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Gasgefüllte Photozelle Die Erfindung bezieht sich auf gasgefüllte
Photozellen.
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Die Photozellen können nach der Art, wie sieh die Photoelektronen
zur positiven Elektrode bewegen, in zwei Klassen eingeteilt werden. Zu der einen
Klasse gehören diejenigen, die ein so hohes Vakuum besitzen, daß ein reiner Elektronenstrom
vorhanden ist; zu der zweiten Klasse zählen diejenigen Zellen, bei denen innerhalb
des Raumes zwischen den Elektroden eine Ionisation stattfindet, wie es bei einer
Füllung der Zellen mit Gas der Fall ist. Photozellen der ersten Klasse werden dort
benutzt, wo es auf ein gleichmäßiges Ansprechen ankommt. Sie haben jedoch den Nachteil,
daß die in ihnen ausgelösten Photoströme nur sehr klein sind, so daß eine erhebliche
Verstärkung nötig ist, um die Ströme auf brauchbare Werte zu bringen.
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Gasgefüllte Zellen geben im Gegensatz dazu erheblich größere Photoströme,
so daß die Verstärkung nicht zu groß zu sein braucht. Sie haben jedoch nicht so
große Lebensdauer wie die Vakuumzellen. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen,
daß die in dem Gas gebildeten positiven Ionen die Kathode bombardieren und dadurch
die lichtempfindliche Schicht angreifen bzw. zerstören. Außerdem sind die Zellen
im Betrieb insofern kritisch, als bei Überschreitung eines gewissen Wertes der an
der Zelle - liegenden Spannung der Strom in der Zelle in eine Glimm- bzw.
Bogenentladung umschlägt.
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Diese Nachteile der gasgefüllten Photozelle werden erfindungsgemäß
dadurch vermieden, daß die Anode als ein Netz oder Gitter ausgebildet ist, welches
die Kathode so eng umschließt, daß der größte Teil der durch die Entladung entstehenden
positiven Ionen außerhalb des von Kathode und Anode begrenzten Raumes gebildet wird
und daß die vorzugsweise auf Kathodenpotential befindliche Hilfselektrode bzw. Elektroden
außerhalb des Raumes Anode-Kathode angeordnet sind. Hierdurch wird zugleich eine
erhöhte Stabilität der Photozelle erreicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der gasgefüllten Photozelle nach der Erfindung beträgt die Entfernung der Hilfselektrode
bzw. -elektroden von der Anode ein Mehrfaches der Entfernung Anode-Kathode. Die
Hilfselektroden können die Form zweier Gitter besitzen, die symmetrisch zu beiden
Seiten der das Kathodenblech als Gitter umgebenden Anode angebracht sind.
Im
allgemeinen sind diese beiden Gitter parallel geschaltet und vorzugsweise auf Kathodenpotential
gebracht.
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Gasgefüllte Photozellen mit einer oder meh--" reten Hilfselektroden
sind an sich bekae-Bei diesen Hilfselektroden handelt es sich; jedoch meistens um
Elektroden zur Erzeugung von Sekundärelektronen. Die Hilfselektroden erfüllen dabei
den Zweck, bei niedrigen Spannungen eine möglichst große Sekundäremission zu geben,
ohne daß die Photokathode durch lonenbombardement zerstört wird.
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Im Gegensatz dazu sollen beim Gegenstand der Erfindung durch die Hilfselektroden
die Ionen abgesaugt werden, uni die Kathode vor dem lonenaufprall zu schützen.
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Weiter sind auch gasgefüllte Photozellen bekannt, bei denen eine besondere
negativ vorgespannte Elektrode zum Auffangen der Ionen vorgesehen ist. Hier befindet
sich jedoch diese zusätzliche Elektrode in dem Raum zwischen Kathode und
Anode.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Es bedeutet i eine kugelförmige Hülle"die in einem Sockel:2 sitzt.
In der Hülle ist ein Quetschfuß 3 vorgesehen, der die verschiedenen Elektroden
trägt. Die Kathode 4 befindet sich in der Mitte der Hülle und wird durch den Halter
5 getragen. Die Kathode kann in Form einer rechteckigen Platte aus Nickel
oder Kupfer ausgebildet werden, die mit lichtempfindlichem Material bedeckt ist.
Der aus dem Quetschfuß herausragende Teil des Halters 5 ist von einem Glasröhrchen
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umgeben. Die Anode 7 kann aus einer flachen Drahtspirale bestehen,
die die Kathode eng umgibt. Zu diesem Zweck kann ein Draht aus geeignetem Metall,
z. B. Nickel, um zwei in den Quetschfuß eingelassene parallele Stäbe gewunden werden.
Der Abstand der beiden Stäbe ist um einiges größer als die Breite der KathAenplatte.
Außerdem ragen die Stäbe in vertikaler Richtung um einiges über die Kathode hinaus,
so daß die Kathode von der Drahtwendel vollständig umgeben ist.
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Der eine der Anodenstäbe ist durch den Quetschfuß hindurchgeführt
und kann als Anodenzuleitung 12 dienen. Die Anode kann auch aus Metallgaze bestehen,
da es im wesentlichen nur darauf ankommt, daß das Licht durch sie hindurchfallen
kann. Das obere Ende eines der Stäbe kann eine kleine Metallkapsel 8 tragen,
deren Zweck noch erläutert wird, Erfindungsgemäß enthält die Hülle nun noch zwei
Elektroden 9, die vorzugsweise in Ebenen parallel zur Kathode und Anode liegen,
und zwar symmetrisch zu letzterer in beträchtlichem Abstand von ihr. Diese Elektro-'den
dienen als Sanimler für die positiven Ionen. Sie werden durch den Verbindungsdraht
io auf gleichem Potential gehalten und -,durch die in den Quetschfuß eingelassenen
Drähte ii getragen. Die Elektroden 9-können 5-auk. eifiem rechteckigen Rahmen bestehen,
in .._Oh feine Drähte, z. B. aus Nickel, einge spannt sind. Einer der Haltedrähte
ii ragt aus dem Quetschfuß heraus und dient als Zuleitung 13-Die Kathode kann in
an sich bekannter Weise hergestellt werden, indem z. B. das Kathodenblech zunächst
durch Elektroplattierung, chemischen Niederschlag oder elektrische Zerstäubung mit
einem Silberüberzug versehen wird, der alsdann oxydiert wird zu dem Zweck, das aufzubringende
lichtempfindliche Material besser haften zu lassen. Die Oxydation des Silberüberzuges
kann in der Weise erfolgen, daß Sauerstoff in die Hülle eingelassen wird und zwischen
Anode und Kathode eine holie Spannung angelegt wird, sei es durch eine Hochfrequenzspule
oder eine Gleichrichteranordnung, Die Plattierung und Oxydation des Kathodenbleches
kann gegebenenfalls auch in einem besonderen Gefäß vorgenommen werden.
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Wenn der gewünschte Oxydationsgrad erreicht ist, wird das Kathodenblech
zusammen mit der gitterförmigen Anode 7 in der Hülle montiert. Alsdann wird
das lichtempfindliche Material, z. B. Cäsium, mittels Hochfrequenzerhitzung aus
einer kleinen Pastille, die in der Kapsel 8 untergebracht ist, in Dampfform
entwickelt. Der Cäsiumdampf schlägt sich alsdann auf allen Elektroden in der Röhre
nieder, bleibt jedoch nur auf der Kathode haften, da diese eine oxydierte Fläche
besitzt, die das lichtempfindliche Material bindet, während alles überschüssige
Alkalimetall i aus der Hülle durch Destillation und Ab-
pumpen entfernt wird.
Nach völliger Evakuierung der Hülle wird ein träges Gas, z. B. Argon, eingelassen
bis zu einem Druck zwischen 2o bis 300 Mikron.
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Die Betriebsweise der Zelle ist folgende: Fällt ein Lichtstrahl auf
die Kathode und liegt eine geeignete Spannung zwischen Kathode und Anode, so'fließt
ein Photostrom in der Zelle, der sich über dem äußeren Stromkreis schließt. Die
Funktion des Gases besteht darin, daß bei der Betriebsspannung die erforderliche
Zahl positiver Ionen erzeugt wird, um den den normalen Elektronenfluß hemmenden
Raumladungseffekt aufzuheben und dadurch den aus der Zelle entnehmbaren Strom zu
vergrößern, mit anderen Worten, eine Gasverstärkung zu erzielen. Es hat sich herausgestellt,
daß die positiven Ionen, besonders wenn sie in großer Zahl erzeugt werden, wie es
bei hohen Betriebsspannungen der Fall ist, zur Kathode gezogen werden und
diese
heftig bombardieren. Unter diesem Bornbardement leidet die Kathode wahrscheinlich
infolge der Zerstörung der bindendenSauerstoffschicht, so daß dieLebensdauer erheblich
herabgesetzt wird.
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Es hat sich ferner herausgestellt, daß der größte Teil der positiven
Ionen, die zur Ka-" thode gelangen, außerhalb des Raumes, der von Kathode und Anode
begrenzt wird, gebildet werden. Diese positiven Ionen kehren 7usaminen mit den in
dem Raum zwischen Kathode und Anode gebildeten Ionen zur Kathode zurück und nehmen
an dem Bombardement teil. Weiterhin können auch vagabundierende positive Ionen mit
den verschiedenen Elementen innerhalb der Hülle kollidieren und dadurch Produkte
erzeugen, die die Kathode schädigen.
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Unabhängig von der genauen Erklärung für die Beeinträchtigung der
lichtempfindlichen Schicht in gasgefüllten Zellen wurde gefunden, daß bei Anbringung
einer negativ aufgeladenen Elektrode in dem Raum außerhalb der Strecke Anode-Kathode
die angegebene zerstörende Einwirkung ausgeschaltet oder jedenfalls im wesentlichen
ausgeschaltet wird. Zweckmäßigerweise werden die gitterförrnig ausgebildeten Elektroden
9 in beträchtlicher Entfernung von der Anode angebracht, so daß sie das Feld
der Anode nicht stören. Wenn die Elektroden auch schon, wenn sie auf einem niedrigeren
Potential gehalten werden als die Anode, eine abschirmende Wirkung ausüben, so sind
sie doch besonders wirksam, wenn sie auf Kathodenpotential gebracht werden. Es kann
zu diesem Zweck eine dauernde direkte Verbindung zwischen der Kathode und den Elektroden
9 vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise wird jedoch eine besondere Zuleitung
für die Elektroden 9
vorgesehen, damit mittels einer besonderen Batterie 14
die gewünschte Potentialdifferenz hergestellt werden kann. Wie bereits dargelegt,
ist der Zweck der Elektroden 9 der, die in dein Raum außerhalb der Anode
erzeugten positiven Ionen anzuziehen und zu sammeln, so daß die Ionen nicht zur
Kathode gelangen können. Infolgedessen kann die zwischen Kathode und Anode zur Anwendung
gelangende Spannung erheblich gesteigert werden, ohne daß zu befürchten ist, daß
eine zu starke .ionisation stattfindet und der Strom in eine Glimm- bzw. Bogenentladung
umschlägt. Die Elektroden 9 erhöhen also auch die Betriebssicherheit der
Röhre gegenüber gewollten oder ungewollten Spannungserhöhungen.
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Während in gewöhnlichen gasgefüllten Zellen die durch die Anwesenheit
des Gases erzielbare Verstärkung etwa io beträgt, kann sie bei Anwen#dung des Ionenfängers
gemäß der Erfindung bis etwa Ioo gesteigert werden. Diese Steigerung des Verstärkungsgrades
wird ohne wesentliche Herabsetzung der Lebensdauer erkauft, da die Kathode vor (lern
Bombardernent überschüssiger Ionen geschützt ist.