-
Gasentladungsröhre Zusatz zum Zusatzpatent 496 666 Die Erfindung betrifft
Gasentladungsröhren nach Art der im Patent 496 566 beschriebenen, insbesondere solche
mit Holdkathode, bei welchen eine Gasfüllung aus einem Alkali.-metalldampf (z. B.
Caesium) und einem inerten Gas (z. B. Argon) verwendet wird.
-
Die Erfindung bezweckt u. a. die Erhöhung der Belastbarkeit über das
bisher übliche Maß ohne Behinderung durch eine nennenswerte Raumladung, die Verbesserung
der Ventilwirkung und die Ausbildung einer nicht flachen oder fallenden, sondern
ansteigenden Stromspannvngscharakteristik, so daß die Röhren in Parallelschaltung
mit kleineren benutzt werden können, ohne daß irgendwelche Reaktanzspulen zwecks
Belastungsausgleich angewendet werden müssen.
-
Zu diesem Zwecke ist im Innern der Kathode ein Heizdraht vorgesehen,
durch welchen die Ionisierung des Alkalidampfes unabhängig von der Elektronenemission
durch die Kathode erfolgt. Die Hohlkathode wird zweckmäßig auf ihrer Innenfläche
in an sich bekannter Weise mit einer Elektronen emittierenden Substanz, z. B. einer
Oxydschicht, bedeckt. Der Druck des inerten Gases (Argon) wird erfindungsgemäß vergleichsweise
hoch gewählt (2o mm und darüber), so daß er jenen des Alkalidampfes (0,30r mm) um
mehrere Größenordnungen übersteigt.
-
Zwecks Erzielung des höchsten Nutzeffektes muß das Gas genügend hoch
erhitzt werden, damit eine kräftige Ionisierung zustande kommt, und die Oberfläche
der Kathode muß möglichst auf nahezu die gleiche Temperatur gebracht werden, um
den Wärmeübergang vom Gas zur Kathode zu verringern. Bei Verwendung von Caesium
erzielt man bei einei Temperatur von i 50o° eine kräftige Ionisierung. Die Verluste
durch Strahlung und Leitung durch die Kathode können weiterhin dadurch verringert
werden, daß man .deren Oberfläche spiegelnd ausbildet.
-
Als besonders geeignet hat sich Caesiumdampf erwiesen, weil er schon
stark Elektronen aussendet liei einer Temperatur, bei welcher brauchbares. Kathodenmaterial,
wie z. B. Wolfram, noch keine Zerstäubung zeigt, so daß der Kathodenmantel ohne
Gefahr auf die Dampftemperatur erhitzt und so ein Wärmeverlust des Dampfes verhindert
werden kann.
-
Bei Verwendung etwa von Quecksilber,-dampf an Stelle des Caesiums
würde eine viel
höhere Temperatur erforderlich sein, um die thermische
Ionisierung zu erzielen. Bei dieser hohen Temperatur würden vergleichsweisse große
Wärmeverluste des Dampfes durch die Kathode hindurch auftreten, da diese bei der
niedrigeren Temperatur, auf welcher sie, um eine Zerstäubung zu vermeiden, gehalten
werden muß, die Strahlung nicht zurückgeben könnte.
-
Die niedrige Ionisierungsspannung des Dampfes ist nicht nur im Hinblick
auf die leichtere Ionisierung erwünscht, sondern auch wegen der wirksamen Reflektion
seiner Strahlung durch das Kathodenmaterial, beispielsr weise Wolfram, da, wie es
scheint, Gase von niedriger Ionisierungsspannung gewöhnlich auch vorzugsweise langwellige
Strahlung aussenden, welche von dem Kathodenmetall: besser reflektiert wird als
kürzer wellige.
-
Der Energieaustausch zwischen Kathode und Ionisierungsgas dient vor
allem zur Erzielung eines nur geringen Spannungsverlustes. Bei Verwendung von Caesium
oder eines anderen bei gewöhnlicher Temperatur festen Körpers kann dieser in der
Röhre an einer solchen Stelle untergebracht werden, daß er gerade jenen Betrag an
Wärmestrahlung empfängt, welcher hinreicht, um den gewünschten Dampfdruck (z. B.
o,ooor mm bei Caesium) zu erzielen. Bei Benutzung eimies zweiten Schutzgases kann
das Caesium z. B. auf der wirksamen Oberfläche der I<-,athode in Form eines Überzugs
aus diesem Metall oder einer caesiumhaltigen Metallegierung aufgebracht sein. Das
inerte Schutzgas, welches mit dem Alkalidampf vermischt ist, 4ent u. a. einem oder
mehreren der nachstehend genannten Zwecke, was von seinen Eigenschaften und dem
Gasdruck abhängig ist: Verhinderung der Zerstäubung hocherhitzter Flächen, wie z.
B. des Glühdrahts, der im Innern der hohlen Kathode untergebracht ist; Verhinderung
einer Entladung zwischen Anode und Kathode bei Spannungsumkehr; Schutz der wirksamen
Kathodenfläche, so daß ein überzug von Caesium, Alkalioxyd usw. ermöglicht wird,
ohne daß eine rasche Zerstäubung des Überzugs stattfindet.
-
Das inerte Schutzgas soll für Elektronen leicht durchlässig sein.,
so daß diese ohne wesentliche Ionisation hindurchfliegen können, sofern ihre Geschwindigkeit
unterhalb jener liegt, bei welcher Strahlung erzeugt wird. Die Elektronen sollen
also in dem betreffenden Gase eine große mittlere freie Weglänge besitzen, und ihre
Zusammenstöße mit den Gasmolekülen oder -atomen sollen elastisch sein. Während also
der oben erwähnte Dampf eine Ionisationsspannung haben soll, welche nicht größer
ist als die Betriebsspannung der Röhre, muß das zweite Gas eine größere Ionisierungsspannung
aufweisen. Die bisherigen Erfahrungen zeigten, daß Argon als Schutzgas am besten
geeignet ist. Es können aber auch andere Gase (hauptsächlich .einatomige Gase) verwendet
werden. Für dir meisten der oben erwähnten Zwecke muß das zweite Gas einen hohen
Druck aufweisen, z. B. von 2o mm und darüber.
-
Zur näheren Erläuterung der Erfindung soll an Hand der Abbildung eine
als Gleichrichter ausgebildete Entladungsröhre beschrieben werden.
-
In Abb. z bezeichnet T ein Gefäß, welches eine Anode A und eine hohle
Kathode C enthält, die in einen Gleichrichterstromkreisein; geschaltet sind. Kathode
und Anode können auf die verschiedenste Weise geformt und befestigt werden.
-
Abb.,-> zeigt eine ähnliche Verkörperung des Erfindungsgedankens in
Form eines doppelt wirkenden Gleichrichters mit hohler Kathode C', Glühdraht F'
und zwei Anoden A
und A" zur Gleichrichtung beider Halbperioden eines Wechselstroms.
-
Die Röhre kann mit Argon bis zu einem Bruchteil des Atmosphärendrucks
gefüllt sein und enthält ein Stück Caesium V. Die hohle Kathode bat eine Öffnung
D, durch welche die Entladung zwischen Anode und dem Innern der Kathode hindurchtritt.
In der Abbildung ist der Lichtstrahler als Glühdraht F bezeichnet, welcher vorzugsweise
aus Wolfram besteht und mittels einer geeigneten Stromquelle bis zur Weißglut erhitzt
werden kann. Der Heizstrom kann von dem Gleichrichterstromkreis unabhängig sein
und einem b@esond.eren Stromkreis entnommen werden. Ebensogut ist es möglich, -den
Heizstromkreis mit dem Gleichrichterstromkreis zu kuppeln, wie aus den Abbildungen
ersichtlich ist. Die Innenfläche der Kathode und die gegenüberliegende Anodenfläche
kann mit einer Hoch glanzpolitur versehen sein, um die von dem im Innern der Kathode
befindlichen Gas ausgehende Strahlung in dasselbe zurückzuwerfen.
-
Beim Betrieb der Röhre wird der Glühdraht auf eine solche Temperatur
erhitzt, bei welcher der Caesiumdampf im Innern der Kathode ionisiert wird, welche
ebenfalls i nahezu auf die Temperatur des Dampfes gebracht wird, teils durch den
Glühdraht, teils durch die zwischen Kathode und Anode erfolgende Entladung. Die
gebildeten Ionen zerstören die Raumladung und drücken dadurch den Spannungsabfall
zwischen Kathode und Anode unter die Ionisierungsspannung des Argons.
-
Bei der abgebildetenAusführungsformkann die Innenfläche der hohlen
Kathode ständig einen Beschlag von kondensiertem Caesium tragen. Die vom Glühdraht
F ausgestrahlte
Hitze hält die Kathode auf genügend hoher Temperatur,
damit diese reichlich Elektronen aussendet. Es genügt z. B. für diesen Zweck, die
Kathode auf Dunkelrotglut zu halten. Diese kann auch von vornherein einen Überzu-
von Barium, Strontium, Calcium ader einem anderen Erdalkalimetall oder einer Mischung
dieser Stoffe aufweisen, in welchem Falle das Argon ,den Überzug vor dem Bombardement
schützt und die Lebensdauer desselben. bedeutend erhöht. Die Argonfüllung macht
auch etwaige Zwischenräume überflüssig, welche z. B. zu Isolationszwecken sonst
üblich sind. Während ein Druck von 2o mm für die meisten Zwecke hinreicht, verhindert
ein höherer Druck noch wirksamer eine umgekehrte Entladung von der Anode zur Kathode.
Je nach dem besonderen Verwendungs zweck der Röhre tann der Behälter auf verschiedenen
Temperaturen gehalten werden. Für einige Zwecke genügt Zimmertemperatur. Wird jedoch
der Behälter entweder durch den Glühdraht oder seitens der Elektroden oder von außen
her erhitzt, so bildet sich ,ein höherer Druck des Caesiumdampfes aus. Bei der Verwendung
von Erdalkalimetallen zur Datnpferzengung muß die Röhre so ausgebildet sein, daß
sie bei vergleichsweise hoher Temperatur betrieben werden kann, oder es müssen besondere
Verdampfungsvorrichtungen angebracht werden. Der Druck des leichter ionisierbaren
Dampfes im Innern der hohlen Kathode kann ständig höher sein als der Druck außerhalb
derselben, wenn die Entladungsöffnung 'hinreichend eng bemessen «-ird, wodurch die
Elektronenladung das Gas in das Innere der Kathode hineinpumpt. Zur weiteren Aufrechterhaltung
dieser Druckdifferenz ward die Durchführungsöffnung in der unteren Kathodenwand
vorzugsweise mit isolierendem Stoff verschlossen, wie es bei X angedeutet ist.