenen Hohlzylinder 8 und weiter auf den äusseren Hohlzylinder 9 gelenkt werden. Um zu vermeiden, dass Ionen auch zur Kathode hingelangen können, ist das Potential der Zuganode 7 um einige hundert Volt höher als das der Wendel 4 gewählt, so dass die Ionen gegen dieses Feld nicht anlaufen können.
Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Anordnung ist abweichend von den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen der innere durchbrochene Hohlzylinder 8 mit den den Ionenfänger zu einem Toroid ergänzenden Stirnflächen aber auch über einen Zylinder 5 mit dem Wendelanfang verbunden. Der äussere Hohlzylinder 9 ist dagegen von den Stirnseiten durch jeweils einen engen Spalt getrennt und liegt auf Kathodenpotential. Die dadurch erzielte Potentialverteilung bewirkt eine solche Feldrichtung, dass die im Elektronenstrahl 1 entstandenen Ionen 10, 10'zum Teil durch den inneren durchbrochenen Zylinder 8
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