Appareil à décharge d'électrons et procédé pour sa fabrication. La présente invention concerne un appa reil à décharge d'électrons eomportant des électrodes coopérantes, dont l'une est une ca thode disposée pour être chauffée, enfermées dans un récipient évacué d'air contenant une quantité d'un métal ,alcalin d'un poids, ato mique supérieur à celui du potassium, .comme par exemple du caesium ou du rubidium, et elle présente la particularité que la cathode est pourvue d'une couche oxygénée en vue de tenir pendant le fonctionnement le métal al calin plus tenacement. sur la surface de la. ca thode qu'avec une cathode non oxydée.
Comme on l'a déjà exposé ailleurs, lorsque des vapeurs d'un métal alcalin du genre in diqué, comme par exemple du ca:esium ou du rubidium, sont introduites dans l'espace en tourant une cathode :chauffée clans un appa reil à décharge, une émission d'électrons peut être produite, sous certaines conditions, par la cathode, qui est beaucoup plus grande que celle qui serait produite en l'absence des va peurs alcalines. Il a été trouvé que dans un appareil mtenant une électrode en tungstène et des vapeurs de caesium à une pression in férieure à celle à laquelle la ionisation par collision devient sensible,
la température, à laquelle l'émission d'électrons. est un maxi mum, se trouve .aux environs -de 430 C. A une température de tube plus .élevée et par conséquent une pression de vapeur plus éle vée, la température à laquelle l'emission est un maximum, ainsi que ce maximum lui même, augmentent d'une manière correspon dante.
Ce pouvoir d'émission doit être interprété comme étant dû à la formation continuelle sur l'électrode :chaude d'une pellicule adsor bée de métal alcalin vaporisé, dont l'évapora tion, pour une température donnée, est beau coup moins rapide que celle du métal alcalin pur en corps massif. La pellicule adsorbée forme une surface qui est capable d'émettre des électrons bien plus facilement qu'une sur face formée entièrement. du métal réfractaire dont est. fait ler:corps de la cathode. S'il y a..
d'une part, une évaporation continuelle de cette pellicule adsorbée, il y a, d'autre part, une régénération continuelle de 1a pellicule par les atomes du métal alcalin frappant la surface chauffée. Lorsque la. température est -Mentée au-dessus d'une certain= tempéra <B>.</B> auC ture, fonction de la. pression de vapeur qui règne dans le tube, la. pellicule de .caesium, l,ar exemple, se réduit par évaporation à un tel degré que l'émission d'électrons diminue.
L'effet de certains gaz électronégatifs, au .sens que Berzelius :donnait à. ce mot, comme par exemple, le nitrogène etc., de for'- rner une couche liante sur le corps de la. ca thode chauffée et d'augmenter ainsi la. sta bilité de la pellicule de métal alcalin adsorbée a aussi déjà été spécifié .ailleurs.
En présence de ces matière. liant-es la pellicule a,clsorbée est plus stable; il est alors avantageux de travailler à des températures plus élevées que 430 C afin d'obtenir une plus brande émis- sio.n d'électrons.
Des considérations analogues permett-nt (le comprendre l'avantage qu'il y a d'em ployer une cathode avec une couche adsorbée oxygénée, qui a la propriété de tenir tenace ment une pellicule de métal alcalin, même à un température élevée.
Pour la fabrication d'un appareil à tlé- eha.rbP d'électrons suivant l'invention, on prend un récipient renfermant une cathode émettrice d'électrons et une autre électrode coopérante et qui est:
évacué d'air, on expose la cathode à de l'oxygène sous une pression très faible en l'absence sensible d'autres gaz, on chauffe la cathode à environ 1030 à 1\l30 C, on enlève l'oxygène résiduel et. on mine des vapeurs d'un métal alcalin à poids atomique supérieur à :celui du potassium en @Iontact avec la cathode.
Deux formes d'exécution d'un appareil établi suivant l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans le quel la fig. 1 montre une vue latérale d'un appareil à deux électrodes; la fig. 2 en est une vue latérale prise sous un angle de 90 environ par rapport à la première vue;
les fig. 3 et 4 représentent un appareil à. trois Mectrodes, L'appareil représenté en fig. 1 comporte un tube évacué d'air 1 .contenant une cathode \ et une anode 3. La. cathode 2 qui est un filament en forme de<B>V,</B> est établie en métal réfractaire, comme par exemple du tungs tène ou mol.ybdène. Ses extrémités sont ton neotées aux fils d'entrée usuels. 4, 4' et il est supporté à son coude à un support 5 por tant un fil de fixation 6 (fig. 2).
L'anode 3 peut être constituée de tungstène, nickel, cuivre ou tout autre matière conductrice ap propriée, la connexion électrique étant éta blie par un conducteur scellé 7. Le socle extérieur a été omis pour plus de simplicité.
Pour obtenir l'aucmentation désirée de l'émission d'électron:, dans un appareil à anode en nickel, on peut procéder par exem ple :de la. manière suivante qui a été, en par tie, déjà décrite ailleurs: L'appareil î1 .anode en nickel. est d'abord évacué de manière îi obtenir le vide élevé usuel, sa cathode étant portée à une tempé rature élevée (environ 2230 C), et l'anode est ensuite chauffée, par exemple à l'aide d'un champ magnétique variable de haute fréquence.
Cela développe des gaz qui sont adsorbés sur la cathode froide.
On peut alors introduire du caesium dans le tube et fermer hermétiquement celui-ci. Si des gaz nuisible, empêchant la réalisation de l'émission que l'on peut obtenir en leur absence, ont été développés, en même temps que les gaz formant la couche liante ou ad sorbée désirée, par le chauffage: de l'anode, et ont été fixés par la cathode, ces caz peuvent être éliminés en chauffant la cathode pour quelques secondes à. environ<B>1130' C</B>.
La, couche de gaz qui reste adsorbe fortement du caes,ium et donne l'augmentation désirée de l'émission d'électrons.
On a trouvé qu'on peut obtenir des effet plus stables et d'une plus grande durée qu'a vec les autres gaz dont il a été question ci dessus et ailleurs, si l'on utilise de l'oxyb@@e pour former la couche liante sur la. cathode. Les particularités mêmes, d'ailleurs, des gaz dérivés du nicl@el rendent probable que leur i.ct*on favorable est .due à une teneur en ,<B>- 1</B> oxygène.
La manière préférée d'exécuter le procédé de fabrication selon l'invention est la sui vante: Un appareil comme représenté en fig. 1 est évacué à fond et le filament est. chauffé à une température élevée, dans le cas de tungstène à au moins<B>1730</B> C, afin de libé rer sa. surface d'impuretés et pour chasser -du gaz enfermé. Ensuite de l'oxygène est admis dans le récipient à une pression de 20 à. 30 microns (0,020 à 0,030 mm) environ, le fila ment étant. de préférence chauffé à une tem pérature .de 1100 à 1200 C environ pendant quelques secondes, ce qui" donne lieu à la for mation d'une mince couche d'oxygène adsorbé sur la. cathode.
Le reste de l'oxygène est alors pompé dehors. et une quantité de -cae- sium par exemple (ou de rubidium) est intro duite dans le récipient qui peut. former un condensat sur la paroi, comme représenté en 8, une quantité assez grande de ce métal étant introduite dans le récipient pour obtenir un excédent de caesium non évaporé à la. tem pérature de fonctionnement désirée.
De préférence le métal alcalin, tel que le caesium, est introduit, après l'évacuation, de puis un tubelatéral (non représenté) contenant un mélange d'un agent de réduction, comme par exemple du calcium ou du magnésium et d'un composé approprié du métal qui doit être introduit, tel que du chlorure de caesium.
Lorsque l'anode consiste entièrement en matière non oxydée, on introduit une quan tité suffisante d'oxygène après l'introduction du caesium, pour oxyder une partie du ca.e- s.ium. Le mélange de ca.esium et d'oxyde de caesium résultant éliminera la. plus grande partie des gaz nuisibles, en particulier l'hy drogène.
Après cette phase du procédé, on peut introduire dans le récipient de l'hydro gène, à peu près la moitié (en volume) de la quantité d'oxygène introduite préalablement, et attendre quelques instants pour que cet hydrogène soit fixé, le tube étant enfin scellé pendant. que l^ pompe à vide travaille en core.
L'introduction d'hydrogène, en addition à l'oxygène, produit de l'hydrure de caesium (CsII) et de l'hydroxyde de caesium (CSOH). Le mélange de caesium et de composés de caesium a la. propriété d'éliminer le monoxyde de carbone, nuisible comme on le verra plus loin, par .combinaison chimique.
Dans quelques cas l'anode peut être cons tituée entièrement ou en partie d'un métal oxydé approprié. Comme représenté en 9 (fig. 1), une bande de métal oxydé est fixée à l'anode. Cette bande peut être du cuivre oxydé. Si on prévoit une pareille bande, on n'a pas besoin d'introduire de l'oxygène après l'introduction du métal alcalin, attendu que le caesium réagit avec l'oxyde de cuivre pour former de- l'oxyde de caesium. De l'hydrogène peut être introduit comme décrit ci-dessus.
Dans ces tubes qui contiennent un métal alcalin, il faut avoir soin d'éviter une conden sation du métal sur le pied porte-électrodes (7 en fig. 1), attendu qu'une pareille coii- densationc9userait un court-circuit entre les fils passant par le pied. Une candensation de ce genre peut en particulier axriver aux en droits où il y a de l'oxyde de ca.esium en présence.
Ainsi, lorsque de l'oxygène est in troduit dans le tube, le pied devrait avoir été rendu exempt de caesium condensé, par chauffage. et les parties .où -du caesium s'est déposé, devraient .être suffisamment refroi dies pour éviter qu'il y ait une pression sen sible de vapeur de caesium, lorsque l'oxygène est introduit. Pour réduire les fuites électri ques, il est avantageux d'entourer les con ducteurs -des. électrodes de petits tubes de verre espacés des conducteurs. comme montré en 10 dans le dessin.
Lorsque le tube préparé suivant une mé thode quelconque a été fermé, la cathode de vrait être chauffée pendant quelques secondes à. environ 1030 à 1230<B>' C,</B> afin d'éliminer des substances nuisibles de la couche d'oxy gène. Ensuite l'appareil peut être utilisé, par exemple pour redresser du courant alternatif, comme indiqué schématiquement en. fig. 1, aussi bien que pour d'autres buts' pour les quels les tubes à cathode chauffée ont été utilisés.
Dans le cas du dessin, la cathode est chauffée par du courant dérivé d'une sec tion 11 du secondaire du transformateur 12, la cathode et l'anode étant reliées aux bornes de la. section principale 13 du secondaire du transformateur par les conducteurs 14, 15 en série avec la charge 16.
Lorsque un appareil préparé comme décrit ci-dessus par l'admission d'oxygène gazeux fonctionne avec la, cathode à une température de environ 630 C, le tube en entier ayant une température de 30 C, on obtient une émission d'électrons de la. cathode de l'ordre (le énviron 200 à 300 milliampères par cm\ de surface. Cette émission est du même ordre de grandeur que l'émission d'un filament en tungstène fonctionnant dans le vicie en l'ab sence de caesium ou de substances activantes similaires à une température de 2200 C en viron. mais l'énergie nécessaire est. de beau coup inférieure.
La couche liante d'oxygène sur la. cathode ne s'évapore pas rapidement jusqu'à ce que la. température soit élevée à<B>1300'</B> C. Si le tube contenant. du caesium a. environ<B>30'</B> C, l'émission d'électrons -de la pellicule de cae- sium .adsorbée sur la. couche d'oxygène aug mente constamment avec la température du filament jusqu'à. une température de<B>630'</B> C environ.
Une augmentation ultérieure de la température réduit l'émission d'électrons, parce que la surface du filament devient en partie dégarnie de caesium. La température de fonc tionnement la.
plus favorable est donc -de 630 C environ et à cette température il n'y a pas d'évaporation mesurable de la couche d'oxygène. A des températures de tube plus élevées, respectivement .aux pressions ,de va peur de caesium plus élevées qui lieur cor respondent, la pellicule de caesium rect.era. in tacte pour des températures de cathode plus élevées, pourvu que des précautions soient prises pour prévenir un bombardement indu de la cathode par des ions positifs.
L'émission d'électrons à la. température de cathode la plus favorable avec le tube à. 43 C est approximativement le double du maximum pouvant être obtenu avec. le tube ;@ 20 C. La couche d'oxygène peut toutefois être enlevée par un bombardement d'ions positifs. Par exemple, des ions de caesium d'une éner- de 40 volts enlèvent l'oxy gène dans une ffi <B>a</B> e mesure mesurable. D'autres ions, par exem ple, des ions -d'hydrogène, peuvent réagir chi miquement avec la. couche d'oxygène.
Des ions qui n'ont. pas assez d'énergie pour en lever l'oxygène peuvent adhérer à, la pellicule et. réduire son pouvoir d'adsorber du cacsium. Cela. est le cas pour les ions. de monoxy de de carbone avec une énergie d'environ 20 volts.
Il -est donc désirable d'éviter un bombarde ment de la, cathode par des ions positifs; la construction représentée en fi-. 1 est favo rable pour le fonctionnement de l'appareil même à des voltage. assez élevés pour pro- eluire une ionisation positive considérable du gaz résiduel. Le nombre d'ions positif; en présence étant, même dans ce cas, relative ment faible, les parois du récipient deviennent négativement chargées, du fait des électrons qui viennent les frapper.
Dans un appareil comme représenté en fib. 1, où aucun obstacle n'est interpo:aé entre la cathode et les parois, les ions positifs qui peuvent être engendrés, sont attirés par les parois chargées et ne bombardent par conséquent pas la, cathode.
La fig. 3 montre un appareil à trois élec trodes établi suivant l'invention. Cet appareil comporte une cathode linéaire constituée par un filament. 17 porté par un support 28, se terminant en un ressort 29, une électrode de commande 18 et une anode 19, toutes mon tées à l'intérieur d'un. tube 20. L'électrode de commande aussi bien que l'anode sont cons tituées de plaques plates qui sont placées ra- dia.lement par rapport â, la cathode.
L'élec trode de commande 18 comprend les plaques plus longues de deux groupes de plaques alternant les unes .d'un groupe avec celles de l'autre groupe et qui sont connectées par des fils à. un anneau 21. La manière de laquelle sont disposées, les unes par rapport aux au tres, les plaques de l'électrode de commande et celles de l'anode, est représentée en fig. 4, les plaques de l'électrode de commande étant désignées par 18a, 18b, 18e et. 18d et les pla ques d'anode par 19a, 19b, I9c et 19d.
Les plaques sont. assemblées par les anneaux 21, 9@ 2 et 23 qui les maintiennent à leurs places.
Dans un tube de -ce genre les ions positifs sont formés presqu'entièrement dans l'espace entre l'anode et les plaques de commande et non entre le filament, et les plaques. Les ions sont par conséquent produits en des endroits où le -champ électrique les amène vers: la grille, et ils sont ainsi empêchés de' frapper la cathode.
Ces électrodes respectives sont re liées aux parties extérieures du dispositif par les conducteurs usuels scellés dans le verre, les conducteurs -de .cathode étant désignés, par 24, 25, le conducteur d'éleofrode de commande par 26 et le conducteur d'anode par 27. Pour plus de simplicité le socle n'est pas représenté. Cet .appareil peut être utilisé comme radio détecteur ou comme amplificateur avec les connexions de circuit usuelles pour des appa reils à trois électrodes.
Le procédé de fabrication prévu est le même que celui qui a été -décrit en regard (le la fig. 1. Si on s'est référé dans la, description spécialement au ca.esium, il est entendu que le rubidium est considéré comme équivalent du caesium et peut être utilisé à la place du caesium, bien que l'émission d'électrons obte nue avec du rubidium soit un peu plus faible.
Avec des appareils tels que ceux montrés au dessin, on peut utiliser des tensions bien au-dessus de la tension d'ionisation: Une du rée de fonctionnement convenable a été obte nue, dans des appareils suivant fig. 3, avec des tensions de 45 volts environ. Avec des tubes du type montré en fig. 1, on a obtenu une durée de fonctionnement convenable .à 80 volts.
Ires appareils décrits présentent l'avan tage de demander une très faible puissance pour le filament. Avec des proportions ap propriées de la longueur et du diamètre du filament on peut obtenir une émission d'élec trons de 5 à 10 milliampères en utilisant un courant de -chauffage du filament. .d'environ 40 milliampères fourni par un seul élément de pile sèche.
Electron discharge apparatus and method for its manufacture. The present invention relates to an electron discharge apparatus comprising cooperating electrodes, one of which is a cathode arranged to be heated, enclosed in an air-vented container containing an amount of an alkali metal of a weight, atomic greater than that of potassium, .casium or rubidium, for example, and it has the particularity that the cathode is provided with an oxygenated layer in order to hold the metal al caline more tenaciously during operation. on the surface of the. ca thode only with an unoxidized cathode.
As has already been explained elsewhere, when vapors of an alkali metal of the type indicated, such as, for example, ca: esium or rubidium, are introduced into space by turning a cathode: heated in a device to discharge, an emission of electrons can be produced, under certain conditions, by the cathode, which is much larger than that which would be produced in the absence of the alkaline values. It has been found that in an apparatus which puts a tungsten electrode and cesium vapors at a pressure lower than that at which collision ionization becomes sensitive,
the temperature, at which the electron emission. is a maximum, is around -430 C. At a higher tube temperature and consequently a higher vapor pressure, the temperature at which the emission is a maximum, as well as this maximum. even, increase in a corresponding way.
This emission power must be interpreted as being due to the continuous formation on the hot electrode of an adsorbed film of vaporized alkali metal, the evaporation of which, for a given temperature, is much slower than that pure alkali metal in solid body. The adsorbed film forms a surface which is capable of emitting electrons much more easily than a fully formed surface. of the refractory metal of which is. made: body of the cathode. If there is..
on the one hand, a continual evaporation of this adsorbed film, there is, on the other hand, a continual regeneration of the film by the atoms of the alkali metal striking the heated surface. When the. temperature is -Mitted above a certain = temperature <B>. </B> auC ture, depending on the. vapor pressure prevailing in the tube, the. Caesium film, for example, evaporates to such an extent that electron emission decreases.
The effect of certain electronegative gases, in the sense that Berzelius: gave to. this word, as for example, nitrogen etc., to form a binding layer on the body of the. ca heated method and thus increase the. The stability of the adsorbed alkali metal film has also already been specified elsewhere.
In the presence of these matters. binder-es, the absorbed film is more stable; it is then advantageous to work at temperatures higher than 430 ° C. in order to obtain a greater emission of electrons.
Similar considerations make it possible to understand the advantage of employing a cathode with an oxygenated adsorbed layer, which has the property of holding a film of alkali metal tenaciously, even at high temperature.
For the manufacture of an electron tlé-eha.rbP apparatus according to the invention, a container is taken which contains an electron-emitting cathode and another cooperating electrode and which is:
With the air removed, the cathode is exposed to oxygen at very low pressure in the substantial absence of other gases, the cathode is heated to about 1030-130 C, residual oxygen is removed and. vapors of an alkali metal with an atomic weight greater than that of potassium in contact with the cathode are mined.
Two embodiments of an apparatus established according to the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which FIG. 1 shows a side view of an apparatus with two electrodes; fig. 2 is a side view of it taken at an angle of approximately 90 to the first view;
figs. 3 and 4 represent a device. three Mectrodes, The apparatus represented in fig. 1 comprises an air evacuated tube 1 containing a cathode \ and an anode 3. The. Cathode 2 which is a filament in the form of <B> V, </B> is made of refractory metal, such as for example tungs tene or mol.ybdenum. Its ends are neotated to the usual input wires. 4, 4 'and it is supported at its elbow by a support 5 por as a fixing wire 6 (fig. 2).
The anode 3 can be made of tungsten, nickel, copper or any other suitable conductive material, the electrical connection being established by a sealed conductor 7. The outer base has been omitted for simplicity.
To obtain the desired increase in electron emission :, in a device with a nickel anode, one can proceed for example: from the. following manner which has been, in part, already described elsewhere: The nickel anode apparatus. is first evacuated so as to obtain the usual high vacuum, its cathode being brought to a high temperature (about 2230 C), and the anode is then heated, for example by means of a variable magnetic field of high frequency.
This develops gases which are adsorbed on the cold cathode.
Caesium can then be introduced into the tube and the latter hermetically sealed. If harmful gases, preventing the production of the emission which can be obtained in their absence, have been developed, at the same time as the gases forming the desired binder or adsorbed layer, by heating: of the anode, and have been fixed by the cathode, these caz can be removed by heating the cathode for a few seconds at. approximately <B> 1130 'C </B>.
The remaining gas layer strongly adsorbs cesium and gives the desired increase in electron emission.
It has been found that more stable and longer lasting effects can be obtained than with the other gases discussed above and elsewhere, if oxybyl is used to form. the binding layer on the. cathode. The very peculiarities, moreover, of gases derived from nicl @ el make it probable that their favorable ict * on is due to a content of, <B> - 1 </B> oxygen.
The preferred way of carrying out the manufacturing method according to the invention is as follows: An apparatus as shown in FIG. 1 is fully evacuated and the filament is. heated to a high temperature, in the case of tungsten to at least <B> 1730 </B> C, in order to release its. surface of impurities and to expel trapped gas. Then oxygen is admitted into the container at a pressure of 20 to. Approximately 30 microns (0.020 to 0.030 mm), the filament being. preferably heated to about 1100 to 1200 C for a few seconds, which results in the formation of a thin layer of adsorbed oxygen on the cathode.
The rest of the oxygen is then pumped out. and an amount of eg caesium (or rubidium) is introduced into the container which can. form a condensate on the wall, as shown at 8, a large enough quantity of this metal being introduced into the receptacle to obtain an excess of cesium not evaporated at the. desired operating temperature.
Preferably, the alkali metal, such as cesium, is introduced, after evacuation, from then a side tube (not shown) containing a mixture of a reducing agent, such as for example calcium or magnesium and a compound. appropriate metal to be introduced, such as cesium chloride.
When the anode consists entirely of unoxidized material, a sufficient quantity of oxygen is introduced after the introduction of the cesium, to oxidize part of the ca.e-s.ium. The resulting mixture of caesium and caesium oxide will remove the. most of the harmful gases, in particular hydrogen.
After this phase of the process, we can introduce into the container of hydrogen, approximately half (by volume) of the quantity of oxygen introduced previously, and wait a few moments for this hydrogen to be fixed, the tube being finally sealed for. that the vacuum pump is still working.
The introduction of hydrogen, in addition to oxygen, produces cesium hydride (CsII) and cesium hydroxide (CSOH). The mixture of cesium and cesium compounds has the. property of eliminating carbon monoxide, harmful as will be seen below, by chemical combination.
In some cases the anode may be made entirely or in part of a suitable oxidized metal. As shown in 9 (fig. 1), a strip of oxidized metal is attached to the anode. This strip can be oxidized copper. If such a band is provided, there is no need to introduce oxygen after the introduction of the alkali metal, since the cesium reacts with the copper oxide to form the cesium oxide. Hydrogen can be introduced as described above.
In these tubes which contain an alkali metal, care must be taken to avoid condensation of the metal on the electrode-holder foot (7 in fig. 1), since such a co-densation would cause a short-circuit between the wires. passing through the foot. A candensation of this kind can in particular axriver to rights where there is ca.esium oxide present.
Thus, when oxygen is introduced into the tube, the foot should have been rendered free of condensed cesium by heating. and the parts where the caesium has deposited should be sufficiently cooled to avoid that there is a noticeable caesium vapor pressure when the oxygen is introduced. To reduce electrical leakage, it is advantageous to surround the conductors. electrodes of small glass tubes spaced from the conductors. as shown at 10 in the drawing.
When the tube prepared by any method has been closed, the cathode should be heated for a few seconds at. about 1030 to 1230 <B> 'C, </B> in order to remove harmful substances from the oxygen layer. Then the device can be used, for example to rectify alternating current, as shown schematically in. fig. 1, as well as for other purposes for which the heated cathode tubes have been used.
In the case of the drawing, the cathode is heated by current derived from a section 11 of the secondary of the transformer 12, the cathode and the anode being connected to the terminals of the. main section 13 of the transformer secondary by conductors 14, 15 in series with the load 16.
When an apparatus prepared as described above by admitting gaseous oxygen is operated with the cathode at a temperature of about 630 C, the whole tube having a temperature of 30 C, electron emission from the cathode is obtained. . cathode of the order (the approximately 200 to 300 milliamperes per cm \ of surface. This emission is of the same order of magnitude as the emission of a tungsten filament operating in the vitiated in the absence of cesium or substances activating similar at a temperature of around 2200 C, but the energy required is much lower.
The oxygen binding layer on the. cathode does not evaporate quickly until the. temperature is raised to <B> 1300 '</B> C. If the tube containing. caesium a. about <B> 30 '</B> C, the emission of electrons -from the film of cesium adsorbed on the. oxygen layer increases constantly with the temperature of the filament up. a temperature of approximately <B> 630 '</B> C.
A subsequent increase in temperature reduces the emission of electrons, because the surface of the filament becomes partly bare of cesium. The operating temperature la.
more favorable is therefore approximately 630 C and at this temperature there is no measurable evaporation of the oxygen layer. At higher tube temperatures, respectively, the higher caesium pressures which correspond to the corresponding binder, the rectal caesium film will. in tact for higher cathode temperatures, provided that precautions are taken to prevent undue bombardment of the cathode with positive ions.
The emission of electrons at the. most favorable cathode temperature with the tube at. 43 C is approximately twice the maximum that can be obtained with. the tube; @ 20 C. The oxygen layer can however be removed by bombardment of positive ions. For example, caesium ions with an energy of 40 volts remove oxygen to a measurable extent. Other ions, eg, hydrogen ions, can chemically react with the. oxygen layer.
Ions that don't. not enough energy to lift oxygen can adhere to, the film and. reduce its capacity to adsorb cacsium. That. is the case for ions. of carbon monoxy with an energy of about 20 volts.
It is therefore desirable to avoid bombardment of the cathode with positive ions; the construction shown in fi-. 1 is favorable for the operation of the apparatus even at voltages. high enough to produce considerable positive ionization of the waste gas. The number of positive ions; in the presence being, even in this case, relatively weak, the walls of the receptacle become negatively charged, due to the electrons which strike them.
In an apparatus as shown in fib. 1, where no obstacle is interposed between the cathode and the walls, the positive ions which can be generated are attracted to the charged walls and therefore do not bombard the cathode.
Fig. 3 shows a three-electrode apparatus established according to the invention. This apparatus comprises a linear cathode formed by a filament. 17 carried by a support 28, ending in a spring 29, a control electrode 18 and an anode 19, all mounted inside one. tube 20. Both the control electrode and the anode consist of flat plates which are placed radially with respect to the cathode.
The control electrode 18 comprises the longer plates of two groups of plates alternating one .of one group with those of the other group and which are connected by wires to. a ring 21. The manner in which the plates of the control electrode and those of the anode are arranged relative to each other is shown in FIG. 4, the control electrode plates being designated by 18a, 18b, 18e and. 18d and the anode plates by 19a, 19b, I9c and 19d.
The plates are. assembled by the rings 21, 9 @ 2 and 23 which hold them in their places.
In such a tube the positive ions are formed almost entirely in the space between the anode and the control plates and not between the filament and the plates. The ions are therefore produced in places where the electric field takes them to the grid, and they are thus prevented from hitting the cathode.
These respective electrodes are connected to the exterior parts of the device by the usual conductors sealed in the glass, the cathode conductors being designated by 24, 25, the control electrode conductor by 26 and the anode conductor by. 27. For simplicity, the base is not shown. This apparatus can be used as a radio detector or as an amplifier with the usual circuit connections for three electrode apparatus.
The planned manufacturing process is the same as that which has been described opposite (Fig. 1. If reference has been made in the description especially to ca.esium, it is understood that rubidium is considered equivalent. Caesium and can be used instead of Caesium, although the electron emission obtained with rubidium is somewhat lower.
With devices such as those shown in the drawing, it is possible to use voltages well above the ionization voltage: A suitable operating voltage has been obtained, in devices according to fig. 3, with voltages of about 45 volts. With tubes of the type shown in fig. 1, a suitable operating time at 80 volts was obtained.
Ires devices described have the advantage of requiring very low power for the filament. With proper proportions of the length and diameter of the filament, an electron emission of 5 to 10 milliamps can be achieved by using a filament heater current. . Approximately 40 milliamps supplied by a single dry cell cell.