DE2636913A1 - Strahlungsgekuehlter mehrstufenkollektor - Google Patents

Strahlungsgekuehlter mehrstufenkollektor

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/027Collectors
    • H01J23/0275Multistage collectors

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  • Microwave Tubes (AREA)

Description

  • Strahlungsgekühlter Mehrstufenkollektor.
  • Die Erfindung betrifft einen strahlungsgekühlten Mehr stufenkollektor für Elektronenstrahlröhren hoher Leistung, insbesondere für Satelliten-3ordröhren, mit mehreren in Elektronenstrahlrichtung hintereinander angeordneten, elektrisch gegeneinander isolierten Elektroden und mit einem die Elektroden umgebenden Außenmantel, der mit einem sich quer zur EleR-tronenstrahlrichtung erstreckenden Trägerflansch verbunden ist und einen Teil der Vakuumhülle der Elektronenstrahlröhre bildet. Ein derartiger Elektronenstrahlauffänger befindet sich bereits auf dem Markt.
  • Bei manchen Anwendungsfällen, beispielsweise beim Weltraumeinsatz der Röhre, ist es sinnvoll, die im Kollektor entstehende Verustwärme durch Strahlung abzuführen. Eine solche Kühlungsart wird um so leistungsfähiger je größer die Differenz zwischen der Temperatur des abstrahlenden Körpers und der Umgebungstemperatur ist:Nach der bekannten Beziehung Q = C.F.(T14-T24), mit Q =abgestrahlte Wärmemenge, C = Strahlungszahl, F = abstrahlende Fläche, 21 = Temperatur der abstrahlenden Fläche und T2 = Umgebungstemperatur, wächst die pro Flächeneinheit abgestrahlte Wärmemenge mit der vierten Potenz der Körpertemperatur. Demgemäß muß man beim Entwurf eines strahlungsgekühlten Kollektors vorallem darauf achten, daß die Konstrtilrtion möglichst hohe Betriebstemperaturen auf den abstrahlenden Flächen erlaubt und daß die abgestrahlte Wärme unter möglichst geringer Reflektion und Absorption durch die Vakuumhülle hindurch in den Außenraum befördert wird.
  • Bei der eingangs erwähnten Auffängerversion besteht der Außenmantel aus Metall und sind die Elektroden jeweils über Isolatorstücke an diesem Metalltopf fixiert. Ein solches Konzept dürfte extremen Temperaturbelastungen nicht ohne weiteres s.tandhalten,da sich das strahlungsundurchlässige Metall selbst aufheizt und dadurch die Elektrodenhalterungen geführdet und unter Umständen Kurzschlüsse auslöst (Verdampfung und Zerstäubung von Lotmaterial). Die erforderlichen Abstrahlleistungen können daher nur mit relativ großvolumigen, also auch schweren und aufwendigen Bauformen erbracht werden.
  • Wollte man für die Vakuumhülle statt absorbierender Materialien Werkstoffe nehmen, die für die thermische Strahlung transparent sind, so könnte man theoretisch auf Hartglas oder, wie in der US-PS 3 448 325 diskutiert, Quarz bzw. Saphir zurückgreifen.
  • Hartglas, das bei strahlungsgekühlten Senderöhren schon seit Jahrzehnten in Gebrauch ist, scheidet aber für die vorliegenden Zwecke aus, weil es eine nur begrenzte Xemperaturbeständigkeit hat und bei Temperaturen oberhalb 4000C zu Formveränderungen neigt. Quarzglas ist zwar formstabil und verfügt auch über günstige Transmissionseigenschaften, kommt aber nur für die allerwenigsten Fälle infrage, da es umständliche und teuere Verbindungstechniken für Metallpartner verlangt (eine Anglasung gelingt in der Praxis nur bei Verwendung von mindestens fünf Zwischengläsern). Und auch der letztgenannte Werkstoff, Saphir, kann in der Regel nicht in die engere Wahl gezogen werden, weil Saphir-Formstücke nur mit erheblichem Aufwand synthetisiert werden können.
  • Die geschilderten Schwierigkeiten ließen sich umgehen, wenn es gelänge, zwischen den Elektroden selbst eine vakuumdichte, elektrisch isolierende und dabei auch mechanisch robuste Verbindung herzastellen. Ein solches Konzept ist bereits mit Graphitelektroden und verbindenden Metall-Keramik-Metall-3rücken realisiert worden (DT-PS 23 55 902), erfordert allerdings, zumindest im begenwärtigen Entwicklungsstadium, diffizile Fertigungstechniken und ein relativ sorgfältiges Arbeiten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines durch Wärmeabstrahlung gekühlten Elektronenstrahlauffängers, der bei hohen Betriebstemperaturen zuverlässig arbeiten kann und dabei relativ einfach und preisgünstig zu fertigen ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kollektor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Außenmantel (Strahlungsglocke) aus einer für optische Strahlung durchlässigen Keramik (Trans'parent-Xeramik") besteht und daß die Elektroden abwechselnd mit elektrisch isolierenden Distanzstücken über ebenfalls elektrisch isolierenden Stäben (Haltestäben), die von dem Drägerflansch ausgehen und parallel zur Elektronenstrahlrichtung verlaufen, geschoben und in ihrer Lage fixiert sind.
  • Die vorgeschlagene Maßnahmenkombination bringt folgende Vorteile mit sich: Transparent-Keramik zeichnet sich durch sehr gute Nicht und Infrarot'-Transmissionseigenschaften aus (bei 3 /um noch 705a Transmission), bleibt auch unter hohen Hitzebelastungen formstabil, ist ein relativ preiswerter Werkstoff und kann vorallem mit der bei normaler Keramik üblichen, vergleichsweise bequemen Technik mit Metallen vakuumdicht verbunden werden.
  • Die Elektroden sind vorschlagsgemäß mit isolierenden Distanzstücken zu einer selbsttragenden Baueinheit zusammengefaßt, und zwar in einer lotfreien Stapelbauweise, bei der sämtliche Elektroden große Abstrahlflächen haben und höchste Temperaturen annehmen können, ohne dadurch die mechanische Stabilität oder die Überschlagsfestigkeit zu beeinträchtigen.
  • Auch wenn die Transparent-Keramik die empfangene Strahlungsenergie zu einem gewissen Teil absorbiert und auch reflektiert, so ist dies unkritisch, da die Transparent-Keramik in der gewählten Konstruktion erhöhte Dauertemperaturen von mehreren 1000 ohne weiteres verträgt und die reflektierte Strahlung wegen des erwähnten Zusammenhangs zwischen Abstrahlleistung und Körpertemperatur zu nur geringfügigen Temperaturerhöhungen führt.
  • Im Ergebnis steht ein Kollektor zur Verfügung, bei dem das Prinzip der Strahlungskühlung wirkungsvoll und ohne großen Eerstellungs- oder Kostenaufwand realisiert ist; insbesondere kann die vorgeschlagene Ausführung in relativ geringen Abmessungen gehalten werden.
  • Transparent-Keramik ist als ein durchscheinender Werkstoff an sich wohlbekannt und wird beispielsweise bereits seit vielen Jahren als Hüllenmaterial für Dampflampen angeboten.
  • Ebenfalls zum Stand der Technik zählt auch eine Auffängerversion für geladene Teilchen, deren Elektroden räumlich in Strahlrichtung hintereinander liegen, von strahlparallelen Isolatorstäben durchsetzt werden und im Inneren eines glockenförmigen Gehäuses untergebracht sind (US-PS 9 702 951). Bei diesem -vorbekannten Kollektor stellt allerdings das großvolumige, aus Metall bestehende Gehäuse die gesamte Vakuumhülle dar und ist vorallem an eine Strahlungskühlung offensichtlich nicht gedacht.
  • Die Erfindung soll nun anhand eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Seitenschnitt einen fünfstufigen Elektronenstrahlauffänger, der fur eine Satelliten-Bordwanderfeldröhre hoher Leistung vorgesehen ist.
  • Der eigentliche Elektronenauffänger der dargestellten Eollektorversion besteht aus mehreren, in Richtung der Elektronenstrahlachse (strichpunktierte Linie 20) hintereinander angeordneten Elektroden 1,2,3,4,5 und dem Auffängerboden 6. Jede Elektrode ist als ein Metalltopf ausgebildet und enthält eine zentrale Bohrung 7 zum Durchtritt der Elektronen; zur Vergrößerung der Abstrahlfläche ist dabei die Elektrode 3 noch mit einem zusätzlichen Blech (Abstrahlblech 19) versehen. Die Boden der einzelnen Metall töpfe sind unter verschiedenen Winkeln durchgebogen, die entsprechend den Elektronenbahnen berechnet werden. Einige dieser Flugbahnen sind als gestrichelte Linien 8 angedeutet.
  • Die Elektroden sind auf längs der Elektronenstrahlachse 20 verlaufenden Halterungsstäben 9 übereinandergestapelt und durch zwischengesetzte Isolierbuchsen 10 voneinander distanziert.
  • Um diese Buchsen vor jeglicher Bedampfung zu schützen, sind sie von Abschirmtöpfchen 11 in der dargestellten Weise umgeben. Die Halterungsstäbe selbst werden von einem Xrägerflansch 12 mittels am Flansch angelöteter Manschetten 13 gehaltert und sind al ihrem freistehenden Ende mit einer flemmsicherung 14 versehen, so daß die Elektroden gegen den Elektronenstrahl zentriert und in ihrer Lage sicher fixiert sind.
  • Da die einzelnen Elektroden mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden, müssen sie mit Spannungszuleitungen versorgt werden. Hierzu sind auf dem Trägerflansch 12 in kreisförmiger Anordnung Spannungsdurchführungen 25 eingelötet, an die die Elektroden mittels Zuleitungsdrähten 15 und Durchführungsstiften 16 angeschlossen sind.
  • Die aus den Elektroden, den Halterungsstäben und den Isblierbuchsen gebildete Baueinheit ist zusammen mit dem Auffängerboden von einer Strahlungsglocke 17 aus Transparent-Keramik umgeben. Diese Glocke ist in üblicher Metall-Keramik-Verbindungstechnik über ein Vacon-Zwischenstück 18 mit dem rägerflansch verbunden. Ihr Bodenteil wird von einem Metallstift 24 durchsetzt, der in bekannter Weise den Elektronenstrahl aufspreizt und dadurch für eine bessere Geschwindigkeitssortierung der Elektronen sorgt. Dieser Stift haltert zugleich auch den Auffängerboden 6.
  • Damit der Kollektor auch hohen Vibrations- und Stoßbeanspruchungen gewachsen ist, empfiehlt es sich, federnde Bleche (Stützbleche 21) am bodennahen Kollektorende anzubringen, die die Elektrodenbaueinheit an der stabilen Glocke abstützen.
  • Sollte sich der Trägerflansch im Betrieb der Röhre zu stark erwärmen, könnten ihm strahlungsabfangende Bleche (auf Stützen 22 montierte Strahlungsbleche 23) vorgelagert werden.
  • Die einzelnen Teile des geschilderten Ausführungsbeispiels bestehen aus folgenden Materialien: Die Elektroden, der Auffängerboden und der Stift sind aus einem hochwarmfesten Werkstoff mit niedrigem Dampfdruck und guter Wärmeleitfähigkeit, sie bestehen also insbesondere aus Wolfram, Tantal, Molybdän oder Graphit; für die Halterungsstäbe und Isolierbuchsen eignet sich am besten Keramik; für die Strahlungsglocke kann eine der von mehreren Herstellern angebotenen Transparent-Eernmik genommen werden, die aus hochreinem Äluminiumoxid durch ein sßezielles Sinterverfahren gewonnen wird. Die Elektroden könnten zusätzlich noch mit einer Oberflächenschicht, vorzugsweise einer Graphit- oder Zirkonschicht, überzogen werden, wenn man die Abstrahlleistung noch weiter verbessern und zugleich die Entstehung von Sekundärelektronen erschweren wollte.
  • Die Ausführung läßt sich besonders bequem zusammensetzen: Zunächst wird die Elektrodenbaueinheit in einfacher Montagearbeit, von allen Seiten zugänglich, auf dem Trägerflansch aufgebaut; dann schiebt man die Strahlungsglocke darüber und verschweißt sie mit dem Flansch.
  • Pur weitere Herstellungs- und Betriebseinzelheiten wird auf die bereits zitierte US-PS 5 448 325 sowie auf die Arbeit von W. Neugebauer und G. Mihran in IEEE Trans. Electron Devices, Vol. Bbg19, 1972, S. 111 bis 121 verwiesen.
  • 3 Patentansprüche 1 Figur

Claims (3)

  1. Patentansprüche h 1. Strahlungsgekühlter Mehrstufenkollektor für Elektronenstrahlröhren hoher Leistung, insbesondere für Satelliten-Bordröhren, mit mehreren in Elektronenstrahlrichtung hintereinander angeordneten, elektrisch gegeneinander isolierten Elektroden und mit einem die Electroden umgebenden Außenmantel, der mit einem sich quer zur Elektronenstrahlrichtung erstrekkenden Trägerflansch verbunden ist und einen Teil der Vakuumhülle der Elektronenstrahlröhre bildet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Außenmantel (Strahlungsglocke 17) aus einer für optische Strahlung durchlässigen Keramik ("Transparent-Keramik") besteht und daß die Elektroden (1,2,3,4,5) abwechselnd mit elektrisch isolierenden Distanzstücken (10) über ebenfalls elektrisch isolierenden Stäben (Kalterungsstäbe 9), die von dem rägerflansch (12) ausgehen und parallel zur Elektrodenstrahlrichtung (20) verlaufen, geschoben und in ihrer Lage fixiert sind.
  2. 2. Kollektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Elektroden (1,2,3,4,5) aus einem der Metalle Wolfram, Tantal, Molybdän oder aus Graphit bestehen.
  3. 3. Kollektor nach JL£-isprucli 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (1,2,3,4,5) mit Graphit oder Zirkon beschichtet sind.
DE19762636913 1976-06-30 1976-08-17 Strahlungsgekühlter Mehrstufenkollektor Expired DE2636913C2 (de)

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