DE1907720C - Elektronenstrahlrohre mit einem gekühlten Kollektor - Google Patents

Description

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erfüllen (wobei 2 λ der Kegelwinkel des in den Kollektor eintretenden Elektronenstrahls, W die gesamte 'Strahlleistung, C-) der Winkel zwischen einer gegebenen Elektronenbahn zur Innenwand des Kollektors und der Achse des Kollektors, β der Winkel zwischen der Wand und der Achse an dem Punkt, an dem die gegebene Elektronenbahn in die Wand einmündet, und r die- Länge der gegebenen Elektronenbahn von ihrem Ausgangspunkt bis zu ihrem Ende auf dem Kollektor ist), und daß der Winkel zwischen der Achse des Kollektors und der Innenfläche des Kollektors in dem Bereich (11) zwischen zwei Kühlstufen nicht kleiner als der Winkel Θ ist, der sich für die Innenfläche des weiter entfernt liegenden Abschnittes (10) der Kollektorwandung ergibt.

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre mit einem in mehreren voneinander getrennten Kühlmittelsystemen durch ein strömendes Kühlmittel gekühlten hohlen Kollektor.

Die Erfindung ist auf beliebige Elektronenstrahlröhren mit Kollektorelektroden anwendbar und eignet sich insbesondere zur Anwendung auf Klystrons.

Es ist allgemein bekannt, bei Hochleistungs-Elektronenstrahlröhren für die Kullektorelektrode eine Strömungskühlung \orzusehen. wobei eine derartige Strömungskühlung üblicherweise eine Wasser- und Dampfkühlung ist.

Aus der britischen Patentschrift 1 138 874 ist eine Kollektorelektrodenanordnung bekannt, deren hohle

ίο Kolleklorelektrode im wesentlichen projektilförniig ist und die mit ihrem offenen Ende der Elektronen-Strahlquelle der Röhre zugekehrt ist, während ihre Wandung so ausgebildet ist, daß in Längsrichtung verlaufende Kühlmittelführungen gebildet sind, die sich über nahezu die gesamte Länge der Kollcktorelektrode erstrecken und um sie herum angeordnet sind. Der Elektronenstrahl tritt in das offene Ende der Kollektorelektrode ein, und die Elektronen werden an der Innenwand der Kollektorelektrode gesammelt, wobei sie eine beträchtliche Wärme erzeugen. Das auf der der Elektronenstrahlquelle zugewandten Seite der Kollektorelektrode in die parallel zueinander angeordneten Kühlmittelführungen eintretende Wasser wird in diesen verdampft. Der Dampf wird an den anderen Enden der Kühlmittelführungen abgeleitet, danach normalerweise kondensiert und dem Kühlwassertank wieder zugeführt. Eine derartige Anordnung ist jedoch oft nicht ausreichend, um eine angemessene Kühlung der Kollektorelektrode eines Hochleistungsklystrons od. dgl. zu bewirken, wenn nicht diese Kollektorelektrode unwirtschaftlich groß und lang ausgebildet und mit unwirtschaftlich vielen Kühlmittelführungen versehen wird. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit sind eine Mehrzahl von Kühlmittelführungsstufen vorgesehen, von denen jede einen anderen Abschnitt der Kollektorlänge kühlt und jede ihren eigenen Wassereinlaß aufweist. Bei der aus der britischen Patentschrift 1 138 874 bekannten Anordnung dieser Art weist der Kollektor zwei Anordnungen von Kühlmittelführungen auf — es ist jedoch möglich, mehr als zwei Anordnungen vorzusehen — wobei die Führungen beider Anordnungen in Längsrichtung verlaufen und rund um den Kollektor herum angeordnet sind, und die Führungen einer Anordnung sich über einen ersten Abschnitt der Kollektorlänge und die der anderen Anordnung sich über einen zweiten Abschnitt der Kollektorlänge erstrecken. In der normalen Praxis erstreckt sich jede Anordnung über etwas weniger als die Hälfte der Gesamtlänge der Elektrode. Jeder Anordnung wird an den der Elektronenstrahlquelle näher liegenden Enden Wasser zugeführt, und an den anderen Enden wird Dampf abgeführt Kollektorelektroden, die in dieser Art stufenweise durch Anordnungen von Kühlinittelführungen strömungsgekühlt werden, welche sich über unterschiedliche, aufeinanderfolgende Abschnitte der Kollektorlänge erstrecken und von denen jede eigene Kühlmitteleintrittsöffnungen hat, sind nachfolgend als stufenweise durch ein strömendes Kühlmittel gekühlte Kollektoren bezeichnet.

Ein bei der bekannten Elektronenstrahlröhre mit stufenweise durch ein strömendes Kühlmittel gekühlten Kollektorelektroden auftretender Nachteil besteht darin, daß örtlich überhitzte Stellen an den Kollektorelektroden in Bereichen zwischen den KühlmittelaustrittsörTnungen einer Anordnung und den Kühlmitteleintrittsöffnungen der nächstfolgenden

Anordnung auftreten können. Es ist leicht einzusehen, daß an der WassereintrittsölTnung einer Anordnung \on Kühlmit'.elführungen. wo das Wasser noeh nicht \erdampft ist. die Geschwindigkeit des kühlmittelflusses relativ niedrig ist und die kühlung somit relaiis sehwach bleibt. Da jedoch die Aufheizimg jedes kollektorabsehnitts \on der I^:nergie- /iiiuhr durch den Elektronenbeschuß zu iliciem Ab- «.chiii'i abhangig \·Λ und wenn — wie e< bei der bekannten stufenweise durch ein strömendes kühlmittel Lckühlien kollekiorelektrode tier [-"all ist -— die Intensität der Energiezufuhr zu dem Bereich in der Nachbarschaft /wischen der Auslriüsölfnuim eine:' kühlsiuie unu der F-.intrittsölTnuna der nächsien külilslufe mehr oder weniger die deiche ist wie bei anderen, besser gekühlten Abschnitten, so besteht die Neigung zur Entwicklung; örtlich überhitzter Stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die kühlung einer Elektronenstrahlröhre der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß lokale Überhit/ungen auch bei hohen Ausgangsleistungen der Röhre mit besonders hoher Zuverlässigkeit vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung \or. daß die Innenwand des Kollektors so geformt ist. daß die Fläche dieser Wandung in dem Bereich zwischen zwei Kühlstufen einer wesentlich geringeren Intensität des Elektronenbeschusses als der durchschnittlichen Intensität de;; Beschüsses an anderen Stellen der innenwand ausgesetzt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Innenwand in dem Bereich zwischen zwei Kühlstufen nach außen konisch, näherungsweise tangential zu den Elektronenhahnen verlaufend, ausgebildet ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Innenwand in dem Bereich zwischen zwei Kühlstufen derart ausgenildet ist. daß ihre Fläche un^r einem spitzen Winkel von den F.Iektronenbahnen weg geneigt ist.

Eine besonders bevorzugte /Ausführungsl'orm der Erfindung sieht weiterhin vor, daß die Innenwand so geformt ist, daß sie in den anderen Bereichen als dvnen zwischen zwei Kühlstufen einen näherungsweise gleichen Betrag der Energiezufuhr durch Elektronenbeschuß pro Flächeneinheit erfährt.

Schließlich ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Abschnitte der Innenfläche der Kullektorwandung so geformt sind, daß sie näherungsweise die Gleichung

If si η ((9 4.-7/·'- sin² λ/2

= konst.

erfüllen (wobei 2 \ der Kegelwinkel des in den Kollektor eintretenden Elektronenstrahls, W die gesamte Strahlleistung, β der Winkel zwischen einer gegebenen Elektronenbahn zur Innenwand des Kollektors und der Achse des Kollektors, /J der Winke! zwischen der Wand und der Achse an dem Punkt, an dem die gegebene Elektronenbahn in die Wand einmündet, und τ die Länge der gegebenen Elektronenbahn 'in ihrem Ausgangspunkt bis zu ihrem Ende auf dem Kollektor ist), und daß der Winkel zwischen der Achse des Kollektors und der Innenfläche des Kclifiktors in dem Bereich zwischen zwei Kühlstufen nicht kleiner als der Winkel θ ist, der sich für die Innenfläche des weiter enlfernt liegenden Abschnittes tier Kollektorsvandung ergibt.

Hin wesentlicher Vorteil der Röhre nach der I■Gründung isi darin zu sehen, daß die Energiezufuhr zn " bestimmten Bereichen des kollektors steuerbar i->t und damit an die »eräteiechnischen Bedingungen der kühlanordnung, leicht anpaßbar IM.

Die Erlindunii ist nachfolgend im Zusamme ihan·.¹ mit der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt die ni'iei

ίο rormgebunu einer bevorzugen Ausfühi ung-l· >: m einer kollektorelektrode nach der Erfindung für ciiK I'lektronenstn.hlröhre. Die Röhr.·, die beispielsweise ein Hochleistungskisstron sein kann, kann mit Ausnahme der Koll-.-ktorelektrode als bekannt angesehe" sserden. so daß hier lediglich die kollektorelektroJe beschrieben ist.

Die Zeichnung zeigt eine näherungssveise pmiektil-Iörmige hohle kollektorelektrode. die in zwei Stufen gekühlt wird. Die eine Kühlstufe wird durch eine Anordnung von in Lär .richtung \ erlaufenden Kühlmittelführungen 1, welch·' in gleichmäßigem Ali stand um den Kollektor herum in seiner Wandimg ausgebildet sind, gebildet. Diese Kühlmittelführungen verlaufen über etwas weniger als die Hälfte der

•25 Länge der Kollektorelektrode und haben Wassereintrittsöffnungen bei 2. die dem offenen Ende 3 des Kollektors näher gelegen sind, sowie Dampfaustritts-Öffnungen bei 4. Dair.pfahleitrohre sind mit 5 bezeichnet. Die Wassereintrittseerrohrung ist nicht dargestellt. Die Kühlmittelführungen 1 verlaufen im dargestellten Fall parallel zur Kollektorachse.

Die zweite Kühlstufe wird durch eine zweite Anordnung von in Längsrichtung verlaufenden Kühlmittelführungen 6 mit Wassereintrittsöffnungen bei 7 und Dampfaustrittsöffnimgen bei 8 gebildet. Au-; Gründen der Zeichnungsvereinfachung sind die Wasser- und Dampfrohre für die Kühlmittelführungen 6 nicht dargestellt. Die Kühlmittelführungen 6 sind ebenfalls in der Kollektorwand ausgebildet und gleichmäßig um den Kollektor herum verteilt, liegen jedoch an der Oberfläche eines imaginären Kegels, um so mehr oder sveniger der allgemeinen Formgebung des Kollektors angepaßt zu sein.

Die Oberfläche der Innenwand des Kollektors hat drei Hauptabschnitte, von denen zwei, 9 und 10. wie im Schnitt dargestellt, gekrümmt sind, und der dritte. 11, der zwischen den beiden anderen licit und diese verbindet, konisch ist, um eine kegelförmig zulaufende Stufe zwischen den Teilen 9 und 10 zu bilden. Die beiden Abschnitte 9 bzw. 10 erstrecken sich näherungssveise über die Längen der beiden Kühlstufen, und der Abschnitt 11 erstreckt sich über den Bereich zwischen den beiden Kühlstufen. Die Abschnitte 9 und 10 sind so geformt, daß zumindest der größte Teil ihrer Oberfläche näherungssveise der oben bereits angegebenen Gleichung genügt.

Die Elektronenbahn mit der Länge r zu der Verbindungsstelle der Abschnitte 9 und 11 ist in der Figur durch die gestrichelt gezeichnete Linie clar gestellt, während die Winkel \, fl und θ durch strich punktierte Linien angegeben werden.

In r"er erläuterten Ausführungsform svird der Kegelwinkel des Abschnitts 11 so gewählt, daß β = θ wird, so daß die Oberfläche dieses konischen Abschnitts zu der gezeigten Bahn tangential ist. Diese Formgebung svird bevorzugt, da sie in bezug auf das Material am wirtschaftlichsten ist. Es kann jedoch auch ein größerer Kegelwinkel für die Oberfläche

des Abschnitts 11 verwendet werden, d. h., diese könnte, falls gewünscht, schräg aus der dargestellten Bahn herauslaufen. Ist der Kcgclwinkel kleiner als dargestellt, was in manchen Fallen zulassig ist, so tritt eine ünergiezufuhr durch Elcktrnncnbcschuß für den Abschnitt 11 auf, die bei Verringerung des Kcgelwinkcls zunimmt. Der Kcgclwinkel darf daher nicht so weit verringert werden, daß die Aufheizung des Abschnitts U ausreicht, um örtliche Ubcrhilzungcn in diesem Bereich hervorzurufen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlröhre mit einem in mehreren voneinander getrennten axialen Kühlmiltelsystemen durch ein strömendes Kühlmittel gekühlten hohlen Kollektor, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Kollektors so geformt ist. daß die Fläche dieser Wandung in dem Bereich (11) zwischen zwei Kühlstufen (2-4. 7-8) einer wesentlich geringeren Intensität des Elektronenbeschusses als der durchschnittlichen Intensität des Beschüsses an anderen Stellen (9. 10) der Innenwand ausgesetzt ist.

2. Röhre nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand in dem Bereich zwischen zwei Kühlstufen nach außen konisch, näherungs.s ;ise tangential zu den Elektronenbahnen verlaufend, ausgebildet ist.

3. Rühre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand in dem Bereich zwischen zwei Kühlstufen derart ausgebildet ist, daß ihre Fläche unter einem spitzen Winkel von den Elektronenbahnen weg geneigt ist.

4. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand so geformt ist, daß sie in den anderen Bereichen (9, 10) als denen zwischen zwei Kühlstufen einen näherungswcisc gleichen Betrag der Energiezufuhr durch Elektionenb-schuß pro Flächeneinheit erfährt.

5. Röhre nach einem der orhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (9, 10) der Innenfläche der Kollektorwandung so geformt sind, daß sie näherungsweise die Gleichung