DE1959584A1

DE1959584A1 - Elektronenroehre

Info

Publication number: DE1959584A1
Application number: DE19691959584
Authority: DE
Inventors: De Boer Thijs Johannes; Johanns Johannes Hendric Maria; Van Roosmalen Johann Theodorus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-12-14
Filing date: 1969-11-27
Publication date: 1970-08-27
Also published as: CH502691A; NL6818015A; FR2026188A1; BE743088A; GB1297127A; AT313991B

Description

PHN.3705 dJo/Sp.

Γγ.-Ij:/. ■'. -is-I-ieiridi Zeller

Pairiiliiiiivait

Anmelder: M. Y. Philips' Gloeilarii-oui-abr
Akte No. PHN- 5705

Anmeldung vom: 26. NOV. 1969

"Elektronenröhre".

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit einer Elektronenquelle, die eine nahezu flache emittierende Oberfläche aufweist. Eine solche Elektronenröhre wird in unterschiedlichen Fällen benutzt, z.B. zum Wiedergeben von Bildern« Die zum Bildwiedergabeschirm senkrechte Abmessung der Röhre ist dabei oft geringer als bei einer üblichen Elektronenstrahlröhre. Hinsichtlich der emittierende Oberfläche treten jedoch bestimmte Probleme auf.

Erfolgt die Emission der Elektronen infolge einer

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Erhitzung, so ist der Nachteil der, dass die ganze betref-

fende Oberfläche erhitzt werden muss, wobei die Erhitzung noch von der erwünschten Anzahl von Elektronen pro Oberflächeneinheit abhängig ist. In einem anderen Falle gibt es keine erhitzte Kathode, sondern werden die Elektronen durch Feldemission aus der Oberfläche ausgelöst, in welchem Falle auch die Benennung "kalte Kathode" gebraucht wird. Eine Schwierigkeit dabei ist, dass die betreffende Oberfläche niemals gleichmässig emittiert. Wird die Röhre als Bildwiedergäberöhre verwendet, so äussert sich dies in Form von Flecken in dem wiedergegebenen Bild, die örtlich unterschiedliche Helligkeiten aufweisen können. Ausserdem ist die Emissionsleistürtg einer solchen Oberfläche gering. Ähnliche Schwierigkeiten treten auch bei einer Photokathode auf.

Nach der Erfindung enthält die Elektrohenquelle eine Platte, die mit nahezu aneinander liegenden, nahezu parallelen, engen Durchgängen nahezu gleichen Durchmessers versehen ist und deren beide nahezu parallele Oberflächen, in welchen die Durchgänge ausmünden, mit elektrischeil Leitern bedeckt sind, welche Durchgänge sekündär-emittiereride tittd leitende Oberflächen aufweisenj wobei auf einer Seite der Plätte eine Elektronen emittierende Vorrichtung vorgesehen ist» Die Platte ist entweder .eine elektrisch isolierende Platte, in welchem Falle die Wände der Durchgänge mit einer leitenden / Schicht überzogen sind, oder eine Platte aus elektrisch schlecht leitendem Material. Wird ein hinreichend grosser Spannungsunterschied zwischen den elektrischen Leitern angelegt.

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wobei die Spannung auf der Seite der Elektronen emittierenden Vorrichtung niedriger ist als die Spannung auf der anderen Seite, so ist die Platte infolge der Sekundäremission als ein Elektronenvervielfacher wirksam, wobei das Verhältnis zwischen der Anzahl eintreffender Elektronen und der Anzahl heraustretender Elektronen für Durchgänge gleicher Abmessungen annähernd das gleiche ist. Die Vervielfachung ist in erster Instanz von dem Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser der Durchgänge abhängig. Bei Zunahme der Spannung zwischen den Leitern nimmt die Vervielfachung anfangs zu, aber bei einem bestimmten Spannungswert, der von den Abmessungen der Durchgänge, von dem elektrischen Widerstand der Platte und von der Anzahl eintreffender Elektronen abh&ngig ist, wird ein maximaler Wert der Vervielfachung erreicht, die sich bei weiterer Erhöhung der Spannung nur wenig ändert. Ist die Spannung höher als die, bei der der Maximalwert der Vervielfachung erzielt wird, so ist die Anzahl heraustretender Elektronen nicht länger eine Funktion der Anzahl eintreffender Elektronen und ist nahezu kon-^ stant für Durchgänge mit den gleichen Länge-Durchmesserverhältnissen. -Bei der Elektronenquelle nach der Erfindung wird unter anderem diese Wirkung benutzt.

Die Anzahl von der Elektronen emittierenden Vorrichtung auf einer Seite der Platte emittierter Elektronen wird durch die Sekundäremissionswirkung der Durchgänge vergrSssert, so dass die Elektronen emittierende Vorrichtung an sich weniger Elektronen zu emittieren braucht als die

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pro Oberflächeneinheit in der Elektronenröhre erwünschte Anzahl. Vorzugsweise wird die Platte im Sättigungszustand verwendet, was bedeutet, dass der Spannungsunterschied höher ist als der, bei dem der Maximalwert der Vervielfachung erreicht wird, da dann ausserdem der Nachteil der ungleichmässigen Emission der Elektronenemittierenden Vorrichtung verringert wird.

Die Elektronenemittierende Vorrichtung kann eine durch Erhitzung emittierende Kathode mit nahezu flacher Emissionsoberfläche sein, die in einem kurzen Abstand von der Platte liegt, oder mit dieser ein Ganzes bildet. In diesem Falle braucht .die Elektronen emittierende Vorrichtung eine erheblich geringere Anzahl von Elektronen pro OberflMcheneinheit zu liefern als die erwünschte Anzahl, so dass eine erheblich geringere Erhitzung genügen kann. Die Elektronen emittierende Vorrichtung kann auch eine Vorrichtung sein, bei der die Elektronen durch Feldemission aus der Oberfläche ausgelöst werden. Dies ergibt einerseits den Vorteil, dass keine Erhitzung notwendig ist und andererseits, dass die Elektronenquelle dabei infolge der Bauart gemäss der Erfindung nahezu gleichmSssig eine, hinreichende Anzahl von Elektronen emittiert. Die Spannung auf dem Leiter auf der Kathodenseite dient dabei gleichzeitig zum Erzeugen des für die Feldemission erforderlichen Feldes. In allen Fällen ist es möglich, die flach emittierende Kathode mit der Platte zu einem Ganzen zusammenzufügen, Eine andere Möglichkeit besteht noch darin, dass das die Elektronen emittierende Material auf dem elektrischen Leiter auf der Platte angebracht wird, wobei während der An-

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bringung des Materials auch etwas Material über einen kleinen Abstand in die Durchgänge gelangt, was eine vorteilhafte Wirkung hat.

Ist die Platte im Sättigungszustand wirksam, so wird die Anzahl heraustretender Elektronen einerseits durch das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser der Durchgänge und andererseits durch den elektrischen Widerstand des Materials der Platte bestimmt. Die Anzahl pro Oberflächeneinheit heraustretender Elektronen ist auf diese Weise wahlbar und die Wahl hängt von dem Zweck ab, zu dem die Elektronenröhre verwendet wird. Wird die Röhre als Bildwiedergaberöhre benutzt, würde eine wesentlich zu kleine Anzahl im Zusammenhang mit der erforderlichen Anzahl am Bildwiedergabeschirm bedeuten, dass in der Nähe des Bildwiedergabeschirms noch eine erhebliche Nachvervielfachung durchgeführt werden müsste, wodurch die Rauschempfindlichkeit zunehmen würde. Andererseits wird der Anzahl heraustretender Elektronen eine obere Grenze gestellt, da sonst die für die Bildwiedergabe erforderliche Abfangung der Elektronen an bestimmten Stellen grosse Schwierigkeiten mit sich bringen würde.

Die kinetische Energie der heraustretenden Elektronen hängt von dem Abstand ab zwischen der Stelle, wo der letzte Zusammenstoss an der Wand eines Durchgangs stattgefunden hat, und der Austrittsfläche der Platte und diese Energie ist umso grosser je grosser dieser Abstand ist. Dies bringt eine Streuung der kinetischen Energie der her-

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austretenden Elektronen mit sich, die jedoch geringer wird in dem Masse wie die Platte mehr im Sättigungszustand wirkτ sam ist, wobei dann im letzten Teil der Durchgänge keine EIe! tronenvervielfachung mehr erfolgt. Ausserdem kann die Streuung der kinetischen Energie der heraustretenden Elektronen infolge des Unterschieds des Abstandes zwischen der Stelle des letzten Zusaminenstosses und der Austrittsfläche durch bestimmte Massnahmen verringert werden. In einem bestimmten Falle wird zu diesem Zweck auf der Austrittsseite der Elek-

W tronen der Platte eine zweite Platte angebracht, die auch mit Durchgängen versehen ist, in denen Sekundäremission auftritt. Der Durchmesser dieser Durchgänge braucht nicht gleich dem der Durchgänge der ersten Platte zu sein. Die zwei Platten können aneinander angeschlossen werden« wobei sie einen gemeinsamen Leiter haben. Mit Rücksicht auf eine geringe Streuung der kinetischen Energie der aus der zweiten Platte heraustretenden Elektronen soll der Spannungsunterschied an der zweiten Platte möglichst gering sein, während

fe die Platte dennoch als Elektronenvervielfacher wirksam ist. Es wird ausserdem dafür gesorgt, dass die in die Durchgänge der zweiten Platte eintretenden Elektronen dennoch mindestens einmal gegen die Wand eines Durchgangs stossen, zu welchem Zweck zunächst die Achsen der Durchgänge in den Platten nicht parallel zueinander verlaufen. Ist 1 die Länge der Durchgänge in der zweiten Platte, d der Durchmesser die- '." s«r Durchgange, o^ der Winkel zwischen den Achsen der Durchgänge in der ersten Platte und der Fläche der zweiten Platte

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auf der Seite der ersten Platte und .-.> der Winkel zwischen dieser Fläche und den Achsen der Durchgänge In der zweiten Platte, wobei λ +ί* <J8O^C, so erfolgt in den Durchgängen der zweiten Platte mindestens ein Zusammenstoss, wenn: -τ mindestens gleich ist. Die erwünschte Wirkung

sin .5 ein(fx +γ} )

beruht auf folgendem: Ist die erste Platte im Sättigungszustand wirksain₍ so tritt pro Durchgang annähernd die gleiche Anzahl von Elektronen heraus. Dieser über die ganze Oberfläche nahezu gleichmässlge Elektronenstrom tritt in die Durchgänge der zweiten Platte ein. über dieser Platte steht ein geringerer Spannungsunterschied und Jedes Elektron stösst mindestens einmal an der Wand eines Durchgangs. Der Abstand zwischen der Stelle, wo der letzte Zusammenstoss an der Wand eines Durchgangs in der zweiten Platte erfolgt, und der Austrittefläche der zweiten Platte ist dann wenig verschieden für die unterschiedlichen Durchgänge, wodurch eine verhältnismässig geringe Streuung der kinetischen Energie der heraustretenden Elektronen erhalten wird. In einem anderen Falle ist an dem letzten Teil der einzigen Platte ein Magnetfeld vorhanden, wodurch mehr Elektronen an den Wänden der Durchgänge stossen. Die Richtung,des Hagnetfeldes ist insbesondere senkrecht zu der Achse der Durchgänge, da dann über einen geringen Abstand jedes Elektron an der Wand eines Durchgangs stösst. Auch auf diese Weise wird erreicht, dass der Abstand zwischen der Stelle des letzten Zusammenstosses an der Wand eines Durchganges und der Austrittsfläche für die unterschiedlichen Durchgänge wenig verschieden ist. Ausserdcm lassen sich beide Massnahraen

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kombinieren, wobei über der zweiten Platte ein Magnetfeld vorhanden ist. Vorzugsweise enthält die Elektronenquelle auf der von der Elektronen- emittierende Vorrichtung abgewandten Seite der Platte eine zweite Platte, die mit nahe aneinander liegenden, nahezu parallelen, engen Durchgängen mit einer Länge 1 und einem Durchmesser dversehen ist, deren beide Oberflächen, in welche die Durchgänge ausmünden, mit elektrischen Leitern bedeckt sind, welche Durchgänge sekundäremittierende und leitende Oberflächen aufweisen, während

1/d mindestens gleich ist, wobei-^ der Win-

. sin;" sin( χ + β )

kel zwischen der Achse der Durchgänge in der ersten Platte und der Fläche der zweiten Platte auf der Seite der ersten Platte und /", der Winkel zwischen dieser Fläche und der Achse

der Durchgänge in der zweiten Platte und O^ + β 18θ' ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einer Elektronenröhre mit einer Elektronenquelle mit einer solchen Platte, über dem von der Elektronen emittierende Vorrichtung abgewandten Teil der Platte ein Magnetfeld vorhanden 1st. Insbesondere verläuft das Magnetfeld nahezu senkrecht zu der Richtung der Durchgänge.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die Ausführungsformen darstellt und in der

die Fig. 1, 2 und 3 schematisch Schnitte durch Elektronenröhren zeigen, deren unterschiedliche Abmessungen nicht in dem gleichen Masstab angedeutet sind.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Glashülle, in der eine Elektronenquelle 2 und eine Anode 3 untergebracht sind. Die

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Elektronenquelle 2 besteht aus einer leitenden Schicht k, einer porösen Isolierschicht 5» einer leitenden Schicht 6, einer Glasplatte 7 mit nahe aneinander liegenden, engen Durchgängen parallel zur Röhrenachse - deutlichkeitshalber sind nur einige dieser Durchgänge nicht masstäblich dargestellt - und einer leitenden Schibht 8. In einem bestimmten Falle besteht die leitende Schicht k mit einer Dicke von 1 mm aus Aluminium, die-Schicht 5 aus Al^O ' mit einer Dicke von einigen Mikron und hat die Glasplatte 7 eine Dicke von 10 mm; die darin vorgesehenen Durchgänge haben einen Durch- " messer von 200Mm, Es gibt etwa 2300 Durchgänge pro Qüadratzentimeter. Die Wände der Durchgänge sind durch eine solche Reduktionsbehandlung leitend gemacht» dass der Widerstand einer Glasplatte mit einer Oberfläche von 1 cm* 5ÖÖ Möhm beträgt', die Wände der Durchgänge haben bei Senkrechtem Elektrotteneinfall einen Sekundäremissionskoeffizienten von 3 bis h. Öle leitenden Schichten 6 und 8 bestehen aus Chromnickel· Die Anode 3 besteht aus einer dünnen, für Elektronen dürchlässigerij leitenden Schicht, unter der auf einem dürchsich- ( tigen, gjöt gläsernen Träger 11 eine Phosphorschicht 10 vorhanden iöt< Die elektrischen Anschlüsse öind in der Figur nicht dargestellt. Die Schicht k hat eine Spannung von 0 V, diö Schicht 6 eine Spannung von 100 V und die Schicht Ö eine Spannung von I500 V, Sei diesem Spannungsunterschied von 14ÖO V Über der Platte 7 Und bei einer AlpO^-Schicht mit einer Dicke Von einigen Mikron, Über der ein Spannungsunterschied von 100 V steht, ist die Platte mit dem erwähnten Wi-

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derstand und einem Länge-Durchmesser-Verhältnis der Durchgänge von 50 in dem Sättigungszustand wirksam, während die Elektronenquelle 2 eine nahezu flach emittierende Oberfläche 9 aufweist. Die heraustretenden Elektronen haben ein Potential von 1500 V, während ihre Geschwindigkeit von dem Abstand zwischen der Stelle des letzten Zusammenstoases an der Wand eines Durchgangs und der Schicht 8 abhängig ist.» Diese Elektronen werden zu der Anode 3 mit einer Spannung von 10.Ö00 V beschleunigt* Der Spannungsunterschied von 85OÖ V erteilt den Elektronen eitle solche Geschwindigkeit, dass die Phosphörschieht 10 aufleuchtet* Es entsteht ein gleichmässiges Bild ohne flecken* was bedeutet*^* dass die Elektronenquelle 2 eine nahezu gleichßiässig emittierende Oberfläche hat *

In Fig. 2 bezeichnet 21 eine Gläshüllei in der eine Elektronenquelle 22 und eine Anode 23 untergebracht sind» Die Elektronenquelle 22 besteht aus einer leitenden Schicht 24* einer porösen Isöiieirächicht 25§ einer leitenden Schicht 26, einer Glasplatte 27 iiiit nahe aneinander liegenden, engen Durchgängen* deutlichkeitihalber sind nur einige der Dürcngänge nicht mässtäblich dargestellt * einem Leiter 28» einer Glasplatte 29 ttiit nahe aneinander liegenden engen Durchgängen parallel zur ftÖhrenäehse - auch von diesen Durchgängen sind deutlichkeitshalber nur einige nicht/ niasstäbiich dargestellt - und einer leitenden Schicht 30. Irt eineih bestimmten Falle besteht die leitende Schicht 24 mit einer Dicke von 1 ihm aus Aluminium, die Schicht 25 aus

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MgO mit einer Dicke von einigen Mikron, hat die Glasplatte 27 eine Dicke von 10 nun und die Glasplatte 2° eine Dicke von 2 mm. Die Flächen der Platten 27 und 29, in welche die Durchgänge ausmünden, verlaufen senkrecht zur Röhrenachse. Die Durchgänge in der Platte 27 haben einen Durchmesser von 200 /um und der Winkel zwischen der Achse der Durchgänge und der Fläche der Platte 29 beträgt 75°'·" In der Platte 27 sind gut 229Ο Durchgänge pro QuadratZentimeter der Oberfläche auf der Seite der Platte 29 vorhanden. Die Durchgänge in der Platte 29 haben einen Durchmesser von 200/um und ihre Achse ä sind senkrecht zu der Fläche der Platte 29. In der Platte sind etwa 2300 Durchgänge pro Quadratzentimeter der Oberfläche auf der Seite der Platte 27 vorhanden. Die Wände der Durchgänge sind durch eine Reduktionsbehandlung leitend gemacht. Bei der Platte 27 ergibt diese Behandlung einen Widerstandswert der Glasplatte mit einer Oberfläche von 1 cm² von 500 mOhm, welcher Wert bei der Platte 29 20 mOhm beträgt. Die Wände der Durchgänge haben bei senkrechtem Elektroneneinfall einen Sekundäremissionskoeffizienten von 3 bis k. Die leitenden Schichten 26 und 30 bestehen aus je einer Chromnickel- .und einer Goldschicht, wobei das Chromniekel auf dem Glas liegt. Die elektrische Leitfähigkeit von Gold ist höher als die von Chromnickel, aber Gold haftet weniger gut an Glas als Chromnickel, so dass diese Kombination vorteilhaft ist. Der Leiter 28 besteht aus einem auf der Platte 27 vorgesehenen Leiter aus einer Chromnickel» und einer Goldschicht und einem Leiter auf der Platte 29 der auf gleiche

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Weise zusammengesetzt ist. Die Anode 23 besteht aus einer dünnen für Elektronen durchlässigen Schicht, unter der auf einem durchsichtigen Träger 33 eine Phosphorschicht 32 vorgesehen ist. Die Schicht 2k hat eine Spannung von 0 V, die Schicht 26 eine Spannung von 100 V, der Leiter 28 eine Spannung von 1500 V und die Schicht 30 eine Spannung von 1550 V-* Bei dem Spannungsunterschied von 14OO V über der Platte 27 und einer Schicht MgO mit einer Dicke von einigen Mikron, über die ein Spannungsunterschied von 100 V steht, ist die Platte 27 mit dem erwähnten Widerstand und einem Länge-Durchmesser-Verhältnis der Durchgänge = 52 in dem Sät-

sin 75°

tigungszustand wirksam. Bei dem Spannungsunterschied von 50 V über der Platte 29 mit dem erwähnten Widerstand und einem Länge-Durchmesser-Verhältnis der Durchgänge von 10 wird erreicht, dasa die Platte wie ein Elektronenvervielfacher wirksam ist. In der Formel ■ ■ ■ ist in

s( sin(-

diesem Falle τ\ = 75° und _tl = 90°, so dass bei einem Länge-Durchmesser-Verhältnis der Durchgänge in der Platte 29 von mindestens>3»7 die aus der Platte 27 heraustretenden Elektronen mindestens einmal an der Wand eines Durchganges in der Platte 29 stossen. Das Länge-Durchmesser-Verhältnis beträgt 10, so dass dies tatsächlich der Fall ist. Die aus der Oberfläche 31 heraustretenden Elektronen befinden sich auf einem Potential von 1550 V und die Streuung der kinetischen Energie beträgt 50 e.V. Diese Elektronen werden in Richtung auf die Anode 23 mit einer Spannung von 10.000 V beschleunigt. Der Spannungsunterschied von 8^50 V erteilt den Elektronen eine

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solche Geschwindigkeit, dass die Phosphorschicht 32 aufleuchtet. Es entsteht ein gleichmässiges Bild ohne Flecken, so dass die Elektronenquelle 22 eine nahezu gleichmässige emittierende Oberfläche hat.

Fig. 3 zeigt eine etwas abweichende Bauart, wobei für die gleichen Einzelteile der Fig. 1 die gleichen Bezugsziffern verwendet sind. In diesem Falle befinden sich am Ende der Platte 7 ^au^ beiden Seiten zwei Dauermagnete 3h und 35» die in dem zur Richtung der Durchgänge senkrechten Teil der Platte 7 ein Magnetfeld erzeugen. Die Platte 2 hat eine Dicke von 10 mm und die Abmessung der Magnete 3^ und 35 in der Richtung der Röhrenachse beträgt 2 mm. Da die Platte 7 bei den in Fig. 1 erwähnten Werten im Sättigungszustand wirksam ist, steht am letzten Teil der Platte nur ein geringer Spannungsunterschied. Das Magnetfeld zwischen den Dauermagneten 3h und 35 sorgt dafür, dass die Elektronen in den letzten 2 mm mindestens einmal an der Wand eines Durchgangs stossen. Die aus der Oberfläche 9 heraustretenden Elektronen weisen dann eine sehr geringe Streuung der kinetischen Energie auf.
PATENTANSPRÜCHE s

η J Elektronenröhre mit einer Elektronenquelle, die eine nahezu flach emittierende Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenquelle eine Platte enthält, die mit nahe aneinander liegenden, nahezu parallelen, engen Durchgängen nahezu gleichen Durchmessers versehen ist und deren beide nahezu parallele Oberflächen, in welche die

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. . PHN·3705 ■ .■" ^;; . ■■ . ;■■

Durchgänge ausmünden, mit elektrischen Leitern bedeckt sind, welche Durchgänge sekundäremittierende und leitende Oberflächen aufweisen, wobei auf einer Seite der Platte eine Elektronen-emittierende Vorrichtung vorgesehen ist.
2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektronenquelle auf der von der Elektronen emittierende Vorrichtung abgewandten Seite der Platte eine zweite Platte enthält, die mit nahe aneinander liegenden, nahezu parallelen, engen Durchgängen mit einer Länge 1 und einem Durchmesser d versehen ist, deren beide Oberflächen, in welche die Durchgänge ausmünden, mit elektrischen Leitern bedeckt sind, welche Durchgänge sekundäremittierende und leitende Oberfläche aufweisen,

sin -al

während l/d mindestens gleich

ist, wobei

sin & sin(o( +/3) der Winkel zwischen der Achse der Durchgänge in der ersten Platte und der Fläche der zweiten Platte auf der Seite der ersten Platte und β der Winkel zwischen dieser Fläche und der Achse der Durchgänge in der zweiten Platte undλ\ + /3

< 180° ist.
3. Vorrichtung mit einer Elektronenröhre nach Anspruch 1 dadurch'gekennzeichnet, dass über dem von der Elektronenemittierende Vorrichtung abgewandten Teil der Platte ein Magnetfeld vorhanden ist.

5^»$ 6