DE437549C - Elektrische Entladungsroehre, die eine Gluehkathode und eine oder mehrere kalte Elektroden und eine verdampfbare elektropositive Substanz besitzt - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 24. NOVEMBER 1926

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JV£ 437549 -KLASSE 21 g GRUPPE 13

(124098

InternationarGeneral Electric Company Inc. in New York.

Elektrische Entladungsröhre, die eine Glühkathode und eine oder mehrere kalte Elektroden und eine verdampfbare elektropositive Substanz besitzt.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Oktober 1923 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldungen in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 11. November und 2g. November 1922

beansprucht.

Man kennt bereits elektrische Entladevor- Die Entladevorrichtung gemäß der Erfin-

richtungen mit einer Glühkathode und einer 1 dung ist dadurch neu und eigentümlich, daß

oder mehreren Elektroden, in welche eine i die verdampfbare Substanz aus Caesium be-

verdampfbare elektropositive Substanz einge- steht, das in diese Vorrichtung nach weit-

führt wird, deren Dampfdruck durch Heiz- getriebener Entlüftung eingeführt wird, vorrichtungen geregelt werden kann. i Die Vorrichtung wird auf einer solchen

Temperatur gehalten, daß der derselben entsprechende Dampfdruck genügend hoch ist, um eine merkliche Ionisation hervorzurufen und dadurch die Raumladung in eier Vorrichtung herabzusetzen.

Es hat sich herausgestellt, daß unter gewissen Bedingungen das Alkalimetall Caesium die Elektronenemission aus einer Glühkathode enorm erhöht. Ferner hat man gefunden, daß ίο Elektronenentladevorrichtungen, dieCaesiumdampf enthalten, gegenüber den bisher bekannten, Metalldämpfe enthaltenden Vorrichtungen erheblich günstigere Betriebseigenschaften zeigen. Das Caesium bildet ein gasförmiges Medium, das imstande ist, erhebliche Ströme bei einem außerordentlich niedrigen Spannungsabfall zu leiten. Man nimmt an, daß dies eine Folge einer niedrigen Ionisationsspannung und der Geschwindigkeit ist, mit der sich der Caesiumdampf mit den schädlichen Gasen verbindet, die von den Teilen derartiger Vorrichtungen während el es Betriebes abgegeben werden. Es können auch andere bisher nicht erkannte Ursachen mitwirken.

Der Erfindungsgegenstand ist in den Abbildungen in mehreren Ausführungsformen dargestellt. Es zeigt

Abb. ι und 2 verschiedene Ausführungsformen eines Gleichrichters, der gemäß vorliegender Erfindung ausgeführt ist,

Abb. 3 eine Röhre, in welcher das Alkalimetall hergestellt wird,

Abb. 4 eine weitere Ausführungsform, die eine indirekt durch Strahlung beheizte Kathode enthält, und

Abb. 5 eine in einem magnetischen Feld arbeitende Ausführungsform.

Die in Abb. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem allseitig geschlossenen Ballon 1 aus Glas, Quarz oder anderem geeigneten Metall, in welchem eine Glühfadenkathode 2 und eine zylindrische Anode 3 angeordnet sind. Die Kathode wird durch Einführungsleiter 4, 5 gehalten, die in die Umhüllungen ' an entgegengesetzten Enden eingeschmolzen' sind. Eine leichte Wolframfeder 6 ist vorgesehen, um den Glühfaden zu spannen. Die Kathode kann aus Wolfram, Molybdän, Nickel oder anderem geeigneten widerstandsfähigen Metall bestehen. Die Anode 3 kann auch aus Wolfram, Molybdän, Nickel oder anderem geeigneten leitenden Material bestehen. Sie wird durch einen steifen Wolframdraht 7 gehalten, der in die Umhüllung eingeschmolzen ist und gleichzeitig als Stromzuführung· dient. Der Ballon 1 enthält gemäß der Erfindung eine Menge Caesium, die bei 8 dargestellt ist, ist aber im übrigen hoch evakuiert.

An .Stelle des Caesiums, von welchem im weiteren allein gesprochen wird, kann auch Rubidium verwendet werden, welches in gleicher Weise wie Caesium den Entladungsvorgang günstig beeinflußt.

Das Caesium wird vorteilhaft auf folgende Weise eingeführt: Das Gefäß 1 wird zunächst durch Abschmelzen mit einem Behälter gemäß Abb. 3 verbunden, in welchem das Caesium vorteilhaft durch Reduktion aus einer Caesiumverbindung gewonnen wird. Röhre und Ansatz werden bei einer so hohen Temperatur ausgetrocknet, als das Glas aushält, z. B. bei 450⁰ C, während die sich hierbei entwickelnden Gase und Dämpfe abgepumpt werden. Besondere Sorgfalt muß auf die Entfernung von Wasserdampf verwendet werden. Die Kammer 10 wird dann geöffnet und eine Mischung einer Caesiumverbindung, z. B. das Chlorid, und ein Reduktionsmittel, z. B. CaI-cium, eingeführt. Hierauf wird die Kammer 10 wieder geschlossen, und beide Gefäße werden nochmals unter Anschluß an eine Vakuumpumpe erhitzt, bis sie frei von Feuchtigkeit sind. Hierauf wird die Kammer 10 ge- 8g nügend erhitzt, um die Reduktion der Caesiumverbindung und die Destillation des metallischen Caesiums aus der Kammer 10 allmählich in die Gefäße 11 und 12 und von hier in den Hauptbehälter zu veranlassen. Man muß genügend Caesium einführen, so daß in der Röhre 1 bei der Betriebstemperatur ein Überschuß von nicht verdampftem Caesium vorhanden ist. Der Behälter für die Reduktion des Caesiums wird schließlich bei 9 von der Röhre abgeschmolzen.

W^Tenn die Betriebstemperatur über der Zimmertemperatur gehalten werden soll, so ist die Röhre 1 von einem Wärmeschutzmantel oder von einem Ofen umgeben, der durch die gestrichelten Linien 18 dargestellt ist.

Abb. ι zeigt die Kathode und Anode durch Leiter 14 und 17 mit der Sekundärwicklung eines Transformators 15 verbunden, der mit einem Verbraucher, z. B. der zu ladenden Batterie 16, in Reihe geschaltet ist. Die Kathode 2 wird gemäß der Abbildung durch Verbindung mit einem Teil der Sekundärwicklung durch die Leitungen 13 und 17 erhitzt. Man kann unter diesen Verhältnissen mit einer gewöhnlichen Wolframkathode eine gleiche Elektronenemission bei einer tieferen Temperatur erzielen, als erforderlich wäre, um dieselbe Emission bei Abwesenheit von Caesium zu erzeugen.

Für das Gleichrichten von Wechselstrom von erheblicher Stärke für technische Zwecke, z. B. für die Ladung einer Akkumulatorenbatterie, wird es vorgezogen, die Vorrichtung bei einer Temperatur zu betreiben, die genügend hoch ist, um den Druck des Caesium-

dampfes bis auf eine Größe zu steigern, bei welcher Stoßionisation eintreten wird. Bei einer Röhrentemperatur von ungefähr 150° C wird der Caesiumdampf beispielsweise einen Druck von ungefähr 0,02 mm Quecksilbersäule haben, und er wird bei Durchgang des Stromes ionisiert. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, die Röhren zunächst bei einer höheren Temperatur arbeiten zu lassen, z. B. bei 200° C, und mit der Zeit die Temperatur auf 150⁰ C allmählich herabzusetzen.

Die unter diesen Verhältnissen erzeugten positiven Ionen bombardieren die Kathode und erzeugen dabei eine genügende Elektronenemission, so daß eine äußere Vorrichtung zum Erhitzen der Kathode nicht notwendig wird. Der Schalter 19 im Heizstromkreis kann daher geöffnet werden.

Unter diesen Verhältnissen kann die Kaao thode bei einer Temperatur von 1127 bis 1427⁰ C betrieben und ein Strom von ungefähr ι bis 2 Amp. bei einem Spannungsabfall von ungefähr 5 Volt in der Röhre durchgeleitet werden, die einen Wolframglühfaden von etwa 5 cm Länge und 0,1 mm Durchmesser enthält. Die Anode kann aus einem Metallzylinder von Nickel oder anderem geeigneten Metall bestehen. Der Stromdurchgang wird von einem Glimmen begleitet, das eine Gasionisation anzeigt.

Wenn die Kathode auf einer höheren Temperatur als beispielsweise 2000⁰ C gehalten wird, wird ein Strom von ungefähr 3IO Amp. je Quadratzentimeter Kathodenquerschnitt bei einem Spannungsabfall von etwa 1 bis 2 Volt oder weniger in der Röhre erhalten.

Bei einer Röhre gemäß Abb. 1 wird nur die eine Halbwelle des Wechselstromes verwertet. Um ein vollständiges Gleichrichten zu erzielen, sieht man eine Mehrzahl von Anoden vor, wie in Abb. 2 dargestellt ist. Die in dieser Abbildung dargestellte Röhre besitzt zwei zylindrische Atioden 28 und 29, die in der bekannten Weise mit einer Wechselstromquelle verbunden werden.

In Abb. 4 ist eine Röhre gemäß der Erfindung gezeigt, bei welcher die Kathode 20 von einem kleinen Zylinder aus Molybdän, Wolfram oder Nickel gebildet wird. Dieser Zylinder ist mit einem eingeschmolzenen Leiter 21 verbunden und durch einen Heizwiderstand 22 auf die Betriebstemperatur erwärmt. Der Heizwiderstand 22 wird durch den mittels der Leitungen 23 und 24 zugeführten Strom erhitzt. Die Anode 25 besteht aus einem Zy- : linder aus Wolfram, Molybdän, Nickel oder i anderem geeigneten Material, der von dem eingeschmolzenen Leiter 26 gehalten wird. Die Röhre 27 wird in geeigneter Weise evakuiert und mit einer Menge Caesium oder gleichwertigem Material versehen.

In manchen Fällen kann eine A'orrichtung gemäß der Erfindung, z. B. die in Abb. 1 dargestellte, vorteilhaft mit einer Kathode versehen werden, die einen Stoff von hoher Elektronenemission in reduziertem Zustand enthält, z. B. eine Wolframkathode, die mit etwa ι bis ι i-o Prozent Thorium versehen ist. Das Caesium hat dann die weitere Wirkung, die aktive Schicht von Thorium auf der Kathodenfläche in einem reduzierten und aktiven Zustand zu halten; es wird aber gewöhnlich vorgezogen, einen Glühfaden von wesentlich reinem Wolfram in Vorrichtungen gemäß der Erfmdung zu verwenden.

Es hat sich herausgestellt, daß ein magnetisches Feld, das derart in bezug auf die Röhre angeordnet ist, daß es die Länge des Weges der Elektronen vergrößert, ermöglicht, eine gegebene Stromstärke unter denselben Verhältnissen bei einem wesentlich geringeren Druck des Caesiumdampf es o. dgl. zu erzielen. Iu der in Abb. 5 dargestellten Anordnung ist die Entladeröhre 30 von einer magnetischen Wicklung 31 umgeben, die ein in der Hauptsache zur Kathode 32 paralleles Feld erzeugt. Die zur Anode 33 gehenden Elektronen werden in spiralförmige Bahnen um die Kathode abgelenkt. In einer Röhre dieser Bauweise wurde ein Strom bei einer Gefäßtemperatur _go von 8o° C mit einem magnetischen Feld erhalten, der gleich war dem Strome, der bei einer Gefäßtemperatur von 150⁰ C ohne magnetisches Feld erzielt wurde.

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Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι . Elektrische Entladungsröhre, die eine Glühkathode und eine oder mehrere kalte Elektroden und ' eine verdampf bare elektropositive Substanz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß diese verdampfbare Substanz aus Caesium besteht, das in diese Vorrichtung nach weitgetriebener Entleerung eingeführt wird.
2. 2. Entladungsröhre nach Anspruch 1, deren Temperatur regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß der Dampfdruck des Caesiums so hoch ist, daß eine merkliche Ionisation hervorgerufen und dadurch die Raumladung in der Röhre herabgesetzt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.