DE1248819B

DE1248819B -

Info

Publication number: DE1248819B
Application number: DENDAT1248819D
Authority: DE
Priority date: 1961-03-06
Publication date: 1967-08-31
Also published as: GB928012A; US3173048A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-13/30

Nummer: 1 248 819

Aktenzeichen: B 66185 VIII c/21 g

Anmeldetag: 2. März 1962

Auslegetag: 31. August 1967

Die Erfindung betrifft eine mit Hochvakuum arbeitende Elektronenröhre, die in dem Hauptfeld einer Magnetanordnung angeordnet ist.

Hochvakuumelektronenröhren der hier zur Erörterung stehenden Art umfassen Schwingungs- 5 erzeugungsröhren und Verstärkerröhren und Modulatorröhren, insoweit solche Röhren mit einem außerhalb der Röhre erzeugten Magnetfeld arbeiten und die Arbeitsweise einer solchen Röhre im wesentlichen auf der Elektronenemission im Hochvakuum beruht.

Die Lebensdauer derartiger Röhren wird dadurch begrenzt, daß störende Gase, die in den Metallteilen der Röhre okkludiert sind, frei gemacht werden. Vergiftungserscheinungen der Kathoden, Zerstäubung derselben, schlechte Ausgangsleistung und viele andere zu beanstandende Erscheinungen ergaben sich unter diesen Verhältnissen. Die Beseitigung schädlicher frei gemachter Gase im Wege des Vakuumpumpverfahrens ist in letzter Zeit wesentlich verbessert worden, wenn jedoch die Röhre fertig hergestellt ist und abgeschmolzen ist, ergab sich bisher keine Möglichkeit, frei werdende Gase zu beseitigen.

Zu dem Zweck, die Lebensdauer der Hoch-Vakuumelektronenröhre zu verbessern, sieht die Erfindung vor, daß mit dem Hochvakuumraum der Röhre eine in dem Streufeld der Magnetanordnung angeordnete Ionengetter-Vakuumpumpe verbunden ist. Es ist bereits bekannt, eine mit einer Ionenentladung in einem Magnetfeld arbeitende Pumpenanordnung oder Vakuummeßanordnung unmittelbar an einer Röntgenröhre vorzusehen. Die Erfindung schafft jedoch eine selbstpumpende Elektronenröhre, bei der eine gesonderte Magnetanordnung für die Ionengetter-Vakuumpumpe eingespart wird. Die Pumpenanordnung kann außerordentlich klein sein und wird allein durch eine zugeführte Gleichspannung betrieben. Die Erfindung ist besonders bei gedrängt ausgebildeten Elektronenröhren von Interesse. Übliche Elektronenröhren können so wieder nach Betrieb oder nach längerer Lagerung auf ihre gewünschte Spitzenleistung gebracht werden, wenn eine Messung des Vakuums gezeigt hat, daß schädliche Gase sich entwickelt haben. Röhren, die jetzt nach einer bestimmten Betriebszeit ersetzt werden, können bei Anwendung der Erfindung eine längere Zeit betrieben werden, wobei die Betriebszeitdauer durch die Sättigung der Pumpenanordnung begrenzt ist. Infolge der erhöhten Lebensdauer und des besseren maximalen Wirkungsgrades lassen sich beträchtliche Ersparnisse bei dem Ersatz der Röhren erzielen.

Hochvakuumelektronenröhre mit
Magnetanordnung

Anmelder:

Bomac Laboratories, Inc.,

Beverly, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:
Herbert Hinquon Chun,
Marblehead, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 6. März 1961 (93 399)

Räumlich besonders vorteilhaft bei einem Magnetron ist eine Anordnung gemäß der Erfindung, bei der die Magnetanordnung aus einander gegenüberliegend angeordneten U-Permanentmagneten besteht, die mit ihren Polschuhstirnflächen an das Gehäuse der Magnetronröhre angesetzt sind, und die Ionengetterpumpe in dem U-Innenraum eines der Permanentmagneten angeordnet ist.

Vorteilhaft ist die Ionengetterpumpe zylindrisch ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, wobei es sich um eine Magnetronröhre handelt, wobei die Röhre von der Ausgangsseite her betrachtet ist,

F i g. 2 eine um 90° versetzte Darstellung der in F i g. 1 dargestellten Anordnung, wobei ein Teil der Magnetanordnung abgeschnitten dargestellt ist, und

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

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Die Zeichnungen zeigen eine Magnetron-Schwingungserzeugerröhre, die aus einem hochevakuierten Vakuumgefäß 1 besteht, in welchem die Kathode und die unterteilte Anode an sich bekannter Bauart untergebracht sind.

Äußere Magneten 3 und 4 stoßen an das Gehäuse der Vakuumröhre an und sind im wesentlichen von U-Form und liefern das magnetische Feld, welches für den Betrieb einer solchen Röhre erforderlich ist. Der Auskoppelflansch 2 ist üblicher Bauart, und ein Ansatzstutzen für die Glühkathode ist mit 5 bezeichnet; mit 6 sind Kühlrippen bezeichnet, und 7 ist eine Abstimmvorrichtung, die ein Zahnrad 8 umfaßt.

Bei der Röhre gemäß der Erfindung ist eine aus nur einer Zelle bestehende ionische Getterpumpe 9 vorgesehen und in dem Innenraum der parallelen Schenkel des Magneten 4 angeordnet. Die Pumpe 9 steht mit dem Inneren des Röhrengehäuses 1 durch ein Verbindungsrohr 12 in Verbindung. Die Pumpenanordnung 9 ist innerhalb des Magneten 4 dargestellt, es kann jedoch der Innenraum des Magneten 3 in ähnlicher Weise ausgenutzt werden. Gegebenenfalls können zwei oder mehr Pumpen Anwendung finden.

Die Arbeitsweise der ionischen Getterpumpe soll im nachstehenden kurz erörtert werden. Derartige Pumpen sind in ihren Einzelheiten in dem Aufsatz von L. D. Hall in der Zeitschrift »Review Scientific Instruments«, Mai i958, S. 367 bis 370, beschrieben.

Es wird eine Glimmentladung an einer kalten Kathode erzeugt und zwischen einer Anode und einer Mehrzahl plattenförmiger Kathoden aufrechterhalten, wobei eine geeignete positive Spannung an die Anode gelegt wird. Die plattenförmige Kathodenanordnung und das Gehäuse der Röhre befinden sich auf Erdpotential. Die Elektrodenteile der Pumpenanordnung bestehen aus chemisch reaktivem Material, beispielsweise aus Titan, und es ist ein magnetisches Feld von mindestens 1000 Gauß oder mehr vorgesehen, welches senkrecht die Kathodenplatten durchsetzt. Die zu der Anode fließenden Elektronen werden unter dem Einfluß des elektrischen Feldes und eines starken magnetischen Feldes in Spiralbahnen gebracht. Die beträchtlich vergrößerte Weglänge der Elektronen erhöht die Wahrscheinlichkeit des Zusammenstoßes zwischen Elektronen und Gasmolekülen. Diese Zusammenstöße erzeugen Gasionen und setzen in großer Menge Elektronen frei. Die freien Elektronen wiederum stoßen mit anderen Gasmolekülen zusammen und setzen Ionen und Elektronen frei. Die positiv geladenen Gasionen treffen auf die. aus Titan bestehende plattenförmig ausgebildete Kathode, so daß Titan-Atome zerstäuben und sich auf der Anode niederschlagen. Die frisch niedergeschlagenen Titan-Atome bilden chemische Kombinationen mit aktivem Gas, wodurch stabile Verbindungen erzeugt werden. Chemisch inerte Gasatome werden ebenfalls dadurch entfernt, daß dieselben in der Kathode eingegraben werden und an der Anode eingefangen werden.

Bei der Röhre nach der Erfindung wird ein äußerer magnetischer Kreis verwendet, der in seinem Streufeld eine magnetische Feldstärke von 1000 bis 1500 Gauß liefert, und zwar an der mit 15 bezeichneten Stelle. Unter Anwendung eines derartigen Magneten wird eine nur eine Anode besitzende ionische Getter-Vakuumpumpe 9 in die Nähe der Kühlrippen 6 gebracht, wo die größte magnetische Feldstärke herrscht. Das Verbindungsrohr 12 hatte einen Durchmessser von etwa 5 mm und die Pumpgeschwindigkeit betrug etwa 0,2 1 pro Sekunde, wobei eine positive Gleichspannung von 1000.bis 4000 Volt an die Klemme 11 des Fortsatzes 10 gelegt wurde.

Die zusammengesetzte Elektronenröhre wird unter Anwendung sämtlicher Evakuierungsschritte in üblicher Weise evakuiert, wobei eine geeignete Pumpenanordnung an den Pumpstutzen 13 angeschlossen wurde, bis ein Druck von 10~⁷ mm Hg gemessen wurde. Es wurde dann die Pumpleitung abgezogen und an der Stelle 14 verschlossen, so daß eine vollständige betriebsfähige Röhre entsteht, an die eine äußere Ionengetterpumpe angeschlossen ist. Eine beachtliche Eigenschaft einer ionischen Getterpumpe liegt darin, daß der Pumpstrom in linearer Beziehung zur Dichtigkeit der Gasmoleküle in dem Vakuumgefäß steht. Durch Anwendung eines empfindlichen Mikro-Amperemeters zum Bestimmen des Pumpstromes kann daher der Gasgehalt in der Vakuumröhre direkt angezeigt werden.

Da der Wirkungsgrad sämtlicher Hochvakuum-Elektronenröhren bei Anwesenheit des Gases in der Elektronenröhre verschlechtert wird und die Lebensdauer verringert wird, kann die angesetzte äußere Pumpe dem Zwecke dienen, lediglich durch Zuführen einer positiven Gleichspannung das ursprüngliche Vakuum in der Röhre zu verbessern. Die Versuche haben gezeigt, daß es unmittelbar erforderlich ist, den Druck auf den Betrag von 10~⁷ mm Hg oder besser zu verringern, wenn die Ablesung des Entladungsstromes auf einen Druck von 10~⁴ bis 10~⁵ mm Hg schließen läßt. Die hohe Lebensdauer einer solchen Pumpe ist ebenfalls von Wichtigkeit, es hat sich nämlich gezeigt, daß kommerziell brauchbare ionische Getterpumpen mit Titan-Elektroden eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer bis zu 100 000 Stunden haben.

Es ist offensichtlich, daß elektronische Entladungsröhren, die mit einem äußeren Magnetfeld arbeiten, gemäß der Erfindung mit einer höheren Lebensdauer betrieben werden können und länger gelagert werden können, als dies bisher der Fall war. Abgesehen von Magnetronröhren, können angesetzte Pumpen auch bei Röhren mit sich kreuzenden Feldern, Amplitronröhren oder Stabilitronröhren verwendet werden, wo ein hinreichender Platz in dem Streufeld von 1000 Gauß oder mehr eines Magneten vorhanden ist.

Im vorstehenden Zusammenhang wurde eine nur aus einer Zelle bestehende Ionengetterpumpe erörtert; es können jedoch in der Pumpe auch Elektrodenanordnungen verwendet werden, die aus einer Vielzahl Zellen bestehen, wenn es sich um Röhren eines größeren Innenvolumens handelt.

Claims

Patentansprüche:

1. Hochvakuumelektronenröhre, die in dem Hauptfeld einer Magnetanordnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Hochvakuumraum der Röhre (1) eine in dem Streufeld der Magnetanordnung (4) angeordnete Ionengetter-Vakuumpumpe (9) verbunden ist.

2. Hochvakuumelektronenröhre nach Anspruch 1, wobei die Röhre als Magnetron ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetenanordnung aus einander gegenüberlie-

gend angeordneten U-Permanentmagneten (3, 4) besteht, die mit ihren Polschuhstirnflächen an das Gehäuse der Magnetronröhre angesetzt sind, und daß die Ionengetterpumpe (9) in dem U-Innenraum eines der Permanentmagneten angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionengetterpumpe (9) zylinderförmig ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 634 981.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 639/418 8. 67