DE658480C

DE658480C - Discharge tubes with two gases, one of which is easier to ionize than the other, and with a hollow cathode

Info

Publication number: DE658480C
Application number: DER69475D
Authority: DE
Original assignee: Raytheon Manufacturing Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1925-12-21
Filing date: 1926-12-02
Publication date: 1938-04-04

Description

Die Erfindung betrifft gasgefüllte Entladungsröhren mit Hohlkathode aus Metall, z. B. Wolfram, welche nur eine zum Durchtritt der Entladung zur Anode dienende enge Öffnung aufweist. Die Erfindung bezweckt die Steigerung" des Wirkungsgrades solcher K Öhren sowie der Entladungsstromstärke unter Verringerung der Entladungsspannung, was besonders für die Verwendung als Gleiehrichterröhren erwünscht ist.The invention relates to gas-filled discharge tubes with hollow metal cathodes, z. B. tungsten, which is only a narrow serving for the passage of the discharge to the anode Has opening. The invention aims to increase "the efficiency of such And the discharge current with a reduction in the discharge voltage, which is particularly desirable for use as rectifier tubes.

Erfindungsgemäß ist die Hohlkathode in kurzem Abstand von einem ebenfalls eine Öffnung aufweisenden metallischen Schutzorgan umschlossen, so daß die Entladung durch beide Öffnungen zur Anode hin durchtritt, und wird im Innern der Hohlkathode die zum Zünden notwendige Ionisierung der Gase durch ein elektrisch beheiztes Heizelement bewirkt. Um störende Einwirkungen von elektrostatischen Ladungen auf den Hindurchtritt der Entladung zu vermeiden, ist erfinduingsgemäß das die Kathode umschließende Schutzorgan mit ihr elektrisch leitend verbunden. Gemäß eimern weiteren Erfindungsmerkmal ist der Abstand des Schutzorgans von der Anode und der Abstand der . Seitenwände des Schutz organs von der zylindrischen Glaswandung so gering, daß sich eine Entladung zwischen diesen Teilen nicht ausbilden kann. Das Heizelement kann auch zur Unterstützung der Kathode während des Betriebes dienen und von der Kathode und dem Kathodenstromkreis völlig· isoliert sein.According to the invention, the hollow cathode is also a short distance from one Enclosed opening having metallic protective organ, so that the discharge passes through both openings towards the anode, and is inside the hollow cathode the ionization of the gases required for ignition by an electrically heated heating element causes. To avoid disruptive effects of electrostatic charges on the passage To avoid the discharge is, according to the invention, that which surrounds the cathode Protective organ connected to it in an electrically conductive manner. According to another feature of the invention is the distance of the protective device from the anode and the distance of the . Side walls of the protective organ of the cylindrical glass wall so small that a discharge cannot form between these parts. The heating element can also serve to support the cathode during operation and from the cathode and completely isolated from the cathode circuit.

Zur Füllung· der Entladungsröhre werden vorteilhaft zwei Gase oder Dämpfe benutzt, von welchen eines atis Erdalkalimetall oder Cäsium besteht und leicht ionisierbar ist, während das andere, z. B. aus Helium bestehende, nur eine geringe Elektronienaffinität aufweist und chemisch indifferent ist.To fill · the discharge tube advantageously two gases or vapors used, one of which atis alkaline earth metal or There is cesium and is easily ionizable, while the other, e.g. B. consisting of helium, has only a low affinity for electronics and is chemically indifferent.

Es ist bekannt, bei Vakuumentladungsröhren den als Kathode dienendem Glühdraht mit einem Schutzmantel zu umgeben., durch dessen Öffnung die Entladung hindurehtritt. Abgesehen davon, daß es sich bei dieser bekannten Anordnung nicht um Gasentladungsröhren mit Hohlkathode handelt, dient der Schutzmantel einzig und allein dem Zweck, die Temperatur gleichmäßig zu machen. Eine elektrische Verbindung· mit der Glühdrahtkathode ist bei dieser bekannten Anordnung weder vorgesehen noch irgendwie wirksam, zumal der Wärmeschutzmantel im wesentlichen aus nichtleitendem feuerfestem Material besteht. Gegenüber den ebenfalls bekannten Gasentladungsröhren mitIt is known to use the filament as a cathode in vacuum discharge tubes to be surrounded with a protective jacket, through the opening of which the discharge occurs. Apart from the fact that this known arrangement is not When it comes to gas discharge tubes with a hollow cathode, the protective jacket is used only the purpose of making the temperature even. An electrical connection · with the Glow wire cathode is neither provided nor in any way in this known arrangement effective, especially since the thermal jacket is essentially made of non-conductive fireproof material Material. Compared to the also known gas discharge tubes with

Hohlkathode bietet die Anordnung eines diese umgebenden Schutzorgans dien wesentlichen Vorteil, daß die Entladung auf einfachere Weise und mit größerer Sicherheit ins Innereder Hohlkathode gezwungen wird. Es jsf, ferner bei Gasentladungsröhren mit kath indischem Glimmlicht bekannt, zur Erhöhung der Flächenhelligkeit die Kathodenfläehe bis auf ein kleines Stück durch Isolatoren ab·The arrangement of a protective organ surrounding it provides a hollow cathode which is essential The advantage that the discharge into the interior is easier and more secure Hollow cathode is forced. It jsf, also in the case of gas discharge tubes with Catholic Glimmlicht known, to increase the surface brightness the cathode surface up on a small piece through insulators

to zudecken.to cover up.

Schließlich ist es bei Gasen tladungsglcichrichterröhren bekannt, die Enden des Ka· thodiengiühdrahtes gegen den. Aufprall der ■positiven Ionen durch Schirme aus hochschmelzendem Metall zu schützen. In beiden Fällen handelt es- sich um völlig andersartige Anordnungen, die mangels einer Hohlkathode auch zur Lösung einer anderen Aufgabe dienen. ' .After all, with gases it is charge rectifier tubes known, the ends of the cathode-ray wire against the. Impact of the ■ to protect positive ions with shields made of refractory metal. In both Cases it is a completely different arrangement due to the lack of a hollow cathode also serve to solve another problem. '.

Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgedankens soll an Hand beiliegender Zeichnung eine Gleichrichterröhre beschrieben werden.For a more detailed explanation of the concept of the invention, the accompanying drawing should be used a rectifier tube can be described.

In einer geeigneten Röhre, vorzugsweise aus Glas, befindet sich die hohle Kathode C, die Anode A₁ ein Metallschild X und der Glühdraht/⁷. P stellt die Primärwicldung eines Transformators dar, 5 eine Sekundärwicklung·, welche in Reihe geschaltet ist mit der Kathode, Anode und Belastungswiderstiaind, z. B. Akkumulatorenbatterie,· die Sekundärwicklung H dient zur Speisung des Glühdrahtes F. Die Teile A, C und X haben vorzugsweise einen zylindrischen Querschnitt. The hollow cathode C, the anode A _1, a metal shield X and the filament / ⁷ are located in a suitable tube, preferably made of glass. P represents the primary winding of a transformer, 5 a secondary winding which is connected in series with the cathode, anode and load resistor, e.g. B. accumulator battery, · the secondary winding H is used to feed the filament F. The parts A, C and X preferably have a cylindrical cross-section.

Kathode, Anode und Schild können aus Wolfram oder einem andienen geeigneten Material hergestellt sein. Wie aus der Zeichnung· hervorgeht, wird der Glühdraht vorzugsweise nicht mit dem Belastüngsstromkneis des Gleichrichters verbunden, so daß seine Thermionenemission kleinen Anteil an dem Hauptstromfluß hat. Der Zweck des Glühdrahtes besteht lediglich in der Emission von Licht und Wärme. Die Anode A ist auf eimern Halter am oberen Ende und der Schild X an einem anderen Halter der Röhre befestigt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird die Kathode von dem Schild X getragen. Der Zwischenraum zwischen Anode und Schild und auch jener zwischen Röhrenwandung und Außenflächen von Anode und ScMId wird vorzugsweise so schmal gehalten, daß Elektronen, welche direkt durch einen dieser Zwischenräume fliegen, dort keine merkliche Ionisierung des Gases bewirken können.The cathode, anode and shield can be made of tungsten or some other suitable material. As can be seen from the drawing, the filament is preferably not connected to the load current circuit of the rectifier, so that its thermionic emission has a small share in the main current flow. The purpose of the filament is only to emit light and heat. The anode A is attached to a bucket holder at the upper end and the shield X to another holder of the tube. As can be seen from the drawing, the cathode is carried by the shield X. The space between the anode and the shield and also that between the tube wall and the outer surfaces of the anode and ScMId is preferably kept so narrow that electrons which fly directly through one of these spaces cannot cause any noticeable ionization of the gas there.

Die obengenannten zwei Gase können auf verschiedene Weise in die Röhre eingebracht werden. Bei Vierwendung von Cäsium und Helium ist folgender Arbeitsgang, empfehlenswert. Nach der Evakuierung der Röhre werden die Elektroden durch weiteres Auspumpen und Erhitzen durch Gas befreit, so-'dann destilliert man eine geringe Menge ,jrciraes Cäsium in die Röhre; schließlich läßt }iöe.n Helium bis zu dem gewünschten Druck, ;-·<ζξφ. ι on, einströmen. In der Zeichnung ist * das Cäsium durch den Buchstaben/ gekennzeichnet. The above two gases can be introduced into the tube in a number of ways. The following operation is recommended when using cesium and helium. After the tube has been evacuated, the electrodes are freed by further pumping out and heating with gas, then a small amount of cesium is distilled into the tube; finally } iöe.n lets helium up to the desired pressure,; - · <ζξφ. ι on, pour in. In the drawing, * the cesium is identified by the letter /.

Bei Gebrauch der Röhre wird der Glühdraht F auf die geeignete Temperatur erhitzt, welche für den gewünschten Ionisationsgrad nötig ist. Wenn der Glühdraht z. B. auf nahezu 2200⁰ C erhitzt wird, so findet eine beträchtliche Emission von langwelligen Wärmestrahlen statt, welche eine Ionisierung der Cäsiumatome bewirken. Die Elektronen dieser Atome werden also durch die Strahlung (entsprechend 1,45 Volt) in einen energiereicheren Zustand gebracht, so daß eine größere Anzahl von Cäsiumatomen jederzeit sich in einem angeregten Zustand befindet. Solche angeregten Atome werden nun durch den vergleichsweise gieringen Betrag an kurzwelliger Strahlung (Licht) des Glühdrahtes leicht ionisiert und ermöglichen so eine Gasentladung bei niedriger Spannung. Das besondere Kennzeichen vorliegender Erfindung besteht also darin, daß die Ionisierung durch den .Glühdraht hinreichend stark ist, um auf den Spannungsabfall zwischen Kathode tmd Anode direkt einzuwirken, bevor durch die dann einsetzende Gasentladung zusätzliche Ionen gebildet werden. Nach Einsetzung der Entladung kann die Stromstärke im Glühdraht verringert oder gänzlich unterbrochen werden; es ist jedoch empfehlenswert, den Glühdraht weiter zu erhitzen, damit er bei der Ionisierung in der Nähe der Kathode mitwirken kann.When using the tube, the filament F is heated to the appropriate temperature, which is necessary for the desired degree of ionization. When the filament z. B. is heated to almost 2200 ⁰ C, there is a considerable emission of long-wave heat rays, which cause ionization of the cesium atoms. The electrons of these atoms are brought into a more energetic state by the radiation (corresponding to 1.45 volts), so that a larger number of cesium atoms are always in an excited state. Such excited atoms are now slightly ionized by the comparatively low amount of short-wave radiation (light) of the filament and thus enable a gas discharge at low voltage. The special feature of the present invention is that the ionization by the glow wire is sufficiently strong to act directly on the voltage drop between the cathode and the anode before additional ions are formed by the gas discharge that then sets in. After the discharge has started, the current in the filament can be reduced or completely interrupted; however, it is advisable to continue heating the filament so that it can participate in the ionization process near the cathode.

Die Entladung findet zwischen der Anode und dem Inneren der Kathode durch deren Öffnung und Schild X hindurch· statt. Wenn ■diese Öffnungen klein gemacht werden und eine verhältnismäßig kräftige Entladung stattfindet, dann wird der ionisierte Cäsiuimdampf in das Innere der höhlen Kathode hineingetrieben, so daß dort ein höherer Druck an Cäsiumdampf besteht als außerhalb der Kathode. Um diese Druckdifferenz aufrechtzuerhalten, ist die Öffnung zur Durchführung der Zuleitungen zum Glühdraht am Boden der Kathode durch einen isolierenden Stopfen B verschlossen.The discharge takes place between the anode and the interior of the cathode through its opening and shield X instead. If these openings are made small and a relatively strong discharge takes place, the ionized cesium vapor is driven into the interior of the hollow cathode, so that there is a higher pressure of cesium vapor there than outside the cathode. In order to maintain this pressure difference, the opening for the feed lines to the filament at the bottom of the cathode is closed by an insulating plug B.

Claims

Patent claims:

i. Two gas discharge tube, from where one is more easily ionizable than the other, z. B. cesium and helium, and with hollow cathode made of metal, e.g. B. tungsten, which only has a narrow opening serving for the passage of the discharge, thereby characterized in that the hollow cathode

in a short time. Distance from a metallic one likewise having an opening »Protective organ is enclosed so that the discharge through both openings to Anode passes through, and that inside the hollow cathode the necessary for ignition The gases are ionized by an electrically heated heating element.

2. Discharge tube according to claim i, characterized in that the cathode enclosing protective organ is connected to it in an electrically conductive manner.

3. Discharge tube according to claim 1 or 2, characterized in that the Distance of the protective device from the anode and the distance between the side walls of the protective element and the cylindrical glass wall is so small that a discharge cannot develop between these parts.

1 sheet of drawings