DE1816807A1

DE1816807A1 - Supply cathode

Info

Publication number: DE1816807A1
Application number: DE19681816807
Authority: DE
Inventors: Yukio Takanashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1967-12-27
Filing date: 1968-12-24
Publication date: 1969-07-31
Also published as: DE1816807B2; GB1191550A; US3569769A

Description

18188071818807

Gase 450192-3Gases 450192-3

TOKYO SHIBATOlA EIECCRIO GOiIPAlTY LIMITED, Kawasaki-shi / JAPAl?TOKYO SHIBATOlA EIECCRIO GOiIPAlTY LIMITED, Kawasaki-shi / JAPAL?

"Vorrat skat lio de ""Stock skat lio de"

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Vorratskathode. Bisherige Kathoden für hohe¹ Ausgangsleistungen bestanden ausschl.ießllch aus einer Bauart, die innerhalb eines Bereiches von 950 ~ 1050⁰O betrieben wurde. Solche Kathoden lassen sich ■zMSjr mit den unterschiedlichsten Modifikationen herstellen, in Ihren wesentlichen Eigenschaften unterscheiden sie sich jedoch nicht merklich. Somit genügt es, die Beschreibung anhand einer typischen Kathode vorzunehmen. Das hohle Innere eines zylindrischen, aus Metallen, beispielsweise Molybdän bestehenden Mantels wird in zwei, nämlich obere und untere unabhängige Ab-, teilungen durch eine Trennwand von gleichen Material wie der Mantel getrennt. Die untere Abteilung ist mit einem Isoliermaterial gestopft worden, welches im wesentlichen z.B. aus Aluridumpulvern (feuerfeste Tonerde) besteht. In diesem gepäck*· ten oder gestopften Material ist eine Heiζquelle eingebettet, die aus feuerfestem Metall oder aus Metall mit hohem Schmelzpunkt -besteht.- Zwei Klemmen werden von der ^Tieizquell»e ztir ixiBenselte des Mantels unter Bildung eines Zeizelementes geführt. In der oberen Abteilung wird dagegen ein elektronenabgebeiides Material bestehend aus porösem Metall wie VoIfram untergebracht, eine aus Aluminrucio::;rT und Oxyden der Erdalkalimetalle hergestellte SOststofflösuns wird- in die Poren imprägniert. So wird die Elektronenquelle ruf gebaut.The invention relates to a supply cathode. Previous cathodes for high output powers were ¹ ausschl.ießllch of a type which is operated within a range of 950 ~ 1050 ⁰ O. Such cathodes can be produced with the most varied of modifications, but their essential properties do not differ noticeably. It is therefore sufficient to make the description using a typical cathode. The hollow interior of a cylindrical jacket made of metals, for example molybdenum, is separated into two, namely upper and lower, independent compartments by a partition made of the same material as the jacket. The lower compartment has been stuffed with an insulating material, which essentially consists, for example, of aluride powder (refractory clay). In this luggage * · ten or stuffed material is embedded a Heiζquelle, the refractory metal or metal -besteht.- high melting point has two terminals are guided by the ^T ztir ieizquell »e ixiBenselte of the shell to form a Zeizelementes. In the upper compartment, on the other hand, an electron-donating material consisting of porous metal such as VoIf ram is housed, a SOststofflösuns made from aluminum and oxides of the alkaline earth metals is impregnated into the pores. This is how the electron source is built.

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BAD ORtGiNAtBAD LOCATION

Bei einer Torratskathode der genannten Art wird die durch die Zuführung einer vorbestimmten Menge elektrischen Stroms durch die Heizquelle erzeugte Wärme zum elektronenabgebenden Material der oberen Abteilung durch die Schicht der elektrischen Isolier- und Trennwand geleitet. Diese Wärme sorgt dafür, daß Elektronen vom elektronenabgebenden Material freigesetzt werden. In diesem Fall wird die Wärme aus der Heisquell'e nicht nur an die Trennwand sondern auch an die Umfangswand des. Mantels in erheblichen Anteilen durch die Isolierschicht übertragen, wodurch diese verlorengeht, ohne zur Emission der Blektro- neu. beizutragen. Die Wärme von der -leizquelle wird nämlich nicht voll zum Emittieren der Elektronen ausgenutzt und vermindert die effektive Wärmeabgabe der Ileizquelle. Wie oben erwähnt, der Zylindermantel wird durch die Quelle erwärmt und, wenn andere Teile in der ITHae des Mantels angeordnet sind, werden auch diese erwärmt und entwickeln unerwünschte G-ase, die einen nachteiligen Einfluß auf die Vorrichtung, in die die Kathode eingebaut ist, haben. Wird somit .diese Art von Kathode in einer Mikrowellenröhre beispielsweise einer Klystrorröhre oder Wanderfeldröhre verwendet, so werden in starkem I".c3e die Eigenschaften dieser Röhren verschlechtert.In the case of a gate cathode of the type mentioned, the heat generated by the supply of a predetermined amount of electrical current by the heating source is conducted to the electron-emitting material of the upper compartment through the layer of the electrical insulating and partition wall. This heat causes electrons to be released from the electron-donating material. In this case, the heat from the Heisquell'e is not only transferred to the dividing wall but also to the peripheral wall of the jacket in considerable proportions through the insulating layer, whereby this is lost without emitting the sheet metal . to contribute. This is because the heat from the heat source is not fully used to emit the electrons and reduces the effective heat dissipation of the heat source. As mentioned above, the cylinder jacket is heated by the source and, if other parts are located in the ITHae of the jacket, these too are heated and develop undesirable gases which have an adverse effect on the device in which the cathode is built. to have. If this type of cathode is thus used in a microwave tube, for example a klystro tube or traveling wave tube, the properties of these tubes are greatly impaired.

Erfindungsgemäß soll nun eine Vorratskathode geschaffen werden, ψ bei der die Warne aus der Wärmequelle in brauchbarer V/ei so zur Emission von Elektronen ausgenutzt wird. ,According to the invention now seeks to provide a dispenser cathode, in which the ψ Warne from the heat source in a usable V / ei is so utilized for the emission of electrons. ,

Auch Gegenstand der Erfindimg ist eine Vorratskathode, die keinerlei unnötige Wäöhne auf die nahe der Kathode angeordneten Teile überträgt, wodurch auf diese Weise verbindest wird, daß schädliche Gase sic> von diesen Teilen entwickeln.The invention also relates to a supply cathode which no unnecessary misgivings on those located near the cathode Transferring parts, thereby connecting that harmful gases can develop from these parts.

Im wesentlichen besteht die Vorratsdiode mit Hantel aus einer hohlen, durch die Außen- und Innenumfangswände gebildeten Eam-— mer und der Kopfv/and des Kanteis, wobei wenigstens ein '/oil der Kopfwand aus Metall gebildet ist, einer in "ε::.¹ Sohlen I'aui-Essentially, the storage diode with dumbbell consists of a hollow chamber formed by the outer and inner circumferential walls and the head wall of the edge, at least one part of the head wall being made of metal, one in "ε ::. ¹ soles I'aui-

90 98 317 0910 ..,, BAD ORIGINAL90 98 317 0910 .. ,, BAD ORIGINAL

mer des Hantels untergebrachten Heizeinrichtung, die elektriscli gegen den Mantel isoliert ist -und eine Vielzahl nacli außen geführter Zl emmen aufweist, einer Schicht aus elektronenemittierendem Hateri8.1, die wenigstens auf dem Außenumf angst eil der Kopfwand des Mantels angeordnet ist und Elektronen emittiert, wenn sie durch die Heizeinrichtung erwärmt wird, sowie einem zentralen zylindrischen, an dem Mantel derart angebrachten EIe-mer of the dumbbell housed heating device, the electric is insulated from the jacket -and a multitude of nacli externally guided Zl emmen has a layer of electron-emitting Hateri8.1, which at least on the outer periphery part of the Head wall of the jacket is arranged and emits electrons when it is heated by the heater, as well as a central cylindrical egg attached to the mantle in this way

wandungturn

ment, daß die Außenumfangs/des zylindrischen Elementes um ein vorgeschriebenes Intervall gegen die Innenumfangswandung des Mantels unter Abstand angeordnet ist und daß ein Teil der Außenumfangswanclting des zylindrischen Elementes durch die Innenumfancswandmig des Mantels umfaßt ist. :ment that the outer circumference / of the cylindrical element around a prescribed interval against the inner peripheral wall of the Shell is arranged at a distance and that part of the outer circumferential wall of the cylindrical element through the inner circumferential wall of the coat is included. :

Beispielsweise Ausfüiirungsformen der Erfindung sollen nun anhand der "beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wer den, in denen ■For example Ausfüiirungsformen of the invention will now be explained in more detail with reference to the "accompanying drawings, who the, in which ■

• die Figuren 1 "bis 3 eine Torratsdiode nach einer ersten Ausführungsforo. der Erfindung wiedergeben,· · ]Tl£ur 1 ist eine perspektivische Darstellung der Kathode; 5¹IgUr 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Figur 1;1 to 3 show a gate diode according to a first embodiment of the invention, door 1 is a perspective ^{view of the cathode; 5 1} IgUr 2 is a section along line 2-2 in FIG. 1;

Pigu:: 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Figur 2 in Richtung der Pfeile gesehen; undPigu :: 3 is a section along line 3-3 in Figure 2 in Direction of arrows seen; and

FijLir 4 ist ein Schnitt durch eine Vorratskathode nachFijLir 4 is a section through a supply cathode according to

einer anderen Ausführungsform der Erfindung.another embodiment of the invention.

Zunächst coil die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 his 3 erläutert werden. lan rundes 33rlindrisch.es Element 10 aus Metall, beispielsweise Wolfram, Molybdän, Niob oder Thallium wird so a.UD£iebildet, daß eine ringförmige hohle oben offene Kammer entsteht. Die hohle Kammer wird mit einem elektrisch isolierenden Material 11 gefüllt, das hauptsächlich beispielsweise axis Alumiiiiumoxydpulvern besteht. In diese Pulver wird eine Heizeinrichtung 12 eingebettet. , ■First, the invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 3. A round 33rlindrisch.es element 10 made of metal, for example tungsten, molybdenum, niobium or thallium, is formed in such a way that an annular, hollow chamber open at the top is formed. The hollow chamber is filled with an electrically insulating material 11, which mainly consists, for example, of aluminum oxide powders. A heating device 12 is embedded in this powder. , ■

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ORIGINALORIGINAL

Die Heizeinrichtung 12 ist eine Spule aus gewöhnlichen feuerfesten Metallen oder Metallen hohen Schmelzpunktes, z.B, Wolfram und nimmt ihre Ringform als Ganzes an, so daß sie als Ganzes in die ringförmige Hohlkammer hineinpaßt. Die Spule 12 und die Innenumfangswandung der hohlen Kammer des zylindrischen Elementes 10 sind elektrisch gegeneinander durch das Füllmaterial 11 isoliert. Obwohl dies nicht immer notwendig ist, ist die Spule 12 mit Aluminiumoxyd überzogen. Beide Enden der Spule 12 sind nach außen durch kleine Löcher geführt, die in der Bodenwandung dee ringförmigen zylindrischen Elementes 10 ge-"bohrt sind. Die Bodenwandung des zylindrischen Elementes 10 und die Spulenenden sind elektrisch gegeneinander durch Aluminiumoxydisolatoren 13 isoliert, die an die genannten kleinen Bohrungen gelötet sind.The heater 12 is a coil of ordinary refractory Metals or metals with a high melting point, e.g. tungsten and assumes its ring shape as a whole, so that it fits as a whole into the annular hollow chamber. The coil 12 and the inner peripheral wall of the hollow chamber of the cylindrical member 10 are electrically opposed to each other by the filler material 11 isolated. Although this is not always necessary the coil 12 coated with aluminum oxide. Both ends of the coil 12 are led out through small holes made in the Bottom wall of the annular cylindrical element 10 is drilled are. The bottom wall of the cylindrical member 10 and the coil ends are electrically connected to each other by aluminum oxide insulators 13 isolated, which are soldered to the said small holes.

Die öffnung des ringförmigen zylindrischen Elementes 10 ist durch eine Ringplatte 14 aus Metall, "beispielsweise Molybdän, abgedeckt, das zylindrische Element 10 bildet zusammen mit der Ringplatte 14 einen Mantel. Die zentrale öffnung der Ringplatte 14 besitzt größeren Durchmesser als die ringförmige Innenumfangswand des zylindrischen Elementes 10. Die Ringplatte 1# kann aus dem gleichem Material wie das zylindrische ringförmige Element 10 oder aus einem unterschiedlichen Material ψ . bestehen. Die Verbindung der Ringplatte 14 und des zylindrischen Elementes kann nach.verschiedenen bekannten Verfahren vorgenommen werden, nach der hier beschriebenen Ausführungsform wird das !lichtbogenschweißen unter Helium, das sogenannte "Heliarcschweißen", angewendet. Auf der Hingplatte 14 er~ hebt sich nach oben eine zylindrische'Wandung 15, die von der Oberfläche der Platte 14 ausgeht und koaxial und integral zu dieser ausgebildet ist. Diese zylindrische Wandung besitzt größeren Durchmesser als die Innenumfangswamdung des zyllndrißöiien Elementes 10. Auf dem Umfange teil der Kopf fläche der wulstförmigen Hatte 14, die durch die stehende; zylindrische ' Wandung 15 gebildet wird, ist eine Elektronenquelle 16 ange-The opening of the annular cylindrical element 10 is covered by an annular plate 14 made of metal, for example molybdenum, the cylindrical element 10 forms a jacket together with the annular plate 14. The central opening of the annular plate 14 has a larger diameter than the annular inner peripheral wall of the cylindrical element 10. The ring plate 1 # can be made of the same material as the cylindrical ring-shaped element 10 or of a different material ψ .. The connection of the ring plate 14 and the cylindrical element can be made according to various known methods, according to the embodiment described here Arc welding under helium, the so-called "helical welding", is used. On the hanging plate 14 a cylindrical wall 15 rises upwards, which extends from the surface of the plate 14 and is formed coaxially and integrally with it. This cylindrical wall has a larger diameter than that Inner circumferential wall of the zyllndrißöiien element 10. On the circumference part of the head surface of the bead-shaped hat 14, which is supported by the standing; cylindrical 'wall 15 is formed, an electron source 16 is attached

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SADOfUßlNALSADOFOOTLNAL

ordnet. Die Quelle "bzw. der Emitter bestehen aus porösem Material, beispielsweise Wolfram, in dessen Poren eine Mischung gefüllt wird, die hauptsächlich aus Aluminiumoxyd und Erdalkalimetallsalzen besteht, beispielsweise eine Mischung aus Bariumoxyd (5BaO), Aluminiumoxyd (3Al₂O.,) ^und Kalziumoxyd (2OaO). Die Emitterfüllung wird auf etwa 1600 - 1700⁰O im lalle der vorgenannten Mischung erwärmt. Dieses Verfahren zum Herstellen einer elektronenabgebenden Schicht macht es möglich, daß diese Mischung eine .große Anzahl kleiner Poren in der porösen Metallscheibe durchdringt, welche auf der Ringplatte 14 angeordnet ist. Die in der Kathode nach der Erfindung verwendete Elektronensbgabeschicht 16 ist nicht auf das genannte Material beschränkt, kann vielmehr aus vielerlei anderen Materialien bestehen, wenn diese nur solch eine Schicht bilden, die auf eine Erwärmung hin Elektronen emittieren. Es ist auch möglich, die Mischungen dieser Materialien und Pulver aus Wolfram vorzuverdichten und sie auf der fiingplatte 14· bei anschließender Erwärmung abzuscheiden. arranges. The source "or the emitter consist of porous material, for example tungsten, in whose pores a mixture is filled, which consists mainly of aluminum oxide and alkaline earth metal salts, for example a mixture of barium oxide (5BaO), aluminum oxide (3Al ₂ O.,) ^and calcium oxide . (2OaO) the emitters of filling is about 1600 -. heats 1700 ⁰ O in lalle the above mixture, this method of manufacturing an electron-donating layer makes it possible that this mixture passes through a .Large number of small pores in the porous metal plate which on the Ring plate 14. The electron donating layer 16 used in the cathode according to the invention is not limited to the material mentioned, but can consist of a wide variety of other materials, if these only form a layer that emits electrons when heated possible to precompact the mixtures of these materials and powders from tungsten and use them on de r fiing plate 14 · to be deposited during subsequent heating.

An den Rand des zentralen offenen Abschnittes der wulstförmi- _,gen Platte 14 ist beispielsweise durch Lichtbogenschweißen der obere Rand des zylindrischen Elementes 17 aus Metall befestigt, welche von der Unterseite der wulstförmigen Platte 14, nämlich von der Seite des vorgenannten ringförmigen Zylinderelementes 10 eingeführt ist.: Die Abmessungen des zentralen zylindrischen Elementes 17 und des ringförmigen zylindrischen Elementes 10 sind so festgelegt, daß die Außenumfangswandung der ersteren und.die Innenumfangswandung der letzteren unter vorbestimmtem Abstand gehalten werden.At the edge of the central open section of the bulge-shaped _, gene plate 14 is, for example, by arc welding upper edge of the cylindrical element 17 made of metal, which from the underside of the bead-shaped plate 14, namely is inserted from the side of the aforesaid annular cylinder element 10 .: The dimensions of the central cylindrical Element 17 and the annular cylindrical member 10 are set so that the outer peripheral wall of the former und.the inner peripheral wall of the latter under a predetermined one Be kept at a distance.

Mt einer Vorratskathode der genannten Anordnung wird die War-· me von den Heizeinrichtungen durch die wulstförmige Platte auf die hierauf angeordnete Schicht aus elektronenemittierend©!!! Material übertragen, wodurch die Schicht dazu gebracht wird, Elektronen zu emittieren. In diesem lall wird die Wärme von dörWith a supply cathode of the arrangement mentioned, the war- me from the heaters through the bulbous plate onto the layer of electron-emitting © !!! Transferring material, causing the layer to To emit electrons. In this lall, the warmth of dör

909831/0910 .909831/0910.

BADBATH

Spule auf das ringförmige, die Spule aufnehmende Zylinderelement übertragen, wo die Wärme nach außen nach allen Seiten abgegeben wird. Da das zentrale Zylinderelement aber unter vorbestimmten Abstand zur Innenumfangswandung des ringförmigen Zylinderelementes angeordnet ist, wird die Wärme auch auf das zentrale zylindrische Element übertragen, die ihrerseits die Wärme zurück auf das ringförmige zylindrische Element abstrahlt, um Wärmeverluste hiervon zu vermindern. Hierdurch wird im wesentlichen der Leistungsverbrauch vermindert, der erforderlich ist, um die Kathodentemperatur auf dem gewünschten Niveau ver- w glichen mit dem der bisherigen Kathoden zu halten. Wenn beispielsweise eine bekannte Vorrichtung 200 Watt verbraucht, so liegt der entsprechende Verbrauch der Kathode nach der Erfindung bei nur 110 Watt. Da darüberhinaus die von der Kathode nach außen abgegebenen Wärmemengen vermindert werden können, werden eng neben der Kathode angeordnete Teile gegen die Einwirkung übermäßiger Wärme geschützt, wodurch verhindert wird, daß schädliche G-ase hiervon entwidkelt werden.Transfer coil to the ring-shaped, the coil receiving cylinder element, where the heat is released to the outside on all sides. Since the central cylinder element is arranged at a predetermined distance from the inner circumferential wall of the annular cylinder element, the heat is also transferred to the central cylindrical element, which in turn radiates the heat back onto the annular cylindrical element in order to reduce heat losses therefrom. In this way, the power consumption is substantially reduced, which is required to the cathode temperature at the desired level w com- pared with the need to keep the existing cathodes. For example, if a known device consumes 200 watts, the corresponding consumption of the cathode according to the invention is only 110 watts. In addition, since the amount of heat released from the cathode to the outside can be reduced, parts located close to the cathode are protected from the action of excessive heat, thereby preventing harmful gases from being generated therefrom.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand von Figur 4 weiter beschrieben werden. Da. die Kathode nach dieser Ausführungsform im wesentlichen von der gleichen Anordnung wie die nach der vorhergehenden Ausführungsform ist, werden die \ gleichen Teile durch die gleichen Sezugszeichen gezeichnet, die diesbezügliche Beschreibung wird fortgelassen. > Another embodiment of the invention will now be described further with reference to FIG. There. the cathode according to this embodiment is substantially of the same arrangement as that according to the foregoing embodiment, \ the same parts are marked by the same Sezugszeichen, the related description will be omitted. >

Der Mantel wird hergestellt, indem das den Außenumfangsteil des Mantels wie die wulstförmige Platte als.integraler Körper bildende ringförmige zylindrische' 10 bearbeitet wird. Das ringförmige zylindrische Element 10 ist nach unten · .hin offen; hierdurch wird eine Heiseinrichtung 12 und ein elektrisch isolierendes Material 11 in das Element eingeführt. , Der offene Boden wird durch einen Deckel 18 verschlossen und die Heizeinrichtung 12 durch einen Aluminiumoxydisolator 13 naoh außen geführt. Die Bezugszeichen 16 und 17' stellen je-The shell is prepared by the processing the outer peripheral part of the shell plate as the bead-forming annular cylindrical body als.integraler '10th The annular cylindrical element 10 is downwardly open; This introduces a heating device 12 and an electrically insulating material 11 into the element. The open bottom is closed by a cover 18 and the heating device 12 is passed through an aluminum oxide insulator 13 near the outside. The reference symbols 16 and 17 'each represent

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ORfGlNALORfGlNAL

wells Gine Schicht der-Elektronenquelle, und ein zentrales zylindrisches Element dar.wells gine layer of the electron source, and a central one cylindrical element.

ITach dieser Ausführuiigsf orm sind das ringförmige zylindrische-Element sowie die wulstförmige Platte als integraler Körper .ausgebildet, Man ..erhält selbstverständlich den gleichen Effekt wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.According to this embodiment, the annular cylindrical element is and the bulbous plate as an integral body .trained, man .. of course receives the same Effect as in the previous embodiment.

Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich der Mantelform nicht auf einen runden ringförmigen Zylinder beschränkt, kann vielmehr jede andere "Form annehmen,, beispielsweise die eines quadratischen ringförmigen Körpers. Auch kann das zentrale zylindrische Element in einen viereckigen oder quadratischen bZV/, hexagonalen Zylinder zusätzlich zum runden Zylinder ausgebildet sein. Auch ist es nicht immer notwendig,, das zentrale zylindrische Element koaxial oder parallel zur InnenumfangsiG des ringförmigen Zylinderelementes auszubilden.With regard to the shell shape, the present invention is not limited to a round, annular cylinder rather, assume any other "form," for example that of one square annular body. Also, the central cylindrical element can be square or square bZV /, hexagonal cylinder designed in addition to the round cylinder be. Also, it is not always necessary for the central cylindrical element to be coaxial or parallel to the inner circumference of the annular cylinder element to form.

PatentanspruchClaim

90 98 31/0 91«'90 98 31/0 91 «'

Claims

1S16807-

-B-

Gases 430192-3 ■

Stock skat lio de rait one receiving a heating device Shell, wherein a layer of electron-donating material is arranged on the top surface of the shell, characterized in that, that the jacket has an annular chamber formed by the outer and circumferential walls and a head wall, the electron source is formed on the surface thereof is, and the hollow chamber receives the Heizeinriclitung that a metallic cylindrical element is attached to the jacket is that the outer peripheral wall of the aylindrisehen element under a predetermined interval from the outer surface of the inner peripheral wall of the dumbbell and that at least part of the outer circumferential wall of the central cylindrical shape Element is surrounded by the inner peripheral wall of the jacket.

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