Um zu verhüten, daß in Quecksilberdampflichtbogenapparaten Quecksilberdampf zur Anode
gelangt, hat man bereits vorgeschlagen, den Anoden Kühlkörper vorzulagern. Man hat
auch vorgeschlagen, den Anoden vorgelagerte Sperrkörper positiv aufzuladen, um die positiv
geladenen Ionen vom Anodenraum fernzuhalten. Man hat auch solche dauernd positiv
aufgeladenen Steuergitter gekühlt.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Elektronenröhre mit Quecksilberdampflichtbogen
als Elektronenquelle, einer Anode, einem Steuergitter und einer zwischen Steuergitter
und Kathode, liegenden Hilfsanode, die auf einem solchen Potential gehalten wird,
daß die Quecksilberionen am Durchtritt verhindert werden. Um hierbei in der gleichen
Weise wie bei Elektronenröhren mit Glühkathode eine Beeinflussung der negativen Raumladung durch Aufladung des Gitters
zu ermöglichen, d.h. das Gitter in einem von positiven Ionen gänzlich freien Raum,
der nur Elektronen enthält, unterzubringen, wird gemäß der Erfindung die Hilfsanode
zwischen Gitter und Kathode derart gekühlt, daß die neutralen Quecksilberdampfmoleküle
kondensiert werden und daher in den Steuerraum zwischen Haupt- und Hilfsanode nicht
eintreten können. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Steuergitter lediglich Elektronen
beeinflußt, so daß selbst für die Steuerung großer Energien nur kleine Steuerleistungen
notwendig sind, und daß Zündungen und Zerstäubungen des Gitters infolge von Ionenaufprall
sowie Sjsannungsabfälle im Steuerkreis vermieden sind.
Am Elektrizitätstransport im Quecksilberlichtbogen sind zwei Arten von Ladungsträgern
beteiligt, die Elektronen mit ihrer negativen Ladung und die Quecksilberionen mit
ihrer positiven Ladung. Die Quecksilberionen bewegen sich infolge ihrer positiven
Ladung nach der negativ geladenen Kathode, die negativen Elektronen dagegen nach der
positiv geladenen Anode. Die Anode nimmt daher aus dem Lichtbogen nur Elektronen auf
und weist alle Quecksilberionen zurück. Bildet man die Anode als Metallsieb aus, so
fliegen Elektronen infolge ihrer Geschwindigkeit durch die Sieböffnungen hindurch,
und treten in den hinter dem Metallsieb angeordneten Hochvakuumraum ein. Durch intensive
Kühlung des Metallsiebes kann dafür gesorgt werden, daß kein Quecksilberdampf aus dem Lichtbogen durch die Löcher des
Siebes in den praktisch quecksilberdampffreien Hochvakuumraum eintritt. Jedenfalls
gelingt es bei geeigneter Konstruktion der Siebanode, den Quecksilberdampfdruck im
Hochvakuumraum schon bei Wasserkühlung (t etwa 150C) auf etwa 0,001 mm Quecksilber
herabzusetzen. Bei Anwendung einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit würde es leicht
möglich sein, den Quecksilberdampfdruck
schon bei einer Temperatur Von — ι o° C auf
etwa 6 · IO—5 mm Quecksilber zu erniedrigen,
was dem Restgasdruck einer Glühkathodenröhre entspricht. Durch die beschriebene An-5
Ordnung einer gekühlten Siebanode gelingt es, einen Teil der im Quecksilberlichtbogen am
Stromtransport beteiligten Elektronen von den positiven Quecksilberionen zu trennen und eine
Neubildung von Quecksilberionen durch Stoßionisation dadurch zu verhindern, daß man den
neutralen Quecksilberdampf vom Raum hinter der Siebanode fernhält. Bringt man nun
in diesem dampffreien Raum eine Hauptanode an, so kann von dieser ein erheblicher
Strom zur Kathode fließen, weil die Zahl der Elektronen in dem quecksilberdampffreien
Raum relativ groß ist. Die auf diese Art aus dem Quecksilberlichtbogen gewonnenen
Elektronen können somit die Ladungsträger eines reinen und gut steuerbaren Elektronenstromes
bilden, genau in gleicher Weise wie bei den Elektronenröhren mit Glühkathoden. Der Vorteil dieser Röhre ist jedoch der, daß
die Elektronenquelle in weiten Grenzen beliebig ergiebig und von unbegrenzter Lebensdauer
ist.
Der Erfindungsgegenstand sei an Hand des Ausführungsbeispiels der Zeichnung näher
erläutert.
In der Abbildung bedeutet α das zylindrische
Gefäß der Elektronenröhre, b die Hauptanode mit der Kühleinrichtung e, C das
Metallsieb mit der Kühleinrichtung^, / und g Gleichstrombatterien, h einen Rohrstutzen am
unteren Teil des Gefäßesa, auf welchen ein Schlauch ζ gesteckt ist, der mit einem nicht
gezeichneten Quecksilbergefäß in Verbindung steht. Durch Heben und Senken dieses Gefäßes
kann der Quecksilberspiegel im Gefäßö bis zur Berührung mit dem Metallsieb
c oder mit der Hauptanode δ gehoben und bis zum gezeichneten Stand wieder gesenkt
werden. ry und r2 sind Regulierwiderstände,
u ist ein Umschalter, t ein Transformator, t die Außenklemme der Kathode,
m, η und ο sind Zu- bzw. Abführungsrohre für die Kühlflüssigkeit, ρ und 17 Kontakte,
des Umschalters u, ν ist eine Wechselspannung zur Steuerung des Steuergitters 2.
Die Wirkungsweise der ganzen Einrichtung ist folgende: Das Gefäßa -wird durch dasi
gekühlte Metallsieb in die beiden Raumteile I und II geteilt. Im. unteren Raumteil II wird
durch die zwischen I und tn herrschende Gleichstromspannung (der Batterie /) ein
Quecksilberdampflichtbogen erzeugt, so daß dieser Raum von Elektronen und Quecksilberionen
wie auch von neutralen Quecksilbermolekülen in großer Zahl erfüllt ist. Das Metallsieb c dient hier also als Anode. Die
Kühleinrichtung d verhindert nun aber den Durchtritt neutraler Moleküle, so daß der
Raum I über dem Metallsieb praktisch frei von Quecksilberdampf ist. Der Umschalter a
gestattet nun, in der Stellung des Schalthebels auf ρ zwischen dem Metallsieb und der Hauptanode
& oder in der Stellung des Schalthebels auf q zwischen der Kathode k und der Hauptanode
b eine Spannung zu legen. Diese Spannung kann eine Wechselspannung (entnommen
dem Transformator t) oder eine Gleichstromspannung (entnommen der Batterie g)
sein. Unter dem Einfluß dieser Spannung wird ein großer Teil der mit großer Geschwindigkeit
bewegten Elektronen aus dem Raum II durch die öffnungen des Metallsiebes in den
Raum I gelangen und so Träger dieses Stromes sein. Da dieser Strom aber in einem nur
Elektronen enthaltenden Räume verläuft, kann
man seine Intensität durch das z. B. von der Wechselspannung ν gesteuerte Gitter 2 beeinflussen.
In dieser Beziehung verhält sich diese Elektronenröhre nicht anders als die allgemein bekannte steuerbare Glühkathodenröhre,
nur daßi hier um ein Vielfaches größere Ströme erzeugt und gesteuert werden
können. Die Regelwiderstände V1 und r2 dienen
dazu, die Spannung der Batterie/ einerseits für die Zündung des Lichtbogens (mit
Hilfe des; Widerstandes r±), andererseits zur Speisung des Lichtbogens (mit Hilfe des
Widerstandes r2) in passender Weise herabsetzen zu können. An Stelle eines im Innern
der Röhre befindlichen Gitters c kann auch eine äußere metallische Hülse verwendet werden,
durch deren Ladung der Röhrenstrom gesteuert werden kann. Wird das gekühlte Metallsieb als Kathode für den den Raum I
durchfließenden Strom verwendet, dann kann es vorteilhaft sein, als Metall für das Sieb
ein amalgamierbares Metall, z. B. Kupfer, zu verwenden. Einerseits ist dieses Metall als
Träger für das Quecksilber wegen der leichten Amalgamierbarkeit sehr geeignet, andererseits
besitzt es eine sehr gute Leitfähigkeit, so daß die Wärmeabführung besonders günstig
ist. Der Vorteil dieser Kathode ist das Festhalten des Lichtbogens bei ganz verschwindend
kleiner Dampf entwicklung, durch welche der Charakter der Röhre als Elektro- no
nenröhre im wesentlichen nicht geändert wird. Auch die Kathode k kann aus festem, amal-
;amierbarem Metall hergestellt sein, und es ist vorteilhaft, sie sehr stark zu kühlen. Man
kann sie ebenfalls mit Löchern, also siebartig, bauen und sie so weit in Quecksilber
eintauchen lassen, daß das Quecksilber die ,ocher des Kathodenmetalls mindestens teilweise
ausfüllt.
An Stelle der Gittersteuerung bzw. Hülsensteuerung kann auch eine magnetische Steuerung
des Lichtbogens treten.