DE1220524B

DE1220524B - Electron discharge tubes with glass parts that are subject to the risk of decomposition

Info

Publication number: DE1220524B
Application number: DER39675A
Authority: DE
Inventors: Milton S Nachbar
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Filing date: 1965-01-18
Publication date: 1966-07-07

Description

Elektronenentladungsröhre mit Glasteilen, die der Gefahr der Zersetzung unterliegen Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenentladungsröhre mit einem aus Glas bestehenden evakuierten Kolben. Insbesondere soll es sich dabei um eine Röhre für hohe Spannungen handeln.Electron discharge tube with glass parts that are at risk of decomposition The invention relates to an electron discharge tube having a evacuated flasks made of glass. In particular, it should be a Acting tube for high voltages.

Es ist eine bekannte Erscheinung, die sich bisher noch nicht völlig befriedigend hat erklären lassen, daß Glas, wenn es einem Elektronenbombardement ausgesetzt ist oder starken Feldgradienten unterworfen wird, sich langsam zersetzt. Diese Erscheinung wird im folgenden als Elektrolyse des Glases bezeichnet und ist vermutlich auf die Bewegung von positiv und negativ geladenen Ionen durch das Glas hindurch unter dem Einfluß des elektrostatischen Feldes zurückzuführen. Diese Ionenbewegung ruft eine Dissoziation der Glasmoleküle und eine Zersetzung des Glases hervor.It is a well-known phenomenon that has not yet been fully developed Satisfactory has explained that glass when there is an electron bombardment is exposed or subjected to strong field gradients, slowly decomposes. This phenomenon is referred to in the following as electrolysis of the glass and is presumably due to the movement of positively and negatively charged ions through the glass through under the influence of the electrostatic field. This ion movement causes the glass molecules to dissociate and the glass to decompose.

Bei gewissen Arten von Vakuumröhren mit Glaskolben führt diese Zersetzung des Glases dazu, daß das Glas Gase in die Röhre hinein abgibt oder den Durchtritt von Luft in die Röhre hinein zuläßt. Diese Gase führen natürlich zu einem Ausfall der Röhre.In the case of certain types of vacuum tubes with glass bulbs, this leads to decomposition of the glass causes the glass to release gases into the tube or the passage allows air into the tube. These gases, of course, lead to failure the tube.

Es sind schon verschiedene Hilfsmittel zur Verhinderung oder zur Verlangsamung dieser Zersetzung des Glases angegeben worden. Diese Hilfsmittel haben jedoch den Nachteil, daß sie viel zu kostspielig sind. Beispielsweise hat man bei Elektronenentladungsröhren für hohe Spannungen die Feststellung treffen können, daß Bleiglas sich wesentlich weniger zersetzt als das gewöhnliche für die Herstellung von Röhren für kleinere Spannungen normalerweise verwendete Glas. Jedoch ist Bleiglas ebenso wie andere Gläser, die sich langsamer zersetzen, verhältnismäßig teuer.There are already various aids to prevent or to slow down this decomposition of the glass has been reported. However, these tools have the Disadvantage that they are much too expensive. For example, one has with electron discharge tubes for high voltages can make the statement that lead glass is essential less decomposed than the usual for the manufacture of tubes for smaller ones Tensions normally used glass. However, lead glass is just like others Glasses that decompose more slowly, relatively expensive.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verhältnismäßig billige Vorrichtung zur Verlangsamung der Zersetzungsgeschwindigkeit des Glases in Hochspannungsröhren u. dgl. anzugeben, so daß also für diese Röhren billige Glassorten verwendet werden können.The object of the invention is to provide a relatively cheap device for slowing down the rate of decomposition of glass in high-voltage tubes and the like, so that cheap types of glass for these tubes can be used.

Bei einer Elektronenentladungsröhre mit Glasteilen, die der Gefahr der Zersetzung unterliegen, ist daher nach der Erfindung innerhalb der Röhre ein radioaktives Präparat getrennt von den Röhrenelektroden angebracht, das die erwähnten Glasteile bestrahlt.In the case of an electron discharge tube with glass parts, the danger subject to decomposition is therefore a within the tube according to the invention radioactive preparation attached separately from the tube electrodes, the mentioned Glass parts irradiated.

Die in der Zeichnung dargestellte Röhre eignet sich für die Zeilenablenkung in einem Fernsehempfänger. In derartigen Ablenkschaltungen kommen Anodenspannungen in der Größenordnung von 10000 Volt vor. Die Röhre 12 besitzt einen Glaskolben 14 und einen Glasboden 16, durch den die Zuleitungsdrähte hindurchgeführt sind. Der Boden 16 ist mit dem Kolben 14 luftdicht verschmolzen. Die durch den Glasboden 16 hindurchgeführten Leitungen sind mit 20 und 20' bezeichnet. An seinem unteren Ende ist der Kolben 16 von einem Sockel 22 umschlossen, an dem eine Anzahl von Steckerstiften 24 befestigt sind. Jeder dieser Stifte 24 ist mit einer der Leitungen 20 bzw. 20' verbunden.The tube shown in the drawing is suitable for line deflection in a television receiver. Anode voltages occur in such deflection circuits on the order of 10,000 volts. The tube 12 has a glass bulb 14 and a glass bottom 16 through which the lead wires are passed. Of the Bottom 16 is fused to piston 14 in an airtight manner. The through the glass bottom 16 lines passed through are denoted by 20 and 20 '. At its lower end the piston 16 is enclosed by a base 22 on which a number of plug pins 24 are attached. Each of these pins 24 is connected to one of the lines 20 or 20 ' tied together.

Innerhalb des Kolbens 12 befindet sich das insgesamt mit 30 bezeichnete Elektrodensystem. Dieses Elektrodensystem besteht aus einer Kathode 32, zwei Gittern 34 und 36, einer Strahlplatte 38 und einer Anode 40. Alle diesen Elektroden sind zwischen einer unteren Abstandsplatte 42 und einer oberen gleichartigen Abstandsplatte, die jedoch nicht mitdargestellt ist, angebracht. Die unteren Enden der Elektroden 32, 34, 36 und 38 sind mit den oberen Enden der Leitungen 20 und 20' verbunden. Die Anode 40 ist an die Klemme 44 am oberen Ende des Glaskolbens angeschlossen.Inside the piston 12 is the one designated as a whole by 30 Electrode system. This electrode system consists of a cathode 32 and two grids 34 and 36, a radiant panel 38 and an anode 40. All of these electrodes are between a lower spacer plate 42 and an upper similar spacer plate, which is not shown, however, attached. The lower ends of the electrodes 32, 34, 36 and 38 are connected to the upper ends of lines 20 and 20 '. The anode 40 is connected to the terminal 44 at the top of the glass envelope.

Mit einer oder mehreren der Leitungen 20' innerhalb des Glaskolbens ist ein radioaktives Präparat 48 verschweißt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform besteht dieses radioaktive Präparat aus radioaktivem Nickel, das unter der Bezeichnung Ni-63 bekannt ist. Dieses Präparat emittiert Elektronen und hat eine Halbwertszeit von 86 Jahren.With one or more of the lines 20 'within the glass bulb a radioactive preparation 48 is welded. In the embodiment described here This radioactive preparation consists of radioactive nickel, which is called Ni-63 is known. This preparation emits electrons and has a half-life of 86 years.

Der Kolben 14 besteht aus gewöhnlichem Glas (z. B. Nr. 0080 der Corning Glass Works), und die Bodenplatte 16 besteht aus Bleiglas (z. B. Nr. 0120 der Corning Glass Works). Das gewöhnliche Glas, das man auch als Kalziumglas bezeichnen kann, kostet etwa ein Fünftel des Preises von Bleiglas und wird daher für Röhrenkolben bevorzugt verwendet. Jedoch wird dieses gewöhnliche Glas normalerweise nicht für Glasböden für Röhren verwendet, da Bleiglas einen viel höheren spezifischen Widerstand besitzt als gewöhnliches Glas und sich daher für die Glasböden von Röhren, in denen die Einführungsdrähte sehr geringe gegenseitige Abstände besitzen, besser eignet.The piston 14 is made of ordinary glass (e.g., Corning # 0080 Glass Works), and the base plate 16 is made of lead glass (e.g. No. 0120 the Corning Glass Works). The ordinary glass, also known as calcium glass can, costs about a fifth the price of lead glass and is therefore used for tubular flasks preferably used. However, this ordinary glass is usually not made for Glass shelves used for tubes because lead glass has a much higher resistivity possesses than ordinary glass and is therefore suitable for the glass bottoms of tubes in which the lead-in wires have very little mutual spacing, more suitable.

Die Benutzung von Kolben aus Kalziumglas hat sich bei gewissen für hohe Spannungen bestimmten Röhren infolge der schnellen Zersetzung dieses Glases durch Elektrolyse als sehr ungeeignet erwiesen. In manchen Fällen hat sich selbst Bleiglas nicht als geeignet erwiesen., um deraitigen Röhren eine genügend lange Lebensdauer zu verleihen.The use of flasks made of calcium glass has proven itself in certain for high voltages determined tubes as a result of the rapid decomposition of this glass proved to be very unsuitable by electrolysis. In some cases it has itself Lead glass has not been shown to be suitable. To keep such tubes long enough Lend lifetime.

Wie oben bereits erwähnt wurde, besteht die Vermutung, daß die Zersetzung des Glases durch im Glase wandernde Ionen hervorgerufen wird. Wenn nämlich beispielsweise zwei Elektroden, zwischen denen eine Gleichspannung liegt, durch das Glas hindurchgeführt werden, so tritt ein Strom zwischen diesen beiden Elektroden auf. Die Träger dieses Stromes sind geladene Ionen. Da die Silikationen im Glas verhältnismäßig groß sind und da auch Bleiionen in Bleiglas verhältnismäßig groß sind, kann man annehmen, daß der Hauptteil des Stromes durch die kleineren positiven Natriumionen im Glas gebildet wird. Die positiven Natriumionen wandern zur negativen Klemme und werden dort zu Natriumatomen. In Bleiglas reduzieren die Natriumatome die Bleioxydmoleküle zu Blei und bilden sogenannte Bleibäume um die negative Elektrode herum. Bekanntlich kann beim Vorhandensein derartiger Bleibäume Gas durch den Glaskolben hindurchtreten. Ferner werden diejenigen Teile des Glases, die ihre Natriumionen verloren haben, porös und erlauben daher einen Luftdurchtritt.As mentioned above, there is a presumption that the decomposition of the glass is caused by ions migrating in the glass. If for example two electrodes, between which there is a direct voltage, passed through the glass a current occurs between these two electrodes. The bearers of this Stromes are charged ions. Because the silicate ions in the glass are relatively large and since lead ions are also relatively large in lead glass, one can assume that the main part of the current is through the smaller positive sodium ions in the glass is formed. The positive sodium ions migrate to the negative terminal and become there to sodium atoms. In lead glass, the sodium atoms reduce the lead oxide molecules to lead and form so-called lead trees around the negative electrode. As is well known If such lead trees are present, gas can pass through the glass bulb. Furthermore, those parts of the glass that have lost their sodium ions will porous and therefore allow air to pass through.

Es ist die Hypothese aufgestellt worden, daß Betastrahlen, d. h. Elektronen, die Natriumionen neutralisieren können und die Wanderung von Natriumionen im Glas somit unterbinden können. Es tritt somit keine Verarmung an Natriumionen im Glas auf, und es bilden sich keine sogenannten Bleibäume um die negativen Elektroden herum. Obwohl also nach wie vor durch eine derartige Elektronenzufuhr Natriumionen zu Natriumatomen reduziert werden, findet dieser Prozeß im ganzen Glasvolumen und nicht nur an den negativen Elektroden statt.It has been hypothesized that beta rays, i.e. H. Electrons, which can neutralize sodium ions and the migration of sodium ions in the glass can thus prevent. There is therefore no depletion of sodium ions in the glass and no so-called lead trees form around the negative electrodes hereabouts. Although, as before, sodium ions are still due to such an electron supply are reduced to sodium atoms, this process takes place in the whole glass volume and not just held on the negative electrodes.

Eine weitere Hypothese besteht darin, daß eine Ionenbewegung durch die Bestrahlung mit Elektronen an der Innenseite des Glaskolbens hervorgerufen wird. Es ist bekannt, daß bei Bestrahlung einer Glaswand mit primären Elektronen, deren Energien innerhalb bestimmter Grenzen liegen, sekundäre Elektronen aus dem Glase in genügender Anzahl austreten, um der Glaswand eine positive Spannung gegenüber den nicht mit Elektronen bestrahlten Teilen der Glaswand zu erteilen. Es ist angenommen worden, daß unter diesen Bedingungen Sauerstoffionen durch die Glaswand an die mit Elektronen bestrahlten Stellen des Glases wandern, wo sie ihre überschüsigen Elektronen abgeben und zu freiem Sauerstoff werden. Bekanntlich ruft Sauerstoff innerhalb von Elektronenröhren eine Vergiftung der Kathoden hervor. Eine weitere Hypothese besteht darin, daß die Betastrahlen' nicht eine ausreichende Zahl" von "Sekundärelektronen freisetzen, um die Glasoberfläche positiv aufzuladen. Da die Betastrahlen selbst aus negativen Ladungen bestehen, würde durch die Betastrahlen im Glas eine Neutralisierung der positiven Ladungen hervorgerufen werden, die von der primären Elektronenbestrahlung herrührt. Dadurch wird die Wanderung der Sauerstoffionen verhindert.Another hypothesis is that ions move through the irradiation with electrons is caused on the inside of the glass bulb. It is known that when a glass wall is irradiated with primary electrons, their Energies are within certain limits, secondary electrons from the glass emerge in sufficient numbers to create a positive voltage on the glass wall to the parts of the glass wall not irradiated with electrons. It is accepted been that under these conditions oxygen ions through the glass wall to the with Electrons migrate to irradiated areas of the glass, where they get their excess electrons give up and become free oxygen. As is known, oxygen gets within Electron tubes poison the cathodes. Another hypothesis exists in that the beta rays' do not have a sufficient number of "of" secondary electrons release to positively charge the glass surface. Because the beta rays themselves consist of negative charges, the beta rays in the glass would neutralize them of the positive charges generated by the primary electron irradiation originates. This prevents the migration of oxygen ions.

Unabhängig davon, wie man sich die Verhinderung oder Verzögerung der Zersetzung des Glases erklären will, hat jedenfalls die Erfahrung gezeigt, daß die Benutzung eines radioaktiven Präparats die Zersetzung des Glases verzögert.Regardless of how you go about preventing or delaying the Wants to explain the decomposition of glass, experience has shown that the Using a radioactive preparation delays the decomposition of the glass.

Bei einem Versuch wurden beispielsweise Röhren der Type RCA 6 JE 6, deren Kolben aus gewöhnlichem Kalziumglas und deren Böden aus Bleiglas bestanden, zum Teil mit einem radioaktiven Präparat Ni-63 ausgerüstet und zum Teil ohne ein derartiges Präparat in Benutzung genommen. Nach einem Betrieb von 500 Stunden wurde beobachtet, daß die Röhren ohne das radioaktive Präparat eine erhebliche Zersetzung des Glases zeigten, jedoch zeigten sich bei denjenigen Röhren, die mit dem radioaktiven Präparat ausgerüstet waren, keine Zersetzungserscheinungen. Nach weiteren 1000 Betriebsstunden waren die Zersetzungserscheinungen des Glases bei den mit dem Präparat ausgerüsteten Röhren viel kleiner als nach 500 Betriebsstunden bei den Röhren ohne ein solches Präparat.In an experiment, for example, tubes of the type RCA 6 JE 6, whose flasks were made of normal calcium glass and whose bottoms were made of lead glass, were partly equipped with a radioactive preparation Ni-63 and partly used without such a preparation. After 500 hours of operation, it was observed that the tubes without the radioactive preparation showed considerable decomposition of the glass, but those tubes which were equipped with the radioactive preparation showed no signs of decomposition. After a further 1000 operating hours, the signs of decomposition of the glass in the tubes equipped with the preparation were much smaller than after 500 operating hours in the tubes without such a preparation.

In einer weiteren Versuchsreihe unter Benutzung von Röhren der Type RCA 6BK4 mit Kolben und Böden aus Bleiglas traten nach 1000 Betriebsstunden ohne ein radioaktives Präparat deutliche Zersetzungserscheinungen auf, während Röhren, die ein Präparat Ni-63 enthielten, sehr geringe Zersetzungserscheinungen zeigten. Auch nach 1000 Betriebsstunden fielen einige Röhren ohne ein solches Präparat wegen des während dieser Zeit gebildeten Gasgehaltes aus, während alle Röhren, die das Präparat enthielten, noch betriebsfähig waren.In a further series of experiments using tubes of the type RCA 6BK4 with pistons and bottoms made of lead glass occurred after 1000 hours of operation without a radioactive preparation shows clear signs of decomposition, while tubes, containing a preparation Ni-63 showed very little deterioration. Even after 1000 hours of operation, some tubes fell because of without such a preparation of the gas content formed during this time, while all tubes that use the Containing the preparation were still operational.

Die Erfindung läßt sich auch auf Röhren mit Metallkolben anwenden, da auch diese einen Boden aus Glas, durch den die Elektrodenzuleitungen hindurchgeführt sind, enthalten.The invention can also be applied to tubes with metal pistons, as this also has a bottom made of glass through which the electrode leads are passed included.

Claims

Claims: 1. Electron discharge tube with glass parts that subject to the risk of decomposition, d a -characterized that within A radioactive preparation is attached to the tube separately from the tube electrodes is that irradiates the mentioned glass parts.

2. Tube according to claim 1, characterized in that that the glass parts subject to the risk of decomposition form part of the piston wall form.

3. Tube according to claim 1 or 2, characterized in that the radioactive Preparation is a beta radiation source.

4. Tube according to one of the preceding claims, characterized in that the radioactive preparation of radioactive nickel 63 consists.

5. Tube according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the tubular piston at the Entry point for the electrode leads with a Glass bottom is closed, and that the radioactive preparation to one of the electrode leads is welded on.

6. Tube according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the tube has a bulb made of calcium glass and a base made of lead glass. In Considered publications: German patent application S 11430 VIII c / 21 g (announced December 27, 1951); “Journ. At the. Ceram. Society ", Vol. 29, 1946, pp. 277 to 281; S t e y s k a l, »Working methods and material science of high vacuum technology«, Mosbach / Baden, 1955, page 51.