DE497822C

DE497822C - Method for generating a positive ion current in an electrical discharge device

Info

Publication number: DE497822C
Application number: DEI24182D
Authority: DE
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1922-12-21
Filing date: 1923-11-20
Publication date: 1930-05-16

Description

Verfahren zur Erzeugung eines positiven Ionen-Stromes in einer elektrischen Entladevorrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf neue elektrische Vorrichtungen, die positive Ionen verwenden. Letztere werden mit Hilfe eines netten Verfahrens an einer von den Elektroden in regelmäßiger regelbarer Weise Lina unabhängig vom und ohne Elektronenstoß erzeugt. Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Erzeugung positiver Ionen-Ströme in einer elektrischen Entladevorr ichtun'-, unabhängig von der Stoßionisation, und besteht darin, daß mit einer positiv geladenen Elektrode ein Dampf in Berührung gebracht wird, der eine niedrigere Elektronenaffinität besitzt als die Elektrode, und daß die Elektrode über eine kritische Temperatur erhitzt wird, bei welcher Ionen erzeugt und von einem Potential o. dgl. weggeführt werden. Ferner besteht die Erfindung in einer Vorrichtung, die nach diesem Verfahren arbeitet und so eingerichtet ist, claß sie eine Elektronenentladung und positive Ionen erzeugt.Method for generating a positive ion current in an electrical Discharge device The present invention relates to new electrical devices, that use positive ions. The latter are made with the help of a nice process on one of the electrodes in a regularly controllable manner independently of the Lina and generated without electron impact. The invention consists in a method of production positive ion currents in an electrical discharge device ichtun'-, regardless of impact ionization, and consists in that with a positively charged electrode contacting a vapor which has a lower electron affinity than the electrode, and that the electrode is heated above a critical temperature is, in which ions are generated and led away from a potential or the like. The invention also consists in a device which operates according to this method and is arranged to generate electron discharge and positive ions.

Früher wurden positive Ionen-Ströme von wissenschaftlichen Bearbeitern an .einer Elektrode bereits erzielt. Aber diese Ströme waren zu klein für praktische Zwecke, und ferner waren sie im allgemeinen vorübergehend. Es ist bisher nicht möglich gewesen, positive Ionen aus Elektroden unter reproduzierbaren Verhältnissen in für praktische Zwecke genügenden Mengen zu erzeugen.In the past, positive ion currents were used by scientific workers has already been achieved on one electrode. But these currents were too small to be practical Purposes, and furthermore they were generally temporary. It is not yet possible been positive ions from electrodes under reproducible conditions in for to produce sufficient quantities for practical purposes.

Es hat sich herausgestellt, daß positive Ionen aus einem geeignet gewählten gasförmigen Material oder Dampf erzeugt werden können, die mit einer erhitzten, positiv geladenen Elektrode in Berührung gebracht werden. Die elektrischen Eigenschaften dieses gasförmigen Materials stehen mit den elektrischen Eigenschaften der erzeugenden Elektrode in einer später zu erklärenden Weise im Zusammenhang. Wenn die erzeubenden Elektroden aus Wolfram,o, dgl. bestehen, so hat sich herausgestellt, daß die Metalle Cäsiutn und Rubidium für die Erzeugung von positiven Ionen in nutzbaren Mengen besonders wirksam sind. Das kontinuierliche Vorhandensein des Dampfes wird dadurch gesichert, daß man einen Überschuß des festen oder flüssigen alkalischen Metalls in der Vorrichtung hat, und ferner wird der Dampf aus den positiven Ionen durch die Wiedervereinigung der positiven Ionen mit Elektronen zu neutralen Dampfatomen während des Betriebes der Vorrichtung gebildet.It has been found that positive ions are suitable selected gaseous material or steam can be generated with a heated, positively charged electrode are brought into contact. The electrical properties this gaseous material is related to the electrical properties of the generating it Electrode related in a manner to be explained later. When the engaging Electrodes made of tungsten, or the like. It has been found that the metals Caesiutn and Rubidium for the generation of positive ions in useful quantities especially are effective. The continuous presence of the steam is ensured by that there is an excess of the solid or liquid alkaline metal in the device has, and further the vapor from the positive ions by the reunification of positive ions with electrons to neutral vapor atoms during operation the device formed.

In Vorrichtungen gemäß der Erfindung können positive Ionen entweder .als die alleinigen Träger des Stromes benutzt werden, wie z. B. beim Merkbarmachen von Radiozeichen, oder die positiven Ionen können zusammenmit Elektronen für die Stromleitung bei hohem Wirkungsgrad benutzt werden.In devices according to the invention, positive ions can either .as the only ones Carriers of the current are used, such as. B. when making radio signals noticeable, or the positive ions can go along with Electrons are used to conduct electricity with high efficiency.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen in den Fig. i und 2 Vorrichtungen, die nur mit positiver Ionenl@eitung betrieben werden. Fig. 3 stellt eine Schaltung dar, und Fig. q. zeigt eine: orrichtung, bei welcher die Stromleitung durch positive Ionen und Elektronen gemeinsam bewirkt wird. Fig. 5 und 6 betreffen andere Ausführungsformen; Fig.5 -neigt eine Zweielektrodenrähre, bei welcher eine Elektrode durch Strahlung erhitzt wird; Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine Röhre gemäß Fig. 5. Die Fig. 7 und 8 zeigen andere Ausführungsformen, und Fig.9 zeigt einen Schaltungsplan für eine Vierelektrodenröhre gemäß der Erfindung.The accompanying drawings show in Figs. I and 2 devices, which are only operated with positive ion conduction. Fig. 3 illustrates a circuit and Fig. q. shows a device in which the power conduction by positive Ions and electrons is effected together. Figures 5 and 6 relate to other embodiments; Fig. 5 - inclines a two-electrode tube in which one electrode is exposed to radiation is heated; Fig. 6 is a section through a tube according to Fig. 5. Figs. 7 and 8 show other embodiments, and FIG. 9 shows a circuit diagram for a Four-electrode tube according to the invention.

Bei -der in Fig. i dargestellten Röhre werden die positiven Ionen zur Leitung des Stromes benutzt; sie ist besonders geeignet, um ffie Gesetze der positiven Ionenentladung zu zeigen. Sie besteht aus einem geschlossenen Gefäß i aus hitzebeständigem Glas, Quarz o. dgl. und enthält Drähte 2 und 3, von welchen der eine als Ionen erzeugende Elektrode und der andere zur Herstellung eines als Elektrode dienenden Niederschlages d. auf der inneren Fläche des Glasgefäßes verwendet wird. Die Ionen erzeugende Elektrode -wird der Einfachheit halber in der folgenden Beschreibung als Genode bezeichnet.In the case of the tube shown in FIG. I, the positive ions used to conduct electricity; it is particularly suited to the laws of to show positive ion discharge. It consists of a closed vessel i Made of heat-resistant glass, quartz or the like. And contains wires 2 and 3, of which one as an ion generating electrode and the other for making an as Electrode serving deposit d. used on the inner surface of the glass jar will. The ion generating electrode is used for convenience in the following Description referred to as Genode.

Die Genode 2 kann aus Wolfram, Molybdän oder Nickel bestehen. Der Draht 3 zur Erzeugung des Niederschlages an der Gefäßwand besteht vorteilhaft aus Wolfram. Die Drähte 2, 3 können durch die in den Fuß _9 eingeschmolzenen Zuleitungen 5, 6 und 7, 8 mit Stromquellen verbunden werden. Eine zylindrische Elektrode io umgibt den in der Nähe der Verbindungsstellen zwischen der Genode und den Zuleitungen liegenden Teil der Genode aus später zu ,erklärenden Gründen. Die eingeschmolzenen Leiter 11, 12 sind zu den Elektroden q. und io geführt.The Genode 2 can be made of tungsten, molybdenum or nickel. Of the Wire 3 for generating the precipitate on the vessel wall advantageously consists of Tungsten. The wires 2, 3 can through the supply lines melted into the foot _9 5, 6 and 7, 8 can be connected to power sources. A cylindrical electrode io surrounds the one near the connection points between the genode and the supply lines lying part of the Genode for explanatory reasons later. The melted down Conductors 11, 12 are to the electrodes q. and io led.

Das Material zur Erzeugung der positiven Ionen wird in (las Gefäß reingeführt, nachdem die Elektroden von Gas befreit sind und das Gefäß evakuiert ist. Das Cäsium oder Rubidium kann aus einer mit der Entladungsvorrichtung bei 13 verbundenen Röhre eingeführt werden, in welcher das gewünschte Metall aus geeigneten Verbindungen durch Reduktion hergestellt wird. Man :kann beispielsweise eine Mischung von Cäsiumchlorid und ein reduzierendes Mittel, wie Magnesium oder Calcium, verwenden, wobei letzteres im Überschuß vorhanden ist. Nachdem eine für die Erzeugung des nötigen Dampfes genügende Menge Cäsium o. dgl. eingeführt worden ist wird die Röhre in der üblichen Weise zuge. schmolzen.The material for generating the positive ions is in (read vessel led in after the electrodes have been freed of gas and the vessel has been evacuated is. The cesium or rubidium can be obtained from a discharge device at 13 connected tube are inserted, in which the desired metal made of suitable Compounds produced by reduction. One: can for example be a mixture use of cesium chloride and a reducing agent such as magnesium or calcium, the latter being present in excess. After one for the generation of the necessary A sufficient amount of cesium or the like has been introduced into the tube in the usual way. melted.

Soll für einen bestimmten Zweck ein( Röhre gemäß Fig. i nur mit positiver Ionenleitung arbeiten, so wird die positive Elektrode, an welcher die Ionen erzeugt werder sollen, auf eine genügend hohe Temperatui erhitzt und .auf ein positives Potential gebracht. Es- wird z. B. die Elektrode 2 dei Fig. i durch einen mittels der Leiter 5, 6 zugeführten Strom erhitzt, und eine geeignete Spannungsquelle 1q. wird durch die Leiter 15, 16 mit der Genode 2 und der Elektrodeo verbunden. Die Genode ist positiv. Ein Galvanometer oder ein anderes Meßinstrument wird in den Stromkreis 16 eingeschaltet. Der Schutzzylinder io wird ebenfalls mit der Stromquelle 1d. durch einen Leiter 17 verbunden.Should for a certain purpose a (tube according to Fig. I only with positive Ion conduction work, so becomes the positive electrode on which the ions are generated we should, heated to a sufficiently high temperature and .to a positive one Brought potential. It is z. B. the electrode 2 dei Fig. I by a means the conductor 5, 6 heated current supplied, and a suitable voltage source 1q. is connected by the conductors 15, 16 to the genode 2 and the electrode. the Genode is positive. A galvanometer or other measuring instrument is inserted into the Circuit 16 switched on. The protective cylinder io is also connected to the power source 1d. connected by a conductor 17.

Der Strom in der Röhre hängt von der positiven Ionenerzeugung und von der angelegten Spannung ab (im folgenden wird das Beiwort »positiv« vor dem Wort »Ion« der Einfachheit halber weggelassen). Die Ionenerzeugung hängt von der Temperatur der die Ionen erzeugenden Elektrode oder Genode und vom Dampfdruck des aktiven gasförmigen Stoffes ab.The current in the tube depends on the positive ion generation and on the applied voltage (in the following the epithet »positive« is placed before the Word "ion" omitted for the sake of simplicity). The ion generation depends on the Temperature of the electrode or genode producing the ions and the vapor pressure of the active gaseous substance.

Die kritische Genodentemperatur, oberhalb deren eine Emission von Ionen erhalten wird, schwankt etwas mit der Beschaffenheit des die Ionen erzeugenden Stoffes in der Röhre und mit andern Verhältnissen. Man kann aber im allgemeinen sagen, d.aß es eine bestimmte Temperatur für jedes Genodenmaterial gibt, oberhalb deren die mit der Genode in Berührung kommenden Atome die Genode als Ionen verlassen. Im Falle, daß Cäsiumdampf als aktives Material in der Röhre enthalten ist und die Genode aus Wolfram besteht, liegt die kritische Temperatur bei iooo bis i2oo° C. Die Ionenemission ist unabhängig von der Genodentemperatur, vorausgesetzt, daß letztere ungefähr dem kritischen Wert entspricht. Oberhalb der kritischen Temperatur, deren besonderer Wert für jede Röhre bestimmt werden kann, ist die erzielte Ionenemission proportional dein Dampfdruck.The critical genode temperature, above which an emission of ions is obtained, varies somewhat with the nature of the substance in the tube which produces the ions and with other conditions. In general, however, one can say that there is a certain temperature for every genode material, above which the atoms coming into contact with the genode leave the genode as ions. If the tube contains cesium vapor as the active material and the genode is made of tungsten, the critical temperature is 100 to 1200 ° C. The ion emission is independent of the genode temperature, provided that the latter corresponds approximately to the critical value. Above the critical temperature, the particular value of which can be determined for each tube, the ion emission achieved is proportional to the vapor pressure.

Der Dampfdruck kann auf die verlangten Werte durch eine äußere Heizvorrichtung, z. B. durch ein auf wesentlich konstanter Temperatur gehaltenes öl'bad, eingestellt werden. Diese äußere Temperaturregelv orrichtung ist in Abb. i durch die strichlierte Linie 18 angegeben. Man kann natürlich eine ähnliche Heizvorrichtung bei den andern Ausführungsformen der Erfindung benutzen.The vapor pressure can be adjusted to the required values by an external heating device, z. B. by means of an oil bath kept at a substantially constant temperature will. This external temperature control device is shown in Fig. I by the dashed line Line 18 indicated. You can of course use a similar heater on the others Use embodiments of the invention.

Die Wahl des Dampfdruckes hängt von der Verwendung der positiven Ionen ab. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, positive Ionen bei Röhren gemäß der Erfindung unter solchen Bedingungen zu erzeugen, daß keine Stoßionisation im Entladeraum eintritt. In Röhren nach Fig.1, die nur die positive Ionenleitung verwendet, kann der Druck viel höher sein, als wenn auch eine Elektronenleitung eintritt.The choice of vapor pressure depends on the use of the positive ions away. In general it is beneficial to have positive ions in tubes to produce according to the invention under such conditions that no impact ionization enters the unloading area. In tubes according to Fig.1, which have only the positive ionic conduction is used, the pressure can be much higher than when using an electron conduction entry.

Wenn eine Elektronenleitung eine Ionenleitung begleitet und es erwünscht ist, den Elektronenstrom zu regeln, wie bei Röhren an der in Fig. q. dargestellten Art, so soll der Druck unterhalb eines Wertes gehalten werden, bei welchem die Elektronenentladung .in Dampf von einer merklichen Stoßionisation begleitet sein -würde, d. h. bei Cäsium etwa unterhalb des der Temperatur von 7o° C ;-ntslirechen(len Dampfdruckes. Die genaue Temperatur hängt von dem geometrischen Aufbau der Vorrichtung ab. Bei ;o° C beträgt der Dampfdruck des Cäsiums ungefähr o,oool mm Quecksilbersäule (1,l1" Mi;kron).When electron conduction accompanies ion conduction and it is desirable is to regulate the flow of electrons, as in tubes at the in Fig. q. shown Art, the pressure should be kept below a value at which the electron discharge . would be accompanied by noticeable impact ionization in steam, d. H. with cesium about below the temperature of 70 ° C; -ntslirechen (len vapor pressure. The exact temperature depends on the geometrical structure of the device. At; o ° C, the vapor pressure of cesium is about 0.01 mm of mercury (1.1 " Micron).

\iclit bei jeder Spannung können die an ,ler Genode erzeugten Ionen alle die Kathode erreichen infolge der positiven Raumladung, ähnlich der negativen Raumladung in Röhren finit reiner Elektronenentladung. Durch Steigerung der verwendeten Spannung auf einen geniigenden Wert oder durch Anor;lnung eines Elektronenstromes von genügender Stärke kann die Wirkung der positiven Raumladung überwunden werden, und alle erzeugten Ionen wandern zur Kathode.\ iclit at any voltage, the ions generated at the Genode all of them reach the cathode as a result of the positive space charge, similar to the negative one Space charge in tubes finitely pure electron discharge. By increasing the used Voltage to a sufficient value or by arranging an electron flow of sufficient strength, the effect of the positive space charge can be overcome, and any ions generated migrate to the cathode.

Das Cäsitini-Ion ist ungefähr 237 ooomal schwerer als ein Elektron. Da die Beschleunigung umgekehrt proportional ist der Qua-Aratwurzel aus der -.,\lasse, ist die Geschivin-,iigkei.t eines Cäsiuni-Ions ungefähr '/"s; der Geschwinfligkeit eines Elektrons. Daher ist, wenn die Ionenströmung durch die Raumladung begrenzt -wird, bei einer gegebenen Spannung nur ungefähr 'i"5; der Elektronenströnning erreichbar, die in einer gegebenen Elektronenröhre unter ähnlichen Verhältnissen erreichbar ist.The Cäsitini ion is about 237 ooomal heavier than an electron. Since the acceleration is inversely proportional to the qua-arat root of the -., \ Lasse, the velocity of a Caesiuni ion is approximately 1/3 of the velocity of an electron. Therefore, when the ion flow through the space charge - is limited, at a given voltage, only about 'i "5; the electron flow achievable in a given electron tube under similar conditions.

Der positive Ionen-Strom in Abwesenheit der begleitenden Elektronenleitung ändert sich finit der 3,12ten Potenz der aufgedrückten Spannung bis zu seinem Sättigungswerte. Er ist bei konstanter Spannung konstant und für \-erscliiedene Spannungen reproduzierbar. Es ist z. B. in einer bestimmten Röhre bei einer Behältertemperatur von o,7' C der beobachtete positive Sättigungsstrom 2,4 Mikroampere je Quadratzentimeter der Genodenfläche. Bei einer Behältertemperatur von .16,5° C war der Strom o,29 Milliampere je Quadratzentimeter Genodenfläche, und bei einer Behältertemperatur von 53,5° C war die beobachtete Stromstärke o,63 Milliampere je Quadratzentimeter Oberfläche. Wie L a n g m u i r in den Transactions of tho American Electrochemical Society, Band =Y XIX, 1916, Seite 125, erklärt hat, tritt ein Energieverbrauch ein, wenn Elektronen \-on glühenden Metallen ausgesandt werden. Diese Energie ist m.eßbar als absorbierte Wärme und kann als Potentialdifferenz in Volt angegeben werden. Diese Größe gibt ein quantitatives Maß für die beim Abtrennen eines Elektrons von einer emittierenden Fläche geleisteten Arbeit, reduziert auf .den absoluten Nullpunkt. Sie wird als Elektronenaffinität des emittierenden Materials bezeichnet. Diese Elektronenaffinität, die auch als Elektronenaustrittsarbeit bekannt ist, wurde für eine Anzahl von Stoffen bestimmt. Der Wert für Wolfram ist 4,52 Volt, für Tantal 4.,31 Volt und für Molybdän 4,31 Volt. Die Werte dieser Konstanten sind ein Maß der Affinität dieser Metalle für freie Elektronen, (lie nach allgemeiner Annahme die Stromleitung bewerkstelligen. Je größer die Elektronenaffinität, um so zäher hält sozusagen die betreffenide Substanz ihre freien Elektronen fest, und um so höher muß die Temperatur sein, bei welcher die Emission der freien Elektronen eintritt.The positive ion current in the absence of the accompanying electron conduction changes finitely to the power of 3.12 of the applied voltage up to its saturation value. At constant voltage it is constant and reproducible for different voltages. It is Z. B. in a certain tube at a container temperature of o, 7 'C the observed positive saturation current 2.4 microamps per square centimeter of the genode area. At a container temperature of .16.5 ° C, the current was 0.29 milliamps per square centimeter Genode area, and at a container temperature of 53.5 ° C was that observed Current strength 0.63 milliamps per square centimeter of surface. Like L a n g m u i r in the Transactions of tho American Electrochemical Society, Volume = Y XIX, 1916, Page 125 has explained that energy is consumed when electrons are glowing Metals are sent out. This energy is measurable as absorbed heat and can be specified as a potential difference in volts. This size gives a quantitative one Measure of the amount of work done when separating an electron from an emitting surface Work reduced to absolute zero. It is called electron affinity of the emitting material. This electron affinity, also called Electron work function is known, has been determined for a number of substances. The value for tungsten is 4.52 volts, for tantalum 4.31 volts and for molybdenum 4.31 Volt. The values of these constants are a measure of the affinity these metals have for free electrons The greater the electron affinity, the more tenacious, so to speak, the substance in question its free electrons are fixed, and the higher the temperature must be at which the emission of free electrons occurs.

Es sind nicht nur freie Elektronen in den Substanzen vorhanden, sondern auch die Atome, die die Substanz bilden, enthalten ein System von Elektronen. Wenn ein freies Atom einer Substanz im Raum ein Elektron verliert, so wird diese in dein Ausmaße positiv und wird als ionisiert bezeichnet. Es -wird Energie verbraucht, die in Volt ausgedrückt wird, um das Elektron von einem Atom zu entfernen. Im Falle eines Cäsiumsatoms bei Cäsium im Dampfzustand ist dieses Potential 3,9 Volt. Dieses ionisierende Potential ist ein Maßstab der Elektronenaffinität des Atoms, die kleiner ist als jene einer Wolframoberfläche. Wenn daher ein Cäsiumatom bei einer Ionisationsspannung von 3,9 Volt eine heiße, positiv geladene Wolframoberfläche mit einer Elektronenaffinität von .I,52 Volt trifft, so verläßt es die erhitzte Fläche in der Form eines positiven Ions, (las ein Elektron an (las Wolfram verloren hat.There are not only free electrons in the substances, but the atoms that make up the substance also contain a system of electrons. if If a free atom of a substance loses an electron in space, it becomes yours Dimensions positive and is referred to as ionized. Energy is consumed which is expressed in volts to remove the electron from an atom. In the event of of a cesium atom in the case of cesium in the vapor state, this potential is 3.9 volts. This ionizing potential is a measure of the electron affinity of the atom, the smaller it is is than that of a tungsten surface. Therefore, if a cesium atom at an ionization voltage of 3.9 volts a hot, positively charged tungsten surface with an electron affinity of .I, 52 volts, it leaves the heated area in the form of a positive Ions, (read an electron (read tungsten has lost.

Versuche zeigen, daß die Alkalimetalle die Eigenschaft haben, auf einer Metallfläche eine adsorbierte Schicht selbst dann zu bilden, wenn die Metallfläche auf einer Temperatur sich befindet, die wesentlich höher ist als die Temperatur, bei welcher der Alkaliinetalldampf in der Umgebung der Fläche gesättigt ist. Bei einer wesentlich unter der kritischen Temperatur für Ionenerzeugung liegenden Temperatur -wird die Genodenfläche in i@eit.ein Ausmaße mit einer adsorbierten Schicht des in der Vorrichtung vorhandenen alkalischen Metalls bedeckt. Die Elektronenaffinität einer solchen adsoribierten Fläche von Cäsium ist ungefähr 1,4 Volt, und wenn daher Cäsiumatome eine mit Cäsium reichlich bedeckte Fläche verlassen, verlieren sie kein Elektron, da die verdampfenden Atome eine größere Affinität für Elektronen besitzen als die Fläche.Experiments show that the alkali metals have the property on a metal surface to form an adsorbed layer even if the metal surface is at a temperature that is significantly higher than the temperature, at which the alkali metal vapor in the vicinity of the surface is saturated. at a temperature well below the critical temperature for ion generation -will the genodenal area in i@eit.ein dimensions with an adsorbed layer of the present in the device alkaline metal. the The electron affinity of such an adsorbed area of cesium is approximately 1.4 Volts, and if therefore cesium atoms leave an area abundantly covered with cesium, they do not lose an electron as the evaporating atoms have a greater affinity for Own electrons than the area.

Wenn die Temperatur allmählich steigt, so wird die Metallfläche nur teilweise mit adsorbiertem Cäsium bedeckt; die Elektronenaffinität der Fläche nimmt zu, bis einige Cäsitimatoane die Fläche als Ionen verlassen. Es wird .beispielsweise eine Wol'framfläche, von welcher ->o°/o mit Cäsium überzogen sind, eine durchschnittliche Elektronenaffinität von ungefähr 3,9 Volt haben als Resultante der Austrittsarbeit in Volt von 4,52 Volt für reines Wolfram und 1,39 Volt für Cäsiuminetall. 5o°/o der Cäsiumatome werden die erhitzte Fläche als Ionen verlassen. Bei einer höheren Elektronenaffinität wird ein größerer Anteil von Cäsium-Ionen erzeugt. Die Erfindung bedingt daher ein Zusammenarbeiten zwischen der Elektronenaffinität der Fläche, an .welcher die Ionen erzeugt werden, und der Ionisierungsspannung des Stoffes, aus welchem die Ionen erzeugt werden.When the temperature rises gradually, the metal surface only becomes partially covered with adsorbed cesium; the electron affinity of the surface decreases until some Caesitimatoane leave the surface as ions. It will. For example a tungsten surface, of which -> o ° / o is coated with cesium, an average Have electron affinity of approximately 3.9 volts as a work function resultant in volts of 4.52 volts for pure tungsten and 1.39 volts for cesium metal. 50 ° / o of the cesium atoms will leave the heated surface as ions. At a higher one Electron affinity, a larger proportion of cesium ions is generated. The invention therefore requires a cooperation between the electron affinity of the surface, which ions are generated and the ionization voltage of the substance from which the ions are generated.

Fig. 2 zeigt einen mit positiven Ionen arbeitenden Gleichrichter 2o zum Empfang elektrischer Schwingungen, der außer einer Genode 2i und einer Kathode 22 .auch eine Steuerelektrode 23 enthält. Das Gitter und die Genode werden mit der Sekundärseite eines Übertragers 2q. verbunden; ein veränderlicher Kondensator 25 ist, wie üblich, im N ebenschluß zu der Sekundärwicklung vorgesehen. Der äußere Stromkreis 26 enthält als Stromquelle 27 die Batterie und ein Telefon 28, welches zwischen die Genode und die Kathode geschaltet wird. Statt das Telefon in den äußeren Stromkreis zu schalten, kann in bekannter Weise eine geeignete Verstärkung des Stromes im Hörapparat vorgesehen werden. Eine Batterie 29 in Reihe mit dem regelbaren Widerstand 30 liefert den Heizstrom für die Genode. Das Gefäß r ist hoch evakuiert und enthält Cäsium oder ein gleichwertiges Material. Bei den gewöhnlichen Arbeitstemperaturen, d. h. etwas über Zimmertemperatur, ist der Dampfdruck des Cäsiums ungefähr o,oo2 Mikron Quecksilbersäule. Es ist jedoch je nach den Verhältrissen auch ein höherer Dampfdruc'h zulässig.2 shows a rectifier 2o operating with positive ions to receive electrical vibrations, except for a genode 2i and a cathode 22 also contains a control electrode 23. The grid and the genode are made with the Secondary side of a transformer 2q. tied together; a variable capacitor 25 is, as usual, provided in shunt to the secondary winding. The outer one Circuit 26 contains as a power source 27 the battery and a telephone 28, which is connected between the genode and the cathode. Instead of the phone in the outside Switching a circuit can be a suitable amplification of the current in a known manner provided in the hearing aid. A battery 29 in series with the variable resistor 30 supplies the heating current for the genode. The vessel r is highly evacuated and contains Cesium or an equivalent material. At the usual working temperatures, d. H. slightly above room temperature, the vapor pressure of cesium is about 0.02 Microns of mercury. However, depending on the circumstances, it is also a higher one Steam pressure permitted.

Die Spannungen des Heizstromkreises 31 und des Abnahmekreises 26 sind so gewählt, claß der positive Ionen-Strom :durch die Raumladung begrenzt wird. Die Änderungen ides Gitterpotentials durch die im Stromkreis 32 empfangenen Signale ändern die Stromstärke im Abnahmekreis 26 und erzeugen im Telefon 28 hörbare Signale.The voltages of the heating circuit 31 and the tapping circuit 26 are chosen so that the positive ion current: is limited by the space charge. the Changes in grid potential due to the signals received in circuit 32 change the strength of the current in the pick-up circuit 26 and generate audible signals in the telephone 28.

In manchen Fällen kann in bekannter Weise das Gitter, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, weggelassen werden. Die Genode 21 und die Kathode 22 werden in den Abnahmekreis 26 eingeschaltet, der eine Batterie 27 und ein Telefon 28 enthält und mit der Sekundärwicklung des Transformators 24 verbunden ist. Der infolge der unipolaren Leitfähigkeit der mit positiven Ionen arbeitenden Röhregleichgerichtete Zeichenstrom wird im Telefon hörbar.In some cases, the grid, as shown in Fig. 3 can be omitted. The genode 21 and cathode 22 are in the Acceptance circuit 26 turned on, which contains a battery 27 and a telephone 28 and is connected to the secondary winding of the transformer 24. The result of the unipolar Conductivity of tube rectified symbol currents working with positive ions can be heard on the phone.

Gemäß der Erfindung kann man auch in finit Elektronenstrom arbeitenden Röhren positive Ionen erzeugen, um die Raumladung in vier Nähe der Elektronenquelle zu beseitigen. Eine solche Einrichtung ist in Fig. q. dargestellt. In dieser Röhre stellt 30 die Glühkathode dar, in deren Heizstromkreise als Stromquelle die Batterie 38 und zur Stromregelung der Widerstand 40 liegt. Die Kathode ist über die Leitung 31, die Stromquelle 33 und die Ladeeinrichtung 34 mit der Anode verbunden. Die Genode 35 besteht aus einem' gewundenen Faden, in dessen Heizsromkreis 37 eine Batterie 39 als Stromquel 1 utnd ein Widerstand 41 zur Stromregelung liegt In Vorrichtungen gemäß Fig. q. hat der positive, an der Genode 35 erzeugte Ionen-Strom die wichtige Aufgabe, die negative Raumladung des von der .Kathode 3o ausgesandten Elektrodenstromes zu neutralisieren. Bei den bisher benutzten elektrischen Vorrichtungen wurde ein bedeutender :teil der verwendeten Spannung dazu verbraucht, die Raumladung zu überwinden, und deshalb konnten derartige Elektronenröhren nur dann mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden, wenn die von der äußeren Belastung aufgebrauchte Spannung verhältnismäßig hoch war. Sonst bildete der Spannungsabfall in der Röhre selbst einen zu großen Teil der aufgedrückten Spannung. Es ist bekannt, daß die Raumladung durch positive Ionen neutralisiert werden kann, die z. B. durch Stoßionisation im Entladungsraum erzeugt werden können. In gewissen praktisch verwendeten Elektronenröhren wurde daher ein ionisierbares Gas eingeführt, um eine Ionisation durch Elektronenstoß zu verursachen und so den Spannungsabfall in der Vorrichtung herabzusetzen. Die Anwesenheit eines solchen Gases jedoch ist notwendig von gewissen Nachteilen begleitet; es wird z. B. die Wirkung etwaiger Steuerorgane auf die Entladung beeinträchtigt sowie die Lebensdauer der Kathode durch das Ionen'bombardement herabgesetzt.According to the invention, it is also possible to work in a finite electron flow Tubes generate positive ions to raise the space charge in four proximity to the electron source to eliminate. Such a device is shown in Fig. Q. shown. In this tube 30 represents the hot cathode, in whose heating circuits the battery is the power source 38 and for current regulation the resistor 40 is located. The cathode is on the line 31, the power source 33 and the charger 34 are connected to the anode. The Genode 35 consists of a 'wound thread, in whose heating circuit 37 a battery 39 as a current source 1 and a resistor 41 for current regulation is in devices according to FIG. q. the positive ion current generated at the Genode 35 is the most important Task, the negative space charge of the electrode current emitted by the cathode 3o to neutralize. In the electrical devices used heretofore, a more important: part of the voltage used is used to overcome the space charge, and therefore such electron tubes could only then be operated with good efficiency when the voltage consumed by the external load is proportionate was high. Otherwise the voltage drop in the tube itself would be too great Part of the tension imposed. It is known that the space charge by positive Ions can be neutralized, the z. B. by impact ionization in the discharge space can be generated. In certain practically used electron tubes therefore an ionizable gas is introduced to cause ionization by electron impact to cause and thus reduce the voltage drop in the device. the However, the presence of such a gas is necessarily accompanied by certain disadvantages; it is z. B. affects the effect of any control organs on the discharge and the service life of the cathode is reduced by the ion bombardment.

In der in Fig. q: dargestellten Röhre sind die an der Genode 35 erzeugten Ionen im- Stande, die Raumladung eines von der Kathode 3o ausgesandten Elektronenstromes selbst dann zu neutralisieren, wenn der Wert des Elektronenstromes vielmal größer ist als der Wert des positiven Stromes. Wenn die Arbeitstemperatur des Behälters unter einem Werte gehalten wird, bei welchem die Stoßionisation merklich wird, kann die Leitung der Elektrizität durch den evakuierten Raum durch Elektronenleitung bei geringer oder vernachlässigbarer Raumladung erfolgen, ohne die Nachteile, die die gewöhnliche Stoßionisation mit sich bringt. Die große neutralisierende Wirkung der positiven Ionen ist eine Folge ihrer im Verhältnis zur Elektronenbewegung langsamen Bewegung; infolge dieser langsamen Bewegung bleiben sie lange in (lern sich schnell bewegenden Elektronenstrom und können so die Ladung von vielen Elektronen neutralisieren.In the tube shown in FIG. Q: are those generated at the genode 35 Ions im- Stand the space charge of one emitted from the cathode 3o Electron current neutralize even if the value of the electron current is many times greater than the value of the positive current. When the working temperature of the container is kept below a value at which the impact ionization is noticeable can conduct electricity through the evacuated space by electron conduction with low or negligible space charge, without the disadvantages that the usual impact ionization with it. The great neutralizing effect of the positive ions is a consequence of their slowness in relation to the movement of the electrons Move; as a result of this slow movement, they remain in (learn each other quickly moving electron stream and can thus neutralize the charge of many electrons.

Wenn die Wege der positiven Ionen dadurch verlängert werden, daß man sie veranlaßt, auf indirekten Wegen zu der Kathode zu gehen, so daß sie länger in der Bahn der Elektronen bleiben, so kann eine gegebene positive Strömung die Raumladung einer entsprechend größeren Elektronenströmung, z. B. einer Strömung, die mehrere tausendmal größer ist, neutralisieren.If the paths of the positive ions are lengthened by the fact that one it causes it to go to the cathode in indirect ways so that it stays in longer stay in the path of the electrons, a given positive flow can reduce the space charge a correspondingly larger electron flow, e.g. B. a flow that several a thousand times bigger, neutralize it.

Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung benutzt vorteilhaft die erhöhte Wirkung der Ionen, wenn sie einen langen Weg bis zur Kathode zurücklegen. Diese Figur zeigt eine Röhre, bei welcher die Anode 42 aus einem Wolfram-, Molybdän- oder Nickelzylinder besteht, der in der Längsrichtung verlaufende Wellen besitzt, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Eine z. B. aus einem Wolframfaden bestehende Glühkathode 43 erstreckt sich in axialer Richtung durch die Anode; sie ist mit den Stromzuführungen 4q., 45 verbunden, die in die Umhüllung .I6 eingeschmolzen sind. Eine Feder 4.7 ist vorgesehen, um die fadenförmige Kathode während des Glühens gestreckt zu halten. In ihren Heizstromkreis 48 ist eine Stromquelle 49 geschaltet. Die Kathode und die Anode sind durch die Leiter 5o, 51 über eine Stromquelle 52, die durch die Sekundärwicklung eines Transformators dargestellt wird, miteinander verbunden; ferner ist eine Ladevorrichtung 53 in diesen Stromkreis geschaltet. Bei 54 befindet sich Cäsium oder gleichwertiges Material in dem im übrigen evakuierten Gefäß.The device shown in Fig. 5 advantageously uses the increased Effect of the ions when they travel a long way to the cathode. These Figure shows a tube in which the anode 42 is made of a tungsten, molybdenum or Nickel cylinder is made, which has waves extending in the longitudinal direction, such as is shown in FIG. A z. B. consisting of a tungsten filament hot cathode 43 extends in the axial direction through the anode; it is with the power supplies 4q., 45, which are melted into the envelope .I6. A spring 4.7 is provided to keep the filamentary cathode stretched during the glow. A current source 49 is connected into its heating circuit 48. The cathode and the Anode are through the conductors 5o, 51 via a current source 52 passing through the secondary winding a transformer is shown connected together; also is a charging device 53 switched into this circuit. At 54 there is cesium or equivalent Material in the otherwise evacuated vessel.

Wenn der Zylinder .42 durch Strahlung oder auf andere Weise auf -eine genügend holze Temperatur erhitzt -wird, z. B. durch in ihm mittels der um die Röhre liegenden Wicklung 55 induzierte Wechselströme hoher Frequenz, so wirkt er als Genode und erzeugt aus dem Cäsiumdampf Ionen. Man kann dann mit hohem Wirkungsgrad einen Strom durch die Röhre führen, die z. B. in der dargestellten Schaltung als Gleichrichter dient. Infolge der Unregelmäßigkeit der Zylinderfläche wandern die Ionen nicht auf dem kürzesten Wege zur Kathode. Da sie eine Geschwindigkeitskomponente haben, die senkrecht zum Radius steht, so gehen sie vielmal um die Kathode herum, bevor sie sich auf dieser entladen. Vorteilhaft werden die Endplatten 56 an den Enden der Genode vorgesehen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die bei positiver Ladung, z. B. durch Verbindung mit der Anode, das Entweichen der Ionen an den Enden verhindern und dadurch die Wirkung der Ionen bei der Neutralisierung der Raumladung verstärken.If the cylinder .42 is exposed to a .42 by radiation or otherwise enough wood temperature is heated, e.g. B. through in it by means of the around the tube lying winding 55 induced alternating currents of high frequency, it acts as a genode and generates ions from the cesium vapor. You can then get one with a high degree of efficiency Lead current through the tube, the z. B. in the circuit shown as a rectifier serves. As a result of the irregularity of the cylinder surface, the ions do not migrate the shortest way to the cathode. Since they have a speed component that perpendicular to the radius, they go around the cathode many times before they discharge on this. The end plates 56 are advantageously at the ends of the Genode provided, as shown in Fig. 6, which when charged positively, e.g. B. by Connection with the anode, preventing the ions from escaping at the ends and thereby increase the effect of the ions in neutralizing the space charge.

Die in Fig.7 dargestellte Röhre enthält außer einer Elektronen aussendenden erhitzten Kathode 58 und einer nicht erhitzten zylindrischen Anode 59 eine Genode 6o, die aus einem Faden (Draht) aus Nickel, Wolfram oder anderem geeigneten Material besteht. Der Einfachheit wegen ist nur ein einziger Genodenfaden dargestellt; es können aber auch mehrere Genodenleiter benutzt werden, wie bei 6o' in der Fig.8 angegeben ist. Die Kathode 58 ist durch Leiter 61, 62 mit einer Heizstromquelle verbunden, die durch die Batterie 63 dargestellt ist. Die Genode 6o ist in ähnlicher Weise durch die Leiter 64, 65 mit einer Energiequelle verbunden, die durch eine Batterie 66 dargestellt ist. Die Kathode 58 und die Genode 6o sind mit Federn 67 bzw. 68 ausgerüstet, um die Elektroden während der Erhitzung auf die Arbeitstemperatur ,gespannt zu halten. Cäsium oder ein anderes geeignetes Ionen erzeugendes Material ist in dem evakuierten Behälter bei 69 vorhanden. Eine durch einen Gleichstromerzeuger 7o dargestellte Stromquelle ist zwischen die Kathode und Anode über eine (nicht dargestellte) äußere Belastung geschaltet.The tube shown in Fig.7 contains one that emits electrons heated cathode 58 and a non-heated cylindrical anode 59 a genode 6o made from a thread (wire) of nickel, tungsten or other suitable material consists. For the sake of simplicity, only a single genodenal thread is shown; it however, several genode conductors can also be used, as at 6o 'in FIG. 8 is specified. The cathode 58 is connected to a heating current source by conductors 61, 62 which is represented by the battery 63. The Genode 6o is similar Way by the conductors 64, 65 connected to a power source, which is through a Battery 66 is shown. The cathode 58 and the genode 6o have springs 67 and 68 equipped to keep the electrodes on during heating to the working temperature to keep excited. Cesium or other suitable ion generating material is present in the evacuated container at 69. One by a DC generator The current source shown is connected between the cathode and anode via a (not shown) external load switched.

Je nachdem an der Genode 6o eine gegenüber der Kathode 58 positive oder negative Spannung liegt, wird der Strom zwischen Anode 59 und Kathode 58 sich ändern. Wenn z. B. die Genode 6o gegenüber der Kathode i 58 .bei einem genügend hohen Druck des Cäsiums in dem Entladeraum genügend positiv ist, kann die Emission d-er positiven Ionen groß genug gemacht werden, um die Raumladung im wesentlichen auszuscheiden. Wenn die Polarität in eine negative Richtung geändert wird, wird die Emission der positiven Ionen zuerst abnehmen, so daß die Raumladungsbegrenzung des Stromes auftritt. Wenn dann die Genode negativ wird, nimmt der Strom zwischen den Elektroden 58 und 59 noch weiter ab. Die Fig.7 zeigt eine Anordnung, um die Spannung an der Genode 6o abwechselnd positiv oder negativ zu machen. Eine geeignete durch die Batterie 71 dargestellte Spannungsquelle wird mit einem hohen Widerstand 72 mit dem Kathodenkreis 62 und dem Genodenkreis 65 in Reihe geschaltet. Ein von einem Motor 74 getriebener Stromwender 73 verbindet und trennt abwechselnd die an den Bürsten 78 liegenden Verbindungsleitungen 76 und 77 zwischen dem positiv geladenen Anodenkreis 75 und dem Genodenkreis. Wenn erforderlich, kann die Spannungsquelle (dargestellt durch die Batterie 79) in den Stromkreis 77 eingeschaltet werden, der den positiven Pol des Generators 7o mit der Genode über die Bürsten 78 verbindet, wenn die letztere auf einem leitenden Segment des Stromwenders aufliegt.Depending on the genode 6o, a positive one compared to the cathode 58 or negative voltage, the current between anode 59 and cathode 58 will be change. If z. B. the Genode 6o compared to the cathode i 58. With a sufficient high pressure of the cesium in the discharge space is sufficiently positive, the emission The positive ions can be made large enough to substantially reduce the space charge to be eliminated. If the polarity is changed in a negative direction, will the emission of positive ions first decrease, so that the space charge limitation of the current occurs. Then when the genode goes negative, the current picks up between the electrodes 58 and 59 even further. 7 shows an arrangement to make the voltage on the genode 6o alternately positive or negative. One suitable voltage source represented by the battery 71 is with a high Resistor 72 connected in series with cathode circuit 62 and genode circuit 65. A commutator 73 driven by a motor 74 alternately connects and disconnects the connecting lines 76 and 77 lying on the brushes 78 between the positive charged anode circle 75 and the genode circle. If necessary, the voltage source can (represented by the battery 79) in the circuit 77 are switched on, the connects the positive pole of the generator 7o with the genode via the brushes 78, when the latter rests on a conductive segment of the commutator.

Wenn die Genode 6o über den Widerstand 72 negativ geladen wird, geht in der Hauptsache kein Strom zwischen den Elektroden 58 und 59 über. Wenn die Genode 6o bei Verbindung mit dem Anodenkreis positiv geladen wird, werden positive Ionen ausgesendet, die die Raumladung aufheben und einen erheblichen Strom durchgehen lassen.When the genode 6o is negatively charged through resistor 72, goes in the main no current is passed between electrodes 58 and 59. When the Genode 6o is positively charged when connected to the anode circuit, becomes positive ions sent out that cancel the space charge and go through a substantial current permit.

Durch diese Anordnung kann man im Nutzkreis 75 einen pulsierenden Gleichstrom erzielen; der Stromfluß durch die Entladeröhre schwankt stark zwischen einem sehr niedrigen Wert, wenn d.ie Genode 6o negativ ist, und einem hohen Wert, wenn die Genode positive Ionen liefert.With this arrangement one can in the useful circle 75 a pulsating Achieve direct current; the current flow through the discharge tube varies greatly between a very low value if the Genode 6o is negative and a high value, when the Genode delivers positive ions.

In manchen Fällen kann außer der Regelung des Stromes durch eine Genode eine Regelung mittels eines negativ geladenen Gitters bewirkt lverden. In Fig. 9 ist schematisch eine Vorrichtung gezeigt, die außer der Kathode gi und einer Anode 82 ein Gitter 83 und eine Genode 84 :enthält, die punktiert angegeben ist. Die Kathode 8i ist mit einer Heizquelle 85 und einem veränderlichen Widerstand 86 versehen. Der Gitterkreis 87 enthält eine durch einen Transformator 88 dargestellte Stromquelle. Die Genode 84 wird durch eine Batterie 89 dauernd erhitzt und ist durch einen Stromkreis 9o, der eine durch eine Batterie 9i dargestellte konstante Spannungsquelle und eine durch die Sekundärwicklung eines Transformators 92 dargestellte Ouelle für eine veränderliche Spannung .enthält, verbunden. Der äußere Stromkreis 93 enthält eine Energiequelle 94 und einen Verbraucher, welcher durch die Primärwicklung eines Transformators 95 dargestellt ist.In some cases, in addition to regulating the current, a Genode regulation by means of a negatively charged grid causes lverden. In Fig. 9 a device is shown schematically, which in addition to the cathode gi and an anode 82 a grid 83 and a genode 84: contains, which is indicated by dotted lines. The cathode 8i is provided with a heating source 85 and a variable resistor 86. The grid circuit 87 contains a power source represented by a transformer 88. The genode 84 is continuously heated by a battery 89 and is by a circuit 9o, which has a constant voltage source represented by a battery 9i and a represented by the secondary winding of a transformer 92 source for a variable voltage .contains connected. The external circuit 93 includes one Energy source 94 and a consumer, which through the primary winding of a transformer 95 is shown.

Das Gitter 83 und die Genode 84 üben eine voneinander unabhängige Regelung des Elektronenstromes aus. Die Spannung des Gitters 84 kann beispielsweise den Elektronenstrom ändern, um einen überlagerten Wechselstrom in dem äußeren Stromkreis 93 zu erzeugen, der durch die Änderung der Gen.odenspannung abgeändert wird. Vorteilhaft wird die Spannung der Genode über und unter einen positiven Wert geändert, der höher ist als das Potential des Raumes zwischen dem Gitter 83 und der Anode 82. In manchen Fällen kann die Genode mit Vorteil in der Nähe der Anode angeordnet werden.The grid 83 and the genode 84 exercise an independent function Regulation of the electron flow. The tension of the grid 84 can be, for example change the electron current to a superimposed alternating current in the external circuit 93, which is modified by changing the generator voltage. Advantageous the voltage of the genode is changed above and below a positive value that is higher is as the potential of the space between grid 83 and anode 82. In some In some cases, the genode can advantageously be arranged in the vicinity of the anode.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for generating a positive ion current in an electrical discharge device, characterized in that with a positively charged electrode the vapor of an alkali metal, such as cesium or rubidium, is brought into contact, which has a lower electron affinity than that Electrode and its pressure is so low that significant impact ionization does not occur occurs that the electrode has exceeded a critical temperature, such as 100 ° C, is heated, at which ions are generated, and that the ions by a negative Potential and the like.

2. The method according to claim i, characterized in that that generates a substantially pure electron discharge within the device and the positive ions generated to neutralize the electron space charge to be used.

3. The method according to claim i and z to achieve a pulsating electric current, characterized in that by rhythmic change of the Genod: enpotentials the number of positive ions carried on by the Genode, and thus the electron space charge in the device is changed in such a way that rhythmic fluctuations of the electron flow: arise. Device for implementation of the method according to claim i, characterized in that in the device a Arrangement for changing the positive ion current is provided. 5. Device for carrying out the method according to claims i and 2, characterized in that the regulation of the electron flow together by an electrostatic control electrode and an arrangement for changing the potential of the ion generating electrode he follows. 6. Apparatus according to claim 5, characterized by a Electron-emitting cathode and special devices for the production of positive ions, which bodies are so constructed and geometrically related to the cathode are arranged so that the ions going from these devices to the cathode have a component of motion that is perpendicular to the shortest path to the cathode. 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that an electron emitting Cathode is bypassed by a corrugated anode and the device contains a material by which positive ions are generated on the surface of the anode as soon as the anode is heated sufficiently. Device according to claim 7, characterized in that that the ion generating electrode is heated by high frequency induction.