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Die Erfindung betrifft eine Laufzeitröhre, insbesondere Wanderfeldröhre,
mit einem Magnetfeld zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls (magnetisches
Führungsfeld), bei der als Ionenfänger dienende, getterfähige Elektroden derart
koaxial um den Elektronenstrahl angeordnet sowie mit solchen Gleichpotentialen beaufschlagt
sind, daß durch die sich ergebenden Gleichpotentialfelder die im Bereich des Elektronenstrahls
auftretenden Ionen auf zum Elektronenstrahl im wesentlichen quer verlaufenden Bahnen
zu den_getterfähigen Elektroden gelangen.
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Als eine derar@ge: Laufzeitröhre ist z. B. aus der USA.-Patentschrift
2 692 351 eine mit einer Wendel als Verzögerungsleitung ausgebildete Wanderfeldröhre
bekannt, bei der als Ionenfänger ein massiver oder auch durchbrochener Blechmantel
die Verzögerungswendel auf der ganzen Länge koaxial umgibt.
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Bei Wanderfeldröhren spielt die Güte des Vakuums eine sehr große Rolle,
einmal deshalb, weil dadurch im Betrieb störende Ionenschwingungen vermieden werden
können und weil zum anderen dadurch die Lebensdauer und die Lagerfähigkeit der betreffenden
Röhre stark heraufgesetzt werden kann. Man ist deshalb bestrebt, bei der Herstellung:
derartiger Röhren ein sehr gutes Vakuum von z. B. mindestens 10-8 Torr zu erreichen
und dieses später auch bei der fertigen Röhre aufrechtzuerhalten. Bei Hochleistungsröhren
ist man bereits dazu übergegangen, an einer abgezogenen Röhre ständig eine Ionenpumpe
zu belassen, um dadurch auch bei hartem Betrieb ein einwandfreies Vakuum zu gewährleisten.
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Die Anwendung- von--Ionenfängern sowohl in gesonderten Einheiten-als
auch in unmittelbarer Verbindung mit 'eineni@ Elektronenentladungssystem ist an
sich bekannt. Ihre Arbeitsweise beruht darauf, daß Restgase ionisiert und dann zu
einer Elektrode mit einer gut absorbierenden Oberfläche transportiert und an dieser
gebunden werden. Für derartige sorptionsfähige Oberflächen haben sich als besonders
geeignet Reinmetalle, wie Tantal, Niob, Zirkon oder 40 Titan, erwiesen, von denen
ein Getterspiegel hergestellt wird. Zur Erhöhung der Getterwirkung wird der betreffende
Getterspiegel ständig erneuert bzw. ergänzt. Zum Betrieb mit derartigen Ionenfängern
braucht man Spannungen von einigen tausend Volt, einmal zur Aufrechterhaltung einer
ionisierenden Elektronenentladungsstrecke (Ionisierungsstrecke) und zum andern zum
Abführen der gebildeten Ionen, weiter mindestens zwei Elektroden in derart geeigneter
Anordnung, daß zwischen ihnen- eine möglichst lange Ionisierungsstrecke vorhanden
ist. ' ' Die Erfindung hat deshalb Bedeutung für Laufzeitröhren -aller-Art; --insbesflndere
für Wanderfeldröhren, RückwärtsWellen-Oszillatoren-Röhren und Klystrons, d. h. für
Röhren, bei denen ein gebündelt: geführter Elektronenstrahl mehr oder weniger -hoher
Dichte auftritt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die zum
Betrieb der betreffenden-Elektronenröhre ohnehin vorhandenen Elektroden samt angelegten
Potentialen und ebenfalls das vorhandene magnetische Führungsfeld für den Funktionsmechanismus
der Ionenfänger auszunutzen.
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Erreicht wird dies bei einer im ersten Absatz beschriebenen Laufzeitröhre
nach der Erfindung dadurch, daß, ohne daß die gewünschte Röhrenfunktion beeinträchtigt
wird, mindestens jeweils zwei einander benachbart angeordnete, als Ionenfänger dienende,
getterfähige Elektroden derart - in Strahlrichtung gesehen - vor und/oder hinter
dem Elektronen-Wechselwirkungsabschnitt der Röhre angeordnet und mit solchen Gleichpotentialen
beaufschlagt sind, daß 5 die Ionen zum einen Teil auf die eine der beiden Elektroden
(1. Getterelektrode) mit derart hoher Geschwindigkeit auftreffen, daß sie eine Verdampfung
oder Zerstäubung des Gettermaterials bewirken, und zum anderen Teil auf die andere
der beiden Elektroden (2. Getterelektrode), die durch das verdampfte oder zerstäubte
Gettermaterial der 1. Getterelektrode immer wieder neu bedampft wird, mit stark
verminderter Geschwindigkeit auftreffen und absorbiert werden.
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i5 Beispielsweise werden bei einer Wanderfeldröhre die von einem Elektronenstrahlerzeugungssystem
ausgehenden Elektronen unter der Wirkung eines starken magnetischen Führungsfeldes
in einem Strahl hoher Dichte geführt und bewirken auf einer zurückzulegenden größeren
Wegstrecke meist innerhalb einer Wendel mit den Restgasen eine Stoßionisation. Die
dadurch entstehenden vorwiegend positiven Ionen werden ihre Polarität entsprechend
infolge der für den Elektronenstrahl vorhandenen Fokussierungs-25 mittel mehr oder
weniger gebündelt zur Kathode hingeführt und zerstören so die Kathode durch Abtrommeleffekt.
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Es ist deshalb bereits aus " der deutschen Patent-Schrift 1026 006
bekannt, bei derartigen Röhren die 3o Emissionsfläche der Kathode mit einer zentralen
öffnung zu versehen, um die positiven Ionen hindurchzuführen und hinter der Emissionsfläche
durch eine entsprechende Absorptionsfläche zu binden. Diese Maßnahme ist jedoch
in ihrer Wirkung unvollkommen kommen und bewirkt für den gewünschten Elektronenentladungsmechanismus
der Röhre zum Teil ungünstige Bedingungen. Aber auch bei der vorher erwähnten bekannten
Wanderfeldröhre mit koaxial um die Wendel angeordnetem Ionenfänger können durch
die für den Elektronenentladungsmechanismus üblichen Fokussierungseinrichtungen
die vom Elektronenstrahl durch Stoßionisätion gebildeten Ionen gar nicht oder sehr
schwer aus dem von den Strahlelektronen erfüllten Entladungsraum herausgelangen.
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q5 Deshalb werden bei der beschriebenen Laufzeitröhre die den Ionenfänger
bildenden Elektroden derart zum Elektronenstrahlgang angeordnet, daß die im Elektronenstrahl
gebildeten Ionen zumindest eine der beiden Elektroden durch elektronenoptische Mittel
5o auf wesentlich quer zum Elektronenstrahl verlaufenden Bahnen erreichen. Dabei
werden die dazu erforderlichen elektronenoptischen Mittel durch besondere Gestaltung,
insbesondere der Ionenfängerelektrode, und durch besondere Auswahl der betreffenden
55 -Gleichpotentiale derart erreicht, daß bei dem Gleichpotentialverlauf. entweder
auf der Achse ein Potentialsattel oder eine -für den Elektronenstrahl starke Sammellinde
entsteht, von wo aus die elektrische Feldstärke so gerichtet ist, daß die positiven
Ionen 6o quer zur Elektronenstrahlbahn nach außen abgelenkt und beschleunigt werden.
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Die geschilderte Maßnahme hat gegenüber den bisher üblichen Einrichtungen
mit Ionenfängern ganz besondere Vorteile. Bei den bisher bekannten derartigen Einrichtungen
kommt es nämlich sehr häufig vor, daß diese beim Erreichen eines bestimmten Vakuums
deshalb versagen, weil bei ihnen die ionisierende Entladungsstrecke, nämlich eine
Ionenent-
Ladungsstrecke infolge zu geringer Stoßionisationsmöglichkeiten
abreißt. Bei der beschriebenen Röhre werden durch die Anbringung der Ionenfänger
im Elektronenentladungsraum der betreffenden Elektronenröhre im Rahmen des Elektronenentladungsmechanismus
stets genügend Elektronen für die Ionisation vorhanden und infolge der langen Bahnen
der Entladungsträger ausreichende Möglichkeiten für eine Stoßionisation gegeben
sein, so daß ein Abreißen der Entladungsstrecke nicht eintreten kann. Die längs
der Röhre diffundierenden, aus dem Kollektorraum bzw. Kathodenraum stammenden, positiven
Ionen werden durch die Eigenart des ausgebildeten Feldes (Potentialsattel bzw. Sammellinse)
aus dem Elektronenstrahl nach Art einer Ionenfalle herausgerissen, so daß die eigentliche
Entladungsstrecke ständig von Ionen befreit wird.
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Dazu wird eine dieser Elektroden mit einem solchen Potential versehen,
daß die positiven Ionen diese mit einer erheblichen Auftreffgeschwindigkeit erreichen
und eine ' Zerstäubung des auf ihr befindlichen Gettermaterials bewirken. Durch
die benachbarte Anordnung wird die zweite Ionenfängerelektrode mit Gettermaterial
bedampft (bestäubt), z. B. unter Bildung eines Getterspiegels. Von dieser Elektrode
wird das Potential so gewählt, daß auf sie die Ionen mit einer verminderten, aber
zur Erwärmung für eine gute Getterwirkung ausreichenden Geschwindigkeit auftreffen
und dabei vollkommen absorbiert und gebunden werden. Die erste Elektrode bildet
man für diesen Zweck deshalb in besonders vorteilhafter Weise als einen durchbrochenen
Metallteil, z. B. in Form eines Gazezylinders oder einer Wendel aus, so daß auf
sie nur ein Teil der ankommenden Ionen auftrifft, während die hindurchfliegenden
Ionen auf die dahinter angeordnete zweite Elektrode des Ionenfängers mit verminderter
Geschwindigkeit auftreffen.
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Durch die Bemessung des durchlässigen Anteils der durchbrochenen Innenelektrode
kann man in Verbindung mit den jeweiligen Potentialen das Verhältnis der Anteile
der hindurchtretenden und der auftreffenden Ionen so einrichten, daß keine übermäßige,
aber doch ausreichende Zerstäubung des Gettermaterials an der einen Elektrode und
eine für eine etwa optimale Getterwirkung genügende Erwärmung an der anderen Elektrode
auftreten.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der in den Zeichnungen
rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Teile, die
nicht unmittelbar zum Verständnis der Erfindung beitragen, wie Entladungsgefäß,
Magnet usw., sind darin fortgelassen bzw. unbezeichnet geblieben. Die in den einzelnen
Figuren einander entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die F i g. 1 zeigt eine Wanderfeldröhre, bei der der am Ende der Verzögerungswendel
angeordnete Ionenfänger von den zum Elektronenentladungssystem gehörenden Elektroden
selber gebildet wird. Bei den in den F i g. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen
bilden die Ionenfängerelektroden mit den benachbarten Elektroden des Entladungssystems
zusammen eine Art Toroid mit rechteckigem Längsschnitt, wobei z. B. die Innenelektrode
durchbrochen, die Außenelektrode massiv ausgebildet ist und von denen stets eine
auf Kathodenpotential liegt.
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Bei der in der F i g. 1 dargestellten Anordnung ist der an das Wendelende
11 angefügte Metallzylinder 12 als massive Außenelektrode im Durchmesser derart
etwas weiter ausgebildet, daß ein teilweise durchbrochener Hohlzylinder 13 als vorgelagerter
Teil des Auffängers 14 als Innenelektrode bis auf einen Spalt in diesen hineinragt.
Dadurch, daß das Potential des Auffängers je nach Röhrenart erheblich niedriger,
z. B. um die Hälfte niedriger als das der Wendelist, entsteht im Bereich der Spaltebene
eine starke Sammellinse, die die im Elektrodenstrahl 1 entstandenen positiven Ionen
10, 10' etwa quer zur Elektrodenstrahlbahn nach außen ablenkt. An dem im wesentlichen
aus Titan bestehenden, z: B. nach Art eines Gazezylinders oder einer Wendel, durchbrochenen
Hohlzylinder 13 tritt durch die hohe Auftreffgeschwindigkeit der Ionen eine Zerstäubung
des Titans ein, so daß dieses sich auf der benachbarten Außenelektrode 12 des Wendelendes
11 niederschlägt und für die Ionen als Getterspiegel wirkt.
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Das in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt den Vorteil
gegenüber anderen bekannten Anordnungen, daß für die Ionenfänger keine zusätzlichen
Elektroden erforderlich sind und daß der dazu benötigte Gleichpotentialverlauf keine
nachteiligen Folgen für den eigentlichen Elektronenentladungsmechanismus hat.
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" Diese in den nachfolgenden F i g. 2 bis 5 dargestellten Anordnungen
lassen sich sinngemäß auch auf den Raum Wendelauffänger anwenden, wenn der Auffänger
ein niedrigeres positives Potential als die Wendel hat.
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F i g. 2 zeigt schematisch etwa den Gesamtaufbau einer- Wanderfeldröhre,
bei der die Tonenfänger 8, 9 vor dem Elektronen-Wechselwirkungsabschnitt zwischen
Wendelanfang 4 und Zuganode 7 angeordnet ist. Die Iönenfängerelektroden 8 und 9
sind derart ausgebildet und angeordnet, daß sie etwa ein Toroid von rechteckigem
Längsschnitt mit kreisringförmigen Stirnflächen bilden, von denen die in axialer
Richtung vom Elektronenstrahl durchströmte Innenelektrode 8 als eine im wesentlichen
aus Titan bestehende Elektrode, durchbrochen ist, insbesonere in Form eines Gazezylinders
oder einer Wendel,- während als Außenelektrode der äußere massive Blechzylinder
9 dient. Die Innenelektrode 8 ragt jeweils bis auf einen engen Spalt an die kreisringförmigen
Stirnflächen der Außenelektrode 9 heran. Außerdem ist der Wendelanfang über einen
Hohlzylinder 5 mit einer Lochblende 6 derart verbunden, daß die toroidförinigen
Ionenfänger 8, 9 etwa symmetrisch zwischen der Lochblende 6 und der Zuganode 7 angeordnet
sind. Dadurch, daß die durchbrochene Innenelektrode 8 auf Kathodenpotential und
die Außenelektrode 9 .auf einem um mindenstens einige `hundert Volt niedrigeren
Potential als die Wendel liegt und außerdem von der mit den beiden kreisringförmigen
Stirnflächen versehenen Außenelektrode 9 das Potential zur Zuganode 7 hin abfällt
und zum Wendelanfang hin an= steigt, stellt sich im Betrieb eine Feldverteilung
ein, bei der auf der Achse innerhalb des Toroids ein Potentialsättel entsteht. Die
im Elektronenstrahl l durch Stoßionisation gebildeten positiven Ionen 10, 10' finden
bei dieser Feldverteilung ebenfalls wiederum eine Feldrichtung vor, durch die sie
quer zur Elektronenbahn nach außen zunächst auf die Innenelektrode 8 abgelenkt werden
und durch ihre. Auftreffgeschwindigkeit einen Teil des Titans zerstäuben bzw. durch
diese hindurch auf die mit Titan bedampfte Außenelektrode 9 gelängen. Durch ' die
beschriebene besondere Feldverteilung, insbesondere
durch die Bildung
eines Potentialsattels auf der Achse, bildet sich eine sehr wirkungsvolle Ionenfalle
aus, so daß aus beiden Richtungen ankommende positive Ionen aus dem Elektronenstrahl
herausgerissen werden und eine gute Pumpwirkung verursachen.
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Die in F i g. 3 dargestellte Anordnung zeigt eine eine Vereinfachung
ergebende Abwandlung der unmittelbar vorher beschriebenen Anordnung. Abweichend
davon ist nämlich die Außenelektrode als der eine Ionenfänger direkt mit ihrer kreisringförmigen
Stirnfläche 6 über den Blechzylinder 5 mit dem Wendelanfang verbunden. Durch diese
Einsparung an Elektroden entfällt allerdings die bei der vorher beschriebenen Anordnung
sich zwischen Ionenfänger und Wendelanfang ausbildende Sammellinse. Es verbleibt
somit nur eine im Innern des Ionenfängers einen Potentialsattel aufweisende Feldverteilung,
durch die die positiven Ionen nach Art einer Ionenfalle quer zur Elektronenbahn
nach außen zunächst auf die durchbrochene Innenelektrode 8 und weiter auf die äußere
Elektrode 9 gelenkt werden. Um zu vermeiden, daß positive Ionen auch zur Kathode
hingelangen können, ist das Potential der Zuganode 7 um einige hundert Volt höher
als das der Wendel 4 gewählt; so daß die Ionen gegen dieses Feld nicht anlaufen
können.
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Bei den in den F i g. 4 und 5 dargestellten Anord nungen ist abweichend
von den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen die durchbrochene Innenelektrode
8 sowohl mit den den Ionenfänger zu einem Toroid ergänzenden kreisringförmigen
Stirnflächen als auch über einen Zylinder 5 mit dem Wendelanfang verbunden. Die
Außenelektrode 9 ist dagegen von den Stirnflächen peripher durch jeweils einen engen
Spalt getrennt und liegt auf Kathodenpotential. Die dadurch erzielte Potentialverteilung
bewirkt eine solche Feldrichtung, daß die im Elektronenstrahl 1 entstandenen positiven
Ionen 10, 10' zum Teil durch die durchbrochene Innenelektrode 8 hindurch
mit erheblicher Geschwindigkeit auf die Außenelektrode 9 gelangen oder von der Innenelektrode
abgefangen werden. Das dort vorgesehene Gettermaterial wird infolge der erheblichen
Auftreffgeschwindigkeit zum Teil zerstäubt bzw. verdampft und gelangt so auf die
durchbrochene Innenelektrode 8, so daß dort die direkt auftreffenden Ionen gebunden
werden. Gemäß F i g. 4 liegt die Zuganode 7 auf einem Gleichpotential, das zwischen
dem der Kathode (0V) und dem der Wendel, z. B. auf halb so hohem Potential, liegt.
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Eine wesentliche Verbesserung der Pumpwirkung erzielt man durch eine
Art zusätzlicher Ionenfalle, indem man das Potential der Zuganode 7 um einige hundert
Volt höher als von der Wendel wählt, so daß auf keinen Fall gegen dieses Feld positive
Ionen zur Kathode hingelangen können.