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Entladungsgefäß mit lichtbogenartiger Entladun' Bei Entladungsgefäßen
mit flüssiger Kathode, insbesondere bei Quecksilberdampfgleichr ichtern, wird durch
den Kathodenfleck wesentlich mehrDampf entwickelt, als für den Entladungsvorg angerforderlich
ist. Die starke Dampfentwicklung des Kathodenflecks hat ferner zur Folge, daß Quecksilber
in großer Menge in Tropfen aus der Kathode herausspritzt. Diese beiden Erscheinungen
sind für die Betriebssicherheit des Entladungsgefäßes außerordentlich ungünstig.
Man hat deshalb versucht, durch entsprechende konstruktive Maßnahmen den überschüssigen
Dampf und die umherspritzenden Flüssigkeitstropfen unschädlich zu machen. Zu diesem
Zweck sind große Kondensationsflächen vorgesehen, und durch entsprechende Ausbildung
der Lichtbogenführungsröhre bzw. Anodenarme und ,anderer Einbauten in das Innere
des Entladungsgefäßes ist dafür Sorge getragen, daß die Flüssigkeitstropfen nicht
auf die Anode oder in ihrer Umgebung befindliche heiße Teile gelangen können. Alle
diese Maßnahmen sind jedoch verhältnismäßig kostspielig, und die Schutz- und Hilfseinrichtungen
beanspruchen viel Platz, so da,ß die Entladungsgefäße bei gleicher Leistung wesentlich
größer ausgeführt werden müssen. Die Kühleinrichtungen, z. B. die Luftkühlung mit
Ventilatoren oder ,die Kühlung mit umlaufendem Wasser, haben trotzdem eine Erhöhung
der Betriebskosten zur Folge. Es ist aus diesem Grunde vorgeschlagen worden, als
Material für die Kathode Legierungen vontQuecksilber, z.,B.eine Quecksilber-Gallium-Aluminium-Legierung,
zu verwenden, die einen wesentlich niedrigeren Dampfdruck haben als reines Quecksilber.
Solche Entladungsgefäße benötigen jedoch eine Gasfüllung, da die Kathodenflüssigkeit
nicht die zur Entladung erforderliche Allzahl von Molekülen zur Verfügung stellen
kann. Diese Gasfüllung wird -jedoch in verhältnismäßig kurzer Zeit :aufgezehrt;
das Gas wird nämlich durch die Entladung zum Teil chemisch, zum Teil physikalisch
gebunden. Diese Entladungsgefäße haben daher eine bedeutend niedrigere Lebensdauer
als beispielsweise die Gleichrichter mit flüssiger Quecksilberkathode.
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Es ist weiterhin bekannt, zur Beeinflussung des Erstarrungspunktes
des Kathodenmaterials Quecksilber und Gallium oder Quecksilber und Natrium .als
Kathodenmaterial zu verwenden, doch bilden auch diese Stoffe miteinander Legierungen
und mischen sich, so daß die obengenannten Nachteile nicht beseitigt werden, da
es unmöglich ist, auf der Oberfläche der Mischung einen Kathodenfleck auf den Teilen
der Kathodensubstanz zu erzeugen, die für die Elektronenlieferung b,eson.ders geeignet
sind, ohne daß gleichzeitig
in unmittelbarer Nähe die anderen Bestand
teile durch die im Kathodenfleck frei werdende Wärme verdampft werden.
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Es ist fernerhin bekannt, auf der Quecksilberoberfläche eine Schicht
feiner Teilcli°n aus Oxvden von alkalischen Erdmetallen oder von seltenen Erden
aufzubringen. Derartige Oxyde zersetzen sich jedoch im Betrieb, so daß ihre Wirkung
nur eine kurze, h:escliränkte Zeit andauert und nach der Zersetzung der Oxyde vollkommen
aufhört.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Kathodenflüssigkeit auf zwei
miteinander in Verbindung stehende Behälter zu verteilen. Der Kathodenfleck brennt
auf der Oberfläche des Quecksilbers in dem einen stark gekühlten rehälter, während
der andere, auf entsprechender Temperatur gehaltene Behälter dien für die Entladung
erforderlichen Dampf liefert. Der durch diese Maßnahme erzielbare Fortschritt ist
jedoch sehr gering, da die Dampfentwicklung auch durch sehr gute Kühlung des lathodeiiquecksilbers
wegen cler schlechten Wärmeleitfähigkeit des Quecksilbers nur in verhältnismäßig
geringem Umfang herabgesetzt «-erden kann und da zudem das Verspritzen des Quecksilbers
durch diese Maßnahme nicht verhindert wird.
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Alle diese Nachteile und Scliwierigkeit-en werden bei einem Entladungsgefäß,
mit lichtbogenartiger Entladung und mit unter Betriebsbedingungen flüssigem Metallvorrat,
der aus einer Elektronen liefernden und einer Dampf liefernden Substanz besteht,
dadurch vermieden, daß als Elektronen liefernde Substanz, auf der der Kathodenfleck
brennt, Gallium und als Dampf liefernde Substanz Quecksilber oder eine Quecksilberlegierung
verwandt ist, die sich, ebenso wie Quecksilber allein, unter den Betriebsbedingungen
mit -dem Gallium weder mischt noch irgendeine Verbindung eingeht. Das Entladungsgefäß
gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, dalr der Katho:derifleck sich gut ausbildet
und nur vernachlässigbar kleine Mengen von flüssigem Metall verspritzt und :daß
ferner die zur Dampflieferung dienende Substanz so gewählt werden kann, daß nur
die erforderliche Menge Dampf gebildet wird.
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Gallium ist bei den-in Frage kommenden Temperaturen flüssig und weist
trotzdem erst bei i ooo' C einen Dampfdruck von nur # io-mmHg auf. Da Gallium und
Quecksilber bei allen in Frage kommenden Temperaturen als Flüssigkeiten sich nicht
mischen und auch keine Verbindungen miteinander eingehen, ist es möglich, die Funktion
des Elektronen liefernden Galliums und des Dampf liefernden Quecksilbers im Entladungsgefäß
vollkommen voneinander zu trennen. Für die Betriebssicherheit eines solchen Gleichrichters
ist es zudem von sehr ;@i-nher Bedeutung, daß ein Galliumtropfen, der auf die Anode
gelangen oder auf heiße Teile in der Umgebung der Anode gelangen würde, wegen des
außerordentlich niedrigen Dampfdruckes des Galliums keine schädliche, örtlicheDampfdruckerhöhung
hervorrufen könnte. Die Rückzündungsgefahr wird dadurch erheblich herabgesetzt.
Es ist infolgedessen gemäl.t der Erfindung möglich, bei Entladungsgefäßen, auch
wenn sie für sehr hohe Spannungen bestimmt sind, mit der Anode sehr nahe an die
Kathode heranzugehen. Das würde bei (@necksilberkathodengleichriclitern wegen des
starken Verspritzens des Qttcclksilbers die l@ückzündungsgrenze so weit heruntersetzen,
daß ein zuverlässiger Betrieb selbst bei Spannungen unter ioo `" nicht r.:ög-]ich
ist.
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Die Verwendung dies Galliums bietet fr-rner den Vorteil, daP wegen
seines geringen Dampfdruckes nur eine verhältnismäßig geringe "Menge .als Kathodensubstanz
benötigt wird. Dadurch, daß zur Dampflieferung ebenfalls eine flüssige, im Betrieb
nicht zei-setzbare Substanz, weim auch nur in sehr geringer Menge, benutzt wird,
wird auch die Gefahr einer Verarmung des Gefäßes an für den Entladungsvo:gang notwendigen
Molekülen beseitigt. Die flüssige Substanz stellt einen außerordentlich großen Verrat
für die Dampflieferung dar. Die Lebensdauer der Einladung@gefälie gemäß der Erfindung
ist daher bedeutend größer .als bei Entladungsgefäßen mit Gasfüllung, bei denen-
der Gasinhalt in verhältnismäßig kurzer Zeit aufgezehrt wird.
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Unter Umständen ist es vorteilhaft, als Dampf liefernde Substanz eine
Legierung von Quecksilber mit anderen Metallen zu verwenden, die einen niedrigeren
Dampfdruck besitzt als reines Quecksilber und die sich ebenso wie Quecksilber allein
unter den Betriebsbedingungen mit dem Gallium weder mischt noch irgendeine Verhindung
eingeht. Bei Verwendung einer solchen Legierung ist es möglich" die Temperatur des
den Druck des Dampfes bestimmenden Teils des Entladungsgefäßes höher zu halten,
als bei reinem Quecksilber zulässig wäre. Bei hochbelasteten Entladungsgefäßen sowie
bei Entladungsgefäßen für hohe Spannung und bei EntladungsgefäPen, die bei hoher
Umgebungstemperatur betrieben werden, bietet dies in vielen Fällen erhehliclic Vorteile.
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Besonders zweckmäßig ist es, die Anordnungen so zu treffen, daß die
Elektronen liefernde Kathodensubstanz von der Dampf liefernden räumlich getrennt
ist. Es »besteht dann die Möglichkeit, die Temperatur -der Dampf liefernden Substanz
unabhängig von der Temperatur der Elektronen liefernden
Substanz
zu regeln. Diese Regelung wird sehr erleichtert, wenn die Dampf liefernde Substanz
in einem besonderen Ansatz untergebracht wird. Wenn .das Verbindungsrohr zwischen,
dem Ansatz und dem Entladungsgefäß nur eine enge Öffnung .aufweist, wird zudem der
Eintritt von Teilen des Elektronen liefernden Kathodenmaterials praktisch ausgeschlossen.
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Verschiedene bei Gleichrichtergefäßen bekannte Anordnungen haben sich
bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Kathode als besonders geeignet erwiesen.
So ist @es z. B. vorteilhaft; den Abstand zwischen der Anode und der Kathode kleiner
zu wählen als den Durchmesser des Entladungsgefäßes. Besondere Schutzvorrichtungen
gegen verspritzendes Kathodenmaterial sind aus den angeführten Gründen iln allgemeinen
nicht erforderlich. Zur Erzeugung des Kathodenflecks wird zweckmäßig ein in die
Kathodensubstanz eintauchender Glühdraht oder ein Halbleiter verwendet. Mit Hilfe
eines Halbleiters kann man bekanntlich den Kathodenfleck auf dem flüssigen Kathodenmetall
dadurch erzeugen, daß man einen :kurzzeitigen Stromstoß: über den Halbleiter zur
Kathode schickt.
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Die Menge des verdampften `Elektronen liefernden Galliums kann noch
weiter herabgesetzt werden durch eine Fixierungseinrichtung für den Kathodenfleck.
Es ist dabei vorteilhaft, die Vorrichtung zur Erzeugung des Flecks in nächster Nähe
dieser Fixierungseinrichtung vorzusehen.