DE1106425B

DE1106425B - Electric gas discharge tubes with several electrodes, of which the cathode is provided with lamellar additional surfaces that extend in the direction of the anode and participate in its emission

Info

Publication number: DE1106425B
Application number: DEE15844A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Joseph Germeshausen; Seymour Goldberg
Original assignee: EDGERTON; GERMESHAUSEN AND GRIER Inc
Current assignee: EDGERTON; GERMESHAUSEN AND GRIER Inc
Priority date: 1956-04-25
Filing date: 1958-05-06
Publication date: 1961-05-10

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Gasentladungsröhre mit mehreren Elektroden, von denen die Kathode mit sich in Richtung auf die Anode zu erstreckenden, an ihrer Emission beteiligten, lamellenartigen Zusatzflächen versehen ist.The invention relates to an electric gas discharge tube with several electrodes, one of which the cathode with itself towards the anode extending, involved in their emission, lamellar additional surfaces is provided.

Insbesondere im Zusammenhang mit Hochleistungs-Gasentladungsröhren, wie z. B. Wasserstoffthyratons zum Schalten, Impulsgeben oder Auslösen von Hochspannungstromkreisen, sind bereits verschiedene Wege zur Schaffung einer Kathode mit kleinen Abmessungen vorgeschlagen worden, die trozdem eine große Elektronenemissionsfläche aufweist. Beim Versuch zur Erreichung dieses Zieles sind verschiedene Arten von Kathodenausbil4ungen entwickelt worden, zu denen auch die Verwendung einer Mehrzahl von in einem Napf angeordneten, zueinander parallel verlaufenden elektronenemittierenden Kathodenteilen gehört.Especially in connection with high-performance gas discharge tubes, such as B. Hydrogen thyratons for switching, generating pulses or triggering high-voltage circuits, are already various ways of creating a cathode with small dimensions has been proposed, which still has a large electron emission area having. In attempting to achieve this end, various types of cathode designs have been developed, including also the use of a plurality of mutually parallel arranged in a cup electron-emitting cathode parts.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß nicht alle Abschnitte solcher Kathodenteile tatsächlich in jedem Augenblick in wirksamer Weise Elektronen zur Anode emittieren, wenn plötzlich eine elektrische Spannung an die Entladungsröhre angelegt wird. Sobald eine elektrische Entladung eingeleitet ist, steigt der zwischen der Anode und der Kathode fließende Strom sehr schnell auf seinen Endwert an. Da jedoch eine endliche Zeit erforderlich ist, damit das Plasma in alle Bereiche der Kathode eindringen kann, werden die meisten Elektronen von dem am nächsten an der Anode liegenden Teil der Kathode abgezogen. Ein Betrieb mit hoher Impulsfrequenz äußert sich in einer verhältnismäßig schnellen Zerstörung der Kathode. Nachdem der Strom in der Entladungsröhre seinen Endwert erreicht hat, entsteht außerdem im Gas der Röhre ein Spannungsabfall, der eine ungleichmäßige Verteilung des von der Kathode abzunehmenden Stromes verursacht, wodurch weiterhin die größte Strommenge von den am nächsten an der Anode liegenden Abschnitten der Kathode abgenommen wird.It has been found, however, that not all portions of such cathode parts are actually in each Moment in an effective way to emit electrons to the anode when suddenly an electrical voltage is applied to the discharge tube. As soon as an electrical discharge is initiated, it rises between the anode and the cathode flowing current very quickly to its final value. However, there is a The finite time is required for the plasma to penetrate all areas of the cathode Most of the electrons are drawn from the part of the cathode closest to the anode. A Operation with a high pulse frequency manifests itself in a relatively quick destruction of the cathode. After the current in the discharge tube has reached its final value, the is also generated in the gas Tube a voltage drop, which is an uneven distribution of the amount to be removed from the cathode Current, which continues to generate the largest amount of current from those closest to the anode lying sections of the cathode is removed.

Es sind elektrische Entladungsröhren bekannt, bei denen die Kathode eine heizbare Grundplatte hat, die eine Anzahl von voneinander getrennt angeordneten, konzentrischen, ringförmigen oder spiraligen Platten trägt, die sich in der Entladungsröhre von der Grundplatte aus zur Anode hin erstreckende, elektronenemittierende Oberflächen haben, ohne daß hierbei jedoch Vorkehrungen getroffen wären, um eine optimale Länge des Kathodenteiles anzuwenden, die einerseits eine möglichst große Elektronenemissionsoberfläche und andererseits die Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Ausnutzung der Emissionsoberfläche der Kathode ermöglicht.Electrical discharge tubes are known in which the cathode has a heatable base plate, which are a number of concentric, ring-shaped or spiral-shaped ones arranged separately from one another Plates, which extend in the discharge tube from the base plate to the anode, electron-emitting Surfaces have, however, without taking precautions to a to use optimal length of the cathode part, on the one hand the largest possible electron emission surface and on the other hand the achievement of a possible allows uniform use of the emission surface of the cathode.

Die gleiche Feststellung gilt auch für andere bekannte elektrische Entladungsröhren, bei denen die Elektrische Gasentladungsröhre mit mehreren Elektroden, von denen dieThe same observation applies to other known electrical discharge tubes in which the Electric gas discharge tube with several electrodes, of which the

Kathode mit sich in RichtungCathode with you towards

auf die Anode zu erstreckenden,to be extended to the anode,

an ihrer Emission beteiligten,involved in their issue,

lamellenartigen Zusatzflächenlamellar additional surfaces

versehen istis provided

Anmelder:Applicant:

Edgerton,Edgerton,

Germeshausen and Grier, Inc., Boston, Mass. (V. St. A.)Germeshausen and Grier, Inc., Boston, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,Representative: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,

Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68, und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22, PatentanwälteBerlin-Dahlem, Podbielskiallee 68, and Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Munich 22, patent attorneys

Kenneth Joseph Germeshausen, Newton Centre, Mass.,Kenneth Joseph Germeshausen, Newton Center, Mass.,

und Seymour Goldberg, Lexington, Mass. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt wordenand Seymour Goldberg, Lexington, Mass. (V. St. A.) have been named as inventors

""

Kathode mit zickzackförmig gefalteten, bandförmigen Elementen versehen war.Cathode was provided with zigzag folded, band-shaped elements.

Durch die Erfindung wird eine elektrische Gasentladungsröhre mit mehreren Elektroden angegeben, bei der mit Kathodenteilen begrenzter Länge von in Richtung auf die Anode zu sich erstreckenden, an der Emission beteiligten, lamellenartigen Zusatzflächen eine besonders gleichmäßige Ausnutzung der Emissionsoberflächen und dadurch ein verbesserter Betrieb erzielt wird. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch ermöglicht, daß die Kathode eine in der vorerwähnten Richtung gemessene Länge L in Zentimeter hat, die durch die nachfolgende GleichungThe invention provides an electric gas discharge tube with several electrodes in which, with cathode parts of limited length, lamellar additional surfaces involved in the emission and extending towards the anode, a particularly uniform utilization of the emission surfaces and thereby improved operation is achieved. This is made possible according to the invention in that the cathode has a length L in centimeters measured in the aforementioned direction, which is given by the following equation

gegeben ist, wo R₀ den Schichtwiderstandswert der Elektronenemissionsoberfläche mit einem Nennwert von 4 Ω · cm², ij den in der Gasentladungsröhrewhere R _{0 is} the sheet resistance of the electron emission surface with a nominal value of 4 Ω · cm ² , ij den in the gas discharge tube

fließendem Anodenstrom in Ampere, E_p das elektrische Feld im Plasma zwischen der Anode und der Kathode mit einem Nennwert von 14 Volt je Zenti-flowing anode current in amperes, E _{p is} the electric field in the plasma between the anode and the cathode with a nominal value of 14 volts per centi-

109 580/345109 580/345

3 43 4

meter, I'_s den Potentialabfall am Kathodenmantel, Im Hohlraum der Grundplatte 11 ist eine ununter-meter, I ' _s the potential drop at the cathode jacket, In the cavity of the base plate 11 is an undisturbed

dVs λ π <. i· ι ι·* · τ- 4.1 j i. ι ν brochene Heizspirale 19 angeordnet, die vorzugsweise dVs λ π <. i · ι ι · * · τ- 4.1 j i. ι ν broken heating coil 19 arranged, which is preferably

-^-den Potentialgradienten im Kathodenmantel mit ,.,..„. , , . , j „ · ι ^l η·- ,- ^ - the potential gradient in the cathode jacket with,., .. “. ,,. , j "· ι ^ l η · -,

dx ° gleichmäßig verlegt ist, so daß sie an der Oberfläche dx ° is laid evenly so that it is on the surface

einem Nennwert von — 7 Volt je Zentimeter und P der Grundplatte eine etwa gleichmäßige Beheizung den Gesaratumfang in Zentimeter der Kathode in 5 bewirkt. Die seitlichen ebenen Flächen der dünnen einer etwa parallel zur Oberfläche der Anode ver- Platten 13, 15, YI usw. sind mit einem elektronenlaufenden Ebene bedeutet (Fig. 1). emittierenden Werkstoff überzogen.a nominal value of - 7 volts per centimeter and P of the base plate causes approximately uniform heating of the total circumference in centimeters of the cathode in FIG. The lateral flat surfaces of the thin one approximately parallel to the surface of the anode ver plates 13, 15, YI , etc. are denoted by an electron-moving plane (Fig. 1). emitting material coated.

Durch die Verwendung von Kathoden mit der vor- Die Anode 1 kann innerhalb des Kolbens 21 von genannten Länge L in Richtung von der Kathode auf einem Draht 23 gehalten werden, der sich durch eine die Anode, mit je einer dünnen Hülle, in der die Heiz- io Durchführung 25 an der Oberseite des Kolbens 21 Spiralen untergebracht sind, und mit äußeren Elek- erstreckt. Die Kathode 2 kann von zwei Streben 27 tronenemissionsüberzügen wird eine gleichmäßigere und 29 getragen werden, die mit sich durch den einAusnutzung der Emissionsoberfläche der Kathode wärts gepreßten Glasboden 35 des Sockels des Kolbens erzielt. Es hat sich herausgestellt, daß in dieser Weise 21 erstreckenden Anschlüssen 31 bzw. 33 verbunden ausgebildete Kathoden vorzüglich arbeiten. Gemäß 15 sind. Über die mit den Anschlüssen 31 und 33 in Weiterbildungen der Erfindung sind die in an sich Verbindung stehenden äußeren Leiter 37 kann ein bekannter Weise die Kathoden darstellenden, platten- negatives Potential an die Kathode 2 angelegt werden, förmigen Teile in einem gegenseitigen Abstand in der Die nicht dargestellten Enden der Heizspirale 19 Größenordnung von 1 bis 2 mm angeordnet, bzw. sind können mit den Leitern 39 und 41 verbunden sein, die in an sich bekannter Weise die Kathodenplatten im 20 sich zur Aufnahme von Heizstrom aus den Außenwesentlichen rechteckig, parallel zueinander und auf leitern 47 bis zu den Anschlüssen 43 im Glasboden 35 der Kathodengrundplatte angeordnet, bzw. ist in an erstrecken. Die Heizspirale 19 kann mit Hilfe des sich bekannter Weise die Länge der Kathodenplatten diagonal verlaufenden leitfähigen Stabes 29 zwischen kleiner als deren Breite, bzw. erstrecken sich in an dem Leiter 39 und dem Leiter 29 auf Kathodensich bekannter Weise die Kathodenplatten senkrecht 25 potential gehalten werden» Eine zum Betrieb der varzur Grundplatte. In der elektrischen Gasentladungs- erwähnten Entladungsvorrichtung geeignete Schaltung röhre kann Wasserstorr enthalten sein. ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 592 556 Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben, und in dieser wird unter Steuerung eines beschrieben. Es zeigt an das Gitter 3 geführten Impulses zwischen der Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische 30 Anode 1 und der Kathode 2 eine Hochspannungsquelle Entladungsröhre mit einer Kathode nach der Erfindung, entladen.The anode 1 can be held within the piston 21 of said length L in the direction of the cathode on a wire 23 which extends through the anode, each with a thin sheath, in which the heating - IO implementation 25 on the top of the piston 21 spirals are housed, and extends with outer elec-. The cathode 2 can be supported by two struts 27, a more uniform one and 29, which is achieved with the glass bottom 35 of the base of the bulb pressed downwards by the use of the emission surface of the cathode. It has been found that cathodes formed connected in this way to 21 extending connections 31 and 33 work excellently. According to 15 are. Via the connections 31 and 33 in further developments of the invention, the outer conductors 37, which are connected to each other, are connected to the cathode 2 in a known manner, plate negative potential representing the cathodes, shaped parts at a mutual distance in the die ends of the heating coil 19, not shown, of the order of 1 to 2 mm, or can be connected to the conductors 39 and 41, which in a known manner, the cathode plates in 20 are rectangular, parallel to each other and to receive heating current from the outside essentials Arranged on conductors 47 up to the connections 43 in the glass bottom 35 of the cathode base plate, or extends in on. The heating coil 19 can with the help of the known way the length of the cathode plates diagonally extending conductive rod 29 between smaller than their width, or extend in a known manner on the conductor 39 and the conductor 29 on the cathode, the cathode plates can be held vertically 25 potential » One to operate the varzur baseplate. In the electric gas discharge device mentioned discharge device suitable circuit tube, water storm may be included. is, for example, in U.S. Pat. No. 2,592,556. The invention is described with reference to the drawing, in which it is described under the control of one. It shows a pulse guided to the grid 3 between FIG. 1 a longitudinal section through an electrical anode 1 and the cathode 2 a high-voltage source discharge tube with a cathode according to the invention, discharged.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes Mit Hilfe der Kathodenausbildung nach der Erder Kathode nach Fig. 1, in vergrößertem Maßstab, findung ist für alle Elektronenemissionsoberfläehen und der Platten 13,15,17 usw. nur eine einzige Heizquelle Fig. 3 und 4 ähnliche Ansichten von abgeänderten 35 erforderlich. Dadurch können die Platten außerordent-Kathodenausbildungen. Hch dünn, beispielsweise in der Größenordnung von In Fig. 1 besteht eine als Thyratron dargestellte 0,5 mm Dicke, gehalten werden, und folglich ist der elektrische Entladungsröhre aus einem gasdichten Einbau einer großen Anzahl von Platten innerhalb Kolben 21, der eine Anode 1 in Form eines um- eines kleinen Kathodennapfes möglich, was sich in gestülpten Napfes, einen mit 3 bezeichneten, mit einer 40 einer sehr großen effektiven Elektronenemissionsober-Mehrzahl von nach der Anode 1 ausgerichteten Öff- fläche auswirkt. Es kann also eine viel größere effeknungen 5 versehenen Steuergitter sowie eine Kathode 2 tive Emissionsoberfläche der Kathode als mit Hilfe enthält. Der Kolben 21 kann aus Glas oder sonstigem der einzeln beheizten Kathodenteile erzielt werden, glasartigem Werkstoff bestehen und ist mit einem Da, wie vorstehend festgestellt, die oberen Abschnitte ionisierbaren Medium, wie beispielsweise Wasser- 45 der Kathodenplatten dichter an der Anode 1 liegen, stoffgas, gefüllt. Die Kathode 2 befindet sich in einem werden sie normalerweise mehr Elektronen emittieren nach oben gekehrten leitfähigen Napf 9 mit einer als die tiefer liegenden Abschnitte der Platten. Jedoch ebenen hohlen Grundplatte 11. Diese hat elektrischen wird die Beheizung lediglich in an sieh bekannter Kontakt mit dem Napf 9 und mit einem äußeren Weise an der Unterseite der Platten durchgeführt, so ■wärmeabstrahlenden Schirm 7, dessen oberer, nach 50 daß der untere Abschnitt der Platten stärker erwärmt einwärts gekehrter Umfangsfortsatz 50 außerdem als wird als der obere Abschnitt. Außerdem können die Schirm für umherfliegende Stoffteilchen dient. Die freien oberen Abschnitte schneller Wärme abstrahlen. Grundplatte 11 trägt auf ihrer oberen Seite eine Dieser Temperaturunterschied an den Platten verhält Mehrzahl von dünnen, im wesentlichen ebenen leit- sich also .umgekehrt proportional zu der Elektronenfähigen Platten 13, 15, 17 usw., die durch Schweißen 55 emissionsneigung und sorgt somit für einen Ausgleich, oder in sonstiger Weise auf der oberen Fläche der so daß über die gesamten Oberflächen der Platten eine Grundplatte 11 befestigt sind. Die Platten 13, 15, 17 gleichmäßigere Emission geschaffen wird, wodurch usw. sind als vom Napf 9 umschlossen dargestellt und die Lebensdauer der Kathode wesentlich verlängert erstrecken sich in Richtung von der Kathode 2 auf wird.Fig. 2 is a perspective view of a section with the aid of the cathode formation after the earth electrode Cathode according to Fig. 1, on an enlarged scale, invention is for all electron emission surfaces and the plates 13, 15, 17 etc. only have a single heating source 3 and 4, similar views of modified 35 are required. This allows the plates to be extremely cathode-like. Very thin, for example of the order of magnitude in FIG electric discharge tube from a gas-tight installation of a large number of plates within Piston 21, which has an anode 1 in the form of a small cathode cup, which can be seen in everted well, one labeled 3, with a 40 of a very large effective electron emission upper majority of the open surface aligned with the anode 1. So it can have a much bigger effect 5 provided control grid and a cathode 2 tive emission surface of the cathode as with the help contains. The piston 21 can be made of glass or other of the individually heated cathode parts, consist of vitreous material and is with a Da, as stated above, the upper sections ionizable medium, such as water - the cathode plates are closer to the anode 1, substance gas, filled. The cathode 2 is in one they will normally emit more electrons upwardly facing conductive cup 9 with one as the lower lying portions of the plates. However flat hollow base plate 11. This has electrical heating is only known in itself Contact with the cup 9 and carried out with an external way on the underside of the plates, so ■ heat radiating screen 7, the upper, after 50 that the lower portion of the plates is more heated inwardly turned circumferential process 50 also called as the upper section. In addition, the Screen for flying particles of matter. The exposed upper sections radiate heat faster. Base plate 11 carries a temperature difference on the plates on its upper side A plurality of thin, essentially flat conductors, i.e. inversely proportional to the electron-capable plates 13, 15, 17, etc. or in some other way on the upper surface of the so that over the entire surfaces of the plates one Base plate 11 are attached. The plates 13, 15, 17 more uniform emission is created, whereby etc. are shown as being enclosed by the cup 9 and the service life of the cathode is significantly extended extend in the direction of the cathode 2 on.

die Anode 1, im wesentlichen senkrecht zur oberen 60 Da die Länge L der Kathode gemäß der Erfindung Fläche der Grundplatte 11 und zur Oberfläche der klein ist, ist es zur Erzielung einer großen Emissions-Anode 1 zur oberen Öffnung des Napfes 9 hin. Die oberfläche wünschenswert, daß der Gesamtumfang P Platten sind vorzugsweise etwa im gleichen Abstand der Kathode 2 sehr viel größer ist als die Länge L.
voneinander angeordnet. Während in der Zeichnung Die Kathode nach der Erfindung ist natürlich auch nur einige Platten dargestellt sind, -kann selbstver- 65 in anderen als in mit Wasserstoffüllung versehenen ständlich eine große Anzahl von Platten verwendet Entladungsröhren verwendbar. Es ist außerdem nicht werden. Obwohl die Platten mit etwa .rechteckiger notwendig, daß die plattenförmigen Teile eine in den Umfangsform dargestellt sind, können sie außerdem, Fig. 1 und 2 beschriebene, rechteckige Form haben, wie nachstehend beschrieben, auch andere Formen Sie können beispielsweise eine andere Gestalt in Form haben. 70 der konzentrisch und koaxial angeordneten ringförmi-the anode 1, substantially perpendicular to the top 60, since the length L of the cathode of the invention, surface of the base plate 11 and which is small according to the surface is to the upper opening of the cup 9 towards achieving a large emission anode. 1 The surface desirable that the total circumference P plates are preferably about the same distance from the cathode 2 is very much greater than the length L.
arranged from each other. While in the drawing the cathode according to the invention is of course also shown only a few plates, a large number of plates can of course be used in discharge tubes other than those provided with hydrogen filling. Besides, it is not going to be. Although the plates with approximately. Rectangle necessary that the plate-shaped parts are shown in a circumferential shape, they can also, Fig. 1 and 2 described, rectangular shape, as described below, also other shapes You can, for example, a different shape in shape to have. 70 of the concentrically and coaxially arranged annular

gen oder zylindrischen Platten 13', 15', 17' usw. nach Fig. 3 haben, die von der kreisförmigen, das Heizelement 19' enthaltenden und innerhalb des zylindrischen Schirmes 7' gehaltenen Grundplatte 11' getragen werden. Als weiteres Beispiel können die Kathodenplatten zu einer Wabenform ausgebildet sein, wodurch sie eine noch größere effektive Kathodenemissionsfläche erhalten. Solche wabenförmigen Kathodenplatten sind in Fig. 4 mit 51 bezeichnet. gene or cylindrical plates 13 ', 15', 17 'etc. according to Fig. 3, which from the circular, the heating element 19 'containing and held within the cylindrical screen 7' base plate 11 ' will. As another example, the cathode plates can be formed into a honeycomb shape, whereby they get an even larger effective cathode emission area. Such honeycomb cathode plates are denoted by 51 in FIG. 4.

IOIO

Claims

Patent claims:

1. Electric gas discharge tube with several electrodes, of which the cathode is provided with lamellar additional surfaces which extend in the direction of the anode and are involved in their emission, characterized in that the cathode (2) has a length L measured in the aforementioned direction Centimeter is given by the equation below

2i_TR₀ 2i _T R ₀

PiE_n--PiE _n -

dxdx

where R _{0 is} the sheet resistance of the electron emission surface with a nominal value of 4 Ωcm ² , i _{T is} the anode current in amperes flowing in the gas discharge tube, E _{p is} the electric field in the plasma between the anode (1) and the cathode (2) with a nominal value of 14 volts per centimeter, V _s den

Potential drop at the cathode jacket (7), - ^ - the potential gradient in the cathode jacket (7) with a nominal value of - 7 volts per centimeter and P the total circumference in centimeters of the cathode (2) in a plane approximately parallel to the surface of the anode (1) means (Fig. 1).

2. Electric gas discharge tube according to claim 1, characterized in that the in on in a known manner, the cathode representing plate-shaped parts (13, 15, 17) in a mutual Spacing on the order of 1 to 2 mm are arranged.

3. Electric gas discharge tube according to Claim 1 or 2, characterized in that in a manner known per se, the cathode plates (13, 15, 17) have an essentially rectangular shape have, run parallel to each other and are arranged on the cathode base plate (11).

4. Electric gas discharge tube according to claim 1, 2 or 3, characterized in that in in a manner known per se, the length of the cathode plates (13, 15, 17) is smaller than their width '.

5. Electric gas discharge tube according to one of the preceding claims, characterized in that that in a manner known per se, the cathode plates (13, 15, 17) are perpendicular to Extend the base plate (11).

6. Electric gas discharge tube according to one of the preceding claims, characterized in that that the gas in the tube contains hydrogen.

Considered publications:
Austrian Patent No. 141 377;
U.S. Patents Nos. 1,934,369, 1,934,378,
981 669, 2 572 881, 2 592 556.

1 sheet of drawings