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Mittelbar geheizte Alkalikathode Die Erfindung bezieht sich auf eine
mittelbar geheizte Alkalikathode für elektrische Entladungsgefäße, die einen Emissionsstoffvorrat
aus Alkalimetall in chemisch gebundener Form enthält und für eine niedrige; Betriebstemperatur
von etwa 33o° C oder weniger bemessen ist.
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Es ist bekannt; Alkalimetallkathoden durch Einwirkung von Zäsium@dampf
aluf Oxydüberzüge unmittelbar geheizter Metalldrähte herzustellen; ebenso ist bereits
versucht worden, Zäsiumschichten durch Adsorption auf oxydierten Silberspiegeln
zu erzeugen. und derartige Flächen als fremdgeheizte Elektronenquellen in :einem
elektrischen Entladungsgefäß zu benutzen.
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Das Einbringen der Alkalimetallle in die Entladungsröhre erfolgte
in Form, einer zerlegbaren Verbindung, welche innerhalb der Röhre unter Bildung
unschädlicher Reststoffe zersetzt, z. B. mittels eines gemeinsamen in die Röhre
eingeführten Reduktionsmittels zu reinem Alkalimetall reduziert wurde. Als Behälter
für das Alkalimetall oder die zu zersetzende Alkalimetallverbindung-benutzte man
Hohldrähte mit rundem oder rechteckigem Querschnitt, durch. deren Wand das Alkalimetall
hindurch. diffundieren m;ußte. Die Hohldrähte wurden entweder als unmittelbar geheizte
Kathode verwendet oder bei mittelbarer Heizung isoliert um. einen Heizkörper gewickelt.
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Erfahrungsgemäß verflüchtigt sich aber das Alkalimetall bei einer
Arbeitstemperatur, wie sie bei Oxydkatho,den üblich ist, unerwünscht schnell, so
daß die Lebensdauer solcher Röhren nicht befriedigt. Es ist bekannt, die Lebensdauer
einer Glühkathoide dadurch zu verhindern, daß durch Vergrößern von Oberfläche und
Querschnitt die Betriebstemperatur herabgesetzt wird, während der Emissionsstrom
seinen normalen Wert behält= Die Anwendung dieser Maßnahme bei Alkalikathoden, deren
Alkalimetall durch Zersetzen einer Alkaliverbindung gebildet wird, hätte zunächst
zur Folge, daß die Reaktionsgeschwindigkeit herabgesetzt und bei Betriebstemperaturen
von 33o° C und darunter kein ausreichender Ersatz für Glas verbrauchte Alkalimetall
nachgeliefert wird. Es war deshalb bisher nicht möglich, Alkalikathoden mit befriedigender
Lebensdauer und sparsamem Heizleistungsverbrauch zu bauen.
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Dies wird nun bei. einer mittelbar geheizten, für eine niedrige Betriebstemperatur
von etwa 33o° C oder weniger bemessenenAlkalikathode mit einem Emissionsstoffvorrat
aus Alkalimetall in chemisch gebundener Form,
z. B. einem Oxyd oder
Salz von Alkalimetallen (Zäsiuinoxyd; -chlorid; -chromat), gemäß der Erfindung dadurch
erreicht, daß dem. Emissionsstoffvorrat außer ,einem. -reduzierenden Metall (Magnesium,
Zirkon) Kontaktstoffe, z. B. fein verteiltes Platin, welche die Reaktionsgeschwindigkeit
vergrößern, zugesetzt sind.
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Der JGusatz von Kontaktstoffen erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit
.durch Katalyse in solchem. Maße, daß auch bei den: erwähnten niedrigen Betriebstemperaturen
.eine ausreichende Alkalimetallnachlieferung an die Kathodenoberflächegesichert
ist. Andersieits verbürgt die niedrige ' Betriebstemperatur eine mit der von Oxydkäthoden
vergleichbare Lebensdauer und einen sparsamen Heizleistungsverbrauch, weil die Wärmeabstrahlung,
welche nach dem Stefanschen Gesetz der ¢. Potenz der absoluten Temperatur des Strahlers
proportional ist, sehr ,gering ist: Als besonders vorteilhaft .erweist sich die
Anwendung der Erfindung auf sog. Hochvoltkathoden,deren Heizkörper an die volle
Spannung gebräuchlicher Netze (t i o bis 22o Volt) angeschlossen wird.
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Die Abb. i und 2 zeigen Ausführungsbeeiispiele der Erfindung in starker
Vergrößerung. Der Aufbau der Kathode ist teils in Draufsicht, teils im. Längsschnitt
dargestellt. Es bedeuten übereinstimmend i ein keramisches Isolierröhrchen von der
bei mittelbar geheizten Kathoden bekannten Art und 2 den als Schraubenwendel, Bifilarwendel;
Schleife o. dgl. ausgebildeten Heizdraht. In der Alib. i ist das Röhrchen i von
einem äußerst feinmaschigen Drahtgewebe 3 umgeben, während zwischen 3 und i eine
durch Herumpressen oder Besprühen aufgebrachte Schicht q. des Reaktionsgemisches
eingeschlossen ist, aus welcher bei der Arbeitstemperatur .der Kathode metallisches
Zäsum, Rubidium, Kalium üsw. entwickelt wird: In Abb. 2 ist die Reaktionsmasse q.
der Abb. i in an sich bekannter Weise ersetzt durch eine Säule aufeinandergeschichteter
und gepreBter Metallringe 5, zwischen denen sich dünne Lagen eines in der Wärme
Alkalimetall abgebenden Stoffes befinden. Zu diesem, Zweck überzieht man z. B. dünne
Folien aus Magnesium, Aluminium oder einer Legierung von Mg mit Al, Zn und Cu, mit
dem Reaktionsgemisch, welches außer der Al ,alimetallverbindung noch fein verteiltes
Reduktionsmetall .enthalten kann. Aus der so vorbereiteten Folie stanzt man -die
in Abb. 2 aDgedeuteten Ringe aus und preßt sie mit einem anorganischen Bindemittel
in Säulenform aufeinander. Das beim Betriebe in Freiheit gesetzte Alkalimetall diffundiert
zwischen den Metallschichten langsam zur Kathodenoberflache. Die Geschwindigkeit
dieser Wanderung kann geregelt werden durch den Druck, unter welchem die Folien
zusammengepreßt worden sind, ferner durch die Beschaffenheit der Zwischenschichten.
Sämtliche Einzelelemente des Kathodenkörpers können durch ein untergeschobenes Metallröhrchen
leitend miteinander verbunden werden, um den Widerstand oder Stromzuführung zu allen
emittierenden Stellen. verschwindend klein zu machen.
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Zur Formierung einer nach der Erfindung hergestellten Kathode empfiehlt
es sich, dieselbe nach dem Auspumpen der Entladungsröhre zeitweilig bei Übertemperatur,
d. h. unter Stromüberlastung des Heizkörpers, zu betreiben. Dadurch wird die Entwicklung
der notwendigen Anfangsmenge von freiem Alkalimetall beschleunigt. Man kann auch
noch ein Alkalimetall abgebendes Getter in der Entladungsröhre vorsehen.
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Die für die Heizleistung praktisch allein maßgebende Wärmeabstrahlung
von der Oberflächeneinheit der Kathode nimmt dem Stefa.nschen Gesetz unter sonst
gleichen Bedingungen beim. Rückgang von z. B. 630 auf 330° C im Verhältnis
5 : i ab. Dieses Verhältnis wird aber noch erheblich vergrößert, wenn die Kathodenoberfläche
metallisch blank oder auf andere Weise, z. B. durch Bedeckung .zeit äußerst kleinkörnigem
Erdalkalioxyd, Aluminiumoxyd, Zinkoxyd, Thoriumoxyd usw., zu einem besonders schwach
strahlenden. Selektivstrahler ;geworden ist. Es zeigt sich dann nämlich, daß die
Strahlungskonstante des Stefanschen Gesetzes, die mit steigender Temperatur dem.
Wert .des schwarzen Körpers entgegenwächst, in dem auf etwa 33o° heruntergesetzten
Arbeitspunkt bei vielen weißen Oxyden nur noch kleine, zum. Teil anormal kleine
Werte besitzt. Man kommt also bei Kathoden mit großer Oberfläche und einem großen
Vorratsraum für den Emissionsstoff mit einer kleinen Heizleistung aus und erhält
dank des reaktionsbeschleunigenden Kontaktstoffzusatzes doch ausreichend Alkalimetall
nachgeliefert.