DE4304990A1

DE4304990A1 - Kathode für Elektronenröhren

Info

Publication number: DE4304990A1
Application number: DE19934304990
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Gellert; Werner Dr Rohrbach
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: THOMSON ELEKTRONENROEHREN AG, LENZBURG, CH
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1994-08-25

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Elektronenröh ren. Sie geht aus von einer Kathode für Elektronenröhren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine solche Kathode ist aus zahlreichen Publikationen be kannt. Es handelt sich dabei um eine sog. Drahtkathode, welche aus eine Mehrzahl von direkt geheizten Kathoden drähten besteht. Die Kathodendrähte bestehen aus einem Elektronen emittierenden Material. Um eine homogenen Emission zu erreichen, muß an allen Stellen der Kathode die gleiche Temperatur herrschen. Werden wie üblich Drähte aus WTh verwendet, so muß die Temperatur im Be trieb sehr hoch (< 1600°C) sein. Zu diesem Zweck muß die Kathode aufgeheizt werden. Dies bringt natürlich eine Verlustleistung mit sich, welche den Wirkungsgrad der Röhre reduziert. Gleichermaßen ist der Einsatz der Röhre auf einen relativ engen Einsatzbereich eingeschränkt.

Darüber hinaus ist Th radioaktiv (ein α-Strahler) und sollte mit Rücksicht auf die Umwelt in Zukunft möglichst vermieden werden.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Kathode für Elektronenröhren anzugeben, welche sich durch einen hohen Wirkungsgrad, eine erhöhte Lebensdauer aus zeichnet, und welche einen geringeren Anteil an radioak tivem Thorium aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kathode der eingangs genann ten Art durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Kern der Erfindung ist es also, daß die Kathode minde stens zwei Arten von Kathodendrähten aus unterschiedli chen Materialien umfaßt. Die Materialien unterscheiden sich bezüglich Elektronenemissionsfähigkeit. Die minde stens zwei Arten von Kathodendrähten bilden je eine Teil kathode.

In einem ersten Ausführungsbeispiel sind die Drähte der einen Teilkathode mit denjenigen der anderen Teilkathode in Serie geschaltet. In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Teilkathoden parallel geschaltet.

Vorzugsweise bestehen die Drähte der ersten Teilkathode aus WTh, während diejenigen der anderen Teilkathoden eine chemische Zusammensetzung des Typs AB_3,5 aufweisen, wobei A eine Seltene Erde und B ein Metall bezeichnet.

Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Un teransprüchen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus besteht darin, daß die Kathode flexibler eingesetzt werden kann und aufgrund der höheren Elektronenemissionsfähigkeit der zweiten Teilkathode der Wirkungsgrad erhöht wird. Glei chermaßen kann der Anteil von radioaktivem Thorium we sentlich verkleinert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1a, b Die schematische Darstellung einer erfindungs gemäßen Kathode mit zwei in Serie geschalteten Teilkathoden;

Fig. 2a, b Die schematische Darstellung einer erfindungs gemäßen Kathode mit zwei parallel geschalteten Teilkathoden;

Fig. 3a-c Verschiedene Ausführungsformen von erfindungs gemäßen Kathoden.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und de ren Bedeutung sind in der Bezeichnungsliste zusammenge faßt aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Heutige Draht-Kathoden von Elektronenröhren werden aus Drähten einer einzigen Verbindung, insbesondere aus WTh, hergestellt. Damit die Emission homogen erfolgt muß die Kathode aufgeheizt (z. B. auf 1600°C) werden. Damit steigt die Verlustleistung an, so daß der Wirkungsgrad redu ziert wird. Gleichermaßen ist die Röhre auf einen rela tiv engen Einsatzbereich beschränkt. Weiter ist Th radio aktive und sollte mit Rücksicht auf die Umwelt (Entsorgung) in Zukunft möglichst vermieden werden.

Andererseits wurden in letzter Zeit Seltene-Erd-Verbin dungen untersucht. Diese speziellen Verbindungen besitzen ein besonderes Migrationsverhalten und weisen gleichzei tig sehr niedrige Elektronenaustrittsenergien auf.

Die Idee der Erfindung liegt nun darin, Kathoden zu bauen, welche die Eigenschaften der neuartigen Verbindun gen mit denjenigen herkömmlicher Kathoden verbinden.

Wie Fig. 1a und 2a schematisch zeigen, besteht eine erfindungsgemäße Kathode (1) aus mindestens zwei Teil kathoden (2.1, 2.2).

In Fig. 1a und 1b sind die beiden Teilkathoden (2.1, 2.2) in Serie geschaltet. Die Materialien der beiden Teilkathoden (2.1, 2.2) weisen unterschiedliche elektri sche Widerstände auf, so daß ein Ersatzschaltbild z. B. als Serieschaltung von zwei Widerständen R1 und R2 darge stellt werden kann. Im Betrieb fließt somit der gleiche Strom durch beide Teilkathoden (2.1, 2.2), so daß sie sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Materialeigenschaf ten verschieden erwärmen.

Je nach Stromfluß können daher unterschiedlich viele Elektronen aus Material 1 oder Material 2 emittiert wer den. Eine kurzzeitige Spitzenbelastung kann z. B. von ei nem Material 2 mit kürzerer Lebensdauer erzeugt werden, während in der Grundlast nur das Material 1 emittiert.

Fig. 2a und 2b zeigen eine zweite, bevorzugte Anord nung, bei welcher die Teilkathoden (2.1, 2.2) parallel geschaltet sind. Im Ersatzschaltbild kann dies durch eine Parallelschaltung von zwei Widerständen R1, R2 darge stellt werden. Eine Röhre mit einer solchen Kathode weist zwei Kathodenanschlüsse auf. Je nach Anwendung wird nur eine der Teilkathoden (2.1, 2.2) oder beide angeschlos sen. Somit kann auch in dieser Anordnung ein kurzlebiges Material mit einem langlebigen Material kombiniert wer den. Nur bei speziellen Belastungen wird die zweite Teil kathode zugeschaltet.

Die Fig. 3a-c zeigen schematisch bevorzugte Ausfüh rungsformen der erfindungsgemäßen Kathode. Nebst den dargestellten Stab- (Fig. 3a), Wendel- (Fig. 3b) und Ma schenkathoden (Fig. 3c) sind selbstverständlich auch wei tere Formen denkbar.

Allen Bauformen ist gemeinsam, daß sie mindestens zwei verschiedene Teilkathoden aufweisen, wobei sich die Drähte der Teilkathoden bezüglich ihrer chemischen Zusam mensetzung unterscheiden.

Die Anteile der Anzahl Drähte der beiden Teilkathoden an der Gesamtzahl der Kathode muß nicht je 50% sein, son dern kann in weiten Bereichen variieren.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel be steht die eine Teilkathode aus herkömmlichen WTh-Drähten, während die anderen Teilkathoden aus einem Material mit einer Verbindung des Typs AB_3,5 bestehen. A bedeutet dabei eine Seltene Erde und B ein Metall.

Besonders eigenen sich folgende Verbindungen: LaNi₅, CeNi₅, ScNi₅, YNi₅, AcNi₅, ZrNi₅, MnNi₅, ThNi₅, aber auch Terbium-Verbindungen wie Eisen-Terbium oder Bo ride wie LaB₆, YB₆, ScB₆, CeB₆. Nickel kann z. B. auch durch Palladium ersetzt werden.

Selbstverständlich können auch mehr als zwei Teilkathoden verwendet werden, so daß die erfindungsgemäße Kathode an die individuellen Bedürfnisse angepaßt werden kann.

Mit einer erfindungsgemäßen Kathode kann die Verwendung des radioaktiven WTh für Kathoden eingeschränkt werden. Damit werden auch die Probleme bei der Entsorgung und Herstellung von Röhren entschärft. Dies kommt sowohl dem Anwender wie auch der Umwelt direkt zugute. Im weiteren können durch eine gezielte Kombination von Drähten aus von teuren, stark emittierenden Materialien und solchen aus billigeren, schwächer emittierenden Materialien die Kosten gesenkt und der Wirkungsgrad der Röhre verbessert werden. Zudem kann eine Kombination von langlebigen Mate rialien und solchen mit einer kürzeren Lebensdauer die Gesamtlebensdauer der Röhre erhöhen.

Insgesamt steht also mit der Erfindung eine Kathode für Elektronenröhren zur Verfügung, welche sich durch eine erhöhte Lebensdauer, einen besseren Wirkungsgrad und eine große Flexibilität des Einsatzes auszeichnet.

Bezugszeichenliste

1 Kathode
2.1-2.2 Teilkathoden
3.1-3.2 Kathodendrähte
R1, R2 Widerstände

Claims

1. Kathode für eine Elektronenröhre, welche Kathode eine Mehrzahl von direkt geheizten Kathodendrähten aus ei nem Elektronen emittierenden Material umfaßt dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Kathode (1) mindestens zwei Teilkathoden (2.1, 2.2) umfaßt, welche aus verschiedenen Kathoden drähten (3.1, 3.2) bestehen, wobei
b) die Drähte (3.1, 3.2) der Teilkathoden (2.1, 2.2) aus unterschiedlichen Materialien bestehen, und
c) sich die Materialien bezüglich Elektronenemissions fähigkeit unterscheiden.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (3.1) der ersten Teilkathode (2.1) mit den jenigen (3.2) der anderen Teilkathoden (2.2) in Serie geschaltet sind.

3. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (3.1) der ersten Teilkathode (2.1) mit den jenigen (3.2) der anderen Teilkathoden (2.2) parallel geschaltet sind.

4. Kathode nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste Teilkathode (2.1) aus WTh-Drähten besteht, während die anderen Teilkathoden (2.2) Drähte aus einer Verbindung des Typs AB_3,5 aufweisen, wobei A eine Seltene Erde und B ein Metall bezeichnet.

5. Kathode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Teilkathoden (2.2) Drähte (3.2) umfaßt, welche aus einem der Materialien der folgenden Liste bestehen: LaNi₅, CeNi₅, ScNi₅, YNi₅, AcNi₅, ZrNi₅, MnNi₅ ,ThNi₅, Eisen-Terbium, LaB₆, YB₆, ScB₆, CeB₆, LaPd₅, CePd₅, ScPd₅, YPd₅, AcPd₅, ZrPd₅, MnPd₅, ThPd₅.

6. Kathode nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kathodendrähte (3.1, 3.2) der Teil kathoden (2.1, 2.2) maschenförmig angeordnet sind.

7. Kathode nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kathodendrähte (3.1, 3.2) der Teil kathoden (2.1, 2.2) in der Art einer Wendel angeordnet sind.

8. Kathode nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kathodendrähte (3.1, 3.2) der Teil kathoden (2.1, 2.2) als einzelne Stäbe angeordnet sind.