DE1464126A1 - Themionischer Converter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung besieht sich au.f therRiipniEiGhß Qpn verter, insbesondere auf splptie, d₍ip z ein Plasma enthaltβϊΐ,

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Anpden-Kathodenabstand herabgesetzt sind_f stößt es auf Cchwie-/ rigkeiten, bei den Betriebstemperaturen den Abstand über die gesamte Elektrodenoberflache konstant zu halten_t Hie Verwendung geki^zter elektrischer und magnetischer Felder scheint wegen der OektronenBusammenstöße bei hohen Strömen begrenzt zu "sein. Die gebräuchlichste Methode ist die Verwendung von Caesium in Eampfform, das durch Kontaktionisation an der ■ · heißen Kathode ionisiert wird, . :

Die Raunsladungskompensation durch ein Plasma ist auf Caesium und einige andere Alkalimetalle beschränkt, deren lonisationspotential niedrig liegt. Le id er sind diese Materialien oft korrosiv. Außerdem muß eine Kathode mit hoher AustFitt<s.arbeit verwendet werden, μκ das Gas ?>u ionisieren. Zur· Erpeugijng 4^er erforderlichen hohen Ionendichte sind verhältnigmäßig hohe prupke erforderlich_? die ihrerseitp z]x beträpiitliGhen ^er-, lijsten führen, Ferner muß das öshayse der 2-elle kontrolliert auf einer hohen Temperatur gehalten werden, um Kondensation an den ßehäusewänden zu vermeideii.

Der Erfindung liegt q[ie Aufgabe κμ Grunde, einen, thermipnischen Ponverter anaugebqn_r bei dem die ?,ur Raiimla4ungsi|ompensatiQn verwendeten Gasp aus-einer größeren Gruppe ausgewählt werden kpnnen tmd bei dem ubf Ahs/taF-d Ev^isphen Kathode ynd Anode unkrifci|nch ist. i'er^er ist er^üjiechtj im Convertei' pinp Kathode mit {uedrigem Auotrittppptential ψΒψ^Β,ηάβη. ^y. l^§rjngn y.nd statt (jlßiöh§|rpm gyßh Wechselgt-raiB. gn

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©n-t-häl t i^: ist gemäß der Erfindung mit einer vorgespannten Hilfselektrode versehen, die die von der Kathode emittierten Elektronen so hoch beschleunigt, daß sie Ctoßionisation des Stoffes hervorrufen. Dadurch gelingt es, sich von den Beschränkungen zu lösen, die die Kontaktionisation dem Konstrukteur auferlegt.

Zur näheren .Erläuterung der Erfindung werden im folgenden zwei Ausführungsbeiopiele beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.

Wie Fig.1 zeigt, ist in einer Vertiefung 11 eines Gehäuses 10 eine Kathode 12 mit elektronenemittierender Oberfläche angeordnet. Tn die Vertiefung kann eine Wärmequelle 14 eingesetzt werden. Eine zweite Elektrode 16, die als Kollektor bzw. Anode wirkt, ist parallel zur Kathode 12 in das Gehäuse eingesetzt. Zwischen Anode und Kathode ist eine Hilfselektrode 18 angeordnet, die zur Beschleunigung der Elektroden dient und gegenüber der Kathode mit Hilfe einer geeigneten Spannungsquelle 20 positiv vorgespannt ist. Mit 22 ist der Verbraucherwiderstand bezeichnet.

Es leuchtet ein, daß die Anordnung in Fig.1 stark schematisiert dargestellt ist und in verschiedener V'eise abgewandelt werden kann. .

Tm Converter kann ein leicht ionisierbarer Gtoff 24 enthalten sein, der bei der Betriebstemperatur dampfförmig ist. Statt dessen kann man den Converter auch mit einem Material füllen, das schon bei Raumtempora tür Ga3- oder Dampfform hat. Zur Verminderung des Hilfselektrodenstroms kaiin man einen Magneten 26 verwenden,' desuen Magnetfeld acn Converter in Richtung des

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Elektronenweges durchsetzt.

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Tm Betrieb des Converters werden die von der Kathode 12 emittierten Elektronen von der Hilfselektrode 18 in Richtung auf die Anode 16-beschleunigt. Das magnetische PeIc ist nicht unbedingt · erforderlich, jedoch vorteilhaft. Es wirkt derart, daß die Elektronen sich auf axialen ^Schraubenlinien bewegen und nur ein geringer Bruchteil auf die Hilfselektrode 18 auftrifft. Die Hilfselektrode 18 kann aus einem Material bestehen, das ein Sekundäremisüionsverhältnis von etwa 1 aufweist, so daß der Gesamtverlust an Elektronen klein bleibt.

Nach Passieren der Hilfselektrode 18 werden die Elektronen abgebremst und nur die mit hoher Energie erreichen die Anode 16. Diö übrigen Elektronen werden von der Hilfselektrode wieder rückwärts beschleunigt. Bei Anwesenheit eines Gases oder Dampfes im Converter tritt Gtoßionisation, insbesondere in der Umgebung der Hilfselektrode 18 auf, die zur Kompensation der zwischen den·Elektroden 12 und 16 herrschenden Raumladung führt.

Die wichtigsten Vorteile der Erfindung rühren davon her, daß bei verhältnismäßig-niedrigem Potential der Hilfselektrode (z.B. 20 V gegenüber Kathode) die Geschwindigkeit der beschleunigten Elektronen etwa zehnmal so hoch ist wie die der thermischen Elektronen, so daß für die Raumladungskompensa'tion gegenüber den Verhältnissen bei Kontakt ionisation an der Kathpde nur.1/10 der Tonendichte erforderlich ist. Außerdem ist die Stoßionisation bei niedrigeren Gasdrucken möglich als die Kontaktionisation.

Von den zahlreichen Abänderungsmb'glichkeiten der Anordnung nach

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Fig.1 ist in Pig.2 ein Beispiel dargestellt. Der Converter bes.teht hier aus einem Kanal 111, in den die "⁷ärmequelle 114 eingesetzt wird. Der Kanal ist mit einer emittierenden Schicht 112 als Kathode versehen und kann durch den gesamten Converter 11o hindurchgeführt werden. Die Kathode 112 emittiert nach oben und unten in Richtung auf zwei gitterförmige Anoden 116, 116', hinter denen zwei Hilfselektroden 118, 118' angeordnet sind. Eine Spannungsquelle 120 sorgt wieder für die Vorspannung der Hilfselektroden gegenüber der Kathode, Im Unterschied zur Anordnung nach Fig.1» bei der die Hilfselektrode zwischen Kathode und Anode angeordnet ist, liegt bei dem Converter nach Pig.2 die Anode zwischen Kathode und Hilfselektrode. Es ist aber auch möglich, die Elektroden 116 und 116' als Hilfselektrode und die Elektrode 118 und 118.' als Anode zu verwenden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die dargestellten Converter grundsätzlich auch für den Betrieb mit Hochvakuum geeignet sind. Dabei wird allerdings der Abstand zwischen Anode und Kathode kritisch.

Es ist wünschenswert, daß im Kreis der Hilfselektrode möglichst wenig Strom fließt, so daß nur ein geringer Bruchteil der Gesamtleistung darin verbraucht wird. Man wird daher trachten, die Oberfläche der Hilfselektrode klein zu halten. Hierzu kann iftan beispielsweise der Hilfselektrode <iie Porm'einer Wendel aus sehr dünnem Draht geben. .

Die" Erfindung .ermöglicht es somit, die zur Raumladuhgskompensaiidn erforderliche ,Ionisierung durch Stoßionisation mittels'der emittierte^ Elektronen zu erzielen» Die Verwendung eines magnetischen MIdefeverringert dabei die im Hilf3kreis verbrauchte. . ^ BAD DRIGINAL _..=·■

Leistung.

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Es ist möglich, wie bei bekannten Convertern Alkalimetalldämpfe zur Raumladungskompensation zu verwenden. Man ist jedoch darauf nicht beschränkt, und die Auswahl eines geeigneten Stoffes wird vor allem von den Gesichtspunkten einer hohen lonisierbarkeit und' eines kleinen ntoßquerschnittes bestimmt. Man kann auch ein Gas mit hoher Fotoionisation verwenden, so daß die durch Elektronen hervorgerufene Ionisation relativ geringer sein kann.

Ein Beispiel für ein Gas mit hoher Ionisationsfähigkeit ist',ein Gemisch aus 99$ Neon und 1$ Argon. Die hohe Wahrscheinlichkeit der Ionisation von Neonatomen durch metastabile Argonatome führt dazu, daß die lonisierbarkeit höher liegt als die Jedes einzelnen Gases. . -

Gegenüber Convertern mit Kontaktionisation kann der Gasdruck etwa drei Größenordnungen niedriger gewählt werden. XIm die Überwachung der Gehäuse temperatur zu vermeiden, kann man ein Gas mit niedrigem Siedepunkt verwenden.■

Wenn.die Vorspannung der Hilfselektrode periodisch geändert wird, kann man.pulsierenden Gleichstrom erzeugen, der auf einfache Weise in ¥;'echseIstrom umgewandelt werden kann. Zu diesem Zweck wird -die Vorspannungsquelle 20 bzw. 120 durch eine Yfeehselspannungsquelle ersetzt» . ...

7 Patentansprüche
2 Figuren

BAD

Claims (6)

1. Patentansprüche

   .J Thermionischer Converter, dessen Innenraum einen ionisier-" baren Stoff in Gas- oder Dampfform zur Raumladungskompensation enthält, gekennzeichnet durch eine vorgespannte Hilfe- elektrode (18), die die von der Kathode emittierten Elektronen so hoch beschleunigt, daß sie Stoßionisation des Stoffes hervorrufen.
2. 2. Converter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode zwischen Kathode und Anode angeordnet ist.
3. 3. Converter nach aen Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode als Wendel ausgebildet ist.
4. 4. Converter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode hinter der Anode angeordnet ist.
5. 5. Converter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Hilfselektrodenstroms ein Magnetfeld in Richtung des Elektronenweges den Converter durchsetzt,
6. 6. Converter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als ionisierbares Gas ein Gemisch aus 99$ Neon und 1$ Argon verwendet ist. ·

   "7. Converter nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck gegenüber dem bei Kontakt ionisation . erforderlichen Druck um etwa drei Größenordnungen vermindert _; ist. , BAD ORIGINAL

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