DE1614686C - Mittelbar geheizte Vorratskathode auf Thorium-Basis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine nach Art einer abgeschlossenen Diode arbeitende, mittelbar geheizte Vorratskathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der die Kathode der Diode eine indirekt geheizte MK-Kathode auf Barium-Basis ist und die Anode der Diode ein poröser Kohlekörper ist.

Trotz der langen Lebensdauer, die Metallkapillarkathoden auf Barium-Basis mit absoluter Zuverlässigkeit gut erreichen, haben diese Kathoden bislang nur in Laufzeitröhren universell, kaum dagegen in gittergesteuerten Hochleistungsröhren Anwendung gefunden. Der wesentliche Grund dafür ist die erhöhte Gefahr des Auftretens von thermischer Gitteremission durch das verdampfende und sich auf den Gittern niederschlagende Barium. Dort erniedrigt nämlich das. Barium die Austrittsarbeit, so daß bereits schon bei mäßigen Gittertemperaturen thermische Emission einsetzt. Dieser Gefahr kann auf zweierlei Weise begegnet werden. Einmal kann das auf dem Gitter auftreffende Barium vernichtet werden, indem es beispielsweise durch einen auf das Gitter aufgebrachten Belag aus Gold weglegiert wird. Diese Maßnahme ist jedoch für Hochleistungsröhren nicht geeignet, weil bei diesen Röhren die Gittertemperatur bereits so hoch liegt, daß das Gold selber mehr oder weniger abdampft. In einem solchen Fall ist deshalb zu Belägen überzugehen, die höhere Temperaturen aushalten, wie z. B. aus Titan, und die außerdem sowohl Barium als auch Barium-Verbindungen vernichten. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Barium dadurch zu vernichten, daß es vom Gitter abgedampft wird. Dies setzt eine relativ hohe Gittertemperatur voraus und führt nicht immer restlos zum Ziel, nämlich dann nicht, wenn außer Barium auch Bariumoxid auf dem betreffenden Gitter vorhanden ist. Bei einer entsprechend viel höheren Temperatur kann aber auch das Bariumoxid durch einen Gitterüberzug aus z. B. Titan zunächst zu Barium reduziert werden, um dann anschließend abgedampft zu werden. Das zuverlässige emissionsfreie Arbeiten solcher Gitter ist somit an" einen bestimmten Temperaturbereich gebunden, der sich bei wechselnder Röhrenbelastung nicht in allen Fällen automatisch einstellt und der vor allem auch nicht auf allen Bezirken des Gitters in gleicher Weise vorhanden ist.

Ein anderer Weg im Rahmen der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht darin, von der Kathode wegdampfendes Barium auf dem Gitterüberzug vollkommen zu vermeiden, indem Kathoden verwendet werden, die entweder nicht auf Barium-Basis arbeiten oder aber kein Barium nach außen hin abgeben.

Es ist bereits eine mittelbar geheizte Kathode bekanntgeworden mit einem vakuummäßig abgeschlossenen Diodensystem zum Heizen einer auf einem Kohlekörper angeordneten Emissionsfläche aus Reinmetallen, wie Wolfram, Tantal oder Iridium, oder aber auch auf Lanthan-Borid-Basis. Als Dioden-Kathode dient eine direkt geheizte, beispielsweise als Drahtwendel ausgebildete Kathode. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht vor allem darin, daß von der Dioden-Kathode die erforderliche Temperatur und Heizleistung sehr hoch ist, eine geometrisch genau definierte Form, z. B. eine ebene Form, technisch schwer herstellbar ist und die Flachenausbildung für eine wirkungsvolle Wärme- ;iufn;ilime durch Rückheizuni» tineeeicnet ist. Außermuß bei der. bekannten Anordnung der Diodenentladungsraum unabhängig vom eigentlichen elektrischen Entladungsgefäß gesondert evakuiert werden.

Weiter ist in der deutschen Patentschrift 1 283 401 eine nach Art einer abgeschlossenen Diode arbeitende, mittelbar geheizte Vorratskathode für elektrische Entladungsgefäße vorgeschlagen worden, bei der die Kathode der Diode eine indirekt geheizte MK-Kathode auf BariumrBasis ist und die Anode der Diode ein poröser Kohlekörper ist. Bei dieser kombinierten Kathode erhält jedoch die poröse Kohlescheibe ihren emissionsfördernden Stoff, nämlich Barium, von der Bombardierungs-Vorratskathode auf Barium-Basis. Von ihr würde im Betrieb jedoch auch Barium wegdampfen.

Diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und trotzdem eine ergiebige Kathode langer Lebensdauer durch eine Vorratskathode, insbesondere MK-Kathode, zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung.

Erreicht wird dies bei einer im ersten Absatz beschriebenen, nach Art einer abgeschlossenen Diode arbeitenden, mittelbar geheizten Vorratskathode nach der Erfindung dadurch, daß der Kohlekörper mit Thoriumoxid imprägniert ist.

Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Thorium auf irgendeiner Auflage stets eine höhere Austrittsarbeit als Barium auf derselben Unterlage ergibt, so daß bei Anwesenheit von Thorium ohne Eintritt einer schädlichen thermischen Emission die Arbeitstemperaturen der betreffenden Gitter höher sein dürfen. Allerdings muß dann aber auch die Kathode zur Erzielung ausreichender Emission eine höhere Temperatur haben. Hinzu kommt, daß Kohle einen Stoff darstellt, der Barium unter Bildung von Barium-Karbid bindet. Bariumoxid wird von der Kohle zunächst reduziert und dann in Karbid übergeführt und damit also ebenfalls gebunden. Wenn also der Diodenentladungsraum, in der sich die Metallkapillarkathode auf Barium-Basis als Dioden-Kathode befindet, nur über einen porösen Kohlekörper mit dem übrigen Entladungsgefäß, d. h. mit dem übrigen Vakuumraum, verbunden ist, kann kein Barium von der Diode her in diesen Raum gelangen und somit auch nicht auf das betreffende Gitter des Elektronensystems. Über den porösen Kohlekörper sind jedoch die beiden Räume so miteinander verbunden, daß sie ohne Schwierigkeiten gemeinsam evakuiert werden können.

Es können aber auch für einige Anwendungsfälle im Diodenentladungsraum zusätzlich Getter oder weitere sonstige Mittel für eine Getter- oder Getterpumpwirkung vorgesehen werden.

Gehaltert wird jeweils der poröse Kohlekörper mittels einer Molybdän- oder Tantalfolie, die sowohl mit dem Kohlekörper als auch mit der einen Teil der Diodenwandung darstellenden Durchführung dicht verbunden wird.

Abgeschlossen wird der Diodenraum mit besonderem Vorteil durch eine Keramikplatte, durch die die betreffenden Halterungen oder Zuleitungen vakuumdicht hindurchgeführt sind.

Der als Emissionsstoffträger dienende poröse Kohlekörper kann entweder als eine ebene dünne Scheibe oder als ein dünner Hohlzylinder ausgebildet werden.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der in der Zeichnung rein schematisch dargestellten Aii<;fiihnin(>shnisninlp: orliinfprt wrnlen.

. Während die F i g. 1 die beschriebene Anordnung für den Fall einer Scheibenkathode darstellt, betrifft die Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer rohr- oder zylinderförmigen Kathode.

In F i g. 1 ist mit 1 z. B. eine poröse Kohlescheibe bezeichnet, die sich als Emissionsunterlage für Thorium gut eignet. Sie . ist durch Einbringen nach einem speziellen Verfahren mit einer im Betrieb Thorium abgebenden Substanz, insbesondere Thoriumoxid ThO₂, imprägniert. Das Thoriumoxid wird im Betrieb, insbesondere durch den Kohlekörper, reduziert, so daß das freie Thorium an dessen Oberfläche wandert. Gehaltert wird die den porösen Kohlekörper bildende Kohlescheibe durch eine Metallfolie 2 aus z. B. Molybdän oder Tantal, die nach einem bekannten Verfahren sowohl mit der Kohlescheibe als auch mit dem Durchführungsrohr 3, z. B. aus einem für Keramik angepaßten Metall, · mechanisch vakuumdicht verbunden ist. Durchführungsrohr sowie die übrigen Durchführungen z. B. für die Dioden-Kathode 4 sind vakuumdicht durch eine Keramikabschlußplatte S hindurchgeführt. Im Bedarfsfall ist es jedoch auch möglich, die Halterungsfolie 2 durch einen entsprechenden porösen Kohlezylinder zu ersetzen, so daß die Evakuierung der Diode außer durch die poröse Emissionsstoffträgescheibe auch noch durch diesen Halterungszylinder erfolgt.

In F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel, jedoch für eine Zylinderkathode, wiedergegeben, weil bei dieser Form zusätzliche Probleme auftreten. Es kann z. B. die Dioden-Kathode nicht innerhalb des porösen Kathodenzylinders angebracht sein, weil dieser infolge seiner für Thorium wesentlich höheren Temperatur besonders durch Überhitzung nachteilig auf die Dioden-Kathode wirken würde und schließlich diese zerstören würde. Im dargestellten Fall besteht der poröse Kohlekörper z. B. aus einem Hohlzylinder 1, der auf einer definierten Länge mit Thoriumverbindung imprägniert ist. In seinem Innern befindet sich ein Kern 6 aus gut wärmeleitendem Material, wie z. B. Molybdän, der außerdem so gestaltet ist, daß er beim Elektronenbombardement an seiner den porösen Kohlekörper tragenden Oberfläche eine gleichmäßige Temperaturverteilung annimmt. Mit besonderem Vorteil kann für diesen Formkörper auch pyrolytische Kohle verwendet werden, bei der die Schichtebene jedoch so liegen muß, daß ein extrem guter Wärmeausgleich, insbesondere radial zum zylindrischen Mantel hin, stattfindet. Ein derartiger Kohle-Formkörper hat neben dem Vorteil höchster Wärmeleitfähigkeit auch noch den eines besonders niedrigen Dampfdruckes, so daß für die anzuwendende Temperatur völlig freie Wahl besteht. Die übrigen Teile des Diodensystems, wie die Halterungsfolie, der Durchführungszylinder und die Dioden-Kathode, sind in gleicher Weise wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel beschaffen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Nach Art einer abgeschlossenen Diode arbeitende, mittelbar geheizte Vorratskathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der die Kathode der Diode eine indirekt geheizte MK-Kathode auf Barium-Basis ist und die Anode der Diode ein poröser Kohlekörper ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlekörper mit Thoriumoxid imprägniert ist.

2. Mittelbar geheizte Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Diodenentladungsraum Getter oder weitere Mittel für eine Getter- oder Getterpumpwirkung vorgesehen sind.

3. Mittelbar geheizte Vorratskathode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Halterung des porösen Kohlekörpers eine mit diesem dicht verbundene Tantal- oder Molybdänfolie vorgesehen ist.

4. Mittelbar geheizte Vorratskathode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden-Kathode so weit vom porösen Kohlekörper entfernt ist, daß eine von dort erfolgende Rückheizung gerade noch nicht eine Überhitzung der Dioden-Kathode über ihre Betriebstemperatur bewirkt.

5. Mittelbar geheizte Vorratskathode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenraum mit einer Keramikplatte abgeschlossen ist, durch die die Halterungen und Zuleitungen vakuumdicht hindurchgeführt sind.

6. Mittelbar geheizte Vorratskathode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsstoffträgerscheibe eine poröse Kohlescheibe ist.

7. Mittelbar geheizte Vorratskathode nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emissionsstoffträger ein einseitig geschlossener poröser Kohlehohlzylinder ist.

8. Mittelbar geheizte Vorratskathode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kohlehohlzylinder ein Formkörper aus Molybdän oder pyrolytischer Kohle für den direkten Elektronenaufprall vorgesehen ist, dessen innere Kontur entsprechend für eine gleichmäßige Temperaturverteilung an der Oberfläche des Kohlehohlzylinders insbesondere kegelstumpfförmig geformt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen