DE1023150B - Hohlkathode fuer Hochvakuumentladungseinrichtungen und Elektrodenanordnung mit einersolchen Kathode - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Hohlkathode für Hochvakuumentladungseinrichtungen und Elektrodenanordnungen mit einer solchen Kathode.

Das Herz aller Elektronenentladungseinrichtungen ist die Kathode. Kennwerte von besonderer Bedeutung für jede Kathode sind die erreichbaren Elektronenströme, die zur Erreichung eines bestimmten Stromes erforderlichen Spannungen und die Kathodenlebensdauer. Grundsätzlich bestehen die zur Zeit verwendeten Glühkathoden aus einem Träger und aus einem hierauf befindlichen Elektronen emittierenden Überzug. Während des Betriebes hat die Kathode eine erhöhte Temperatur, die bei Kathoden mit Oxydüberzug gewöhnlich in der Größenordnung von 800° C liegt.

Bei Kathoden bekannter Art ist die im Dauerbetrieb erreichbare maximale Stromdichte verhältnismäßig klein, z. B. bei Oxydkathoden etwa 500 Milliampere je Ouadratzentimeter Kathodenoberfläche. Man ist bisher davon ausgegangen, daß bei Hochvakuumentladungseinrichtungen der Elektronenstrom durch das Gesetz von Child bestimmt ist; der Strom ist danach proportional der an der Kathode wirksamen Beschleunigungsspannung hoch drei Halbe. Für die Erreichung von Strömen dieser Größenordnung sind hohe Felder an der Kathode erforderlieh. Infolgedessen ist die Perveanz, welche durch

-T₇Sg definiert ist, klein, wobei / der Elektronenstrom Hohlkathode

für Hochvakuumentladungseinrichtungen und Elektrodenanordnung
mit einer solchen Kathode

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. Juni 1953

Donald MacNair, Berkeley Heights, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

im Ampere und V die an der Kathode wirksame Beschleunigungsspannung bedeuten. Bei guten Konstruktionen bekannter Art sind Perveanzen von. etwa 1 bis 2 · 10—⁶ erreicht worden.

Mit Rücksicht auf die unterstellte Gesetzmäßigkeit wurde es bisher als unmöglich angesehen, Ströme hoher Elektronendichte von einer Kathode bei hohen Perveanzen zu erhalten. Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, daß die bisher unterstellte Gesetzmäßigkeit keine allgemeine und grundsätzliche Gültigkeit hat und daß man Elektronenstrahlen mit Elektronenströmen von mehreren Ampere je Qu ad ratzentimeter bei hoher Perveanz erzeugenkann.

Die Erfindung empfiehlt hierzu für Hochvakuumentladungseinrichtungen eine Hohlkathode mit einer den Kathodenkörper erwärmenden Heizvorrichtung, mit der Besonderheit, daß sich in dem Kathodenkörper ein Hohlraum und wenigstens eine Elektronenaustrittsöffnung befinden, deren lichte Weite mindestens 0,25 mm beträgt, und daß die Oberfläche des Hohlraums wenigstens auf den an die Öffnung angrenzenden Wandteilen einen Überzug aus Elektronen emitierendem Material aufweist. Das emittierende Hohlraumgebiet kann verschiedene Formen haben, es kann z. B. zylindrisch, kugelförmig, ringförmig, halbkugelförmig sein.

Bei einer Anzahl von Elektronenentladungsainrichtungen, insbesondere bei Kathodenstrahl- oder Elektronenstrahleinrichtungen ist es häufig erwünscht, daß der Strahl eine besondere Gestalt und Richtung aufweist. Zum Beispiel ist bei manchen Wanderfeldröhren und Klystronen ein hohler zylindrischer Strahl vorteilhaft. Ferner sind z. B. bei verschiedenen Entladungseinrichtungen achsenparallele, konvergierende oder divergierende Strahlen erwünscht. Weiter sind bei manchen Einrichtungen Strahlen mit zylindrischen Querschnitten erforderlich, bei anderen Strahlen mit rechteckigem Querschnitt vorteilhaft. Solche Strahlen von verschiedener Gestalt und Richtung sind bereits erzeugt worden, jedoch erfordert ihre Erzeugung komplizierte geometrische Elektrodenformen oder schwierige Fokussier- und Sammelsysteme oder auch beides. Die Erfindung ermöglicht die Verwirklichung solcher speziellen Strahlformen in einer wesentlich einfacheren Weise und mit geringerem Aufwand. Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, die Hohlkathode mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen für die Elektronen auszustatten.

Die Form des Elektronenstrahls hängt entscheidend von der Ausbildung der Austrittsöffnung ab. Wenn ein hohler Elektronenstrahl erzeugt werden soll, so muß die Öffnung eine minimale lichte Weite haben,

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die größer ist als die Wandstärke des Kathodenkörpers an der Stelle dieser Öffnung. Für die Erzeugung eines vollen Elektronenstrahls wird eine Öffnung vorgesehen, deren lichte Weite kleiner ist als die Wandstärke des Kathodenkörpers an der Stelle dieser Öffnung. Bei mehreren Öffnungen wird ein paraxialer Elektronenstrahl erhalten, wenn diese Öffnungen den gleichen Querschnitt haben.

Der Querschnitt des Elektronenstrahls wird durch Fig. 16 und 17 zeigen einen Aufriß und eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer hohlen Kathode mit einem ringförmigen Hohlraum und einer ringförmigen Öffnung;

Fig. 18 zeigt eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer hohlen Kathode mit einem kugelförmigen Hohlraum, der eine gitterartige Hilfselektrode enthält;

Fig. 19 zeigt eine aufgeschnittene perspektivische

die Ouerschnittsform der Öffnung bestimmt. In ahn- io Ansicht einer hohlen Kathode mit einem kugelförmilicher Weise hängt auch die Änderung des Strahlen- gen Hohlraum, der eine stabförmige Hilfskathode querschnitts von der entsprechenden Änderung des enthält;

Öffnungsquerschnitts ab. Fig. 20 und 21 zeigen eine teilweise aufgeschnittene

Erfindungsgemäß aufgebaute Kathoden sind in der Ansicht und eine Aufsicht einer hohlen Kathode mit Lage, Dauerelektronenströme von mehreren Ampere 15 einer Vielzahl von Öffnungen in einer Fläche der

je Ouadratzentimeter der emittierenden Öffnung zu erzeugen. Eine derartige Emission ist bei niedrigen Beschleunigungsspannungen zu erzielen, wodurch Perveanzen von etwa 10 · 10-⁶ bis 100 · 10~⁶ erreicht werden. Auch ist eine hohe Emission bei verhältnis- 20 und 21; Kathode und einzelnen Anoden für jede Kathoden-Öffnung;

Fig. 22 zeigt eine graphische Darstellung der Elektronenemissionskennlinie der Kathode der Fig. 20

Fig. 23 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen den Emissionskennlinien der einzelnen Elektronenöffnungen der Kathode der Fig. 20 und 21;

Fig. 24 zeigt einen Längsschnitt durch eine zylindrische hohle Kathode mit einer Vielzahl von Öffnungen in der zylindrischen Wand;

Fig. 25 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer halbkugelförmigen hohlen Kathode mit einer

einer Vielzahl von Öffnungen und einer einzigen Anode.

Gehäuse 10 besteht, das ein Elektrodensystem mit einer Anode bzw. Beschleunigungselektrode 11 und eine Kathodenanordnung 12 umschließt. Die Kathoden

mäßig niedrigen Temperaturen möglich, insbesondere bei etwa 700° C oder weniger. Diese Temperatur liegt wenigstens 100° C niedriger als die Temperatur, welche für eine wesentliche Emission bei bekannten Glühkathoden erforderlich ist. Die Emission kann man im wesentlichen linear mit der wirksamen Beschleunigungsspannung veränderlich machen. Der zu einer der erfindungsgemäßen Kathode zugeordneten Anode fließende Strom ist nicht nach dem Gesetz von

Child begrenzt und wird darüber hinaus bei sehr 30 Vielzahl von Öffnungen in der flachen Grundplatte;
hohen Anodenspannungen nicht gesättigt. Zum Bei- Fig. 26 zeigt eine Längsansicht einer weiteren Ausspiel wurden bei typischen Einrichtungen Kathoden- führung einer Röhre mit einer hohlen Kathode mit ströme erhalten, die die Sättigung bei Anodenspannungen von 1500 Volt nicht erreichten.

Weitere Besonderheiten der Erfindung beziehen sich 35 In Fig. 1 ist eine Elektronenentladungseinrichtung auf Elektrodenanordnungen, welche eine Kathode der dargestellt, die allgemein aus einem hochevakuierten vorgenannten neuen Art enthalten und den verschiedenartigen Verwendungszwecken entsprechend
ausgeführt sein können.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der ins 40 anordnung 12 umfaßt einen hohlen Zylinder 13, z. B. einzelne gehenden Erläuterung und der Zeichnung aus Nickel, der mit Ausnahme einer Öffnung 14 geschlossen ist. Die innere Oberfläche des Zylinders 13 definiert einen Hohlraum 15, dessen Begrenzungswände mit einer Schicht 16 aus Elektronen emittie-45 rendem Material überzogen sind. Die .Schicht 16 aus Elektronen emittierendem Material, z. B. aus einer Mischung von Barium-, Strontium- und CaJcium-Oxyden, bedeckt im wesentlichen die gesamte innere Oberfläche des Zylinders 13. Der Elektronenstrom

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Elek- 50 verläßt die Kathode durch die Öffnung 14.
tronenemissionskennlinie der neuen Kathode; Am zur Öffnung 14 entgegengesetzten Ende des

Zylinders 13 ist ein Heizfaden 17, in diesem Fall ein spiralförmiger Widerstandsdraht mit gutem Wärmeübergang angeordnet. Der Heizfaden 17 ist mit einem Wärmeschutz 18 aus Metall, z. B. aus Nickel, umgeben, um eine wirksame Erwärmung des Zylinders 13 sicherzustellen. Die Kathodenanordnung 12 selbst ist in einem Strahlungsschutz 19 aus dem gleichen Material wie der Wärmeschutz 18 eingeschlossen.

Die Anode 11 befindet sich gegenüber der Öffnung 14, bei einer besonderen Ausführung z. B. in einem Abstand von 0,76 mm vom Zylinder 13. Die Anode ist eine kreisförmige Scheibe, die in geeigneter Weise am Gehäuse 10 befestigt ist.

Vorteilhafte Befestigungsmittel für alle Elektroden

noch näher erläutert werden:

Fig. 1 zeigt den Aufriß einer Elektronenentladungseinrichtung nach der Erfindung, bei der Teile der Deutlichkeit wegen aufgeschnitten sind;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang eines Durchmessers durch die Kathode der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt die vergrößerte Ansicht eines Teilstücks der Kathode der Fig. 2;

Fig. 5, 6, 7 und 8 zeigen Schnitte durch verschiedene andere Aus füh rungs form en;

Fig. 9 und 10 zeigen Längsschnitte durch Elektrodenanordnungen ;

Fig. 11 zeigt die perspektivische Ansicht eines Schnitts entlang eines Durchmessers durch eine andere Ausführung der hohlen Kathode mit einem kugelförmigen Hohlraum;

Fig. 12 ist eine graphische Darstellung der Änderung des Stroms bei der Ausführung der Fig. 11 abhängig von der Anodenspannung;

Fig. 12 a zeigt einen vergrößerten Teil dieser graphischen Darstellung;

Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch eine hohle Kathode

mit kugelförmigem Hohlraum mit zwei Elektronenemissionsöffhungen;

Fig. 14 und 15 zeigen einen Aufriß und eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer hohlen Kathode mit einem ringförmigen Hohlraum:

sind Anschlußstifte, die durch das Gehäuse 10 geführt sind.

Der Zylinder 13 der Fig. 1 ist in Fig. 2 genauer

dargestellt; er enthält einen zylindrischen Hohlraum 15, eine Schicht 16 aus Elektronen emittierendem

Material auf den Begrenzungswänden des Hohlraums 15 und eine zentrische Öffnung 14 an einer Endwand, Der Zylinder 13, der im Interesse der Deutlichkeit vergrößert dargestellt ist, besitzt bei einem Ausführungsbeispiel einen Außendurchmesser von 3,81 mm, eine Höhe von 1,52 mm und eine Wanddicke von etwa 0,127 mm. Die Öffnung 14 ist kreisförmig mit einem gleichmäßigen Durchmesser von 0,51 mm auf der ganzen Länge. Der Durchmesser der Öffnung 14 kann innerhalb der Grenzen von 5 bis 40% des Hohlraumdurchmessers verändert werden, wobei die minimale Öffnungsgröße etwa 0,25 mm beträgt, wenn man die erhöhte Emission der hohlen Kathode erreichen will. Zum Beispiel kann die öffnung bei einer Kathode mit den oben angegebenen Abmessung-en zwischen 0,25 und 1,27 mm liegen, wobei man die überlegenen Betriebseigenschaften der hohlen Kathode erreicht. Bei hohlen Kathoden mit nicht kreisförmigen Hohlräumen oder öffnungen erhält man eine ei'höhte Elektronenemission, wenn die Fläche der Öffnung etwa 5 bis 40% der Projektionsfläche des Inneren des Kathodenkörpers in die Ebene der öffnung beträgt.

Wenn auch der Öffnungsdurchmesser in weiten Grenzen veränderlich ist, hat sich doch gezeigt, daß gewisse Eigenschaften des von der Kathode erzeugten Elektronenstrahls gesteuert werden können, wenn der Durchmesser der Öffnung in einem vorbestimmten Verhältnis zu ihrer Länge oder, mit anderen Worten, zur Dicke der Kathodenwand steht. Wenn der Durchmesser D einer kreisförmigen Öffnung 14 größer als ihre Länge L ist, erzeugt die Kathode einen hohlen Elektronenstrahl, dessen äußerer Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser D der Öffnung ist. Wenn der Öffnungsdurchmesser D andererseits kleiner als ihre Länge L ist, entsteht ein voller Strahl. Der Zusammenhang kann wie folgt ausgedrückt werden: Wenn D/L^>1 ist, entsteht ein hohler Strahl, und wenn DIL<C1 ist, ein voller Strahl. Die Ausdrücke hohl und voll werden verwendet, um im ersten Falle darzulegen, daß im wesentlichen die gesamte Elektronenenergie sich in einem kreisförmigen Strahl befindet, während der letztere Ausdruck angibt, daß die Strahldichte im Querschnitt im wesentlichen gleichmäßig ist. Bei einer besonderen Kathode mit einem Außendurchmesser von, 3,81 mm und einer Wanddicke von 0,127 mm und einer Öffnung mit einem Durchmesser von 1,016 mm ist der erzeugte Strahl hohl; das Verhältnis DIL ist 8. Der innere Durchmesser des hohlen Strahls beträgt etwa 0,8 des äußeren Durchmessers.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Teil der Kathode der Fig. 2, wobei Teile der Zylinderwand 12 und die Emissionsschicht 16 zu sehen und die Größen D und L angegeben sind.

Fig. 4 stellt graphisch die Elektronenemission dar, die man bei einer Hohlkathode der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Konstruktion erhält, welche bei Temperaturen von 700, 750, 800 und 850° C betrieben wird. Wenn man diese Kathode bei einer Temperatur von 700° C betreibt, die weit unterhalb der brauchbaren Temperaturen der üblichen Oxydkathoden liegt, erhält man leicht eine Emission von 1 bis 2 Ampere je Quadratzentimeter Öffnungsfläche. Wenn die Kathode im gleichen Temperaturbereich wie übliche Oxydkathoden betrieben wird, kann man dauernd eine Emission von 4 bis 5 Ampere je Ouadratzentimeter der Öffnungsfläche entnehmen. Die letztgenannte Emission bedeutet eine acht- bis zehnfache Verbesserung gegenüber den Emissionseigenschaften von üblichen Kathoden.

Der Fig. 4 kann man insbesondere entnehmen, da!;! siich die Stromspannungskennlinien, besonders bei den höheren Betriebstemperaturen, der Linearität in einem großen Spannungsbereich nähern. Beim Betrieb bei 850° C enthält die Kennlinie z. B. zwei im wesentlichen lineare Teile mit etwas verschiedener Steilheit, wobei der eine sich von 0 bis etwa 200 Volt und der andere von etwa 200 Volt ab aufwärts erstreckt.

Abgesehen von der erreichten hohen Emission liegt die oben definierte Perveanz dieser Hohlkathode im Bereich von 10 bis 100 · 10~⁶ im Vergleich zu Perveanzen von 1 bis 2-10—⁶ bei Oxydkathoden. Die Perveanz dieser Kathoden erreicht bei einer Beschleunigungsspannung von 0 bis 5 Volt den hohen Wert von 100 · ICH⁸ im Gegensatz zu den außerordentlich kleinen Perveanzwerten von z. B. 0,1 · 10~⁶ bei üblichen Kathoden in diesem niedrigen Beschleunigungsspannungsbereich. Die hohe Perveanz dieser Kathode bei niedrigen Beschleunigungsspannungen erweitert den brauchbaren Bereich von Kathoden und gestattet einen Betrieb der Kathoden bei niedrigen Spannungen.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungen liegen die Wände der Öffnung parallel zur Achse des Elektronenstrahls. In den Fig. 5 und 6 ist die Öffnung des Kathodenkörpers jedoch anders geformt, und zwar bei einer Ausführung divergierend gegen das Äußere des Kathodenzylinders und bei der anderen Ausführung konvergierend. Diese Gestalt der Kathodenöffnung kann dazu benutzt werden, um die Wirkung der elektrostatischen Strahlsteuermittel zu unterstützen, nachdem der Elektronenstrahl die öffnung verlassen hat. Bei der Hohlkathode ist keine Strahlformungselektrode erforderlich, da sie einen Elektronenstrahl von sehr hoher Dichte erzeugt.

In Fig. 5 enthält der Zylinder 13 einen inneren Hohlraum 15, der von Zylinderwänden begrenzt ist, die mit einem Überzug aus emittierendem Material bedeckt sind. Zwischen dem Hohlraum und dem Äußeren der Kathode liegt eine Öffnung 24 in Form eines stumpfen Kegels mit einem in bezug auf die Strahlachse divergierenden Winkel. Diese Form der Öffnung 24 gestattet eine Konvergenz des Strahls. In Fig. 6 besitzt der Zylinder 13 mit dem Hohlraum 15 und dem Elektronen emittierenden Überzug 16 eine sich nach innen erstreckende Öffnung 25, die in bezug auf die Elektronenstrahlachse konvergent ist. Bei dieser Ausführung ermöglicht die Öffnung 25 eine Divergenz des Elektronenstrahls.

In Fig. 7 ist ein Zylinder 13 mit einem Hohlraum 15 und mit einem emittierenden Überzug 16 auf den Innenwänden und mit einer Öffnung 26 gezeigt, deren Form rechteckig ist. Bei einer speziellen Ausführung beträgt die größere Abmessung A der Öffnung 20 6,31 mm und die kleinere Abmessung B 1,778 mm, während die Wanddicke des Zylinders 13 etwa 0,128 mm hat (vgl. auch Fig. 8). Wenn die Kathode geheizt wird, erzeugt sie einen Elektronenstrahl mit rechteckigem Querschnitt. Ähnlich dem Verhältnis der Hohlkathode mit einer kreisförmigen Öffnung hängt die Form des durch eine rechteckige Öffnung erzeugten Elektronenstrahls von dem Verhältnis zwischen den Abmessungen der Öffnung ab. In diesem Fall wird ein hohler rechteckiger Strahl erzeugt, wenn die kleinere Abmessung B größer als die Wandstärke L der Kathodenwand an dieser Stelle ist. Wenn andererseits die kleinere Abmessung der Öffnung kleiner als die Wandstärke ist, ist der rechteckige Strahl voll. Der Zusammenhang kann wie folgt ausgedrückt werden: Wenn BIL^>\ ist, wird ein hohler rechteckig«

Strahl erzeugt; wenn B/L<Cl ist, wird ein voller rechteckiger Strahl erzeugt. Die größere Abmessung B der Öffnung 26 bestimmt die größere Abmessung des rechteckigen Elektronenstrahls, gleichgültig, ob er hohl oder voll ist.

Bei allen bisher erwähnten Ausführungen ist die gesamte Oberfläche des den Hohlraum begrenzenden Kathodenzylinders mit Elektronen emittierendem Material bedeckt. In Fig. 8 ist ein Querschnitt einer

Schirm der Fig. 9, oder sie können benutzt werden, um die- Elektronendichte um die Öffnung herum da,-durch zu erhöhen, daß sie in bezug auf die Kathode auf etwas positivem Potential gehalten werden, wodurch Elektronen zur Elektrode 33 und damit zur Anode gezogen werden.

Die Kathodenanordnung der Fig. 11 besteht aus einem hohlen Zylinder 13, der einen kugelförmigen Hohlraum 36 und eine öffnung 14 an dem der Anode

Ausführung ähnlich der Kathode dar Fig. 7 gezeigt, io benachbarten Ende enthält. Die Schicht 16 aus Elek-

bei welcher der den Hohlraum 15 bestimmende Zy- tronen emittierendem Material bedeckt im wesent-

linder 13 innen mit einer Schicht 16 aus Elektronen liehen die gesamte innere kugelförmige Oberfläche des

emittierendem Material bedeckt ist und eine recht- Zylinders 13. Die Elektronen, die von der Schicht 16

eckige Öffnung enthält. Die emittierende Schicht 16', aus zum Inneren des Zylinders 13 emittiert werden,

welche das geschlossene Ende und die innere zylin- 15 gehen sämtlich durch die öffnung 14 und dann zur

drische Wand 13 bedeckt, erstreckt sich in einem Anode. Die Elektronenemission durch die Öffnung 14

Streifen über die mit einer Öffnung versehene Wand bildet einen Elektronenstrahl hoher Dichte von etwa 1

des Zylinders 13, der senkrecht zu der größeren Ab- bis 5 oder mehr Ampere je Quadratzentimeter öff-

messung A der Öffnung 26 steht und eine kleinere nungsgröße, je nach der Temperatur, bei der die

Breite als diese hat, wodurch die innere Oberfläche in ao Kathode betrieben wird.

der Nähe der Enden der Öffnung 26 nicht bedeckt ist. Bai dieser Ausführung ergibt ein Verhältnis BIL kleiner als 1 einen, vollen Elektronenstrahl, während ein Verhältnis BIL größer als 1 zwei parallele ebene

Die Emissionskennlinien von Kathoden mit kugelförmigen Hohlräumen sind den Fig. 12 und 12 a zu entnehmen, welche die Elektronenstrahldichte von hohlen kugelförmigen Kathoden mit einem Hohlraum-

Elektronenstreifen ergibt, die voneinander getrennt 25 durchmesser von 6,35 mm und einer kreisförmigen sind. Entlang jeder der größeren Seiten der öffnung Öffnung von 0,508 mm Durchmesser zeigen. DieÄnde-26 tritt ein Elektronenstreifen aus. rung des Anodenstroms mit der Anodenspannung ist

Eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen in Fig. 12 dargestellt, wobei die Kathode bei einer Kathode ist in Fig. 9 dargestellt. Dort definiert ein Temperatur zwischen 800 und 850° C betrieben ist. Zylinder 13 einen Hohlraum 15, der innen mit einer 30 Der Ordinatenmaßstab ist um den Faktor hoch zwei Schicht 16 aus Elektronen emittierendem Material be- Drittel zusammengedrückt, so daß die Emissionsdeckt ist. Er enthält eine öffnung 27 und eine Schirm- perveanz, die durch den Anodenstrom in Ampere divielektrode 30, die im Innern des Zylinders 13 gegen- diert durch die Anodenspannung hoch drei Halbe defiübar der öffnung 27 angebracht ist. Die Elektrode 30 niert ist, durch die Steilheit der linearen Teile der ist innerhalb des Zylinders 13 durch einen isolierenden 35 Emissionskennlinienkurven angegeben ist. Ring z. B. aus keramischem Material gehalten. Sie Die Emissionskennlinie der hohlen kugelförmigen

kann verschiedene Funktionen ausüben, von denen Kathode enthält drei im wesentlichen lineare Teile mit eine darin besteht, daß sie als Steuergitter mit geeig- abnehmender Steilheit. Der Anfangsbereich der Emisneten Signaleingangsmitteln arbeitet. Die Elektrode 30 sion, der mit I bezeichnet ist, hat die größte Steilheit, ist in einer vorteilhaften Lage so· angebracht, daß sie 40 die eine Perveanz, wie sie oben definiert wurde, von durch die Öffnung 27 hindurchgehende Elektronen- größenordnungsmäßig 100-10—⁶ ergibt. Der Bereich I strahlen steuert. Bei der in Fig. 9 dargestellten. Form ist in Fig. 12 a am besten zu sehen, welche die Kennbilden die Kathode mit dem Zylinder 13, dem emit- linie bei niedriger Spannung mit auseinandergezogenen tierenden Überzug 16, der Öffnung 27 und der Steuer- Maßstäben zeigt. Hinter diesem Anfangsbereich, der elektrode 30 zusammen mit einer Anode die für eine 45 Anodenspannungen bis zu etwa 10 Volt umfaßt, folgt Triodenvakuumröhre erforderlichen Elektroden, Die ein zweiter linearer Teil der Emissionskurve, der mit Elektrode 30 kann wie ein übliches, mit einem Signal II bezeichnet ist. Die Steilheit des zweiten Bereichs ist moduliertes Steuergitter betrieben werden, das z. B. geringer als die des Anfangsbereichs, sie bedeutet jenegativ in bezug auf den umgebenden Kathoden- doch eine Perveanz und einen Anodenstrom, die weit zylinder vorgespannt ist. Die Elektrode30 kann durch 50 über den durch das Gesetz von Child ausgedrückten einen nicht gezeichneten isolierten Leiter vorgespannt liegen. Ein dritter linearer Bereich III erstreckt sich werden, der durch die Wand des Zylinders 13 geführt ist.

In Fig. 10 ist eine andere Form einer Hilfselektrode
dargestellt, die in den hohlen Kathodenzylinder ein- 55
geschlossen ist. Bei dieser Ausführung enthält der
Zylinder 13, der den durch die innere Oberfläche des
Zylinders 13 und durch die Schicht 16 aus Elektronen
emittierendem Material begrenzten Hohlraum definiert,
eine Öffnung 28 und einen Stab 33, der koaxial inner- 60 pere je Ouadratzentimeter oder weniger erstreckt. Der halb des Zylinders 13 durch das isolierende Futter 34 lineare Teil der Emissionskurve zeigt den durch gehalten wird. Ein Heizer 35 besteht aus einer Reihe Raumladung begrenzten Betrieb der Kathode bis zum von Windungen aus Widerstandsdraht um den Zy- Kurvenknick an, der mit 5¹ bezeichnet ist, bei dem linder 13. Ein nicht gezeichneter Heizschirm kann die Sättigung auftritt, d.h., die Anode sammelt alle durch Form einer den Zylinder 13 und den Heizer 35 um- 65 die Kathode emittierenden Elektronen. Oberhalb des gebenden Röhre haben. Der Stab 33 endet in einer Punktes 6* hat eine Erhöhung der Anodenspannung Spitze innerhalb des Zylinders 13 nahe bei der Öff- nur geringe Wirkung auf die Kathodenemission, wie nung 28. Hilfselektroden der in Fig. 10 dargestellten es durch die Steilheit der Kurve angedeutet ist, die Form können ebenso wie die in Fig. 9 gezeigten ver- nahezu parallel zur Spannungsachse verläuft. Im wendet werden, nämlich als Steuergitter wie der 70 Bereich des Sättigungspunktes S wird die Oxyd-

mit einer Steilheit, die geringer als die des zweiten Bereich ist, von Anoden spannungen von etwa 150 Volt ab aufwärts.

Die gestrichelte Linie der Fig. 12 zeigt die Emissionskennlinie einer üblichen Oxydkathode, die eine Dauerelektronenemission gibt. Die Kurve ist durch einen linearen Teil gekennzeichnet, der sich bis zu einem Knick bei einer Emission λόπ etwa 2 bis 3 Am-

kathode vermutlich durch Produkte der Anode desaktiviert, und die Emission fällt scharf ab. Der Punkt, an dem die Desaktivierung eintritt, hängt von vielen ungewissen Faktoren, ab, er ist durch die nach unten gerichteten Pfeile angedeutet.

Bei Vergleich der Emissionskurven der hohlen kugelförmigen Kathode und einer üblichen Oxydkathode¹ merkt man mehrere wichtige Unterschiede. Erstens ist von besonderer Bedeutung die Tatsache, daß die Emission der hohlen kugelförmigen Kathode weit größer als diejenige ist, die man sonst bei jedem Wert der Anodenspannung erhält. Im normalen Bereich der Anodenbetriebsspannung unterscheiden sich die Werte um den Faktor 2 oder mehr. In jedem der linearen Teile der Emissionskurve der hohlen kugelförmigen Kathode ist die Perveanz oder Steilheit größer als die der üblichen Kathode. Kein plötzlicher Sättigungspunkt zeigt sich bei der Emissionskurve der hohlen kugelförmigen Kathode, statt dessen bezeichnet eine sanfte Kurve den Beginn des dritten linearen Bereichs. Ein anderer wichtiger Unterschied zwischen den Emissionskurven besteht darin, daß keinerlei Anzeichen der Desaktivierung der hohlen kugelförmigen Kathode mit dem sich hieraus ergebenden Abfall der Emission vorhanden sind. Wenn die Anodenspannung in dem dritten Bereich auf einen Wert von 1400 Volt und höher gebracht wird, ergibt sich ein gleichmäßiges Ansteigen des Anodenstroms. Bei Kathoden nach der Erfindung wurde die Anodenspannung auf 3000 Volt erhöht, ohne daß sich eine Desaktivierung ergab.

Die von der Emissionskurve einer Oxydkathode unterschiedliche Kurvenform für eine hohle kugelförmige Kathode ergibt sich wahrscheinlich durch die veränderten Raumladungsverhältnisse im Gegensatz zur Oxydkathode. Im Anodenspannungsbereich I von 0 bis 10 Volt besteht wahrscheinlich ein Raumladungsgebiet zwischen der öffnung der hohlen kugelförmigen Kathode und der Anode und außerdem ein Raumladungsgebiet innerhalb des kugelförmigen Hohlraums der Kathode. Die von den Teilen des Überzugs nahe der Öffnung emittierten Elektronen sehen sich einer Beschleunigungsfeldkomponente gegenüber, die von der Kathode weg gerichtet ist, so daß sie nicht zur inneren Elektrodenraumladung beitragen können. Die Wiederauffüllung dieser Ladung bei der ersten Abnahme von Strom muß vom hinteren Teil der Kathode her geschehen. Die aus der Öffnung austretenden Elektronen, welche vorher von der Hinterseite emittiert wurden, stammen vom Ende mit hoher Geschwindigkeit der Maxwellschen Verteilung, so· daß sich eine Elektronenemission ergibt, die weit über die nach dem Childschen Gesetz zu erwartende hinausgeht, das eine Anfangselektronengeschwindigkeit Null annimmt. Im Anodenspannungsbereich II zwischen 10 und 150 Volt, der den zweiten linearen Teil der Kurve bildet, dringt das Beschleunigungsfeld der Anode wahrscheinlich durch die Öffnung in die Kathode ein, es können Elektronen von kleinerer Anfangsgeschwindigkeit zur Anode gezogen werden, wobei die Elektronenemission bei etwas niedriger Perveanz erhöht wird. Im linearen Teil III der Emissionskennliniienkurve ist das Eindringen des Beschleunigungsfeldes in die Kathode größer, und Teile des Emissionsgebietes um die Öffnung herum kommen wahrscheinlich in die Temperaturbegrenzung und ergeben hierdurch eine raumladungsfreie Emissionsoberfläche. Um die volle Emissionsfähigkeit der hohlen kugelförmigen Kathode, insbesondere im dritten linearen Bereich, zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Teile des Hohlraums, die jede Öffnung umgeben, mit emittierendem Material zu bedecken.

Das Beschießen des emittierenden Überzugs durch von der Anode kommende Teilchen ist bei hohlen kugelförmigen Kathoden praktisch beseitigt, da nur ein vergleichsweise kleines Gebiet des emittierenden Überzugs der Anode ausgesetzt ist. Infolge der hohlen kugelförmigen Gestalt der Kathode wird jedes innerhalb des Hohlraums frei werdende positive Ion, z. B. aus Verunreinigungen im Überzug, dort gefangen und hat die Tendenz, die Raumladung innerhalb der Kathode zu neutralisieren und damit die Elektronenemission zu erhöhen. Auf diese Weise ist der ungünstige Vorgang, nämlich die Desaktivierung der Kathode infolge von Produkten der Anode einschließlich positiver Ionen praktisch beseitigt, während innerhalb der Kathode frei werdende positive Ionen zur Förderung der Elektronenemission dienen.

Die oben beschriebene Wirkungsweise der hohlen kugelförmigen Kathode wird hier durch eine Erklärung verständlich gemacht, doch ist die Erfindung selbstverständlich hierdurch nicht begrenzt.

Bei einer anderen Ausführung einer hohlen, kugelförmigen Kathode, die in Fig. 13 dargestellt ist, enthält der Zylinder 13 einen kugelförmigen Hohlraum 36. Ein Heizer 37 umgibt den Zylinder 13, wobei die innere Oberfläche des kugelförmigen Hohlraums mit der Schicht 16 aus Elektronen emittierendem Material überzogen ist. Im Zylinder sind, einander gegenüberliegend, zwei Öffnungen 14 und 38 angeordnet, die die Verbindung zwischen entgegengesetzten Teilen des Hohlraums und der Außenseite des Zylinders 13 herstellen. An den Außenseiten der Öffnungen 14 und 38 sind die Anoden 11 und 39 angebracht. Die Anoden 11 und 39 sind einzeln in bezug auf den Zylinder elektrisch vorgespannt und ziehen jeweils einen Elektronenstrahl aus den entsprechenden Öffnungen im Zylinder ab. Die Dichte des aus der Öffnung 14 austretenden Elektronenstrahls ist von der Beschleunigungsspannung an der Anode 11 abhängig. Ebenso ist die Dichte des aus der Öffnung 38 austretenden Elektronenstrahls von der Beschleunigungsspannung an der Anode 39 abhängig. Der von jeder Öffnung abgenommene Elektronenstrahl ist unabhängig von der Spannung oder der Änderung der Spannung der entfernt liegenden Anode, wodurch zwei unabhängig voneinander steuerbare Elektronenstrahlen hoher Dichte durch eine einzige Kathode erzeugt werden können.

In den Fig. 14 und 15 ist eine andere Ausführung der Erfindnug dargestellt, die aus einem hohlen Körper 40 mit einer zentrischen Öffnung 41 besteht. Im Inneren des Körpers 40 befindet sich ein ringförmiger Hohlraum 42 mit kreisförmigem Querschnitt, der in Fig. 15 zu sehen ist. Die Wand des Hohlraums 42 trägt einen Überzug aus Elektronen emittierendem Material. Eine ringförmige Öffnung 43 stellt die Verbindung zwischen dem Hohlraum 42 und der Öffnung 41 her. Ein Heizer 44, der aus einer Reihe von Windungen um die zylindrische Wand des Körpers 40 besteht, ist im Heizerschirm 45 eingeschlossen. Die Anode 11 befindet sich in solcher Lage, daß sie die von der Öffnung 41 emittierende Elektronen aufnimmt.

Bei dieser Ausführung befindet sich im Inneren des Kathodenkörpers 40 eine außerordentlich große emittierende Oberfläche. Die ringförmige emittierende Oberfläche 16 ist fast vollständig gegen Desaktivierungsprodukte der Anode 11 abgeschirmt. In der Tat steht kein Teil des emittierenden Überzugs der Anode unmittelbar gegenüber. Die unter dem Einfluß des

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Beschleunigungsfeldes der Anode emittierten Elektronen werden leicht durch die Öffnung 41 in einen Strahl geformt. Für Teilchen von der Anode, inbesondere für positive Ionen mit einer im Vergleich zu den Elektronen, außerordentlich großen Masse ist es nahezu unmöglich, einen Weg von der Anode zum emittierenden Überzug innerhalb der Kathode zu finden. Statt dessen berühren sie entweder die äußere, nicht emittierende Oberfläche des Körpers 40 oder gehen vollständig durch die Öffnung 41 hindurch, wobei sie in keinem Falle eine schädliche Wirkung auf den emittierenden Überzug 16 ausüben.

Eine andere Ausführung der hohlen kugelförmigen Kathode mit ringförmiger Form ist in den Fig. 16 und 17 dargestellt. Die Kathode besteht aus einem hohlen Körper 46 mit einem inneren ringförmigen Hohlraum 47, dessen begrenzende Oberfläche mit einer Schicht 16 aus Elektronen emittierendem Material bedeckt ist. Der Hohlraum 47 ist durch eine ringförmige Öffnung 48 in der Fläche 49 des Körpers 46 mit der äußeren Oberfläche des Körpers 46 verbunden. Durch eine Reihe von Windungen aus Widerstandsdraht um den Körper 46 innerhalb des Heizerschirms 51 wird ein Heizer 50 gebildet.

Diese Ausführung der Hohlkathode erzeugt einen ringförmigen Elektronenstrahl, der mit Vorteil in Hochvakuumeinrichtungen, insbesondere bei Doppelstrahl-Wanderfeldröhren, zu verwenden ist. Die emittierende Oberfläche des hohlen Körpers ergibt den Vorteil von im wesentlichen vollständiger Abschirmung gegen Desaktivierung durch positive Ionen, während die hohe Elektronenemission der Kathode durch die Gestalt und die öffnung in Form eines Ringes erhalten wird. Wenn es erwünscht ist, zwei koaxiale ringförmige Elektronenstrahlen zu erzeugen, werden die Maße der Öffnung 48 so gewählt, daß der Abstand zwischen den B egrenzungs wänden der Öffnung 48 größer als ihre Länge ist. Nahe bei jeder Begrenzungswand entsteht dann ein Elektronenstrahl mit einem elektronenfreien Gebiet zwischen den Strahlen. Von der einen öffnung 48 wird ein einzelner hohler Elektronenstrahl erzeugt, wenn der Abstand zwischen den Begrenzungswänden der Öffnung 48 kleiner als ihre Länge ist. Das Verhältnis der Abmessungen zur Erzeugung von Elektronenstrahlen hoher Dichte ist allgemein oben beschrieben.

Eine weitere Ausführungsform mit einer Kathode der in Fig. 11 gezeigten Art ist in Fig. 18 dargestellt, wo der Zylinder 13 den durch eine Schicht 16 aus Elektronen emittierendem Material begrenzten kugelförmigen Hohlraum 36 definiert, der eine öffnung 14 enthält. Innerhalb des kugelförmigen Hohlraums 36 ist eine Hilfselektrode 30 in Form eines Maschengitters befestigt, z. B. durch einen isolierenden Ring 31 wie bei der Ausführung der Fig. 9. Ein Leiter, der in der Nähe des Rings 31 durch die Wand des Zylinders geführt ist, bildet ein geeignetes Mittel, der Elektrode 30 elektrische Spannung zuzuführen. Diese Ausführung ergibt die hohe Elektronenemission von hohlen kugelförmigen Kathoden im allgemeinen, und durch Betreiben der Elektrode 30 als Steuergitter kann eine Modulation des Elektronenstrahls leicht erreicht werden.

In Fig. 19 ist ein Elektrodenaufbau mit einer anderen Form der Hilfselektrode im kugelförmigen Hohlraum dargestellt. Der Zylinder 13 definiert den durch die Schicht 16 aus Elektronen emittierendem Material begrenzten Hohlraum 36 und enthält eine öffnung 14. Ein metallischer Stab 33 ist z. B. durch ein Isolierfutter innerhalb des Hohlraums 36 angebracht. Der Stab 33 kann als Modulationselektrode innerhalb der Kathode oder als Beschleunigungselektrode, die auf einem in bezug auf den Körper 13 etwas positiven Potential gehalten wird, verwendet werden. Der Stab 33 erhöht unter den letztgenannten Bedingungen die Emission der Elektrodenanordnung, indem Elektronen an einen Ort nahe der Öffnung 14 gebracht werden, wo das durch die Beschleunigungselektrode erzeugte elektrostatische Feld eine größere Wirkung ausüben kann. Der Stab 33 ist, wenn er mit einem Sekundärem-issionsüberzug wie Bariumoxyd bedeckt ist, dem Aufprall von Primärelektronen vom Überzug 16 her infolge seiner vorteilhaften Lage in der Nähe des gesamten kugelförmigen Emissionsüberzugs ausgesetzt. Die Primärelektronen von der Schicht 16 bilden zusammen mit den Sekundärelektronen vom Stab 33, die sämtlich von der öffnung 14 emittiert werden, einen Elektronenstrahl hoher Dichte.

In Fig. 20 ist eine Elektronenentladungseinrichtung dargestellt, die aus einem hoch evakuierten Gehäuse 52 besteht, das eine Hohlkathode 53 mit einem Hohlraum

54 enthält. Der Hohlraum 54 ist mit einem Überzug

55 aus Elektronen emittierendem Material bedeckt, Die Kathode hat drei Öffnungen 56, 57 und 58. Ein Heizer 59 besteht aus einer Reihe von Windungen aus Widerstandsdraht um den Körper 53. Ein Heizerschirm 60 umgibt sowohl den Körper 53 als auch den Heizer 59. Drei elektrisch voneinander getrennte Anoden 61, 62 und 63 befinden sich jeweils gegenüber den entsprechenden öffnungen 56, 57 und 58. Die Anordnung der Öffnungen zusammen mit den entsprechenden Anoden kann beliebig verändert werden. Jede der Anoden 61, 62 und 63 ist ohne gegenseitige Beeinflussung in der Lage, den aus der entsprechenden öffnung austretenden und durch den Zwischenraum zur Anode hindurchgehenden Elektronenstrahl aufzunehmen.

In Fig. 21, welche eine Aufsicht auf die Kathode nach der Fig. 20 ist, ist die Frontfläche des Körpers 53 mit den in einer Linie liegenden Öffnungen gezeigt. Teile des Überzugs 55 sieht man durch die öffnungen. Die Lage der Anoden 61, 62 und 63 ist durch gestrichelte, die öffnungen umgebende Linien dargestellt.

Fig. 22 stellt graphisch die Elektronenemission von drei öffnungen der Einrichtung nach Fig. 20 dar, wenn das gleiche veränderliche Potential an die Anoden 61, 62 und 63 angelegt wird. Die Emissionskennlinienkurven decken sich nahezu. Die zu bemerkenden Unterschiede rühren von Faktoren her wie Änderungen der Öffnungsgröße und des individuellen Anodenpotentials sowie Genauigkeitsgrenzen der Anodenstrommessung.

Außer der hohen mit dieser Form der hohlen Kathode zu erreichenden Strahldichte besteht die Tatsache, daß die Strahldichte jeder öffnung im wesentlichen unabhängig von der Spannung oder von Spannungsänderungen der zu den anderen öffnungen gehörigen Anoden ist. Diese Eigenschaft ist deutlich in Fig. 23 zu sehen, wo die Anoden 61 und 62 auf einer konstanten Spannung von 50VoIt gehalten wurden, während die Spannung der Anode 63 in einem Bereich von 0 bis 200 Volt verändert wurde. Die Emission der Öffnung 58, die mit I_b3 bezeichnet ist, ändert sich in diesem Bereich um einen Faktor 15, wobei eine Emissionskennlinie entsteht, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist. Die Emission I₁,₁ und I_b2 der öffnungen und 57j die der konstanten Spannung ihrer Anoden ausgesetzt sind, bleibt im wesentlichen auf einem Wert von etwa 0,5 Ampere je Quadratzentimeter konstant.

I 023150

Für alle Beispiele und Zwecke ist die Emission der Öffnungen 56 und 57 vollständig unabhängig von der Emission der Öffnung 58 und dem durch die Anode

63 erzeugten Feld.

Somit kann eine einzige Hohlkathode benutzt werden, um eine Vielzahl von Elektronenstrahlen hoher Dichte zu erzeugen, von denen jeder unabhängig steuerbar ist. Die Wirkung der Steuerung von benachbarten Elektronenstrahlen auf die Emission eines Strahls ist vernachlässigbar. Diese Konstruktion findet Anwendung als Ersatz für eine Vielzahl von einzelnen Kathoden in Vielfachelektronenstrahleinrichtungen, wobei sich eine bemerkenswerte Vereinfachung des Aufbaus und eine Verringerung der er- ._ forderlichen Heizleistung sowie eine erhöhte Kathodenemission ergibt.

Eine andere Ausführung einer Hohlkathode mit mehreren Öffnungen ist in Fig. 24 dargestellt, die aus einer hohlen zylindrischen Röhre oder einem Körper

64 besteht, deren Enden geschlossen sind. Die innere Oberfläche des Körpers 64 definiert einen Hohlraum 65. Diese Oberfläche ist mit einem Überzug 66 aus Elektronen emittierendem Material bedeckt. Entlang den Zylinderwänden des Körpers 64 befindet sich eine Reihe von Öffnungen 67. Eine röhrenförmige Anode 68 umgibt den Körper 64 in solcher Lage, daß die von der Röhre 64 durch die öffnungen 67 emittierten Elektronen aufgenommen werden. Ein haarförmiger Heizer 69 erstreckt sich durch das Innere der Röhre 64 und ist gegen diese durch ein Futter 70 isoliert. Die Kathode dieser Ausführung enthält eine große Elektronen emittierende Oberfläche, die einen Hohlraum innerhalb des hohlen Körpers begrenzt. Eine Vielzahl von Öffnungen erlaubt das Austreten der durch den Überzug 66 emittierten Elektronen. Der Überzug ist im wesentlichen vollständig gegen positiven Ionenaufprall von der Anode abgeschirmt. Diese Ausführungsform ist besonders zur Verwendung in zylindrischen und flachen röhrenförmigen Elektrodenkonstruktionen und vor allem bei sogenannten Beampower-Röhren geeignet.

In Fig. 25 ist eine andere Ausführungsform einer Kathode mit mehreren Öffnungen gezeigt, die aus einem halbkugelförmigen Körper 71 besteht, der einen durch eine innere Oberfläche des Körpers 71 begrenzten Hohlraum 72 definiert, welcher mit einem Überzug 73 aus Elektronen emittierendem Material bedeckt ist. Der Körper 71 enthält eine ebene Wand, 74, in der sich eine Vielzahl von Öffnungen oder Löchern 75 befinden. Eine Anode 76 ist in einem Abstand von der ebenen Wand 74 des Körpers 71 in solcher Lage angebracht, daß die Elektronenemission durch die öffnungen 75 aufgefangen wird. Bei dieser besonderen Ausführung befindet sich der größere Teil des ■emittierenden Überzugs auf einer halbkugelförmigen Oberfläche, die den Hohlraum innerhalb des Körpers 71 begrenzt. Die ebene Anode kann trotz der kugelförmigen Gestalt des größeren Teils des Überzugs 73 aus Elektronen emittierendem Material in einem im wesentlichen gleichmäßigen Abstand im hohlen Körper 71 angebracht sein.

In Fig. 26 ist eine Hohlkathode mit einer Vielzahl von Elektronen emittierenden Öffnungen oder Löchern gezeichnet, aus denen eine Anode die Elektronenemission aufnimmt, und mit einer Modulationselektrode, die zwischen der Öffnung und der Anode angeordnet ist. Bei dieser Ausführung definiert der Körper 76 einen durch eine innere Oberfläche des Körpers 76 begrenzten Hohlraum 77, auf die ein Überzug 78 aus Elektronen emittierendem Material aufgebracht ist. Eine Reihe von Öffnungen 79 führt durch eine Fläche des Körpers 76. Gegenüber den Öffnungen 79 befindet sich eine Anode 81 und zwischen den Öffnungen 79 und der Anode 81 eine Modulationselektrode 80, welche z. B. aus einem Maschengitter oder, wie gezeichnet, aus einer Platte bestehen kann, die passend zu den Öffnungen 79 durchlöchert ist. Die Modulationselektrode ist so· angebracht, daß die in ihr befindlichen Öffnungen den Öffnungen 79 entsprechen. Der von der Öffnung 79 emittierte Elektronenstrahl wird dabei durch Auftreffen auf die Modulationselektrode 75 nicht nennenswert zerstreut.

Wie vorher erwähnt, wird die Form eines von einer Hohlkathode emittierten Elektronenstrahls durch die Form der Öffnungen bestimmt. Insbesondere ist die Größe des Strahls im wesentlichen gleich der Größe der emittierenden Öffnung. Unter diesen Bedingungen können die Öffnungen in der Modulationselektrode 80 in ihrer Größe der Größe der Öffnung 79 entsprechen, um den Elektronenstrahl zu steuern. Da bei dieser Ausführung eine einzige Anode und eine einzige Modulationselektrode gezeichnet sind, hängt . der Anodenstrom von der gesamten Emission aller Öffnungen 79 und der Wirkung der Modulationselektrode 80 ab. Um eine Vielzahl von unabhängig steuerbaren Elektronenstrahlen zu erhalten, können die Elektroden 81 und 80 durch jeweils eine Anode und eine Modulationselektrode für jede Öffnung ersetzt werden.

Claims (29)

Patentansprüche:

1. Hohlkathode mit einer den Kathodenkörper erwärmenden Heizvorrichtung zur Erzeugung von Elektronenstrahlen mit Elektronenströmen von mehreren Ampere je Quadratzentimeter bei hoher Perveanz für Hochvakuumentladungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Kathodenkörper ein Hohlraum und wenigstens eine Elektronenaustrittsöffnung befinden, deren lichte Weite mindestens 0,25 mm beträgt, und daß die Oberfläche des Hohlraums wenigstens auf den an die Öffnung angrenzenden Wandteilen einen Überzug aus Elektronen emittierendem Material aufweist.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der bzw. aller öffnungen zwecks Erzeugung eines hohlen Elektronenstrahls größer ist als die Wandstärke des Kathodenkörpers an der Stelle dieser Öffnungen.

3. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der bzw. aller Öffnungen zwecks Erzeugung eines vollen Elektronenstrahls kleiner ist als die Wandstärke des Kathodenkörpers an der Stelle dieser Öffnungen.

4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung mehrerer öffnungen zwecks Erzeugung eines paraxialen Elektronenstrahls diese öffnungen den gleichen Querschnitt haben.

5. Kathode nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung kreisförmig ist.

6. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung die Form eines stumpfen Kegels hat.

7. Kathode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Querschnitt jeder

Öffnung nach dem Inneren des Katliodenkörpers zu angeordnet ist.

8. Kathode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Querschnitt jeder Öffnung nach dem Inneren des Kathodenkörpers zu angeordnet ist.

9. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung quadratische Form hat.

10. Kathode nach einem der vorangehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Kathodenkörpers zylindrische Form hat.

11. Kathode nach Anspruch 10 mit einer Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Öffnung größenordnungsmäßig 5 bis 40% der Projektionsfläche des Inneren des Kathodenkörpers

in die Ebene der öffnung beträgt.

12. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Kathodenkörpers kreisförmigen Querschnitt hat.

13. Kathode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Kathodenkörpers kugelförmig ist.

14. Kathode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Kathodenkörpers ringförmig ist.

15. Kathode nach einem der vorgenannten Ansprüche mit zwei öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen im Körper gegenüberliegend angeordnet sind.

16. Kathode nach Anspruch 14 mit einer Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung ringförmig ist.

17. Kathode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige öffnung in einer im wesentlichen ebenen Fläche des Körpers liegt.

18. Kathode nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände der ringförmigen Öffnung eine größere Länge besitzen, als die Breite der ringförmigen öffnung beträgt.

19. Kathode nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände der ringförmigen öffnung eine geringere Länge be*- sitzen, als die Breite der ringförmigen öffnung beträgt.

20. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Katliodenkörpers halbkugelförmig mit einer angrenzenden ebenen Wand ist.

21. Kathode nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum eine gegen den Kathodenkörper isolierte Hilfselektrode angeordnet ist.

22. Kathode nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode ein Gitter ist, das gegenüber der öffnung bzw. den öffnungen angeordnet ist.

23. Kathode nach Anspruch 21, bei der der Kathodenkörper eine Öffnung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode ein Stab ist, der mit seiner Längsachse in der Achse der öffnung liegt.

24. Elektrodenanordnung mit einer Kathode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kathode eine Vielzahl von öffnungen aufweist und außerhalb des Kathodenkörpers Mittel zur Beschleunigung der Elektronen durch die öffnungen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungsmittel eine Anode ist, die allen öffnungen gemeinsam ist.

25. Elektrodenanordnung mit einer Kathode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kathode eine Vielzahl von öffnungen aufweist und außerhalb des Kathodetikörpers Mittel zur Beschleunigung der Elektronen durch die Öffnungen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungsmittel in einer Vielzahl von Anoden besteht, wobei jede Anode einzeln zu einer öffnung gehört und ihr gegenüber angeordnet ist.

26. Elektrodenanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anode elektrisch gegen jede andere Anode isoliert ist und unabhängig elektrisch vorgespannt ist.

27. Elektrodenanordnung mit einer Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Modulationselektrode nahe bei der Kathode und ein Elektronenbeschleunigungsmittel in einem Abstand vom Körper angebracht sind und daß die Modulationselektrode zwischen dem Körper und dem Elektronenbeschleunigungsmittel angeordnet ist und sowohl das Beschleunigungsmittel als auch die Modulationselektrode mit der öffnung bzw. den öffnungen des Körpers in einer Linie liegen.

28. Elektrodenanordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationselektrode eine Platte mit einer öffnung bzw. mehreren Öffnungen ist, die in ihrer Lage jeder Öffnung der Kathode entsprechen.

29. Elektrodenanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung in der Platte im wesentlichen die gleiche Größe wie die entsprechende öffnung in der Kathode hat.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 675 376, 743 239; britische Patentschrift Nr. 654 502.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

©709 850/3521.58