DE1026877B

DE1026877B - Cold cathode switch tubes

Info

Publication number: DE1026877B
Application number: DES45163A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Gawehn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-08-12
Filing date: 1955-08-12
Publication date: 1958-03-27

Description

Kaltkathoden-Schaltröhre Die Erfindung betrifft Kaltkathoden-Schaltröhren. Eine Beschränkung ihrer Anwendbarkeit besteht bekanntlich darin, daß nach dem Löschen einer vorangegangenen Entladung eine bestimmte Zeit abgewartet werden muß, bis man wieder eine Spannung an die Röhre anlegen kann, ohne daß dieselbe erneut gezündet wird. Die Zeit, während welcher die Entladungsstrecke spannungsfrei bleiben muß, damit nach einer vorangegangenen Entladung nach dem Wiederlegen der Spannung keine Zündung eintritt, wird als Entionisationszeit bezeichnet. Die Entionisationszeit begrenzt die Anzahl der gesteuerten Zündungen, die mit einer solchen Röhre in einer bestimmten Zeiteinheit zulässig sind, in der Zeiteinheit. Es ist bereits bekanntgeworden, die Anzahl der Zündungen pro Zeiteinheit einer solchen Röhre dadurch zu erhöhen, da.ß dein Gas der Röhre die Entionisationszeit erniedrigende Zusätze beigefügt werden.Cold Cathode Interrupter The invention relates to cold cathode interrupter. A limitation of their applicability is known to be that after deletion a previous discharge must be waited for a certain time until one can again apply a voltage to the tube without the same re-igniting will. The time during which the discharge path must remain voltage-free, so after a previous discharge after reconnecting the voltage, none Ignition occurs is called the deionization time. The deionization time limits the number of controlled ignitions that can be made with such a tube in one certain time unit are allowed in the time unit. It has already become known to increase the number of ignitions per unit of time of such a tube, that additives that reduce the deionization time are added to the gas in the tube.

Diese z. B. von den Geiger-Müller-Zählrohren her bekannten Zusätze, wie Wasserstoff, Alkohol oder ähnliche organische Verbindungen, haben jedoch den Nachteil, daß sie bei den starken Entladungen in Schaltröhren zu laufenden Veränderungen führen, weil die Zusätze entweder absorbiert oder zersetzt werden oder die Kathode@nol;@erfläche chemisch verändern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ention,isationszeit einer Kaltkathoden-Schaltröhre durch konstant bleibende Mittel, die die Wirkungsweise der Röhre im gezündeten Zustand praktisch nicht beeinflussen, zu verkürzen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß außerhalb der Entladungsstrecke im wesentlichen senkrecht zur letzteren verlaufende, mit der Kathode der Entladungsstrecke elektrisch verbundene Elektroden, deren Oberfläche weniger aktiv ist als die emittierende Fläche der Kathode, so angeordnet sind, daß auf ihnen, wenn die Entladungsstrecke im wesentlichen raumladungsfrei ist, ein großer Teil und, wenn sich vor der wirksamen Kathodenfläche eine Raumladung ausbildet, nur ein geringer Teil der elektrischen Feldlinien endet.This z. B. from the Geiger-Müller counter tubes known additives, such as hydrogen, alcohol or similar organic compounds, however, have the Disadvantage that they lead to continuous changes with the strong discharges in interrupters lead, because the additives are either absorbed or decomposed or the cathode @ nol; @ erfläche chemically change. The invention is based on the object of the deion, isation time a cold cathode interrupter by constant means that the mode of operation of the tube in the ignited state practically does not affect, to shorten. That The essential feature of the invention is that outside the discharge path substantially perpendicular to the latter, with the cathode of the discharge path Electrically connected electrodes, the surface of which is less active than the emitting one Surface of the cathode, are arranged so that on them when the discharge path is essentially space charge free, to a large extent and, if before the effective Cathode surface forms a space charge, only a small part of the electrical Field lines ends.

Es sind schon Kaltkathoden-Schaltröhren mit einer Kathode bekannt, deren im Bereich der Entladungsstrecke liegende Oberfläche aktiver ist als die außerhalb der Entladungsstrecke liegenden Teile. Solche Kathoden sind z. B. zylinderförmige Kathoden, deren Innenfläche aktiver als die Außenfläche ist. Bei solchen Kathoden tritt jedoch nicht zwangläufig die erstionisierende Wirkung ein, wie sie durch die Entionisi.erungselektroden gemäß der Erfindung bewirkt wird. Dies hat seine Ursache darin, daß bei den bekannten Anordnungen. wenn die Entladungsstrecke im wesentlichen raumladungsfrei ist, kein so großer Teil der elektrischen Feldlinien auf den weniger aktiven Kathodenteilen enden, daß ein ins Gewicht fallender Anteil der noch vorhandenen Ladungsträger aus der Entladungsstrecke hinausgezogen wird. Ferner übt bei den bekannten Kathoden die der Anode zugewandte Zylinderstirnfläche eine Spitzenwirkung aus, so daß auf dieser Stirnfläche, wenn die Entladungsstrecke im wesentlichen raumladungsfrei ist, die Mehrzahl der Feldlinien endet. Da diese Stirnfläche bzw. die ihr benachbarten Teile zur aktiven Kathodenfläche gehören. können die noch vorhandenen nicht aktiven Kathodenteile, da auf ihnen nur eine geringe Anzahl der Feldlinien auftritt, keine nennenswerte entionisierende Wirkung verursachen.Cold cathode interrupters with a cathode are already known whose surface lying in the area of the discharge path is more active than the one outside parts lying along the discharge path. Such cathodes are e.g. B. cylindrical Cathodes whose inner surface is more active than the outer surface. With such cathodes However, the initial ionizing effect does not necessarily occur as it is due to the Deionization electrodes according to the invention is effected. This has its cause in that with the known arrangements. when the discharge path is substantially is space charge-free, not so large a part of the electric field lines on the less active cathode parts end that a significant proportion of the still existing Charge carrier is pulled out of the discharge path. Also exercises with the known Cathodes, the cylinder end face facing the anode has a great effect, see above that on this face when the discharge path is essentially free of space charge is, the majority of the field lines end. Since this end face or its neighboring Parts belong to the active cathode area. can use those that are still inactive Cathode parts, since only a small number of field lines appear on them, none cause significant deionizing effect.

Die Entionisierungselektrode nach der Erfindung kann eine selbständige Elektrode sein. Man kann dazu aber auch einen Teil der Kathode selbst verwenden, der, wenn er weniger aktiv ist als der übrige Teil, als Hilfselektrode wirkt. An Hand dieser einfachen, alle Erfindungsmerkmale aufweisenden Ausführungsform, die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist, werden die Erfindung sowie weitere Merkmale derselben näher erläutert.The deionization electrode according to the invention can be an independent one Be electrode. But you can also use part of the cathode itself, which, when it is less active than the rest of the body, acts as an auxiliary electrode. At Hand of this simple, all features of the invention having embodiment, the is shown schematically in Figs. 1 and 2, the invention and others Features of the same explained in more detail.

In der schematischen Fig. 1 besteht die Kathode K aus einem aktiven Teil 1 mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit und aus einem wesentlich weniger aktiven Teil 2 mit hoher Elektronenaustrittsarbeit, wobei die Teile 1 und 2 elektrisch miteinander verbunden sind. Wird nach dem Löschen einer Röhre zwischen der `mode A und der Kathode K erneut die Betriebsspannung angelegt, so verlaufen zwischen diesen beiden Elektroden die elektrischen Feldlinien 3 im wesentlichen in der dargestellten Weise. Man erkennt sofort, daß ein großer Teil der Feldlinien auf dem Teil 2 endet, was zur Folge hat, daß ein erheblicher Teil der sich zwischen Anode und Kathode befindlichen positiven Ionen auf diesen Teil hingezogen wird. Da dieser Teil voraussetzungsgemäß weit weniger aktiv als der Teil 1 sein soll, können die auf ihn auftreffenden Ionen nur wenig Elektronen auslösen; andererseits treffen aber auf den aktiven Teil 1 erheblich weniger Ionen auf, als dies ohne das Vorhandensein des Teils 2 der Fall wäre, so daß auch diese nicht die zur Aufrczliterlialtung einer selbständigen Entladung not-,vendigen Elektronen erzeugen können. Durch das Abz iehen der Ionen auf den Teil 2 wird es also bei gleicher Vorion:-sierung möglich, zwischen Kathode @@i d Anode bereits zu einer Zeit die Betriebsspannung wieder anzulegen, ohne daß die Röhre gezündet wird, l: ei der ohne diese Maßnahme infolge der Ionisation der Hauptentladungsstrecke in dieser eine selbständige Entladung hervorgerufen würde. Ebenso ist auch eine stärkere Vorionisierung zulässig, ohne daß es zur Wiederzündung kommt. Dadurch wird eine raschere Folge von Schaltungen ermöglicht, was gleichbedeutend ist mit einer verkürzten Entionisationszeit im technischen Sinn.In the schematic Fig. 1, the cathode K consists of an active one Part 1 with a low electron work function and one much less active part 2 with high electron work function, parts 1 and 2 being electrical are connected to each other. After deleting a tube, is switched between the `mode A and the cathode K again applied the operating voltage, so run between these two electrodes the electric field lines 3 essentially in the illustrated Way. You can see immediately that a large part of the field lines ends on part 2, which has the consequence that a considerable part of the between the anode and cathode positive ions located is attracted to this part. Since this part is required far less active than that Part 1 is supposed to be on him impacting ions release only a few electrons; on the other hand, hit the active part 1 has significantly fewer ions than it would without the presence of Part 2 would be the case, so that this too would not be the one for the introduction of a independent discharge, necessary electrons can be generated. By the mark pulling the ions to part 2 it is possible with the same pre-ion: between cathode @@ i d anode to apply the operating voltage again at a time, without the tube being ignited, one without this measure as a result of the ionization the main discharge path in this an independent discharge would be caused. Stronger pre-ionization is also permissible without reignition comes. This enables a more rapid sequence of circuits, which is synonymous is with a shortened deionization time in the technical sense.

Wird nun z. B. durch eire nicht dargest°llte Start?r-#:?ektrode die Hauptentladung gezündet, so treten die in Fig. 2 schematisch dargestellten Verhältnisse auf. Solange die Entladungsstromstärke einen gewissen Betrag nicht überschreitet, bleibt die Entladung praktisch auf den aktiven Teil 1 der Kathode K beschränkt und bildet vor diesem eine Raumladung 4. Dadurch bildet sich zwischen dieser Raumladung 4 und dem aktiven Teil 1 der Kathode K ein starkes elektrisches Feld aus, demgegenüber das Feld zwischen der Anode _-1 und dem Teil 2 der Kathode K vernachläss.igl:ar ist. hur am Rande der Raumladung 4 tritt ein umvesentlicher Verlust auf, indem einzelne positive Ionen auch auf den Teil 2 der Kathode K fallen und so zur Aufrechterhaltung der Entladung weniger betra#zen als die auf den Teil 1 fallende Masse der Ionen. Bei gezündeter Glimmentladung verursachen die zusätzlichen Flächen deshalb keine merkliche Änderung rl@- Entladungszustandes, insbesondere auch keine :_,erkliche Erhöhung der Brennspannung.If now z. B. by a not shown start? R - #:? Ectrode die If the main discharge is ignited, the relationships shown schematically in FIG. 2 occur on. As long as the discharge current does not exceed a certain amount, the discharge remains practically limited to the active part 1 of the cathode K and forms a space charge 4 in front of it. This forms between this space charge 4 and the active part 1 of the cathode K from a strong electric field, on the other hand the field between the anode _-1 and the part 2 of the cathode K neglect.igl: ar is. Only at the edge of the space charge 4 there is an insignificant loss by individual positive ions also fall on the part 2 of the cathode K and so to maintain of the discharge are less important than the mass of the ions falling on part 1. If the glow discharge is ignited, the additional surfaces do not cause any noticeable change in the state of discharge, especially no: _, noticeable Increase in the operating voltage.

Die entionisierende Wirkung von solchen weniger aktiven Zusatzflächen ist um so größer, je größer diese Flächen im Verhältnis zur Fläche der aktiven Kathode sind.The deionizing effect of such less active additional surfaces is the larger, the larger these areas in relation to the area of the active cathode are.

Eine ebenso gute Wirkung erhält man jedoch bei Verwendung einer Hohlkathode nach Fig. 3. In Fig. 3 befindet sich der aktive Teil 1 nur im Spalt der Kathode K, während die Seitenflügel 2 weniger aktiv sein sollen als die Fläche 1. Bei dieser Ausführung kann die aktive Fläche beliebig groß sein., da es für die erfindungsgemäße Wirkung nur noch auf das Verhältnis der Fläche 2 zur Eintrittsöffnung der Fläche 1 ankommt.However, an equally good effect is obtained when using a hollow cathode according to Fig. 3. In Fig. 3, the active part 1 is only in the gap of the cathode K, while the side wings 2 should be less active than the area 1. In this case Execution, the active area can be of any size, as it is for the inventive Effect only on the ratio of the area 2 to the inlet opening of the area 1 arrives.

Als geeignet haben sich Reinmetallkathoden gezeigt, wobei insbesondere solche aus Molybdän oder Tantal gute Eigenschaften aufweisen. In vielen Fällen ist es bei diesen Kathoden bereits ausreichend, die Aktivierung, z. B. durch Zerstäubung der Oberfläche, auf einen Teil derselben zu beschränken, wobei der übrige Teil als Entionisator wirkt. Grundsätzlich müssen der aktive Teil der Kathode und die entionisierenden Flächen eine unterschiedliche Eiektronenaustrittsarbeit haben. Dies kann durch unterschiedliche Aktivierung beider Teile erreicht werden. Die Wirkung kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dann noch dadurch verbessert werden, daß man den nicht aktiven Teil der Oberfläche künstlich desaktiviert. 1lan kann zu diesem Zweck auf diesen Teil der Oberfläche eine Halbleiterschicht aufbringen. Es ist aber auch möglich, diese Teile mit einem Metallüberzug zu versehen, dessen Elektronenaustrittsarbeit größer ist als die Elektronenaustrittsarbeit des aktiven Teils der Kathode, oder ganz aus einem solchen Metall herzustellen. In manchen Fällen kann eine besonders einfach herzustellende Kathode auch dadurch erreicht werden, daß nur der aktive Teil der Kathode ,ijs einer Schicht mit niedriger Austrittsarbeit besteht.Pure metal cathodes have proven to be suitable, in particular those made of molybdenum or tantalum have good properties. In many cases it is it is already sufficient with these cathodes, the activation, z. B. by atomization of the surface, to a part thereof, with the remaining part as Deionizer works. Basically, the active part must be the cathode and the deionizing Surfaces have different electron work functions. This can be due to different Activation of both parts can be achieved. The effect can be according to another Feature of the invention can then be improved by the fact that the inactive Part of the surface artificially deactivated. 1lan can use this for this purpose Apply a semiconductor layer to part of the surface. But it is also possible to provide these parts with a metal coating, its electron work function is greater than the electron work function of the active part of the cathode, or made entirely of such a metal. In some cases one can be special easy to manufacture cathode can also be achieved in that only the active Part of the cathode which consists of a layer with a low work function.

Claims

PATENT CLAIMS: 2. Cold cathode interrupter with a cathode whose The surface lying in the area of the discharge path is more active than the one outside the discharge path lying parts, characterized in that outside the Discharge path running essentially perpendicular to the latter, with the cathode the discharge path electrically connected electrodes, their surface less is active than the emitting surface of the cathode, are arranged in such a way that on them, if the discharge path is essentially free of charge, a large part, and if a space charge forms in front of the effective cathode surface, only one a small part of the electric field lines ends.

2. Cold cathode interrupter after Claim 1, characterized in that the deionizing agent is part of the The cathode itself is, which is much less active than the rest of the cathode.

3. Cold cathode interrupter according to claim 2, characterized in that the outer, less active surface of the cathode is much larger than the inner active one Surface.

4. cold cathode interrupter according to claim 1, characterized in that that the cathode has an inlet opening which is much smaller than that outer surface facing the anode.

5. cold cathode interrupter according to claim 1, characterized in that the cathode is a pure metal cathode, in particular made of modybdenum or tantalum, the active part of which is produced by atomization of the surface is cleaned.

6. cold cathode interrupter according to claim 1, characterized in that that the inactive part of the surface is artificially deactivated.

7. cold cathode interrupter according to claim 1, characterized in that the inactive part of the surface consists of a semiconductor. Documents considered: British Patent Nos. 725 685, 721973. Prior rights cited: German Patent No. 963 010.