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.