DE1276242B

DE1276242B - Cathode assembly for gas discharge devices

Info

Publication number: DE1276242B
Application number: DEH61386A
Authority: DE
Inventors: Hayden E Gallagher; Wolfgang Knauer
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1966-01-03
Filing date: 1966-12-23
Publication date: 1968-08-29
Also published as: SE329450B; US3439210A; CH451350A; GB1147670A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES MUWWl· PATENTAMT Int. Cl.: FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN MUWWl · PATENT OFFICE Int. Cl .:

H05hH05h

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 21g-61/00 German class: 21g -61/00

Nummer: 1 276 242Number: 1 276 242

Aktenzeichen: P 12 76 242.4-33 (H 61386)File number: P 12 76 242.4-33 (H 61386)

Anmeldetag: 23. Dezember 1966Filing date: December 23, 1966

Auslegetag: 29. August 1968Opening day: August 29, 1968

Die Erfindung betrifft eine Kathodenanordnung für Gasentladungsvorrichtungen, in denen von der Kathode thermisch emittierte Elektronen zur Bildung eines Plasmas ein Gas ionisieren (vgl. die französische Patentschrift 1 392 968).The invention relates to a cathode arrangement for gas discharge devices in which the cathode thermally emitted electrons ionize a gas to form a plasma (cf. the French Patent 1,392,968).

Der Bauteil, der in Gasentladungsvorrichtungen, wie beispielsweise in Ionentriebwerken, am stärksten einer Zerstörung ausgesetzt ist, ist gewöhnlich die Kathode. Die Kathode liefert die Elektronen, die das Gas innerhalb der Vorrichtung beschießen, um die Ionen zu bilden. Wenn das Gas ionisiert worden ist, werden die Gasionen elektrostatisch mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, um den gewünschten Schub zu erzeugen. Derartige Schubtriebwerke sind für die Verwendung im Weltraum vorgesehen, so daß von dem Triebwerk eine hohe Lebensdauer gefordert werden muß, die von 1000 bis über 10000 Betriebsstunden betragen kann.The component that is most powerful in gas discharge devices such as ion thrusters susceptible to destruction is usually the cathode. The cathode provides the electrons that make the Blast gas within the device to form the ions. When the gas has been ionized, the gas ions are electrostatically expelled at high speed to achieve the desired To generate thrust. Such thrust engines are intended for use in space, see above that the engine must have a long service life, from 1000 to over 10000 hours of operation can be.

Es wurden erhebliche Anstrengungen gemacht, um Kathoden zu erzeugen, die während der ganzen er- ao forderlichen Betriebszeit Elektronen zu liefern vermögen. Die hierbei auftretenden Schwierigkeiten liegen darin, daß der resultierende Emissionsstrom, der eine auf ein Heizelement aufgebrachte Schicht aus einem Elektronen emittierenden Material durchfließt, diese Schicht überhitzt und zu einem Abblättern sowie zu Verdampfungsverlusten des emittierenden Materials führt, wenn diese Schicht eine relativ große Dicke aufweist. Eine andere Erscheinung, die einen Verlust des emittierenden Materials aus der emittierenden Schicht verursacht, ist die Zerstäubung des Materials unter der Wirkung des Ionenbeschusses. Wenn die Kathode der vollen Beschußdichte ausgesetzt ist, wie sie innerhalb der Plasmaentladungsvorrichtung existiert, wird die Elektronen emittierende Schicht in kurzer Zeit zerstäubt, so daß die Kathode inaktiv wird.Considerable effort has been made to produce cathodes that will operate throughout the er ao able to deliver electrons for the required operating time. The difficulties that arise here lie in the fact that the resulting emission current, which consists of a layer applied to a heating element An electron-emitting material flows through it, this layer overheats and flakes off as well leads to evaporation losses of the emitting material if this layer has a relatively large thickness having. Another phenomenon that is a loss of the emitting material from the emitting Layer caused is the atomization of the material under the effect of ion bombardment. If the Cathode is exposed to the full bombardment density as it exists within the plasma discharge device, the electron-emitting layer is sputtered in a short time so that the cathode becomes inactive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Kathodenanordnung zu schaffen, bei der Verluste an emittierendem Material infolge der Widerstandswärme im wesentlichen vermieden und die Zerstäubungsverluste wesentlich vermindert sind, so daß eine Kathode geschaffen wird, die auch in Plasmaentladungsvorrichtungen eine relativ lange Lebensdauer aufweist.The invention is based on the object of creating a new cathode arrangement in which losses of emitting material as a result of the resistance heat is essentially avoided and the atomization losses are substantially reduced, so that a cathode is created, which is also used in plasma discharge devices has a relatively long service life.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die eingangs bezeichnete Kathodenanordnung ein vielfach mäanderförmig gewundenes Blech oder Netz aus Metall aufweist, das mit einer Schicht aus einem Elektronen emittierenden Material bedeckt ist und dessen einander benachbarte Windungen einen Abstand voneinander haben, der dem Plasma ein Eindringen zwischen die Windungen ermöglicht.This object is achieved according to the invention in that the cathode arrangement described at the beginning has a multiple meandering sheet or metal mesh with a layer is covered from an electron-emitting material and its adjacent turns one Be spaced apart to allow the plasma to penetrate between the turns.

Kathodenanordnung für
GasentladungsvorrichtungenCathode assembly for
Gas discharge devices

Anmelder:Applicant:

Hughes Aircraft Company,Hughes Aircraft Company,

Culver City, Calif. (V. St. A.)Culver City, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Phys. R. KohlerDipl.-Phys. R. Kohler

und Dipl.-Phys. H. Schwindling, Patentanwälte,and Dipl.-Phys. H. Schwindling, patent attorneys,

7000 Stuttgart, Hohentwielstr. 287000 Stuttgart, Hohentwielstr. 28

Als Erfinder benannt:
Hayden E. Gallagher,
Wolfgang Knauer,
Malibu, Calif. (V. St. A.)Named as inventor:
Hayden E. Gallagher,
Wolfgang Knauer,
Malibu, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Januar 1966
(518 246)Claimed priority:
V. St. v. America January 3, 1966
(518 246)

Es ist eine dem Blech oder Netz Heizstrom zuführende Heizvorrichtung vorgesehen.A heating device is provided which supplies heating current to the sheet metal or network.

Die Kathode kann also aus einem dünnen Metallblech oder vorzugsweise einem Metallnetz bestehen, das mit einem Elektronen emittierenden Material bedeckt ist. Das Metallblech oder -netz ist zu einer vielfach gewundenen Form gefaltet, um die Oberfläche der Kathode zu vergrößern und zugleich den Flächenanteil zu vermindern, der dem vollen Ionenbeschuß ausgesetzt ist. Wenn ein Netz benutzt wird, ist die Oberfläche der Kathode in einem solchen Maße vergrößert, daß eine dünnere Schicht des emittierenden Materials aufgebracht werden kann, als es je bisher möglich war. Dies ist für die Ausschaltung der Wirkungen der Widerstandswärme von Vorteil. Da nicht die gesamte emittierende Oberfläche nicht dem Beschüß aus dem Bereich der vollen Ionendichte innerhalb der Plasmaentladung ausgesetzt ist, sind auch die Zerstäubungsverluste vermindert. Darüber hinaus wird infolge der gewundenen Form der Kathode Oberflächenmaterial, das durch Zerstäuben abgelöst wird, an benachbarten Kathodenflächen wieder niedergeschlagen, so daß es wieder in das aktive Material einbezogen wird.The cathode can therefore consist of a thin metal sheet or preferably a metal mesh, which is covered with an electron-emissive material. The metal sheet or net is a multiple sinuous shape folded in order to enlarge the surface of the cathode and at the same time the surface area to reduce, which is exposed to the full ion bombardment. If a network is used, that is Surface of the cathode enlarged to such an extent that a thinner layer of the emitting Material can be applied than has ever been possible before. This is for eliminating the effects the resistance heat beneficial. Since not the entire emitting surface is not bombarded from the area of full ion density within the plasma discharge are also exposed reduces the atomization losses. In addition, as a result of the tortuous shape of the cathode Surface material that is peeled off by sputtering is deposited again on adjacent cathode surfaces, so that it is included again in the active material.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.The invention is described in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.

809 598/454809 598/454

3 43 4

Es zeigt 0,1 mm. Es versteht sich, daß diese Angaben nur zurIt shows 0.1 mm. It goes without saying that this information is only for

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Kathodenan- Veranschaulichung der Erfindung dienen und keineF i g. 1 is a plan view of a cathode illustrative of the invention and is not

Ordnung, beschränkende Bedeutung haben.Order, have a restrictive meaning.

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II durch die Aus der in den F i g. 1 und 1 veranschaulichtenF i g. 2 shows a section along the line II-II through the out of the FIG. 1 and 1 illustrated

Anordnung nach F i g. 1, 5 Anordnung ist ersichtlich, daß die Wärmeabschirmun-Arrangement according to FIG. 1, 5 arrangement it can be seen that the heat shielding

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht der Netzstruktur gen den gesamten emittierenden Aufbau der KathodeF i g. 3 shows an enlarged view of the network structure towards the entire emitting structure of the cathode

der Kathode, bis auf ein Ende umgeben und daß der emittierendethe cathode, surrounded except for one end and that the emitting

F i g. 4 eine Ansicht einer anderen Form des Heiz- Aufbau eine gewundene Gestalt hat. Hierdurch wirdF i g. Figure 4 is a view of another form of heating structure having a tortuous shape. This will

elementes, wie es bei einer Kathodenanordnung ahn- erreicht, daß die emittierende Oberfläche der Kathoden-element, as it is achieved with a cathode arrangement that the emitting surface of the cathode

lich F i g. 1 Verwendung finden kann, « anordnung etwa das Zehnfache der Oberfläche beträgt,Lich F i g. 1 can be used, «arrangement is about ten times the surface,

F i g. 5 eine Draufsicht auf eine andere Kathoden- die der Ionenkammer zugewandt ist. Auf diese WeiseF i g. 5 is a plan view of another cathode facing the ion chamber. In this way

anordnung und werden die Zerstäubungsverluste etwa auf ein Zehntelarrangement and the atomization losses are about a tenth

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI durch des Wertes vermindert, die bei Kathoden auftreten,F i g. 6 a section along the line VI-VI reduced by the value that occurs with cathodes,

die Anordnung nach F i g. 5. bei denen die gesamte emittierende Oberfläche derthe arrangement according to FIG. 5. in which the entire emitting surface of the

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Kathode weist 15 Ionenkammer zugewandt ist. Der Grundgedanke drei Wärmeabschirmungen 10, 12 und 14 auf, die besteht demnach darin, daß unabhängig von der tateinen zylindrischen Topf bilden. Es versteht sich, sächlichen Größe der emittierenden Oberfläche der daß auch eine andere Anzahl von Wärmeabschir- Kathode die Gesamtzahl der energiereichen Ionen, mungen vorgesehen sein kann. Innerhalb des inneren die auf die Kathode aufprallen, von der Vorderfläche Topfes 14 ist eine Elektronen emittierende Anordnung 20 der Kathode bestimmt wird, die dem Plasma zuge-16 vorgesehen. Diese Anordnung kann ein dünnes wandt ist. Diese Überlegung ist richtig, weil der größte Metallblech oder ein Metallnetz enthalten. Bevorzugt Teil der Ionenerzeugung über das ganze Volumen der wird ein Metallnetz 18, von dem in F i g. 3 ein Ab- Entladungskammer verteilt ist. Dies bedeutet mit schnitt vergrößert dargestellt ist. Das Metallnetz ist anderen Worten, daß der Anteil von Ionen, der in mit einem Material überzogen, das Elektronen 25 unmittelbarer Nachbarschaft der Kathode erzeugt emittiert, wenn es erwärmt wird. wird, relativ klein ist. Bei einer gewundenen StrukturThe in the F i g. 1 and 2 shown cathode has 15 facing ion chamber. The basic idea three heat shields 10, 12 and 14, which is therefore that regardless of the fact form a cylindrical pot. It goes without saying, the neuter size of the emitting surface of the that a different number of heat shielding cathodes also counts the total number of high-energy ions, can be provided. Inside the interior that impinge on the cathode, from the front face Pot 14 is an electron-emitting arrangement 20 of the cathode, which is added to the plasma intended. This arrangement can turn a thin one. This consideration is correct because it is the greatest Metal sheet or metal mesh included. Prefers part of the ion generation over the entire volume of the a metal net 18, of which in F i g. 3 a discharge chamber is distributed. This means with Section is shown enlarged. The metal network is, in other words, that the proportion of ions in coated with a material that generates electrons in the immediate vicinity of the cathode emitted when heated. is relatively small. With a sinuous structure

Das Metallnetz hat eine gewundene Form, die in von der Art, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, der Endansicht nach F i g. 1 als blütenähnlich be- ist anzunehmen, daß die Plasmadichte innerhalb der zeichnet werden kann. Das beispielsweise mit einem von dem Kathodennetz gebildeten Windungen sich von Oxyd beschichtete Metallnetz ist in die blütenähnliche 30 selbst auf den Wert einstellt, der durch das Eindringen Gestalt unter Verwendung einer Vielzahl von von Ionen aus dem Hauptplasma bedingt ist. Die Pföstchen21 und 23 gebogen, die den Radius der Plasmadichte wird deshalb in der unmittelbaren einzelnen Biegungen bestimmen. Jedes der Pföstchen, Nachbarschaft der Kathodenoberfläche innerhalb der die aus Aluminiumoxyd bestehen, werden von den Windungen kleiner sein als in dem Rest der Entladungs-Biegungen des mit Oxyd beschichteten Metallnetzes an 35 kammer. Infolgedessen ist zu erwarten, daß das Verihrem Platz gehalten und dienen zur Versteifung des hältnis der Dichte des Ionenstromes, der die emittierende Netzes gegen seitlichen Druck. Das mit Oxyd be- Oberfläche der Kathode beschießt, zu der Dichte des schichtete Metallnetz wird innerhalb des Abschirm- Ionenstromes, der in der Entladungskammer an der topf es 14 von mehreren Isolatoren 20,22,24,26 und 28 Vorderfläche der Kathode vorhanden ist, in der gleichen aus Aluminiumoxyd getragen, die an dem Boden des 4° Größenordnung liegt wie das Verhältnis der vorderen Abschirmtopfes befestigt sind, sich an der Kathode Kathodenfläche zu der emittierenden Gesamtfläche entlang erstrecken und konzentrisch zum Topf fest- der Kathode.The metal mesh has a convoluted shape which is of the type shown in FIGS. 1 and 2 is shown, the end view of FIG. 1 is to be assumed to be flower-like that the plasma density is within the can be drawn. The turns formed, for example, with one of the turns of the cathode network Oxide-coated metal net is set in the flower-like 30 itself to the value that is caused by the penetration Shape is conditioned using a multitude of ions from the main plasma. the Pföstchen21 and 23 bent, which is the radius of the plasma density is therefore in the immediate determine individual bends. Each of the pegs, the cathode surface within the neighborhood those made of alumina will be smaller in the turns than in the rest of the discharge bends of the metal mesh coated with oxide on 35 chambers. As a result, it is to be expected that the herem Hold space and serve to stiffen the ratio of the density of the ion current, which the emitting Mesh against side pressure. The surface of the cathode is bombarded with oxide, to the density of the layered metal mesh is within the shielding ion current, which in the discharge chamber at the pot it 14 of several insulators 20,22,24,26 and 28 front surface of the cathode is present in the same borne of alumina, which is at the bottom of the 4 ° order of magnitude as the ratio of the front Shielding pot are attached to the cathode cathode surface to the emitting total surface Extend along and concentric to the pot - the cathode.

halten. Bei Bedarf können auch ein oder mehr Bei einem Verhältnis von 10:1, das sich als sehrkeep. If necessary, you can also use one or more At a ratio of 10: 1, which turns out to be very

Isolatoren am Boden des Topfes angeordnet sein und praktisch herausgestellt hat, kann die Oxydschicht,Insulators are arranged at the bottom of the pot and has practically turned out, the oxide layer,

die Kathode im Abstand vom Boden des Topfes 45 die für eine Lebensdauer von 10000 Stunden benötigtthe cathode at a distance from the bottom of the pot 45 which is required for a service life of 10,000 hours

halten. wird, gegenüber der bisher benötigten Menge um denkeep. compared to the previously required amount by the

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, stehen vom Faktor 10 reduziert werden.As shown in FIGS. 1 and 2 can be seen, are reduced by a factor of 10.

Boden des Topfes Heizleiter 30 und 32 ab und sind mit Bei der Verwendung eines Drahtnetzes anstatt einesBottom of the pot heating conductors 30 and 32 from and are with When using a wire mesh instead of one

den Enden des Drahtnetzes auf geeignete Weise ver- Bleches ist eine zusätzliche Unterbringung von Elek-the ends of the wire mesh in a suitable way. Sheet metal is an additional accommodation for electrical

bunden. Eine bevorzugte Anordnung ist in F i g. 1 ver- 50 tronen emittierendem Material zwischen den einzelnenbound. A preferred arrangement is shown in FIG. 1 substitute emissive material between the individual

anschaulicht. Zwei Nickelstreifen 29 und 31 bzw. 33 Drähten des Kathodennetzes möglich. Daher kannillustrative. Two nickel strips 29 and 31 or 33 wires of the cathode network are possible. Hence can

und 35 sind so gebogen, daß sie den entsprechenden die Dicke zusätzlich um den Faktor 2 vermindertand 35 are bent in such a way that they additionally reduce the thickness by a factor of two

Heizleiter 30 bzw. 32 und das entsprechende Ende des werden, so daß die endgültig benötigte Dicke desHeating conductor 30 or 32 and the corresponding end of the, so that the final required thickness of the

Metallnetzes umgreifen. Die Nickelstreifen sind dann emittierenden Materials in der Größenordnung vonEncompass the metal net. The nickel strips are then of the order of emissive material

durch Punktschweißen befestigt, um sowohl die be- 55 0,25 mm liegen kann. Das ist ein im Hinblick auf dieattached by spot welding to both the 55 0.25 mm can be. That's one in terms of that

nötigten elektrischen Verbindungen herzustellen als Entwicklung von Joulescher Wärme sehr befriedigendermaking the necessary electrical connections is more satisfactory than the development of Joule heat

auch die mechanische Festigkeit zu geben. Wert, zumal die mittlere Dichte des Elektronenstromesalso to give the mechanical strength. Value, especially since the mean density of the electron flow

Bei einer praktischen Ausführungsform besteht das wegen der großen Gesamtoberfläche ebenfalls geringIn a practical embodiment, this is also small because of the large total surface area

Metallnetz aus Nickeldraht von etwa 0,11 mm Durch- ist. Endlich geht bei einer gefalteten oder gewundenenMetal mesh made of nickel wire with a diameter of about 0.11 mm. Finally going for a folded or twisted one

messer, und es sind in beiden Richtungen etwa 28 60 Anordnung von der Art, wie sie in F i g. 1 veran-knife, and there are about 28 60 arrangements in both directions of the type shown in FIG. 1 caused

Drähte pro cm vorgesehen. Die Breite des Netzes be- schaulicht ist, ein großer Teil des zerstäubten aktivenWires provided per cm. The width of the network is illustrated, a large part of the atomized active

trägt etwa 13 mm. Ein Stück dieses Drahtnetzes von Materials nicht verloren, sondern wird auf anderencarries about 13 mm. A piece of this wire mesh of material is not lost, but is put on another

etwa 150 mm Länge ist dann zu der blütenähnlichen aktiven Teilen der Kathodenoberfläche wieder nieder-about 150 mm in length is then down to the flower-like active parts of the cathode surface.

Gestalt gebogen. Auf das Netz ist ein Überzug von geschlagen.Curved shape. A covering of is struck on the net.

Bariumoxyd als emittierendes Material aufgebracht. 65 Die erfolgreiche Anwendung von Kathoden nachBarium oxide applied as an emitting material. 65 The successful application of cathodes according to

Die Menge des aufgebrachten Materials beträgt der Erfindung hängt in hohem Maße davon ab, ob dasThe amount of material applied is the invention depends to a large extent on whether the

10 mg je cm². Die Wärmeabschirmungen bestehen Plasma in die einzelnen Räume der Kathode eindringt10 mg per cm ² . The heat shields consist of plasma penetrating into the individual spaces of the cathode

ebenfalls aus Nickel und haben eine Dicke von etwa oder nicht. Eine ausreichende Elektronenemissionalso made of nickel and have a thickness of about or not. Sufficient electron emission

wird nur dann erzielt, wenn die Plasmahülle der emittierenden Oberfläche der Kathode folgt. Diese Bedingung ist in der Regel dann erfüllt, wenn der Abstand zwischen benachbarten Windungen der Kathodenstruktur beträchtlich größer ist als die Dicke der Plasmahülle. Es kann angenommen werden, daß die Dicke der Plasmahülle etwa der Debye-Länge gleich ist. Die Debye-Länge ergibt sich in cgs-Einheiten zuis only achieved if the plasma envelope follows the emitting surface of the cathode. These The condition is usually met when the distance between adjacent turns of the Cathode structure is considerably larger than the thickness of the plasma envelope. It can be assumed that the thickness of the plasma envelope is approximately equal to the Debye length. The Debye length results in cgs units to

_ {kiy 2\π η e² _ {kiy 2 \ π η e ²

In dieser Gleichung bedeuten IcT die thermische Energie der Ionen, η die Plasmadichte und e die Elektronenladung.In this equation, IcT is the thermal energy of the ions, η is the plasma density and e is the electron charge.

Bei einer Plasmadichte von 5 · 10¹¹ Teilchen je cm³ und einer thermischen Ionenenergie, die 30 eV entspricht, ergibt sich für die Debye-Länge etwa 10~² cm. Wenn daher der Abstand zwischen den Kathodenwindungen größer als 10-²cm ist, sollte das Plasma in der Lage sein, zwischen diese Windungen leicht einzudringen.At a plasma density of 5 x 10 ¹¹ particles per cm ³ and a thermal ion energy corresponding to 30 eV, the result for the Debye length is about 10 ~ ² cm. Therefore, when the distance between the cathode turns than 10- ² cm is greater, the plasma should be able to easily penetrate between these turns.

F i g. 4 zeigt eine Ansicht der offenen Seite des Kathodentopfes einer Ausführungsform der Erfindung, die im wesentlichen der Ausführungsform nach F i g. 1 gleich ist, abgesehen davon, daß die blütenähnliche Gestalt der nur am Ausschnitt dargestellten Kathode vollständig geschlossen ist und die Heizdrähte 36 und 38 mit dem Metallnetz der Kathode an einander diametral gegenüberliegenden Stellen Kontakt machen. Infolgedessen teilt sich der über die Heizdrähte 36 und 38 zugeführte Strom und durchfließt die beiden Hälften des Metallnetzes. Ein mittlerer isolierter Ring 39 bildet einen Träger und hält die Kathode in ihrer Mitte zentriert.F i g. 4 shows a view of the open side of the cathode can of an embodiment of the invention; which essentially of the embodiment according to FIG. 1 is the same except that the flower-like Shape of the cathode shown only in the detail is completely closed and the heating wires 36 and 38 make contact with the metal mesh of the cathode at diametrically opposite points. As a result, the current supplied via heating wires 36 and 38 splits and flows through the two Halves of the metal mesh. A middle insulated ring 39 forms a support and holds the cathode in place centered on their center.

Die Kathodenanordnung nach den F i g. 5 und 6
weist eine andere Ausbildung der Kathodenstruktur auf. In diesem Fall hat die Kathode 40 die Gestalt eines Waffelgitters, indem sie in Richtung der Kathodenachse mehrfach U-förmig gewunden ist. An den Seiten und am Boden des Waffelgitters ist eine Wärmeabschirmung 42 vorgesehen. Die zur Zuführung von Heizstrom dienenden Leiter 44 und 46 erstrecken sich durch Isolatoren 45 und 47, die in der Wärmeabschirmung 42 vorgesehen sind. Die Leiter 44 und 46 sind mit den Enden des Gitters verbunden und dienen zugleich dazu, das Gitter in der Wärmeabschirmung zu befestigen.The cathode arrangement according to FIGS. 5 and 6
has a different design of the cathode structure. In this case, the cathode 40 has the shape of a waffle grid in that it is wound several times in a U-shape in the direction of the cathode axis. A heat shield 42 is provided on the sides and bottom of the wafer grid. The conductors 44 and 46 used to supply heating current extend through insulators 45 and 47 which are provided in the heat shield 42. The conductors 44 and 46 are connected to the ends of the grid and also serve to secure the grid in the heat shield.

Da nur der kleinste Teil der waffeiförmigen Kathode der Ionenkammer zugewandt ist, sind die oben angestellten Überlegungen auch auf diese Kathode anwendbar, daß nämlich die Dicke der emittierenden Schicht, die zur Herstellung einer Kathode für eine hohe Lebensdauer erforderlich ist, in einem Verhältnis vermindert werden kann, das dem Verhältnis der Oberfläche, die der Ionenkammer zugewandt ist, zu der Gesamtfläche der Kathode gleich ist. Wegen der Verwendung eines Metallnetzes und der zusätzlichen Unterbringungsmöglichkeiten in dem Netz ist eine weitere Verminderung der Beschichtungsdicke um etwa die Hälfte möglich.Since only the smallest part of the weapon-shaped cathode faces the ion chamber, those above are employed Considerations also applicable to this cathode, namely that the thickness of the emitting Layer that is required to manufacture a cathode for a long life, in a ratio can be reduced, which is the ratio of the surface area facing the ion chamber, is equal to the total area of the cathode. Because of the use of a metal mesh and the additional Placement possibilities in the network is a further reduction of the coating thickness by about half possible.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß eine Kathodenanordnung geschaffen wurde, bei der die Dicke des die Kathode bedeckenden emittierenden Materials für eine gegebene Elektronenemission während einer bestimmten Zeitspanne in solchem Maße reduziert werden kann, daß die Emissionsströme keine Überhitzung der Schicht mehr bewirken und daher das emittierende Material infolge solcher Überhitzungen abblättern, reißen oder verdampfen kann. Darüber hinaus ist die Form und die Anordnung der Kathode so gewählt, daß die Wirkungen des Ionenbeschusses stark vermindert werden.From the foregoing it can be seen that a cathode assembly has been provided in which the Thickness of the emissive material covering the cathode for a given electron emission can be reduced during a certain period of time to such an extent that the emission currents no longer cause overheating of the layer and therefore the emissive material will peel, crack, or vaporize as a result of such overheating can. In addition, the shape and arrangement of the cathode is chosen so that the effects ion bombardment can be greatly reduced.

Claims

Patent claims:

1. Cathode assembly for gas discharge devices in which the cathode is thermal emitted electrons ionize a gas to form a plasma, characterized in that that it has a multiple, meandering sheet metal or mesh (16) made of metal, which is covered with a layer of an electron-emitting material and its adjacent turns are spaced apart to allow the plasma to penetrate allows between the turns.

2. Cathode arrangement according to claim 1, characterized in that the directly heated Sheet metal or network (16) has a flower-like shape, which is created by the fact that the sheet or Network (16) is arranged symmetrically to the cathode axis that the width dimension of the sheet or network extends parallel to the cathode axis and that sheet metal or network concentrically on is surrounded on three sides by a cup-shaped heat shield (10, 12, 14).

3. Cathode arrangement according to claim 1, characterized in that the sheet metal or mesh (40) is wound several times in a U-shape in the direction of the cathode axis and a cup-shaped heat shield (42) is provided which surrounds the turns on three sides.

Documents considered
French Patent No. 1,392,968.

1 sheet of drawings