DE559817C - Gas-filled discharge tube - Google Patents

Gas-filled discharge tube

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DE559817C
DE559817C DES83278D DES0083278D DE559817C DE 559817 C DE559817 C DE 559817C DE S83278 D DES83278 D DE S83278D DE S0083278 D DES0083278 D DE S0083278D DE 559817 C DE559817 C DE 559817C
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DE
Germany
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cathode
gas
cathodes
tungsten
discharge tube
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Expired
Application number
DES83278D
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German (de)
Inventor
Dr August Gehrts
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens and Halske AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens and Halske AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/02Details
    • H01J17/04Electrodes; Screens
    • H01J17/06Cathodes

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  • Discharge Lamp (AREA)

Description

Gasgefülltes Entladungsrohr Die Erfindung bezweckt, eine widerstandsfähige Kathode für Entladungsgefäße, insbesondere Gleichrichter, mit einer Füllung von Edelgas, Ouecksilberdampf oder Mischungen von diesen Gasen in einem Druckbereich von Bruchteilen eines :Millimeters bis zu ioo mm zu schaffen.Gas-filled discharge tube The aim of the invention is to provide a robust Cathode for discharge vessels, in particular rectifiers, with a filling of Noble gas, mercury vapor or mixtures of these gases in a pressure range from fractions of a millimeter to 100 mm.

Bekanntlich haben sich Kathoden, die aus einer Legierung eines hochschmelzenden Stoffes, wie z. B. Wolfram, mit einem hochemittierenden Material, wie Thor, bestehen, in einer Gasatmosphäre nicht bewährt. Der Grund hierfür ist wahrscheinlich in dem Verschwinden des sehr dünnen Thoriumfilms auf der Oberfläche zu suchen, der das Jonenbombardeinent nicht verträgt. Derartige Kathoden besitzen nach kurzer Betriebsdauer nur noch die Emission des reinen Wolframs, so daß sie als wirtschaftlich unzureichend bezeichnet werden müssen.It is well known that cathodes made of an alloy of a high-melting point Substance, such as B. tungsten, with a highly emissive material such as Thor, are made, not proven in a gas atmosphere. The reason for this is probably in that To look for the disappearance of the very thin thorium film on the surface that the Ion bombing not tolerate. Such cathodes have a short operating time only the emission of the pure tungsten, so that it is considered economically inadequate must be designated.

Für Gasentladungsgefäße ist es bekannt, Kathoden zu verwenden, auf deren Oberfläche sich als Paste aufgebracht seltene Erdmetalle, wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym usw., befinden. Die Pastekathoden haben jedoch den Nachteil, daß sie stark zur Fackelbildung neigen und während des Betriebes die Schicht leicht abspringt. Auch für höhere Spannungen sind derartige Kathoden weniger geeignet, da die mechanische Festigkeit des Überzuges nur gering ist. Ein weiterer Nachteil, der sich insbesondere bei Gleichrichtern bemerkbar macht, ist der, daß beim Einschalten eines Gleichrichters bei Vollast dann eine Beschädigung oder Zerstörung der Pastekathode stattfindet, wenn vorher die Kathode noch nicht voll geheizt ist. Man muß daher vor der Einschaltung des Anodenstromes die Heizung einschalten und mit der Einschaltung des Anodenstromes so lange warten, bis die Kathode die richtige Temperatur hat.It is known to use cathodes for gas discharge vessels whose surface is applied as a paste rare earth metals such as lanthanum, cerium, Praseodymium, neodymium, etc. However, the paste cathodes have the disadvantage that they have a strong tendency to flare and the shift slightly during operation jumps off. Such cathodes are also less suitable for higher voltages, since the mechanical strength of the coating is only low. Another disadvantage, which is particularly noticeable with rectifiers, is that when switching on a rectifier at full load then damage or destruction of the paste cathode takes place if the cathode is not yet fully heated beforehand. One must therefore Switch on the heater before switching on the anode current and when switching it on of the anode current, wait until the cathode has the correct temperature.

Gemäß der Erfindung wird dieser Mangel durch die Verwendung einer an sich bekannten Kathode behoben, die aus einem Trägermetall aus hochschmelzendem Material, wie Molybdän, Wolfram o. dgl., und einer Oberflächenschicht aus einem seltenen Erdmetall, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Euterbium, Gadolinium, Terbium. Didym, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, den in ihrem Verhalten ähnlichen Elementen Yttrium, Zirkon oder einem Gemisch zweier oder mehrerer dieser Metalle, besteht. Durch Zusatz von Thor kann die mechanische Festigkeit des Gemisches erhöht werden.According to the invention, this deficiency is overcome by the use of a fixed per se known cathode, which consists of a carrier metal from high-melting point Material such as molybdenum, tungsten or the like, and a surface layer made of one rare earth metal, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, euterbium, gadolinium, Terbium. Didym, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, those in their behavior similar elements yttrium, zirconium or a mixture of two or more of these Metals. The addition of Thor can increase the mechanical strength of the mixture increase.

Es ist zwar bekannt, Kathoden für hochevakuierte Gefäße aus einer :Mischung von Oxyden seltener Erden, wie z. B. Ceroxyd, mit einem hochschmelzenden Material, wie Wolfram, herzustellen. Hierbei wurden jedoch analog dem bekannten Wolfram-Thor- Verfahren die Oxyde durch eine Hitzebehandlung nach dem Fertigstellen der Kathoden, beispielsweise in Drahtform, zersetzt und auf der Oberfläche eine atomare Schicht der seltenen Erden erzeugt. Solche Kathoden sind ebenso wie die W olfram-Thor-Kathoden infolge des gegen jonenbombardement sehr empfindlichen Oberflächenfilms in Gasentladungsgefäßen nicht verwendbar. Außerdem wird der Trägerdraht durch das Herausdiffundieren der seltenen Erden aus dem Innern in ungünstigstem Sinne beeinflußt. Diesen schwerwiegenden, die Lebensdauer herabdrückenden Nachteil besitzen auch Kathoden, die aus einer Legierung eines Metall.es, wie Thor, mit einem hochschmelzenden Material, wie Molybdän, bestehen.Although it is known, cathodes for highly evacuated vessels from a : Mixture of rare earth oxides such as B. cerium oxide, with a high melting point Material such as tungsten. Here, however, were analogous to the known Tungsten thor Process the oxides by means of a heat treatment the completion of the cathode, for example in wire form, decomposed and on the Surface creates an atomic layer of rare earths. Such cathodes are just like the tungsten-thor cathodes because of the very sensitive to ion bombardment Surface film in gas discharge tubes cannot be used. It also gets the carrier wire by the diffusion of the rare earths from the interior in the most unfavorable Affects the senses. This serious, lifespan-depressing disadvantage also have cathodes made of an alloy of a metal, such as Thor, with a refractory material such as molybdenum.

Von diesem Nachteil sind die erfindungsgemäß verwendeten Kathoden frei, da bei ihnen das Trägermaterial ein homogenes Material ist. Von den bisher bei gasgefüllten Entladungsröhren verwendeten, oben bereits erwähnten Kathoden, wie der thorierten Wolfram- oder Molybdänkathode, unterscheidet sich die Kathode, wie sie erfindungsgemäß bei gasgefüllten Entladungsröhren angewendet ist, wesentlich in ihrer Wirkungsweise wie folgt: Bei der thorierten Wolfram- oder Molybdänkathode und den ihnen ähnlichen Legierungskathoden ist der Träger der Emission das Legierungmaterial Wolfram oder Molybdän, und es wird nur die Austrittsarbeit der Wolfram- oder Molybdänelektronen durch die an der Oberfläche befindliche atomare Schicht, beispielsweise aus Thor, die im Sinne einer Doppelschicht mit positivem Kopf nach außen wirkt, herabgesetzt. Bei der erfindungsgemäß verwendeten Kathode wird dagegen bewußt eine derartige Doppelschichtwirkung zur Erhöhung der Emission des Wolframs oder Molybdäns vermieden, sondern es werden die seltenen Erden in einer derartigen Schichtstärke auf das Trägermetall aufgebracht, daß sie als homogene Kathoden im Sinne des Richardsonschen Gesetzes wirken. Gerade auf diesem Umstande beruht die Möglichkeit, solche für Hochv akuu.mröhren an sich bekannte Kathoden mit Erfolg im Gasraum zu benutzen. Es wäre das nächstliegende gewesen, die aktiven Metalle, wie Cer, direkt in Drahtform zu verwenden. Dies ist aber nicht möglich, weil die Materialien einmal teuer sind und zur Zeit im Handel in Drahtform nicht erhältlich sind.The cathodes used according to the invention have this disadvantage free, because the carrier material is a homogeneous material for them. Of those so far cathodes already mentioned above used in gas-filled discharge tubes, like the thoriated tungsten or molybdenum cathode, the cathode differs, as it is used according to the invention in gas-filled discharge tubes, essential in their mode of action as follows: In the thoriated tungsten or molybdenum cathode and the alloy cathodes similar to them, the carrier of the emission is the alloy material Tungsten or molybdenum, and it just gets the work function of the tungsten or molybdenum electrons through the atomic layer on the surface, for example from Thor, which acts in the sense of a double layer with a positive head to the outside, reduced. In the case of the cathode used according to the invention, on the other hand, such a double-layer effect is deliberately created to increase the emission of tungsten or molybdenum avoided, but instead the rare earths applied to the carrier metal in such a layer thickness, that they act as homogeneous cathodes in the sense of Richardson's law. Just on this circumstance is based the possibility of such for high-voltage acuu.mröhren per se to use known cathodes with success in the gas space. It would be the most obvious been to use the active metals, such as cerium, directly in wire form. This is but not possible because the materials are expensive and currently on the market are not available in wire form.

Diese Kathoden können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß metallisches Cer im Hochvakuum verdampft wird, wobei sich ein Niederschlag auf dem erhitzten zur hochemittierenden Kathode zu verwandelnden Draht, z. B. aus Wolfram, bildet. Es ist auch möglich, die seltene Erde oder mehrere von ihnen elektrolytisch auf den Träger aufzubringen. Ferner kann man auch, wie es zur Herstellung derartiger Kathoden an sich bekannt ist, Verbindungen der seltenen Erden, z. B. Cernitrat, mit einem Reduktionsmittel, z. B. Magnesium, auf den Träger auftragen und durch Erhitzen im Vakuum die Verbindung in seltenes Erdmetall überführen. Diese Kathode besitzt ein so starkes Emissionsvermögen, daß die Betriebstemperatur bei Verwendung von Cer gegenüber Wolfram-Thor-Kathoden um etwa 2oo° herabgesetzt werden kann. Alle diese Vorteile lassen diese Kathode auch für Gasentladungsgefäße geringerer Größe mit dünnen Kathodendrähten geeignet erscheinen, da durch Herabsetzung der Temperatur und Beibehaltung der natürlichen Molekularkohäsion des Trägermaterials eine große Lebensdauer gewährleistet wird.These cathodes can be produced, for example, in that metallic cerium is evaporated in a high vacuum, with a precipitate on the heated wire to be converted to the highly emissive cathode, e.g. B. made of tungsten, forms. It is also possible to use the rare earth or several of them electrolytically to apply to the carrier. Furthermore, you can also see how it is used to produce such Cathodes are known per se, rare earth compounds, e.g. B. cerium nitrate, with a reducing agent, e.g. B. Magnesium, apply to the carrier and through Heating in a vacuum transforms the compound into rare earth metal. This cathode has such a high emissivity that the operating temperature of use of cerium compared to tungsten-thor cathodes can be reduced by about 2oo °. All These advantages allow this cathode also for gas discharge vessels of smaller size with thin cathode wires appear suitable, since by lowering the temperature and maintaining the natural molecular cohesion of the carrier material a great deal Lifetime is guaranteed.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: i. Gasgefülltes Entladungsrohr, insbesondere Glühkathodengleichrichter mit Edelgasfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß seine Kathode aus einem Trägermetall aus hochschmelzendem Material, wie z. B. Wolfram, Molybdän, und einer Oberflächenschicht aus einem seltenen Erdmetall (z. B. Lanthan, Cer, Ytterbium u. dgl.), Elementen ähnlichen Emissionsverhaltens (wie Yttrium, Zirkon u. dgl.) oder einem Gemisch zweier oder mehrerer dieser Elemente besteht. PATENT CLAIMS: i. Gas-filled discharge tube, in particular hot cathode rectifiers with noble gas filling, characterized in that its cathode is made of a carrier metal made of high-melting material, such as. B. tungsten, molybdenum, and a surface layer from a rare earth metal (e.g. lanthanum, cerium, ytterbium, etc.), elements similar emission behavior (such as yttrium, zirconium, etc.) or a mixture of two or more of these elements. 2. Hochemittierende Kathode für Entladungsröhren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht einen Zusatz von Thor enthält.2. Highly emitting cathode for discharge tubes according to claim i, characterized in that the active layer contains an addition of Thor contains.
DES83278D 1927-12-17 1927-12-18 Gas-filled discharge tube Expired DE559817C (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1012381B (en) * 1951-04-23 1957-07-18 Philips Nv Hydrogen dispenser for an electric gas discharge tube with a hydrogen atmosphere
DE1021496B (en) * 1953-12-19 1957-12-27 Deutsche Elektronik Gmbh Process for the production of a cathode for gas discharge tubes
DE2344936A1 (en) * 1973-07-09 1975-02-06 Bbc Brown Boveri & Cie THERMAL CATHODE FOR ELECTRON TUBES AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF
DE102014201223A1 (en) * 2014-01-23 2015-07-23 Siemens Aktiengesellschaft Process for the preparation of at least one elementary rare earth element starting from at least one rare earth element compound

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