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Lichtelektrische Zelle mit Gasfüllung und Glimmlichtentladung Bei
lichtelektrischen Zellen nach Elster und Geite l ist bereits vorgeschlagen worden,
durch Erhöhung der Saugspannung, welche die vom Licht an der photoelektrisch aktiven
Elektrode ausgelösten Elektronen zur Gegenelektrode zieht, in einem Bereich zu arbeiten,
wo bereits Glimmentladung auftritt, der Zellenstrom aber noch mit der Belichtung
-trägheitslos zurückgeht (vgl. Patent 347 53i)- Will man nach dieser Methode mit
möglichst starken Zellenströmen arbeiten, so setzt der alsbald eintretende Durchbruch
der selbständigen, bei Verdunkelung weiterbestehenden Glimmentladung, die also durch
das Licht nicht steuerbar ist, der Steigerung der Saugspannung eine Grenze.
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Gemäß der Erfindung gelingt es nun, den Arbeitsbereich der vom Licht
noch trägheitsfrei steuerbaren Vorglimmentladung durch das Zusammenwirken folgender
Mittel wesentlich in Richtung nach stärkeren Zellenströmen zu erweitern, und zwar
so weit, daß Ströme von mehr als i Miniampere von der Zelle durchschlagsicher ertragen
und vom Licht quantitativ gesteuert werden. Bei den obengenanuten bekannten Zellen
ist die Saugspannung bei großoberflächig ausgebildeter lichtelektrischer Emissionsschicht
sehr hoch; dies ist auch bei den Zellen nach der Erfindung der Fall, so daß im völligen
Dunkel schon ein schwaches, jedoch bei Helium- und Neonfüllung deutlich wahrnehmbares
Leuchten uni die Saugelektrode herum bzw. in deren Nähe besteht. Es ist also nicht
erst eine gewisse Belichtung, welche dieses Stadium auslöst, sondern dasselbe ist
schon im Dunkeln vorhanden. Naturgemäß wird es aber mit wachsender Beleuchtung der
photoaktiven Fläche verstärkt.
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Im übrigen ist dieser Arbeitsbereich dadurch gekennzeichnet, daß sich
das Leuchten auf das Gebiet um die Saugelektrode beschränkt und an der lichtelektrischen
Kathode noch keine Übergang Glimmschicht erkennbar ist. Der Übergang zur Ausbildung
der letzteren ist durch-ein steiles Ansteigen des Zellenstromes charakterisiert
und sonach leicht feststellbar.
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Um nun die erwähnte weite Ausdehnung des Bereichs der ausnutzbaren
Zellenstromstärken zu erhalten, hat es sich erfindungsgemäß als wesentlich herausgestellt,
der Saugelektrode S (Abb. i) eine möglichst große Ausdehnung zu geben im Vergleich
zur räumlichen Ausdehnung und zum Abstand der Emissionselektrode K. Das Saugfeld
wird dadurch ziemlich homogen gemacht, die Dichte der positiven Ladungen in der
Nähe der Saugelektrode verringert, somit ihr durch Raumladungswirkung erklärbarer
Einfluß auf die Verflachung des Stromdiagramms der Zelle gemindert und der Gefahr
von vorzeitigen Durchschlägen der selbständigen Glimmentladung infolge zu hoher
Konzentration der positiven Träger vorgebeugt.
Um die so ausgedehnte
Saugelektrode nicht zu einem Hindernis für die, freie Belichtung der photoaktiven
Emissionsschicht werden zu lassen, gibt man ersterer die Gestalt eines Netzes, Gitterwerkes,
einer Flachspirale aus dünnem Draht o. dgl., derart, daß das Licht fast ungeschmälert
durch die Maschen oder Zwischenräume der Saugelektrode hindurchtreten kann.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine lichtelektrische Zelle mit
Gasfüllung und Glimmentladung, bei der zur möglichst weiten Verschiebung des Arbeitsbereiches
in das Gebiet starker Ströme und zur Vermeidung vorzeitigen Durchschlagens der selbständigen
Entladung die Saugelektrode in netz-, sieb-, gitterartiger oder ähnlicher, den veränderlichen
Lichtstrom möglichst ungehindert durchlassender Gestaltung mit Bezug auf die Fläche
der Gegenelektrode weit ausgedehnt und dadurch das Saugfeld ziemlich homogen gemacht
ist und die Leuchterscheinung auf das Gebiet um die Saugelektrode beschränkt bleibt.
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Als Füllgase werden, wie bei lichtelektrischen Zellen bereits bekannt
ist, Neon oder Helium oder Gemische dieser beiden benutzt. Diese Edelgase ergeben
ein besonders weites Arbeitsbereich der Zelle, wenn die beschriebene großflächige
Saugelektrode benutzt wird. Mit Neon z. B. kommt man zu dem wie oben angeführten
Stromstärkewert von über = Milliampere. Wahrscheinlich ist der hohe Anodenfall der
selbständigen Entladung in diesen Gasen günstig im Sinne eines Schutzes gegen allzu
labile Einstellung der kritischen Durchbruchspannung. Kleine Beimengungen von Argon
oder Wasserstoff zum Neon oder Helium oder deren Gemisch sind vorteilhaft, solange
der Gasdruck insgesamt so niedrig bleibt, daß noch kein zündspannungserniedrigender
Einfluß jener Zusätze bemerkbar wird.
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Ferner können zusätzliche elektrische oder magnetische Felder zur
Beeinflussung der Trägerbahnen und -stöße im Entladungsraum der Zelle vorgesehen
sein. Das Wesen und der Zweck dieser Zusatzfelder werden am besten an Hand der Abb.
2 und 3 erklärt.
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Zunächst stellt Abb. i eine erfindungsgemäße Zelle ohne Hilfsfeld
dar. Die in flacher, linsenartiger Form hergestellte Zelle enthält die lichtelektrisch
aktive Elektrode K, z. B. hydriertes Kalium oder ein anderes Material aus der Reihe
der als wirksam bekannten Metalle oder Metallegierungen; ferner die Saugelektrode
S. Die Zuführungen zu den beiden Elektroden sind mit i und 2 bezeichnet, sie sind
in gewohnter und ohne weiteres ersichtlicher Weise ausgeführt. Gemäß der Erfindung
ist nun die Saugelektrode S netz- oder siebartig ausgebildet und erstreckt sich
über die gesamte Ausdehnung der Gegenelektrode K, wodurch das Saugfeld homogener
wird und sich die wie obengenannten Vorteile ergeben. Man kann leicht zeigen, daß
bei immer weiter getriebener Verkleinerung der Elektrode S, bis zum Grenzfall einer
Spitze, das Arbeitsbereich der Zelle enger wird und der Durchschlag unter vergleichbaren
Bedingungen bei immer geringeren Stromstärken einsetzt.
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Abb. 2 zeigt die Hinzunahme eines bei lichtelektrischen Zellen an
sich bekannten Steuergitters G, das entsprechend der Elektrode S ausgebildet ist
und die Zuführung 3 besitzt. Die Elektrode G muß sowohl gegen S als auch gegen K
gut isoliert sein. Dies ist durch passende Ausbildung der Halter und durch Einbau
von langen Kriechstrecken leicht zu erreichen. Wird nun an S eine in bezug auf das
Potential von K hohe positive Spannung gelegt, so wirkt diese, durch G hindurchgreifend,
nur mit einem Teilbetrage, der eben vom Durchgriff abhängt, auf die aus K durch
das Licht ausgelösten Elektronen ein. Die wirksame Beschleunigungsspannung läßt
sich nun sehr bequem durch das Potential von G regulieren, das gegenüber K in gewissen
Fällen sogar negativ werden kann. Das Ergebnis der Einschaltung von G ist, daß die
Elektronen zunächst nach ihrem Austritt aus K nicht zu stark beschleunigt werden,
also im Raume zwischen G und K keine positiven Ladungen durch Stoß bilden können,
daß sie dann aber zwischen S und G eine sehr große Energiezunahme erlangen, wodurch
sich die Ionisation nur in der Nähe von S ausbildet und dort die gewünschte Vor-Glimmentladung
erzeugt, und zwar in gut regelbarer Weise. Umgekehrt können bei geeigneter Spannungseinstellung
die positiven Träger im Raume zwischen G und K abgebremst und so die Gefahr vorzeitigen
Durchschlages der selbständigen Glimmentladung regelbar begrenzt werden. Indem man
so die Energieverteilung und die Zusammenstöße der Ladungen beeinflussen kann, ergibt
die gekennzeichnete Anordnung wesentliche Vorteile für die Ausführung des Erfindungsgedankens.
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Abb. 3 zeigt die Anwendung eines magnetischen Hilfsfeldes, indem ein
Magnetpol M in das passend ausgebildete Gefäß hineinragt, der entweder einem permanenten
Magneten oder einem durch Drahtwindungen W erregbaren Elektromagneten zugehört.
Die magnetischen Kraftlinien durchsetzen das Gas in Richtung der gestrichelten Pfeile.
Dadurch werden die Bahnen der elektrisch geladenen Teilchen gekrümmt und die Zusammenstöße
vermehrt, so daß der Zellenstrom beträchtlich anwachsen kann. Man hat es auf diese
Weise außerdem bis zu einem gewissen Grade in der Hand, die Energie zu regeln, mit
welcher die positiven Ionen auf die Elektrode K auftreffen. Davon hängt aber der
Durchschlag der selbständigen Glimmentladung ab. Indem man
die positiven
Ionen vermehrt im Gase stoßen läßt, nutzt man sie als Träger der unselbständigen,
noch durch Licht steuerbaren Vor-Glimmentladung aus, verhindert jedoch zugleich,
daß sie Elektronen durch heftigen Aufprall auf K in einem Grade frei machen, der
für die Ausbildung der negativen Glimmschicht und damit für den Durchschlag ausreichend
ist.
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Lichtelektrische Zellen mit Hilfsfeldern in Gestalt aufgeladener Gitterelektroden
sind, wie oben erwähnt, bereits bekannt. Dabei handelt es sich jedoch um Zellen,
in denen nicht die lichtelektrisch ausgelösten Elektronen oder wenigstens nicht
ausschließlich diese, sondern vielmehr die aus einer Hilfselektronenquelle, stammenden,
z. B. von einem Glühdraht emittierten Elektronen primär durch das Gitter gesteuert
werden (Zellen mit Verstärkerwirkung usw.). Diese Anordnungen dienen auch anderen
Zwecken als die vorliegende Erfindung. Sie bezwecken z. B. die Vermeidung von Trägheit
durch die Hilfselektronenquelle. Bei der vorliegenden Erfindung sollen dagegen die
Hilfsfelder durch ihren Einfluß auf die Verteilung der Träger und deren Zusammenstöße
im Entladungsraum dazu beitragen, ohne Durchschlaggefahr den Stromstärken-Nutzbereich
weiter nach höheren Intensitäten hin auszudehnen.