DE437793C - Entladungsroehre zur Erzeugung sekundaerer Elektronen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auslösung einer sekundären Elektronenemission in Entladungsröhren und bezweckt, die Emission sekundärer Elektronen zu erleichtern.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Strom primärer Elektronen gegen eine Fläche geleitet, die einen Stoff enthält, dessen Richardsonsche Konstante kleiner ist als 3 Volt. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine zur Anwendung einer sekundären Elektronenemission geeignete elektrische Entladungsröhre, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die wirksame Oberfläche einer oder mehrerer Elektroden der Röhre, die für die sekundäre Elektronenemission dienen können, einen Stoff enthält, dessen Richardsonsche Konstante kleiner ist als 3 Volt. Unter wirksamer Fläche einer Elektrode wird der insbesondere für das Aussenden sekundärer Elektronen bestimmte Teil ihrer Oberfläche verstanden.

Die Richardsonsche Konstante ist eine Materialkonstante und ist ein Maß für die von einem Elektron zu leistende Arbeit beim Austreten aus einer aus dem betreffenden Stoff bestehenden Fläche.

Falls die Richardsonsche Konstante eines Stoffs φ Volt beträgt, so ist die von einem Elektron beim Austreten aus diesem Stoff zu leistende Arbeit φ e Joules, worin e die in Coulombs ausgedrückte elektrische Ladung eines Elektrons bedeutet.

Für viele Stoffe hat man die Richardsonsche Konstante bereits mit genügender Genauigkeit festgestellt, und man kann sie für jeden beliebigen Stoff durch Beobachtung feststellen oder durch Berechnung annähernd bestimmen. j

Stoffe, die eine Richardsonsche Konstante j haben, die kleiner ist als 3 Volt, sind z. B. die ; Alkalimetalle, die Erdalkalimetalle, Magnesium, und Beryllium, Titanium, Skandium, ferner ■ viele Metallverbindungen, wie z. B. Kupferoxyd und die Oxyde der Erdalkalimetalle.

Bei Entladungsröhren, bei denen eine oder mehrere Elektroden für eine sekundäre Elektronenemission benutzt werden sollen, hat man zur Herstellung dieser Elektroden Metalle wie Wolfram, Molybdän oder Nickel benutzt. Diese Metalle haben eine Richardsonsche Konstante, ! die bedeutend höher ist als 3 Volt. Für Wolfram z. B. ist diese Konstante auf 4,52 Volt, für Molybdän auf 4,3 Volt festgestellt worden.

Die Erfindung beruht nun auf der Wahrnehmung, daß die sekundäre Elektronenemission stark zunimmt, wenn die Richardsonsche Konstante abnimmt, so daß die bisher gebräuchj liehen Metalle, obwohl sie im übrigen den an sie j gestellten Anforderungen genügen, in bezug auf ! die sekundäre Elektronenemission bedeutend j hinter den gemäß der Erfindung angewandten Stoffen zurückstehen.

Es ist nachdrücklich darauf hinzuweisen, daß nur die wirksame Elektrodenfläche aus dem Stoff niedriger Richardsonscher Konstante zu bestehen braucht. Die Elektrode kann im wesentlichen aus den allgemein gebräuchlichen, vorher erwähnten Stoffen bestehen. Auch kann der Stoff in die Oberfläche einer Elektrode, die selbst aus z. B. Wolfram, Molybdän oder Nickel bestehen kann, eingebracht sein, so daß in diesem Falle die wirksame Fläche nicht ganz aus dem für die Sekundäremission günstigen Stoff besteht, sondern diesen nur »enthält«.

Entladungsröhren nach der Erfindung, bei denen eine sekundäre Elektronenemission angewendet wird, können zweckmäßig zu der Art gehören, bei der im Normalbetrieb positive Ionisierung nicht auftritt. Bei diesen Röhren treffen keine Ionen, sondern nur Elektronen die wirksame Elektrodenfläche, so daß an letzterer, wie allgemein bekannt ist, keine Zerstäubung des Elektrodenmaterials auftritt, was leicht der Fall sein könnte, wenn Ionen die Oberfläche bombardierten. Für die Erfindung ist diese Erscheinung von Wichtigkeit, weil viele Stoffe, deren Richardsonsche Konstante kleiner ist als 3 Volt, mehr oder weniger leicht zerstäuben.

Entladungsröhren nach der Erfindung haben somit zweckmäßig ein Hochvakuum. Wenn sie eine Gasfüllung haben, so werden die Betriebsbedingungen zweckmäßig derart gewählt, das im Normalbetrieb keine positive Ionisierung auftritt, indem man z. B. die Betriebsspannung unterhalb der Ionisierungsspannung der Gasfüllung hält. Von den Stoffen mit niedriger Richardson-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Balthasar van der Pol in Eindhoven.

sehen Konstante werden gemäß der Erfindung zweckmäßig diejenigen angewendet, die die Wärme schlecht leiten. Theoretisch kann man dies wahrscheinlich wie folgt erklären: wenn ein Elektron mit einer gewissen Geschwindigkeit auf eine Fläche trifft und in sie eindringt, so gibt es seine kinetische Energie an die umgebende Materie ab. Je schlechter nun das Wärmeleitvermögen dieser Materie ist, um so ίο größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß diese Energie nur auf ein Elektron oder auf einige Elektronen übertragen wird, wodurch letztere in die Lage versetzt werden, die von dem primären Elektron getroffene Fläche als sekundäre Elektronen zu verlassen.

Unter den vorerwähnten Stoffen, deren Richardsonsche Konstante kleiner als 3 Volt ist, sind denn auch die Oxyde der Erdalkalien besonders geeignet. Letztere bieten noch überdies den Vorteil, daß sie einen verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt und eine niedrige Dampfspannung haben, so daß auch bei einer Temperaturerhöhung der elektronenaussendenden Elektrode der auf der Oberfläche befindliche Stoff nicht verdampft. Stoffe mit einer Richardsonschen Konstante von weniger als 3 Volt können in verschiedener Weise auf der Elektrodenoberfläche angebracht werden.

So sind z. B. verschiedene Verfahren bekannt, Alkali- oder Erdalkalimetalle in geeigneter Weise in Entladungsröhren einzuführen Man kann die Stoffe auf der Elektrode anbringen, bevor diese in der Entladungsröhre untergebracht wird; öfters kann es aber auch erwünscht sein, dies erst zu tun, wenn die Elektrode sich bereits in der Röhre befindet. Ein zu diesem Zweck geeignetes Verfahren besteht beispielsweise darin, daß man auf der Elektrodenoberfläche eine chemische Verbindung anbringt, die beim Erhitzen zerfällt und dann den gewünschten Stoff ergibt.

Wenn man z. B. Bariumoxyd auf einer Elektrode anzubringen wünscht; kann man zunächst Bariumazid auf der Oberfläche der Elektrode ausstreichen, dann die Elektrode in der Röhre anbringen und sie in der Röhre z. B. während der Entlüftung erhitzen, so daß Azid in Barium und Stickstoff zerfällt und auf der Elektrodenoberfläche Barium zurückbleibt, das schließlich durch Oxydation in Bariumoxyd umgewandelt wird.

Auch kann man den wirksamen Stoff durch Verdampfen oder Zerstäuben von einer Elektrode auf eine andere überführen. Man kann z. B. den Stoff zunächst auf einer Glühkathode anbringen und dann durch Erhitzen der Kathode verdampfen, damit er sich an der gewünschten Stelle niederschlägt.

Ferner kann der Stoff durch Destillation auf einer Elektrodenoberfläche angebracht werden.

Zwecks Anbringung der Erdalkalioxyde auf Elektroden kann man verschiedene zur Herstellung der sogenannten Oxydkathoden bekannte Verfahren anwenden. Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden be- schrieben. Es ist jedoch einleuchtend, daß die Erfindung in vielen anderen Fällen praktische Anwendung finden kann, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Es sind Entladungsröhren mit drei oder mehr Elektroden unter dem Namen »Dynatron« bekannt, die derart betrieben werden können, daß sie eine sogenannte negative Charakteristik zeigen.

Eine Entladungsröhre dieser Art enthält eine Glühkathode, eine plattenförmige Elektrode und eine zwischen diesen beiden Elektroden angeordnete gitterförmige Elektrode; gemäß der Erfindung wird nun bei einer derartigen Röhre auf der der Glühkathode zugewandten Fläche der plattenförmigen Elektrode ein Stoff angebracht, dessen Richardsonsche Konstante kleiner als 3 Volt ist.

Es ist selbstverständlich, daß wie bei den bekannten Röhren außer den erwähnten drei Elektroden noch eine oder mehrere Hilfselektroden in der Röhre vorgesehen werden können. Die für die sekundären Elektronenstrahlen bestimmte Elektrode kann, was an sich ebenfalls bekannt ist, eine derartige Form haben, daß ihre wirksame Fläche ganz oder zum größten Teil sich selbst zugekehrt ist.

In Abb. ι ist eine Röhre nach der Erfindung mit einer derartigen Schaltung schematisch dargestellt, daß sie als Generator elektrischer Schwingungen dienen kann.

Abb. 2 zeigt die Stromspannungscharakteristik einer Röhre nach Abb. 1.

Die in der Abbildung dargestellte Entladungsröhre besteht aus einem in bekannter Weise hochevakuierten Gefäß 1. Im Innern befinden sich eine Glühkathode 2, die z. B. aus einem Wolframfaden besteht und von einer Batterie 5 beheizt wird, eine gitterförmige Elektrode (Gitter) 3 und eine plattenförmige Elektrode (Anode) 4.

Die Anode 4 ist auf dem der Glühkathode 3 zugewandten Teil ihrer Oberfläche mit einem Stoff versehen, dessen Richardsonsche Konstante kleiner als 3 Volt ist, z. B. mit einem Erdalkalioxyd oder einem Gemenge derartiger Oxyde. Die Elektrode selbst kann z. B. aus Wolfram, Molybdän oder Nickel bestehen. Zwischen der Anode 4 und der Glühkathode 2 liegt in bekannter Weise ein Schwingungskreis, der aus einen Kondensator 8 und eine Induktanz 9 besteht, sowie eine Batterie 6. Von dem Schwingungskreis aus können elektrische Schwingungen auf einen Antennenkreis übertragen werden. Zwischen dem Glühfaden 2 und dem Gitter 3 befinden sich wie bei den bekannten Schaltungen die in Reihe geschalteten Batterien 6 und 7, so

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daß infolgedessen -das. Gitter 3 ein in bezug auf den Glühfaden höheres Potential hat als die Anode 4.

Die Stromspannungscharakteristik der in Abb. ι veranschaulichten Röhre ist in Abb. 2 dargestellt. Die Stromstärken zwischen dem Glühfaden 2 und der Anode 4 sind in dieser Abbildung als Ordinaten und Spannungen zwischen dem Glühfaden und der Anode als Abszissen aufgetragen. Die Spannung zwischen dem Glühfaden 2 und dem Gitter 3 bleibt konstant. Wie Abb. 2 zeigt, nimmt der Strom zunächst mit der Spannung zu, so daß die Röhre in diesem Bereich (A-C) eine positive Charakteristik hat. Über den Punkt C hinaus nimmt der Strom mit zunehmender Spannung ab, bis bei B der Strom 0 geworden ist und darauf negativ wird.

In dem Bereich C-B-D zeigt die Röhre also eine negative Charakteristik. Bekanntlich ist das Abnehmen des Stromes mit zunehmender | Spannung hinter dem Punkt C auf die sekundäre j Elektronenemission der Anode 4 zurückzuführen; diese Sekundärstrahlung wird von primären Elektronen ausgelöst, die vom Glühfaden 2 herrühren und das Gitter 3- durchlaufen haben. Die sekundären Elektronen bewegen sich nach dem Gitter 3, das, wie schon gesagt, ein in bezug auf den Glühfaden höheres Potential hat als die Anode 4.

Die sekundäre Elektronenemission nimmt bei Höherwerden der zwischen dem Glühfaden 2 und der Anode 4 herrschenden Spannung zu, bis die Anode 4, wenn die Spannung den Wert A-B erreicht hat, ebenso viele sekundäre Elektronen aussendet wie sie primäre Elektronen empfängt. Steigt diese Spannung noch höher, so sendet die Anode mehr Elektronen aus als sie empfängt.

An Hand der in Abb. 2 dargestellten Kurve kann auf die wichtige Verbesserung hingewiesen werden, die die bisher gebräuchlichen Entladungsröhren durch die Erfindung erfahren haben.

In einer Hochvakuumröhre, wie in Abb. 1 dargestellt, bei der die Anode in üblicher Weise aus Wolfram, Molybdän oder Nickel hergestellt ist, muß die Spannung zwischen dem Glühfaden und der Anode 4 mindestens einen Wert von ungefähr 200 Volt erreichen, bevor die Anzahl ausgesandter sekundärer Elektronen der Anzahl empfangener primärer Elektronen gleich ist. Bei den bisher gebräuchlichen Dreielektrodenröhren beträgt die Spannung A-B in Abb. 2 also mindestens 200 Volt. Bei der-Entladungsröhre gemäß der Erfindung, bei der die Anode 4 z. B. aus einer Nickelplatte bestehen kann, auf deren Oberfläche ein Erdalkalioxyd oder ein Gemenge solcher Oxyde angebracht ist, beträgt die Spannung A-B nur ungefähr 30 Volt, wenn die Gitterspannung 50 Volt ist, während mit steigender Gitterspannung der kritische Wert A-B der Anodenspannung allmählich abnimmt und unter 25 Volt herabfallen kann.

Der Nachteil der gebräuchlichen Dynatrons, daß sie stets mit einer verhältnismäßig hohen Spannung betrieben werden müssen, ist also durch die Erfindung behoben.

In Abb ι sind die drei Elektroden schematisch nebeneinander dargestellt. Bei praktischen Ausführungsformen der Röhre können die Elektroden z. B. in bekannter Weise konzentrisch zueinander angeordnet werden, wobei der Glühfaden im Mittelpunkt befestigt wird.

In diesem Fall hat die Anode die Gestalt einer zylindrischen Platte, deren Querschnitt z. B. kreis- oder ellipsenförmig ist. Die wirksame Fläche der Anode, die an der Innenseite des Zylinders liegt, ist bei dieser Ausführungsform überall sich selbst zugekehrt, was den Vorteil ergibt, daß, falls der wirksame Stoff z. B. durch Zerstäuben die Oberfläche der Anode verlassen würde, ein großer Teil davon an anderer Stelle wieder auf die wirksame Oberfläche der Elektrode zurückkommt. Überhaupt werden dann auch zweckmäßig diejenigen Elektrodenformen benutzt, bei denen Teile der wirksamen Fläche sich gegenüber anderen Teilen derselben Fläche befinden oder bei denen diese Fläche im Querschnitt eine ganz oder annähernd ganz in sich selbst geschlossene Linie zeigt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Entladungsröhre zur Erzeugung sekundärer Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen einer oder mehrerer Elektroden, an denen die sekundären Elektronen erzeugt werden sollen, einen Stoff enthalten, dessen Richardsonsche Konstante kleiner als 3 Volt ist. 100·

2. Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der wirksamen Fläche der Elektroden enthaltene Stoff, dessen Richardsonsche Konstante kleiner als 3 Volt ist, ein schlechter Wärmeleiter ist.

3. Entladungsröhre nachAnspruchioder2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche einer oder mehrerer Elektroden, die für die sekundäre Elektronenemission no dienen können, ein Erdalkalioxyd oder ein Gemenge solcher Oxyde enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.