DE1949299U - Elektronenstrahlerzeugungssystem fuer elektrische entladungsgefaesse. - Google Patents

Description

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Siemens' & Halske , ' München 2, * ⁶· ^5

Aktiengesellschaft Witteisbacherplatz

^P1 "65/2484

Elektronenstrahlerzeugungssystem für elektrische Entladungsgefäße

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Die betrifft ein Strahlerzeugungssystem für elektrische Entladungsgefäße, insbesondere 3Jeistungsröhren, bei dem die die Strahlelektronen emittierende Kathode (Strahlsystem-Kathode) gleichzeitig als Arbeitselektrode einer für die Heizung durch Elektronenauf-PA 9/492/495 21.6.65 .. - 2 Sn/Scha

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prall dienenden Hilfs-Elektronenentladungsstrecke vorgesehen ist.

Sie hat "besondere-Bedeutung für mit Elektronenstrahlen arbeitende Hochleistungsröhren. J¹Ur diese Röhrenart, also z.B. für Wanderfeldröhren mit hoher leistung, "besteht eine wesentliche "Schwierigkeit darin, die Elektroden, die für die Strahlformung "benötigt v/erden und "besonders der Kathode unmittelbar benachbart sind,
so kühl zu halten, daß sie auch bei Bedarnpfung mit
emissionsfordernden Substanzen keine thermische Emission abgeben. Dieses Kühlhalten erfordert Maßnahmen, durch die die Wärmemenge, die von der Kathode abgegeben wird, so klein.wie möglich wird. Bei vorgegebener Kathodentemperatur hängt diese abgegebene Wärmemenge bzw. die von der benachbarten Steuerelektrode aufgenommene ¥/ärmemenge von der Größe der Oberfläche der betreffenden
Kathode im Hinblick auf die erfolgende Wärmestrahlung und von der durch die unvermeidlichen mechanischen
Verbindungen zum Haltern bedingte Wärmeleitung ab.

Aber bei den heute und vor'allem in Zukunft zu erwartenden Ansprüchen an die spezifische Emission einer
Kathode muß die Kathodentemperatur auf über 1100 erhöht werden. Die gängige, Art, eine Kathode zu heizen,

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besteht darin, daß sie mit einem Heizer versehen wird, der durch elektrischen Stromdurchgang die. erforderliche Warme erzeugt, wobei jedoch an den Heizer bestimmte Anforderungen gestellt werden müssen.- Befindet er sich in der unmittelbaren Hähe.der Kathodenoberfläche, so soll er möglichst kein magnetisches Wechselfeld und damit keinen Brumm erzeugen-. Die Stromführung muß also., möglichst bifilar sein und die Heizstromstärke entsprechend möglichst niedrig gehalten-v/erden. Ein dieser Forderung genügender Heizer aus entsprechend dünnem Draht hat zwar eine geringe Wärmeableitung, läßt sich aber wegen der seiner geringen mechanischen Stabilität entsprechenden unzureichenden Standfestigkeit über eine lange Lebensdauer nicht freitragend ausbilden und anordnen. Es besteht somit die Notwendigkeit, ihn zum Abstützen zu isolieren, wobei die Isolation in Kontakt mit der eigentlichen Kathode steht, sodaß sie eine bestimmte elektrische Spannung zwischen Heizer und Kathode aushalten muß... Die Güte dieser Isolation hängt unter anderen von der Höhe der Heiztemperatur ab. Um diese so niedrig wie möglich zu halten, wird häufig der ganze Innenraum der Kathode mit Isoliermasse ausgefüllt, d.h. die Heizwendel in den Heizerraum eingekittet, um mit Hilfe der Wärmeleitung der betreffenden Isolationsmasse schon bei relativ niedriger Heizertemperatur der eigent-

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lichen Kathode viel Wärme zuzuführen. Diese Art der Heiζerausführung hat den Vorteil, daß sie mit relativ wenig Wärmeverlust verbunden ist. Jedoch "braucht man für die Unterbringung des Heizers einen erheblichen Raum, der einem Kathodenkörper von wesentlich größe- ; rem Ausmaß als dem für die- Emission benötigten Teil entspricht. Deshalb beträgt die zu.erzeugende Wärme ein Vielfaches der wirklich für die Emission benötigten Wärmemenge, so daß unnötig viel Wärme den kritischen Elektroden zugeführt wird. Außerdem beginnt auch bei diesem sogenannten eingekitteten Heizer bereits das Problem der Isolation kritisch zu werden. Das Eintreten einer Elektrolyse innerhalb des Isolationsmaterials - um eine der möglichen Störerscheinungen zu nennen - hängt nämlich von der Temperatur nicht direkt sondern exponentiell ab, so daß sich eine notwendige Kathodentemperaturerhöhung von 20 schon bereits sehr nachteilig derart auswirken kann, daß z.B. die Isolation über eine garantiert .lange lebensdauer nicht "mehr mit Sicherheit beherrscht wird.

Die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Größe und damit die Oberfläche einer Strahlsystemkathode durch besondere konstruktive Maßnahmen möglichst klein zu gestalten und dabei

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gleichzeitig die vorher geschilderten Nachteile der "bisher üblichen Konstruktionen solc-her Systeme zu vermeiden, um dadurch die Temperatur der die Strahlkathode unmittelbar umgebenden maßgeblichen Strahlformungselektrode möglichst kühl zu halten, damit sie auch bei Bedampfung mit Emission fördernden Substanzen im Betrieb keine thermische Emission verursachen kann.

Erreicht wird dies bei einem im ersten Absatz beschriebenen Strahlerzeugungssystem für elektrische Entladungsgefäße, nach der dadurch, daß für die Emission der Strahlelektronen eine Vorratskathode, insbesondere MK-Kathode, mit stirnseitiger poröser Emissionsstofftragerscheibe.großen Durchmessers vorgesehen ist, die - gegebenenfalls imprägniert - einen mit Vorratssubstanz gefüllten Vorratsbehälter von niedriger zylindrischer Porm abschließt, dessen Boden die eigentliche Elektronenaufprall-Fläche der Arbeits.elektrode eines . axial in Strahlrichtung entgegengesetzter Richtung angeordnete]! Hilfs-Elektronenentladungssystem darstellt.

Die Strahlsystemkathcde wird dabei ohne Heizer ausgebildet und besteht somit nur aus der die Emissionsoberfläche bildenden Emissionsstoffträgerscheibe und dem von ihr überdeckten Emissionsstoffvorratsbehälter, der

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als Arbeitselektrode seine erforderliche Wärmezufuhr durch Elektronen-Aufprall aus einer Hilfsentladung erhält. Dadurch kann die eigentliche Kathode sehr klein gehalten werden, so daß^: dadurch in -vorteilhafter Weise auch die in der Nähe der wärmekritischen Elektrode erzeugte Wanne einen "besonders kleinen Betrag annehmen kann.

In vorteilhafter Weise ist die für die Hilfsentladung erforderliche "benötigte Kathode ebenfalls als eine Vorratskathode - im allgemeinen wesentlich kleinerer Ausführung - insbesondere Metallkapillarkathode ausgebildet, die auch einen stirnseitigen Emissionsstoffträger hat und zu deren Erwärmung ein entsprechender üblicher Heizer dient.- Dieser ist aber zudem von der betreffenden wärmekritischen Elektrode wesentlich weiter entfernt und deshalb seine Wärme vernachlässigbar. Für eine zuverlässige Abschirmung der Entladung des Hilfssystems gegenüber dem Hauptsystem ist in dem zur Halterung der Hauptkathode dienenden Wärmeschutzmantel aus einem Tantalfolienzylinder koaxial eine mit einer oder mehreren Blenden versehene rohrförmige Zuganode für das Hilfssystem angeordnet. In besonders vorteilhafter Weise ist zumindest eine dieser Blenden mit Gettermetall, z.B. Zirkon, versehen und deren Öffnung so dimensioniert, daß sie von der Hilfs-

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elektronen-Entladung durch Aufprall eine ausreichende Erwärmung erfährt. Dadurch, daß die Hilfsentladung mit relativ hoher Stromdichte erfolgt, fungiert diese gleichzeitig zumindest teilweise als lonisierungsstrecke, so daß in Verbindung mit der getterfähigen Aperturblende eine, wirksame Ionengetterpumpe gebildet ist. In vorteilhafter Weiterbildung des Strahlerzeugungssystems wird die jeweilige Thermospannung, die an der vom Kathodenträger aus Molybdän- und Tantalfolienzylinder gebildeten thermoelektrischen Übergangsstelle im Betrieb erzeugt wird, zum Steuern der Entladungsstromstärke unmittelbar oder entsprechend verstärkt der Wehneltelektrode zugeführt und damit die Emissionstemperatur ■ der Hauptkathode derart gesteuert, daß z.B. eine automatisch arbeitende Temperaturregelung erzielt werden kann. -

Nähere Einzelheiten der sollen anhand des in der Figur rein schematisch dargestellten Ausführungs beispiels eines Strahlerzeugungssystems erläutert werden. Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind dabei fortgelassen oder unbezeichnet geblieben.

In der Pigux ist mit 1 die wärmekritische Strahlformungselektrode des Strahlerzeugungssysteais bezeichnet,

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in deren Blendenöffnung sich als Vorratskathode, insbesondere als MK-Kathode, ausgebildet die Strahlsystemkathode 2,3 befindet. Sie besteht im wesentlichen aus der die Emissionsoberfläche bildenden Emissionsstoffträgerscheibe 2 und dem von ihr überdeckten Vorratsbehälter 3. Sie hat keinen üblichen Heizer, so daß ihr Kathodenkörper, insbesondere Vorratsbehälter, als sehr flacher Zylinder ausgebildet werden kann. Ihre Oberfläche ist somit sehr klein gehalten, so daß an dieser Stelle auch der für die Strahlformungselektrode maßgebliche Wärmeumsatz ein Minimum beträgt. Gehaltert ist der Kathodenträger durch einen Strahlungsschutzmantel aus einem Tantalfolienzylinder 4, der unmittelbar unterhalb der Emissionsstoffträgerscheibe 2 am Kathodenkörper 3 befestigt ist.und noch von einem weiteren Strahlungsschutzzylinder 11 umgeben v/erden kann. Die Wärmezufuhr erfolgt durch Elektronenaufprall aus einer Elektronen-Hilfsentladung, die im wesentlichen innerhalb des Strahlungsschutzmantels 4 mit einem koaxial angeordneten Hilfsentladungssystera erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist koaxial im Innern des Strah- '. lungsschutzzylinders 4 eine mit einer oder mehreren . Blenden 6,7 versehene rohrförmige erste Zuganode 5 vorgesehen und vcr dieser eine als Vorratskathode",· insbesondere als MK-Kathode, ausgebildete Hilfskathode 8 mit Heizer 9 und entsprechender Wehneltzylinderelektrode

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angeordnet·. ..Bein Betrieb des dargestellten Strahlerzeugungssystems erfolgt zunächst von der geheizten Kathode 8 aus ein Elektronenstrom, der durch die Z.uganode 5 mit ihren Blenden 6 und 7 zur Hauptkathode 2,3 hin "beschleunigt wird und mit. einer relativ höhen Ent-· ladungsdichte erfolgt. Dadurch, daß eine Blende, insbesondere die im Innern der rohrförmigen Elektrode angeordnete Blende 7, mit einem getterfähigen Metall, wie Zirkon, Titan oder dergleichen, belegt ist, können von dieser die in der Entladungsstrecke ionisierten Restgase gegettert werden. Zu diesem Zweck wird die Blendenöffnung kleiner als die der Eingangsblende gewählt, so daß durch den nach Aperturblendenart auftretenden Blektrononaufprall eine für den Gettervorgang ausreichende Erwärmung eintritt. Es liegt im Rahmen .der gemäßen Maßnahme, bei Inbetriebnahme des betreffenden Entladungsgefäßeo die Entladung so zu führen und zu steuern, daß bereits eine ausreichende Pumpwirkung erzielt wird, ohne daß eine erhebliche Erwärmung der Strahlkathode'selber erfolgt. Selbstverständlich kann mit der so gebildeten Ionisierungsstrecke und Gettereinrichtung laufend in Betrieb bei emittierender Hauptkathode eine für ein hohes gutes Vakuum sorgende Pumpwirkung erzielt werden. Darüber hinaus ist durch die Verbindung von Kathodenkörper aus Molybdän und Abschirmzylinder aus Tantal unmittelbar

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unterhalb der porösen Emissionsstofftragerscheibe eine thermoelektrische Übergangsstelle geschaffen, so daß die an ihr im Betrieb erzeugte !hermospannung zum Hegeln der Emissionstemperatur benutzt werden kann. Zu diesem Zweck sind von den beiden erwähnten die eigentlichen Metalleiter darstellenden Teile nämlich Vorratsbehälter 3 und Abschirmzylinder 4 zumindest bis zu einer genügend kalten Stelle aus dem jeweils gleichen Metall hergestellt. Die erzeugte ihermospannung wird unmittelbar oder entsprechend verstärkt dem Wehneltzylinder des Hilfsentladungssystems zugeführt und dadurch über die Entladungsstromstärke die Emissionstemperatur bestimmt bzw. automatisch geregelt.

, Solnuii

© ansprüche

1 Figur

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Claims (1)

1. RA. U 7 925*25.8.66

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   Pa t ent ansprüclie

   1. Strahlerzeugungssystem für elektrische Entladungsgefäße, insbesondere Leistungsröhren, bei dem die . die Strahlelektronen emittierende Kathode (Strahlsystem-Kathode) gleichzeitig als Arbeitselektrode einer für die Heizung durch Elektronenaufprall dienenden Hilfs-Elektronenentladungsstrecke vorgesehen ist,^: dadurch'gekennzeichnet, daß für die Emission der Strahlelektronen eine Vorratskathode, insbesondere UK-Kathode, mit stirnseitiger poröser Emissionsstoffträgerscheibe großen Durchmessers vorgesehen ist, die gegebenenfalls selber imprägniert, einen mit Vorratssubstanz gefüllten Vorratsbehälter von niedriger zylindrischer Form abschließt, dessen Boden.die eigentliche Elektronenaufprall-Fläche der Arbeitselektrode eines axial in Strahlrichtung entgegengesetzter Richtung angeordneten Hilfs-Elektronen-Entladungssystems darstellt.

   2. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Hilfskathode mit stirnseitiger Emissionsfläche und indirekter Heizung ebenfalls als Vorratskathode, insbesondere als MK-Kathode, ausgebildet ist und als zugeordnete Steuer-

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   elektrode eine Wehnelt-Zylinderelektrode zum Bemessen der Strahlkathoden-Semperatur hat.

   3. Strahlerzeugungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlsystemkathode von einem unmittelbar unterhalb der porösen Emissionsstoff trägerscheibe befestigten lantal-Polienzylinder gehaltert ist, in dessem Inneren koaxial eine rohrförmige mit'ein oder mehreren Aperturblenden versehene vorzugsweise auch aus einem -!Folienzylinder bestehende Elektrode als Zuganode und zur Abschirmung für das Hilfsentladungssystem gegen, das Hauptstrahl-Erzeugungssystem angeordnet ist. -

   4· Strahlerzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der zum Hilfs-Elektronenentladungssystem gehörenden rohrförmigen Zuganode aus vorzugsweise Molybdän die im Innern angeordnete Aperturblende mit Zirkon, Titan oder einem ähnlich gut getternden Metall bedeckt oder aus diesem wesentlich hergestellt ist und für eine Stromaufnahme zur zum Gettern ausreichenden Erwärmung durch Elektronenaufprall eine· kleinere Öffnung als die stirnseitige Eintrittsblende hat.

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   5. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Aperturblende die Blech-stärke zum Rand hin, vorzugsweise allmählich, abnimmt . .".■"■ .

   6. Strahlerzeugungssystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlsystem-Kathode mit ihrem Folienhalterungszylinder von einem weiteren koaxialen Folienzylinder zur erhöhten thermischen Abschirmung' umgeben ist.

   Verfahren zum Betrieb einer mittelbar geheizte! KasWiode nach .den vorangehenden. Ansprüchen 1/bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Strah^systemkathode ein derart positives Potential gegenüber der auf Bezug^potential

   gelegt wird, daß^ine a^^fie^zfen der Hauptkathode ausreichende Eleki^^^nen^adung hoher Dichte erzeugt wir'd, deren^StrMisXärke von einem Wehneltzylinder zum Einstellen einer vorgegebenen Kathodentemperatur gesteuert wird und zumindest teilweise als lonisiejungsstrecke für.eine lo^engetterpumpe dient.

   8. Jf-erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die am Wehneltzylinder der Hilfskathode

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