DE720325C - Gas- oder dampfgefuelltes Entladungsgefaess - Google Patents

Description

Im allgemeinen ist der Zünidpunkt eines gas- oder dampfgefüllten elektrischen Entladungsgefäßes dadurch charakterisiert, daß durch ein von einer Kathode ausgehendes Elektron gerade so viele Ionen erzeugt werden, als zur Befreiung eines neuen Elektrons aus der Kathode notwendig sind. Hieraus ergibt sich (bei vorgegebener Entladungsspannung) die Existenz eines kritischen Druckes, oberhalb dessen die Entladungsstrecke zünden kann, während unterhalb dieses Druckes die Gasentladungsstrecke deswegen nicht mehr zündet, weil die von der Kathode ausgehenden Elektronen nicht mehr genügend Ionen erzeugen.

In der Technik der Gasentladungsgefäße ist es nun sehr erwünscht, bei vorgegebener Zündspannung einen möglichst geringen Gasdruck zu haben oder auch unter Umständen bei vorgegebenem Gasdruck mit möglichst geringer Zündspannung zu ,arbeiten. Es sind auch bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei denen eine Gasentladung trotz des zu geringen Gasdruckes erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Magnetfeld so angeordnet wird, daß es die freie Weglänge der Elektronen in der Richtung Kathode—Anode verringert, so daß praktisch die Entladungsstrecke so arbeitet, als ob sie einen höheren Druck besäße.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die es in noch stärkerem Maße als die oben beschriebene bekannte Anordnung gestattet, den Zündpunkt einer Gasentladungsstrecke nach kleineren Werten sowohl des Gasdruckes wie der Zündspannung zu verschieben. Erfindungsgemäß sind bei einem gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäß mit Ionen-

entladung zwischen einer Anode und einer Kathode zur Unterstützung· der Zündung der Ionenentladung, insbesondere bei niedrigem Gasdruck, statische oder dynamische Selcundärelektronenvervielfacher in der Ionenentladungsstrecke angeordnet.

Es sind bereits Sekundärelektronenvervielfacher bekannt, bei denen die von der Kathode ausgehenden Primärelektronen zwischen zwei ίο sich gegenüberliegenden Sekundäremissionsschichten hin und her beschleunigt werden, wobei unter Umständen auch Gasionen anwesend sind. Es handelt sich, jedoch, weder um eine Gasentladung· noch Zündung. Vielmehr werden bei dieser Anordnung die Elektronen durch Anwesenheit der Gasionen vom Auftrennen auf die Gegenkathode abgehalten·, so daß sie nur um eine mittlere Zone innerhalb des Gefäßes herumpendeln. Die Erfindung ist im folgenden an Hand der in den Abbildungen dargestellten, zum Teil schematischen Ausführungsbeispiele beschrieben.

In Abb. ι ist eine Glimmröhre nach der Erfindung wiedergegeben. Als Kathode dient ein statischer Sekundärelektronenvervielfacher, der aus den hintereinander angeordneten Zylindern i, 2,3,4, 5 besteht, von denen 1 eine kalte Kathode für die Prknärelektronen ist. Die übrigen Zylinder sind alle auf der der Primärkathode zugewandten Seite mit sekundäremissionsfähigen Netzen versehen, und die Zylinder selbst, die in der Reihenfolge ihrer Bezugszeichen mit wachsendem Potential aufeinanderfolgen, dienen zur Konzentration der von einem Netz ausgelösten Sekundärelektronen auf das auf nächsthöherem Potential gelegene Netz. Die Kathode besitzt also den Typ des bekannten Reihenvervielfachers. Die Anode 6 ist in üblicher Weise etwa als Metallteller ausgebildet.

Trifft in dieser Gasentladungsstrecke ein in ihr erzeugtes Ion auf die als Vervielfacher ausgebildete Kathode auf, so werden die ausgelösten Elektronen vervielfacht, beispielsweise um den Faktor io⁴, und sind nun zahlreich genug, um selbst bei geringstem Gasdruck so viele Ionen zu erzeugen, daß die Entladung stationär wird. Wegen des hohen Vervielfachungsfaktors, der im übrigen, das hängt von der Zahl der Vervielfacherstufen ab, noch wesentlich über das angegebene Zahlenbeispiel erhöht werden kann, ist es möglich, jede andere Anordnung, die auf eine Erniedrigung des Zünddruckes abgestellt ist, in der Wirkung zu übertreffen.

Die beschriebene Glimmröhre eignet sich zur Verwendung als Gleichrichterröhre. Legt man an 1 und 6 eine Wechselspannung, so tritt an sich eine Gleichrichtung schon deswegen auf, weil der Vervielfacher, als Kathode geschaltet, wesentlich mehr Elektronen emittiert als 6, wenn 6 Kathode ist.

Da es durch die erfmdungsgemäße Anordnung des Vervielfachers möglich ist, die Gasentladungsstrecke mit außerordentlich geringem Druck so zu betreiben, daß sie mit 1 .als Kathode und 6 als Anode bei verhältnismäßig niedriger Spannung zündet, jedoch in der entgegengesetzten Richtung auch bei höheren Spannungen wegen ihres geringen Druckes nicht arbeitet, so ergibt es sich, daß die Gasentladungsröhre gemäß der Erfindung mit besonderem Vorteil für die Gleichrichtung höherer Spannungen geeignet ist.

In Abb. 2 ist eine gasgefüllte Braunsche Röhre dargestellt. Im Kolben 7 der Röhre befindet sich die Kathode 8, eine Metallscheibe, aus der durch Ionenaufprall Elektronen befreit werden. Auf 8 folgen die sekundäremissionsfähigen Netze 9, 10, 11, 12 eines Vervielfachers, dessen Anordnung beispielsweise nach Art der Abb. 1 erfolgen kann. Mit 13, 14 und 15 sind die Anode und zur Konzentration dienende Elektronenlinsen angedeutet. 16 und 17 bezeichnen zwei Ableiikplattenpaare für den Elektronenstrahl.

Die Verwendung gasgefüllter Braunscher Röhren verfolgt einmal den Zweck der Erzeugung eines gaskonzentrierten Elektronen-Strahls, andererseits ermöglicht sie die Verwendung kalter Kathoden an Stelle von Glühoder Photokathoden, deren Lebensdauer nicht so groß ist wie die der kalten Kathoden, bei denen die Elektronen durch Ionenaufprall ausgelöst werden. Im allgemeinen ist es nun erwünscht, daß der Gasdruck an der Kathode nicht zu gering, der Gasdruck im Hinblick auf den Elektronenstrahl nicht zu hoch ist. Die Röhre gemäß der Erfindung erreicht nun dieses Ziel dadurch, daß zu einer hinreichenden Elektronenemission aus der kalten Kathode wegen des von ihr angeordneten Vervielfachers ein wesentlich niedrigerer Gasdruck notwendig ist als ohne diesen Vervielfacher.

Es sind zwar bereits Braunsche Vakuumröhren mit Sekundärelektronenverviel fächer als Kathode bekannt. Bei diesen Anordnungen besteht die Primärkathode aus einer Photokathode. Der Vervielfacher dient bei diesen bekannten. Anordnungen also nicht zur Lösung der bei gasgefüllten Braunsche^ Röhren sich ergebenden speziellen technischen Aufgaben hinsichtlich des Gasdruckes. Durch die Anwendung des Vervielfachers bei gasgefüllten Braunschen Röhren wird der Vorteil erreicht, daß. die Röhren für höhere Frequenzen brauchbar sind.

Es gibt Fälle in der Technik der Gasentladungen, in denen eine Entladung zwar in einem weiten Gefäß erfolgen kann, die jedoch nicht möglich ist, wenn beispielsweise

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die Anoden zur Vermeidung einer Bedampfung· in engen. Ansatzrohren des Gefäßes angeordnet sind, da dann Wandaufladungen eine Zündung verhindern. Ein solcher Fall kann z. B. bei einem Quecksilberdampfgleichrichter eintreten, wie er in Abb. 3 dargestellt ist. Der Gleichrichter 18 enthält eine flüssige Quecksilberkathode 19 und die Anoden 20, die in seitlichen Armen untergebracht sind, sowie die Hilfsanode 20', die zur Einleitung des Zündvorganges dient. Unter gewöhnlichen Verhältnissen würden nun Elektronen die Wand der Arme aufladen und so verhindern, .daß der Lichtbogen zwischen 19 und 20' die Entstehung von Lichtbögen zwischen 19 und 20 einleitet. Erfindungsgemäß ist nun vor den Anoden 20 je ein Sekundärelektronenvervielfacher 21 angeordnet. Die einzelnen Netze der Vervielfacher mögen sich mit wachsendem Potential den Anoden nähern. Die auf die Anoden fliegenden Elektronen vermehren sich in den Vervielfachern 21 und vermögen so eine beträchtliche Anzahl von Gasionen zu erzeugen, die bewirken, daß die Entladung regulär wird.

Bekanntlich werden Entladungsgefäße mit Glühkathode und Gasfüllung technisch viel angewandt, insbesondere wenn es sich darum handelt, durch. Änderung einer Gitterspannung den Zündeinsatz zu ändern. Es ist jedoch bei derartigen Entladungsgefäßen die Steuerung des Gitters nur mit Spannungen von begrenzter Frequenz möglich, da die Entionisierung im Gefäß eine bestimmte Zeit beanspracht. Ergänzt man nun die Glühkathode des Gefäßes mit einem System sekundäremissionsfähiger Elektroden zu einer Vervielfacherkathode, so zündet, wie bereits an Hand der Abb. 1 beschrieben, das Gefäß bei niedrigem Druck. Dadurch wird die Entionisierungszeit erheblich vermindert und somit die Grenze für die Steuerfrequenz erhöht. Die Anordnung der Vervielfacherelektroden um die Kathode kann beispielsweise nach Abb. 4 erfolgen, in welcher eine Anordnung dargestellt ist, bei der um eine Glühkathode 22 zylindersymmetrisch als Gitter ausgebildete Sekundärelektroden 23 angeordnet sind. Das Steuergitter ist mit 24 und die Anode mit 25 wiedergegeben.

Es ist klar, daß man bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung nicht an besondere Formen des Sekundärelektronenvervielfachers gebunden ist. Insbesondere können auch dynamische Vervielfacher, ζ. Β. Pendelvervielfacher, Verwendung finden.

Es sei bemerkt, daß man bei allen Entladungsgefäßen nach der Erfindung noch den Vorteil besitzt, den Zündpunkt der Entladungsstrecke durch die Potentiale der Vervielfacher- elektroden zu steuern.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß mit Ionenentladung zwischen einer Anode und einer Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Zündung der Ionenentladung, insbesondere bei niedrigem Gasdruck, statische oder dynamische Sekundärelektronenvervielfacher in der Ionenentladungsstrecke angeordnet sind.
2. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, insbesondere ein Glimmentladungsgefäß zum Gleichrichten vorzugsweise hoher Wechselspannungen oder ein gittergesteuertes Entladungsgefäß mit Lichtbogenentladung oder eine gasgefüllte Braunsche Röhre mit Ionenentladung als Elektronenquelle und mit kalter Kathode für diese Entladung, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter der Kathode der Ionenentladungsstrecke ein Sekundärelektronenvervielfacher, vorzugsweise ein Reihenvervielf acher, zur Vervielfachung der Kathodenemission angeordnet ist.
3. 3. Zum Gleichrichten dienendes Ent- · ladungsgefäß nach Anspruch 1, dessen. Anoden in seitlichen Armen des Gefäßes angeordnet sind, insbesondere ein Queck- go silberdampfgleichrichter dieser Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor den

   ■ Anoden Sekundärelektronenvervielfacher, vorzugsweise Reihenvervielfacher, deren Elektroden sich der Anode mit wachsendem Potential nähern, befinden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen