DE2118833A1 - Electric discharge tube with a gas filling and a hollow cathode - Google Patents
Electric discharge tube with a gas filling and a hollow cathodeInfo
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Description
FHN.4041. Va/EVH. FHN.4041. Va / EVH.
g. TTars-DictriA ZeDc* G. TTars-DictriA ZeDc *
Akf.No. PHN- 4841 vo«i 16. April 1971Akf.No. PHN-4841 on April 16, 1971
Elektrische Entladungsrohre rait einer Gasfüllung und einer hohlen Kathode.Electric discharge tubes have one gas filling and one hollow cathode.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungaröhre mit einer Gasfüllung und einer hohlen nicht aktivierten Kathode in Form eines wenigstens an einem Ende offenen Zylinders.The invention relates to an electric discharge tube with a gas filling and a hollow, non-activated cathode in the form of a cylinder that is open at least at one end.
Hohle nicht aktivierte Kathoden werden u.a. in Entladungsröhren für Infrarot-Laser verwendet, deren Gasfüllung aus Kohlendioxyd und Stickstoff mit einem oder mehreren anderen Gasen besteht. Die in der britischen Patentschrift I.O87.8O3 beschriebenen Elektroden bestehen aus Platinbuchsen in gesonderten seitlichen Rohren, weiche Buchsen eine varhältnismSssig kleine Oeffnung für die Entladung aufweisen. Nach der britischen Patentschrift I.I55.OOO besteht die Kathode aus einer durch Klemmkraft gegen die Wand des Entladungsraumes gedrückten zylindrisch gestalteten Nickelfolie.Hollow non-activated cathodes are used, among other things, in discharge tubes for infrared lasers, the gas filling of which is made up of carbon dioxide and nitrogen with one or more other gases. Those described in British Patent I.O87.8O3 Electrodes consist of platinum sockets in separate side tubes, soft sockets have a relatively small opening for have the discharge. According to the British patent I.I55.OOO the cathode consists of a cylindrically shaped nickel foil pressed against the wall of the discharge space by clamping force.
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PHN.4841.PHN.4841.
Nach dei britischen Patentschrift 1.158,977 wird für diese Folie Platin verwendet. In den in diesen drei Patentschriften beschriebenen Entladungsröhren ist die Stromdichte an der Kathode in der Gröasenordnung von 10 mA/cm2.According to British Patent 1,158,977, platinum is used for this foil. In the discharge tubes described in these three patents, the current density at the cathode is in the order of magnitude of 10 mA / cm 2 .
Bei Anwendungenf bei denen grosser© Ströme erforderlich sind, wie z.B. bei Argon-Ionenlasern» bei denen die Stromdichte an der Kathode 10 A/cms und mehr betragen kann* sind diese bekannten Kathoden infolge der beschränkten Lebensdauer nicht geeignet.In applications where large f © currents are required, as can be where the current density at the cathode 10 A / cm s and more at argon ion lasers "eg * these known cathodes are not suitable due to the limited life span.
Aus der niederländischen Offenlegungsschrift 6514II3 sind auch hohle Kathoden für Ströme bis zu einer Grössenordnung von 100 A bekannt, wobei in dem Hauptentlad ungsraum ein niedriger Druok vorherrscht und die Zündung innerhalb der hohlen Kathode erfolgt, wo der Brück höher ist. Bei den beschriebenen Vorrichtungen wird am Entladungsraum stets gepumpt und frisches Gas nachgeliefert, damit die Verunreinigungen in der Gasfüllung, die beim Elektronenbeschuss zur Behandlung auf die Anode gesetzter Gegenstände ausgelöst werden, abgeführt werden. Die Kathode besteht aus einem Tantalrohr mit einem Innendurchmesser von 1,5 mm und die Entladung endet ψ nahezu völlig an der Aussenseite. Es treten eine starke Verdampfung und Zerstäubung der Kathode auf, die bei dieser Anwendung unbedenklich sind.From the Dutch laid-open specification 6514II3 hollow cathodes for currents up to a magnitude of 100 A are known, with a low pressure prevailing in the main discharge space and ignition taking place inside the hollow cathode, where the bridge is higher. In the devices described, the discharge space is always pumped and fresh gas is supplied so that the impurities in the gas filling, which are released during electron bombardment for the treatment of objects placed on the anode, are removed. The cathode consists of a tantalum mm tube having an internal diameter of 1.5 and the discharge ends ψ almost completely on the outside. There is strong evaporation and sputtering of the cathode, which are harmless in this application.
Bei den meisten anderen Anwendungen hohler Kathoden kann die Entladung nicht innerhalb der Kathode gezündet werden und ergeben die Zerstäubung und Verdampfung einen wesentlichen Nachteil.For most other applications, hollow cathodes can the discharge cannot be ignited within the cathode and the sputtering and evaporation are a major disadvantage.
In I.B.E.E. Journal of Quantum Electronics Q E3f (nr.9), 378 - 379, 1967 und in Rev. Sol. Inet. .3JJ, 1472 - 1477» 1962 ist ein Argon-Ionlaser beschrieben worden« in dem die Kathode aus ■ einem Tantalröhrohen besteht, da« von einem elektrisch schwachen-jIn IBEE Journal of Quantum Electronics Q E3 f (no.9), 378 - 379, 1967 and in Rev. Sol. Inet. .3JJ, 1472 - 1477 "In 1962 an argon-ion laser was described" in which the cathode consists of ■ a tantalum tube, since "an electrically weak-j
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Schirm umgeben ist. Die Anode ist eine ähnliche Röhre in etwa 20 Zentimeter Entfernung von der Kathode, Bei Laser iat vom strömenden Gas Typus und die Gaamenge wild gesteigert zum Anlassen der Entladung, danach wird der Druck wieder irniedrigt. Das Kathodenröhrchen hat eineLänge von 8 cm und ein Durchmesser von 5 mm. Der Kathodenstrom beträgt 20 A bei einem Druck von etwa 0.009 Torr. Die Lebensdauer der Kathode ist etwa 20 Stunden.Screen is surrounded. The anode is a similar tube about 20 centimeters away from the cathode. With lasers it is of the flowing gas type and the amount of gas is wildly increased to start the discharge, then the pressure is lowered again. The cathode tube has a length of 8 cm and a diameter of 5 mm. The cathode current is 20 A at a pressure of about 0.009 Torr. The life of the cathode is about 20 hours.
Die Erfindung hat den Zweck, eine Bauart zu schaffen, mit der für eine Anzahl von Anwendungen günstigere Ergebnisse erzielt werden kSnnen.The aim of the invention is to provide a type of construction with which results are more favorable for a number of applications can be achieved.
In einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Gasfüllung und einer hohlen nicht aktivierten Kathode in Form eines wenigstens an einem Ende offenen Zylinders besteht nach der Erfindung die Kathode aus zwei koaxial ineinander liegenden Tantaloder Wolframrohren, die an dem der Entladung zugekehrten Ende offen sind, wobei das innere Rohr innerhalb des äusseren Rohres endet und die beiden Rohre am anderen Ende miteinander und mit der Kathodenabstützung verbunden sind. Im Zusammenhang mit dem Hohlkathodeneffekt endet die Entladung bei nicht zu grossen Strömen im wesentlichen an dem inneren Rohr, das bei genügend grosser Stromdichte zum Glühen gebracht wird, derart, dass eine thermische Elektronenemission auftritt. Das äussere Rohr wirkt dann nicht nur wie eine Abschirmung gegen Zerstäubung und Verdampfung, sondern schirmt ausserdem das innere Rohr ab, wodurch die Temperatur auf höhere Werte ansteigen kann als ohne Verwendung eines äusseren Rohres der Fall wäre.In an electric discharge tube with a gas filling and a hollow non-activated cathode in the form of a At least at one end of the open cylinder, according to the invention, the cathode consists of two tantalum or tantalum units lying coaxially one inside the other Tungsten tubes that are open at the end facing the discharge, with the inner tube inside the outer tube ends and the two tubes are connected to each other and to the cathode support at the other end. In connection with the The discharge ends with the hollow cathode effect if the currents are not too high essentially on the inner tube, which is made to glow at a sufficiently high current density, in such a way that a thermal Electron emission occurs. The outer tube then not only acts as a shield against atomization and evaporation, but also It also shields the inner tube, which increases the temperature higher values can rise than would be the case without the use of an outer tube.
Die Entladung wird anfänglich angreifen im Raum zwischenden beiden Röhrchen bis das innere Innere so hohe Temperatur hat,The discharge will initially attack in the space in between both tubes until the inside has such a high temperature
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dass die Entladung - zur Innenseite dessen Übergeht. Diese Zündung ist möglich beim niedrigen Druck der abgeschmolzenen Röhre, in Gegensatz zur Zündung der bekannten Röhre mit ainzelwandiger Kathode«that the discharge - passes to the inside of it. This ignition is possible at the low pressure of the melted tube, in contrast to the ignition of the known tube with a single-walled cathode «
Die Durchmesser der Rohre liegen in der Grössenordnung von 3-8 bzw. von 10 - 20 mm und die Länge dieser Rohre liegt in der Grössenordnung von 50 mra· Das innere Rohr endet in einem Abstand gleich dem 1- oder 1,5-fachen seines Durchmessers von dem Susseren Rohr.The diameter of the tubes is in the order of magnitude of 3-8 or 10-20 mm and the length of these tubes is on the order of 50 mra · The inner tube ends in a Distance equal to 1 or 1.5 times its diameter from that Sweet pipe.
Aus derartigen Kathoden können in Argon mit einem Druck in der Grössenordnung von 0,05 - 5 Torr Ströme gezogen werden, wobei ein Kathodenabfall von etwa 20 V bei Strömen von einigen Zehn auftritt.· Die Lebensdauer der Kathode beträgt Einhundert Stunden.Currents can be drawn from such cathodes in argon at a pressure of the order of magnitude of 0.05-5 Torr, with a cathode drop of about 20 V at currents of a few tens. · The life of the cathode is one hundred Hours.
Zur Herstellung der Zündung kann die Entladungsröhre mit einer Hilfsanode versehen werden, die aus einer an einem Ende völlig offenen zylindrischen Buchse besteht, deren Abstand von dem äusseren Rohr etwa gleich seinem Durchmesser ist und deren fc Boden eine Oeffnung mit einem Durchmesser etwa gleich dem des Susseren Rohres aufweist. Dies erübrigt die hohen Drucken, der zur Zündung der bekannten Rohre erforderlich sind.To produce the ignition, the discharge tube can be provided with an auxiliary anode, which consists of a cylindrical socket completely open at one end, the distance from the outer tube about the same as its diameter and the bottom an opening with a diameter about the same as that of the outside Has tube. This eliminates the high pressures that are required for ignition of the known pipes.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, die das Kathodenabteil einer Entladungsröhre nach der Erfindung zeigt. f The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which shows the cathode compartment of a discharge tube according to the invention. f
Xn der Quarzwand 1 liegen zwei Wolframstifte 2, die mit den Abstützungen J die Kathode tragen, die aus einem Innenrohr 4t einem Auasenrohr 5 und einem diese Rohre miteinander verbindenden v Flansch besteht. Das Material der Kathode ist Tantal. Zwei in dieXn the quartz wall 1 are two tungsten pins 2, which carry the supports with J the cathode, there is an inner tube 4t a Auasenrohr 5 and these tubes interconnecting v flange. The material of the cathode is tantalum. Two in the
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Seitenwand von 1 eingeschmolzene Stifte 6 tragen die Hilfsanode, die aus einem zylindrischen Teil 7 und einem flachen Teil 8 mit einer Oeffnung 9 "besteht. Biese Hilfsanode ist aus Tantal hergestellt.Side wall of 1 fused pins 6 carry the auxiliary anode, which consists of a cylindrical part 7 and a flat part 8 with an opening 9 ". This auxiliary anode is made of tantalum.
Wenn das Kathodena"bteil einen Teil der Entladungaröhre mit einem Durchmesser von 1 cm eines Argonionenlasers "bildet, ist es mit Argon mit einem Druck von 0,2 Torr ausgefüllt und wird ein Kathodenstrom von z.B. 100 A "bei einer Gesamtbogenspannung von 100 V (bei einer Bogenlänge von etwa 50 cm) erhalten. Der Kathodena"bfall "beträgt dann 15 bis 20 V. Die Temperatur des inneren Tantalrohres steigt am Ende auf einen Wert von mehr als 250O0C an. Gegenüber der Kathode, deren inneres Rohr 4 völlig offen ist, ist die Quarzwand 1 mit einen optischen planparallelen Fenster 10 zum Durchlassen der Laserstrahlung versehen.If the cathode part forms part of the discharge tube with a diameter of 1 cm of an argon ion laser, it is filled with argon at a pressure of 0.2 Torr and a cathode current of, for example, 100 A ”at a total arc voltage of 100 V (at receive an arc length of about 50 cm). the Kathodena "bfall" then is 15 to 20 V. the temperature of the inner tantalum tube rises at the end to a value of more than 250o 0 C in. Compared to the cathode, the inner tube 4 completely open is, the quartz wall 1 is provided with an optical plane-parallel window 10 for the passage of the laser radiation.
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