DE1923842A1

DE1923842A1 - High-performance electron tubes

Info

Publication number: DE1923842A1
Application number: DE19691923842
Authority: DE
Inventors: Tritchler Joseph John; Paul Merrick
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1968-05-17
Filing date: 1969-05-09
Publication date: 1969-11-27
Also published as: US3594604A; FR2008746A1; GB1267738A

Description

Dipl.Phys. Leo ThulDipl.Phys. Leo Thul

PatentanwaltPatent attorney

7000 Stüttgart-Feuerbach7000 Stüttgart-Feuerbach

Kurze Strasse 8Short street 8

J.J. Tritehler - P. Merrick 2-2 ·J.J. Tritehler - P. Merrick 2-2

INIERNATIONAL STANDARD ELECTRIC COPORATION, NEV/ YORKINIERNATIONAL STANDARD ELECTRIC COPORATION, NEV / YORK

HochleistungselektronenröhreHigh performance electron tube

Gegenstand der Erfindung ist eine Hochleistungselektronenröhre, die in einer evakuierten Hülle eine direkt geheizte rohrfb'rmige Maschenkathode, ein diese koaxial umgebendes Gitter und ein dieses Gitter umgebende Anode enthält.The invention is a high-performance electron tube that a directly heated tubular mesh cathode in an evacuated envelope, a grating coaxially surrounding this and a grating surrounding this Contains anode.

Hochleistungsröhren, wie sie beispielsweise für die Impulsmodulation verwendet werden und im Multi-Megawatt-Bereich arbeiten, sind im allgemeinen in ihrer Kathodenemission infolge der grossen Wärmeverluste begrenzt, die durch die grossen Kathodenströme verursacht werden und welche zu struktureller Instabilität führen. So zum Beispiel arbeitet eine bekannte Leistungsröhre mit 7 bis 3 V und ungefähr 2000 A. Es ist jedoch wirksamer, relativ höhere Kathodenspannungen und kleinere Ströme zu verwenden, um die gewünschte Ausgangsleistung zu erreichen. Dies ist jedoch äusserst schwer zu erreichen, da längere Röhrenteile erforderlich werden, welche normalerweise strukturelle und Abstandsprobleme hervorbringen.High-performance tubes, such as those used for pulse modulation are used and work in the multi-megawatt range are in general in their cathode emissions as a result of the large heat losses caused by the large cathode currents and which lead to structural instability. So for example works a known power tube with 7 to 3 V and approximately 2000 A. It is however, it is more effective to use relatively higher cathode voltages and lower currents to achieve the desired output power. This is however, extremely difficult to achieve as longer pieces of tubing are required, which usually pose structural and spacing problems bring forth.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Hochleistungsröhre zu realisieren, die die Verwendung relativ hoher Kathodenspannungen und niedrigerer Ströme gestattet und trotzdem die Stabilität der einzelnen Röhrenteile gewährleistet.It is therefore the object of the invention to realize a high-performance tube, which allows the use of relatively high cathode voltages and lower currents while still maintaining the stability of the individual tube parts guaranteed.

"-■* eine" Hochleistungselektronenröhre der eingangs erwähnten Art wird nach, der Erfindung dadurch erreicht, dass diese Kathode in zwei"- ■ * a" high-performance electron tube of the type mentioned at the outset according to the invention achieved in that this cathode in two

1969
HViX- -/-1969
HViX- - / -

909848/0690909848/0690

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J. J. Tritchler - P. Merrick 2.-2. ;JJ Tritchler - P. Merrick 2nd-2nd ;

Längsabschnitte unterteilt ist, von denen jeder mit einer Anzahl von leitenden, sich durch die Kathode erstreckenden Stäben verbunden ist und eine Gruppe dieser Stäbe die Verbindung zwischen den Kathodenteilen herstellt.Longitudinal sections are divided, each with a number of conductive rods extending through the cathode is connected and a group of these rods the connection between the cathode parts manufactures.

Anhand des Ausführungsbeispiels der beigefügten Zeichnungen seien die Erfindung land v/eitere ihrer Merkmale und Vorteile näher erläutert.Based on the embodiment of the accompanying drawings are the Invention further explained its features and advantages in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Röhre und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie AA der Fig. 1.1 shows a side view of the tube according to the invention and FIG. 2 shows a section along the line AA in FIG. 1.

Der Sockel der koaxial aufgebauten Hochleistungselektronenröhre hat scheibenförmige, vorzugsweise aus Kupfer bestehende Elektrodenverbindungen 10, 12, l4, welche die äusseren elektrischen Verbindungen zu den entsprechenden Teilen einer direkt geheizten rohrförmigen Maschenkathode, vorzugsweise aus thoriertem Wolfram, darstellen. Die Kathode ist durch die gestrichelten Linien 16 dargestellt. Die Elektroden sind durch keramische Abstandsstücke 18, 20, 22 voneinander getrennt. Die vakuumdichte Verschmelzung zwischen den Metall- und den Keramikteilen ist mittels Kovarringen vorgenommen. Der Pumpstutzen ist mit 24 bezeichnet. Ein innerer fester Kupferstab 26 und koaxiale Kupferröhren 28 und 30 verbinden die äusseren scheibenförmigen Elektroden mit einer Anzahl von Kathodenhaltern 32, 34, 36, die vorzugsweise aus Molybdän bestehen. ■ Die Kathode ist in zwei Längsabschnitte 38 und 40 unterteilt. Eine erste Gruppe von Stäben 32 ist mit einer ersten Trageplatte 42 am unteren Ende des Kathodenteiles 38 verbunden. Eine zweite Gruppe von Stäben 34 erstreckt sich durch Öffnungen in der Platte 42 und durch den Teil 38, und die Stäbe Jk sind mit einer zweiten und einer dritten Trageplatte 44 bzw, verbunden. Die Trageplatten 44 und 46 sind zwischen den zwei Kathodenteilen 38 und 40 angeordnet. Eine dritte Gruppe von Stäben 36, die sich durch beide Teile und Öffnungen 43 in den Platten 44 und 46 erstrecken, sind mit einer vierten Trageplatte 48 am oberen Ende des Kathodenteils verbunden. Alle durch die Öffnungen 41 und 43 gehenden Stäbe sind von den entsprechenden Platten durch die Isolatoren 49 isoliert. Wie ausThe base of the coaxially constructed high-performance electron tube has disc-shaped electrode connections 10, 12, 14, preferably made of copper, which represent the external electrical connections to the corresponding parts of a directly heated tubular mesh cathode, preferably made of thoriated tungsten. The cathode is shown by the dashed lines 16. The electrodes are separated from one another by ceramic spacers 18, 20, 22. The vacuum-tight fusion between the metal and ceramic parts is carried out by means of Kovar rings. The pump nozzle is denoted by 24. An inner solid copper rod 26 and coaxial copper tubes 28 and 30 connect the outer disc-shaped electrodes to a number of cathode holders 32, 34, 36, which are preferably made of molybdenum. The cathode is divided into two longitudinal sections 38 and 40. A first group of rods 32 is connected to a first support plate 42 at the lower end of the cathode part 38. A second group of rods 34 extend through openings in plate 42 and through portion 38, and rods Jk are connected to second and third support plates 44 and 44, respectively. The support plates 44 and 46 are arranged between the two cathode parts 38 and 40. A third group of rods 36 extending through both parts and openings 43 in plates 44 and 46 are connected to a fourth support plate 48 at the top of the cathode part. All rods passing through openings 41 and 43 are isolated from the corresponding plates by insulators 49. How out

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- 3 J.J. Tritchler - P. Merrick 2-2- 3 yrs. Tritchler - P. Merrick 2-2

Fig. 2 hervorgeht, sind es insgesamt l8 Stäbe, und zwar 6 in jeder Gruppe.As can be seen from Fig. 2, there are a total of 18 bars, 6 in each Group.

Ein Paar zusätzlicher Trageplatten 50 und 52, von denen nur eine im Teil 40 gezeigt ist, ist isoliert an den Stäben 36 angebracht, um ein Durchbiegen oder ein Durchsacken der rohrförmigen Teile 54 und 56 der Maschenkathode zu vermindern und den Abstand zu dem aus wendelförmig angeordneten Drähten bestehenden Steuergitter 58 aufrecht zu erhalten, welches die Kathode koaxial umgibt. Ringförmige Gitterträger 57 halten das Gitter in geeignetem Abstand. Das Gitter besteht aus Molybdän-Draht und ist vorzugsvfeise mit einem Überzug zur Verhinderung von Primär- und Sekundär-Elektronenemissionen versehen. Die Gitterdrähte sind in Schlitze, die in einer Anzahl von dünnen vertikalen Drahtstäben 59 angebracht sind, gepresst, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Ein weiterer Molybdänstab 60, der auf der oberen Trageplatte 43 angebracht ist, sorgt für die Zentrierung und die Abstandshaltung des Gitters von der Kathode. Der Stab 60 geht durch eine Öffnung in einer Molybdänplatte 62 am oberen Ende des Gitters. Die Isolierung zwischen diesem Stab und der Platte ist durch eine Quarzscheibe 64 gewährleistet, die sich über die Platte 62 erstreckt, die teilweise eine Hitzeabschirmung für diese Platte bildet. Das untere Ende des Gitters 58 ist mit dem rohrförmigen Gitterträger 63 verschwelest, der seinerseits auf der Kupferplatte 66 befestigt ist, die sich rund um den Röhrensockel erstreckt. Die Platte 66 ist mit der Kupferscheibe 68 elektrisch verbunden.A pair of additional support plates 50 and 52, only one of which is im Part 40 shown is attached to rods 36 in isolation sagging or sagging of the tubular parts 54 and 56 to reduce the mesh cathode and the distance to the one from helically arranged wires to maintain existing control grid 58, which coaxially surrounds the cathode. Annular lattice girders 57 keep the lattice at a suitable distance. The grid is made of molybdenum wire and is preferably provided with a coating to prevent primary and secondary electron emissions. The grid wires are in Slots made in a number of thin vertical wire rods 59 are pressed, as shown in FIG. Another Molybdenum rod 60, which is attached to the upper support plate 43, ensures the centering and spacing of the grid from the Cathode. The rod 60 passes through an opening in a molybdenum plate 62 at the top of the grid. The insulation between this rod and the Plate is ensured by a quartz disk 64, which extends over plate 62, which partially provides a heat shield for this plate forms. The lower end of the lattice 58 is connected to the tubular lattice girder 63 melts, which in turn is attached to the copper plate 66 which extends around the tube base. The plate 66 is electrically connected to the copper washer 68.

Eine rohrförmige Kupferanode 70 umgibt das Gitter und wird von dem zylindrischen Keramikabstandsstück 72, das einen sich von den Gitterelektroden 68 erstreckenden Teil bildet, getragen. Das Keramikabstandsstück 72 ist geeignet, hohen Spannungen zu widerstehen. Die äusseren elektrischen Verbindungen zu der Anode erfolgen durch in die Keramik eingeschmolzene Kupferringe 74. Eine äussere Wasserkühlung 76 umgibt die Anode. Das Wasser tritt an einem Ende der Anode durch die Röhre 78 ein, durchfliesst den inneren Teil 80_f gelangt durch den Anodenring Jk A tubular copper anode 70 surrounds the grid and is supported by the cylindrical ceramic spacer 72 which forms a portion extending from the grid electrodes 68. The ceramic spacer 72 is capable of withstanding high stresses. The external electrical connections to the anode are made by copper rings 74 melted into the ceramic. An external water cooling system 76 surrounds the anode. The water enters at one end of the anode through the tube 78, flows through the inner part 80 _{f and} passes through the anode ring Jk

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

'-4.-J.J. Tritchler - P. Merrick 2-2 . . ■ -'-4.-J.J. Tritchler - P. Merrick 2-2. . ■ -

zu dem äusseren Durchgang 82 und verlässt die Anode durch die Öffnung 84. Die ganze Röhre kann auch in Öl gebracht werden, um, wenn nötig, äussere Spannungszusammenbruche oder Lichtbogen zu vermeiden. Die Betriebsspannung der Röhre kann in der Grössenordnung von 60.000 V sein, Spitzenleistungen über 50 MW sind erreichbar. Die Gesamtlänge der Röhre beträgt-90 bis 120 cm 0 bis 4 Puss).to the outer passage 82 and exits the anode through the opening 84. The entire tube can also be immersed in oil in order to avoid external voltage breakdowns or arcing if necessary. The operating voltage of the tube can be in the order of magnitude of 60,000 V, peak outputs of over 50 MW can be achieved. The total length of the tube is -90 to 120 cm ( 0 to 4 puss).

Der Kathodenaufbau gestattet die Verwendung von relativ hohen Kathodenspannungen und niedrigen Strömen, die in der Grössenordnung von ^O V und 1000 A Gleichstrom sind. Dadurch werden der Wirkungsgrad und die Stabilität wesentlich verbessert. Die zwei Kathodenteile, die auf ungefähr 2000° K erhitzt werden, können sioh ohne Zerstörung ausdehnen und sind beträchtlich stabiler als eine einzige Kathode von doppelter Länge. Die Kathodenspannung wird vorzugsweise zwischen den Elektroden 12 und 14 angelegt, die die Verbindung zu dem oberen bzw. unteren Ende der Kathode darstellen, so dass die zwei Kathodenteile in Serie geschaltet sind. Die scheibenförmige Elektrode 10 kann bei verschiedenen Anwendungen als Mittelanzapfung verwendet werden. Wenn gewünscht, können die beiden Kathodenteile auch in Parallelschaltung betrieben werden. Eine typische Gittervorspannung ist -4000 V Gleichspannung. Wenn eine derartige Vorspannung von -4000 V am Gitter liegt, sind positive Impulse von +5000 V zur Leitfähigkeit der Röhre erforderlich. Während des Herstellungsprozesses können die Mittelanzapfung 10 und ein Schalter 46 dazu verwendet werden, um die zwei Kathodenteile zeitlich getrennt zu betreiben, um dadurch die Kathodenkarbonlsierung zu vereinfachen. Dies wird üblicherweise in einem Partialdruok von 1 mm Kohlenwasserstoffgas erreicht. Dabei wird die thorierte Wolfram-Kathode in Wolfram-Karbid umgewandelt, welches eine viel längere Lebensdauer hat« Nur die Hälfte der üblichen Spannung wird wahlweise an jeden Kathodenteil gelegt, wodurch lange Entladewege längs der Drähte während des Karbonlsierungsprbzesses vermieden werden. Ein Strom von ungefähr 1500 A und 30 V Gleichstrom wird an Jeden Kathodenteil gelegt, um diesen für eine zur Karbonisierung ausreichende Zeit auf ungefähr 2500⁰K zu erhitzen. Während des Karbonisierungsprozesses des ersten Ka-The cathode structure permits the use of relatively high cathode voltages and low currents, which are in the order of magnitude of ^ OV and 1000 A direct current. This significantly improves the efficiency and stability. The two cathode parts, which are heated to approximately 2000 ° K, can expand without destruction and are considerably more stable than a single cathode of double length. The cathode voltage is preferably applied between the electrodes 12 and 14, which represent the connection to the upper or lower end of the cathode, so that the two cathode parts are connected in series. The disk-shaped electrode 10 can be used as a center tap in various applications. If desired, the two cathode parts can also be operated in parallel. A typical grid bias is -4000 VDC. With such a bias voltage of -4000 V on the grid, positive pulses of +5000 V are required to conduct the tube. During the manufacturing process, the center tap 10 and a switch 46 can be used to operate the two cathode parts separately in time, thereby simplifying the cathode carbonization. This is usually achieved in a partial pressure of 1 mm of hydrocarbon gas. The thoriated tungsten cathode is converted into tungsten carbide, which has a much longer service life. Only half of the usual voltage is optionally applied to each cathode part, which avoids long discharge paths along the wires during the carbonization process. A current of approximately 1500 A and 30 V direct current is applied to each cathode part in order to heat it ^{to approximately 2500 ° K for a time sufficient for carbonization.} During the carbonation process of the first ca

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. 5 J. J, Trit,Qbl.er - P. Merriok 2-2. 5 J. J, Trit, Qbl.er - P. Merriok 2-2

tiiodenteils kann .eine kleine Spannung an den zweiten Kathpdenteil ge«· legit werden, um Schwierigkeiten zu verhindern, die durch das gross© Temperaturintervall zwischen den beiden Teilen verursacht; werden können. a small voltage can be applied to the second cathode part. become legit in order to prevent difficulties caused by the gross © Temperature interval caused between the two parts; can be.

9 Patentansprüche9 claims

1 Bl, Zeichnungen mit 2 Fig.1 Bl, drawings with 2 Fig.

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Claims

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J.J, Tritehler - P. Merrick 2-2 - - ■ .; · ^

Claims - ■■ -.- '''

lly high-performance electron tube, which in an evacuated envelope contains a directly heated tubular mesh cathode, a coaxially surrounding grid and an anode surrounding this grid, characterized in that this cathode is divided into two longitudinal sections, each of which has a number of conductive , is connected through the cathode extending rods and a. Group of these rods establishes the connection between the cathode parts.

2. High-performance electron tube according to claim 1, characterized in that the rods are made of metal and the cathode includes support plates at its upper and lower ends and between the two cathode parts and one group of these rods is connected to one of these plates and one group of these rods , which is guided in an isolated manner through the lower support plate, which establishes the connection to the support plates arranged between the two cathode parts.

3. High-power electron tube according to claim 2, characterized in that the electrodes arranged on the base of the tube are electrically connected to the two cathode parts.

4. High performance electron tube according to claim 3> characterized in that, for the purpose of series connection of these two cathodes, these two electrodes are connected to the upper or lower end of the cathode parts

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5. High-performance electron tube according to claim 4, characterized in that the upper support plate of the cathode is connected to the control grid in an insulated manner. ·

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- 7 yrs. Tritchler - P. Merrlck 2-2

6. High-performance electron tube according to claim 5 *, characterized in that the two electrodes are connected to the common connection of the two cathode parts or to one end of the cathode parts.

7. High-performance electron tube according to claim 5 « characterized in that the control grid consists of a number of vertical wire rods around which the grid wires are vriokelt in a helical manner, and also annular supports are provided along the grid.

8. High-performance electron tube according to claim 7, characterized in that the anode is provided with a cooling device.

9. High-performance electron tube according to claim 1, characterized in that the casing of the tube contains ceramic spacers which are fused to the electrical connections to the cathode, the grid and the anode.

909848/0690909848/0690