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Gasgefüllte Kathodenstrahlröhre mit kalter, mit Bohrung versehener
Kathode Die Erfindung bezieht sich auf gasgefüllte Kathodenstrahlröhren, bei denen
ein sehr feines Strahlenbündel mittels einer kalten Hohlkathöde erzeugt wird.
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Hohlkathoden als Quelle von Kathodenstrahlen sind bekannt. Man wendet
sie als kalte Kathoden oder als Glühkathoden an, um eine großflächige Emission für
.die Elektronen zu erhalten. Damit ein feines Strahlenbündel erzielt wird, ist bei
den bekannten Ausführungen der Bohrungsquerschnitt so klein ;gemacht, @daß er dem
gewünschten kleinen Querschnitt des Kathodenstrahles gleich ist und dadurch elektronenoptisch
zurr Abbildung gelangen kann. Bei Glühkathoden tritt dadurch eine sehr starke Raumladungswirkung
im Hochvakuum im Innein der Hohlkathode auf. Zur Aufhebung dieser _ die Emission
vermindernde Raumladungswirkung wird eine geringe Gasfüllung angewendet, die zu
,einer Bündelung des Strahles innerhalb der Hohlkathode führen kann, so daß der
Strahl den Hohlkathodenquerschnitt voll ausfüllt und die Kathode finit ,geringer
Streuung verl,äßt. Weiterhin ist .die Bündelung des Strahles außerhalb der Kathode
bei .gasgefüllten Röhren innerhalb gewisser Druckgrenzen als Gaskonzentrationswirkuing
bekannt.
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Gemäß ,der Erfindung wird in einer gasgefüllten Kathodenstrahlröhre
-mit kalter, mit einer Bohrung versehener Kathode und scharf gebündeltem Strahl
die Tiefe der Bohrung derart bemessen und der Gasdruck so :gewählt, @daß der Strahl
als gebündelter Strahl schon innerhalb der Kathodenbohrung vorhanden ist.
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Eine Ausführungsform einer so ausgebildeten Hohlraumkathode ist in
der Fig, i dargestellt. L ist die zylindrische Ausbohrung einer kalten, von dem
Isoliermantel i umgebenen Kathode k, die innerhalb einer Anode m angeordnet ist.
In einer solchen Röhre läßt sich nämlich der Gasdruck so wählen, daß ein scharf
gebündelter Elektronenstrahl e2 schon innerhalb der Kathode entsteht, der bedeutend
kleineren Querschnitt als die Bohrung hat. Der Strahl verläßt in dieser Form die
Höhlung und streut erst in weiterer Entfernung je nach dem vorhandenen Gasdruck
kegelförmig an der Stelle e3. Danebengehen von,der Ringfläche der Hohlkathode auch
noch kegelförmig streuende Kathodenstrahlen ei aus. Nach längerer Betriebstdauer
zeigt sich die ,äußere Ringfläche der Kathode und ein Teil der Innenfläche der Bohrung
von der Öffnung nach innen längs der punktierten Linie wie mit einem Sandstrahlgebläse
bearbeitet. Die Elektronenablösung hat sich somit auch auf- die Innenfläche des
Hohlzylinders ausgebreitet. Die Emissionsfläche ist also um ein Vielfäches
größer
geworden als der Querschnitt des Elektronenstrahles, so .daß die Abnutzung des Kathodenmaterials
gegenüber den bisher bekannten Formen so gering wird, daß sie praktisch keinen Einfluß
auf die Intensität des Strahles und die Bündelung besitzt.
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Eine -ähnliche Wirkung wie eine zylindrische Bohrung hat auch z. B.
eine halbkugelige Ausbohrun:g, wie es z. B. aus der in der Fig. ä dargestellten
halbkugeligen Bohrung 1 ersichtlich ist. Die Halbkugelfläche i kann dabei voll emittieren.
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Der Querschnitt des Elektronenbündels 1,äßt sich in seiner Form durch
hie Gestalt des Hohlräümquerschnittes beeinflussen. Eine zylindrische Bohrung ergibt
im wesentlichen einen kreisförmigen Strahlquerschntt: Andere Hohlraumguerschnitte,
z. B. Ellipse, Rechteck, Kreuz, liefern entsprechend einen elliptischen, rechteckigen
oder kreuzförmigen Querschnitt des Kathodenstrahles. Man kann natürlich auch die
,äußere Form der Kathode diesem Querschnitt anpassen.
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Bei Kathodenformen, wo neben dem Hohlraum auch äußere Flächen freiliegen,
treten Nebenstrahlen auf; die in vielen Fällen Störungen hervorrufen. Maxs bedeckt
daher zweckmäßig die iäußere Oberfläche miteinem Isoliermantel ,i z. B. nach Fig.
3. Dabei kann auch der Isolierkörper beispielsweise nach Fig.3 einen Teil der öffnung
der Hohlkathode bedecken. Da der die Kathode verlassende gebündelte Kathodenstrahl
vor der Kathode kegelförmig auseinandergeht, ist es zweckmäßig, zur weiteren Bündelung
des Strahles vor der Kathode zusätzliche Konzengemäß trationseinrichtungen vorzusehen.
Sinn können auch Vorrichtungen zur Anwendung kommen, die .der Steuerung der Strahlinternsit,ät
z. B. in Fernsehröhren dienen.
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Die Anwendungsmöglichkeit dieser (neuen Kathodenstrahlröhre ist sehr
vielseitig. Beispielsweise sei nur auf die Verwendung im Braunscheu Röhren und Röntgenröhren
hin.-gewiesen, -Durch Vervielfachung der Kathode lassen sich auch Mehrfachkathodenstrahlröhren,
z. B. Mehrfachkatho denstrahloszillographen, herstellen. Man kann hierbei mehrere
Hohlkathoden zur Erzeugung mehrerer Kathodenstrahlenbündel nebeneinanderlegen öder
die Hohlräume ,gemeinsam meinen Metallblock einarbeiten. Desgleichen können .die
Achsen der verschiedenen Hohlräume einander parallel laufen oder sich schneiden,
um parallele oder sich schneidende Strählen zu erzeuge. Es kann auch jeder Kathode
eine Anode zugeordnet sein.
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Die Lage der Anode ist an sich beliebig. Bei Braunscheu Röhren legt
man sie mit der Anodenblende zweckmäßig so, daß die Entfernung zwischen Kathode
und Anode gleich oder kleiner ist als die Entfernung der Spitze des Streukegels
es von Fig. i von der Kathode, damit der Kathodenstrahl möglichst wenig ausgeblendet
wird.
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In den Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele für die Verwendung
iIi Braunscheu Röhren im Längsschnitt dargestellt.
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In Fig. 2 ist die von dem Isoliermantel i eingefaßte Kathode
h an der Stelle l halbkugelig ,ausgehöhlt -und in dem sie umgebenden,
auf Anodenpotential befindlichen Metallmantel nt angeordnet. Der Kathode gegenüber
liegt :die Anodenblende. it, durch die der Strahl nur wenig ausgeblendet in den
Ablenkraum a :eintritt.
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In Fig. 3 bedeckt der Isoliermantel i noch einen Teil der öffnu@ng
der hier beispielsweise kreiszylindrischen Hohlkathode. Eine Anode n1 legt sich
unmittelbar an den Isoliermantel an; ihre Blende ist gleich der Bohrung des Isoliermantels
i. In einem gewissen Abstand hinter .der Anode a1 sitzt eine zweite Anode it. mit
der eigentlichen Strahlblende. Es entsteht dadurch eine zusätzliche Konzentrationswirkung.
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In den Fig. z und 3 sind auch noch zwei Rohrleitungen sichtbar, mit
denen in an sich bekannter Weise verschiedene Vakua im Kathodenstrahlerzeu.gungsraum
und im Ablenkraum aufrechterhalten werden können. Die Anö,denblende kann zweckmäßig
durch ein Lenard-Fenster verschlossen werden, um auf diese Weise .die Kathodensträhh-öhre
auch ohne Pumpe betreiben zu können.