DE818820C - Elektronenentladungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenentladungsvorrichtung mit linearen, parallelen Elektroden, d. h. geraden Elektroden, welche zylinderförmig oder gitterförmig sein können. Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Klektronenentladungsvorrichtungen, bei welchen Elektronen von einer thermionischen Kathode auf eine Sekundäremissionselektrode auftreffen, wobei die Sekundärelektronen von einer Anode gesammelt

ίο werden.

Bei Elektronenentladungsvorrichtungen wird oft gewünscht, daß die von einer Kathode ausgehenden Elektronen gekrümmte Bahnen durchlaufen und auf eine weitere Elektrode auftreffen. Beispielsweise ist es bei Elektronenentladungsvorrichtungen der obenerwähnten Art in der Regel erforderlich, daß die Sekundäremissionselektrode außer Sicht von der thermionischen Kathode angeordnet ist, um zu verhindern, daß von der Kathode ausgehende Partikel die Sekundäremissionselektrode vergiften. Bei einer solchen Anordnung ist es notwendig, daß die Primärelektronen bogenförmige Bahnen durchlaufen, damit sie auf die Sekundäremissionselektrode auftreffen können. Bei bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen werden die Elektronen dadurch veranlaßt, den gewünschten Bahnen zu folgen, daß man eine oder mehrere Elektroden verwendet, welche im Betrieb auf geeignetem Potential bzw. Potentialen gehalten werden, wodurch die Elektrode oder Elektroden die Elektronen so reflektieren, daß sie auf die Sekundäremissionselektrode auftreffen. Da von der Kathode der Vorrichtung

Elektronen in stark divergierenden Richtungen emittiert werden und die Elektronen nur reflektiert werden, damit sie sich auf den gewünschten Bahnen bewegen, treffen die Primärelektronen auf die Sekundäremissionselektrode auf einer großen Fläche auf, so daß die Sekundäremissionselektrode ebenfalls eine große Fläche haben muß. Es ist dann erforderlich, eine Anode mit erheblicher Fläche anzuordnen, um möglichst viel Sekundäremission zu

ίο sammeln. Die Verwendung einer Anode großer Fläche ist, insbesondere wenn die Vorrichtung mit sehr hohen Frequenzen arbeiten muß, infolge der daraus folgenden großen -Kapazität Anode-Erde, sehr unerwünscht.

Die Erfindung bezweckt, eine Elektronenentladungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Elektrode, auf welche die Elektronen auftreffen, oder die Anode kleiner als bisher ausgeführt werden kann, wodurch die Kapazitäten zwischen den

ao Elektroden herabgesetzt werden können.

Die Elektronenentladungsvorrichtung ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Kathode, eine Steuerelektrode, eine Schirm- oder Beschleunigungselektrode, und eine zusätzliche Elektrode, auf

as welche Elektronen von der Kathode auftreffen, wobei eine fokussierende Elektrode von wenigstens angenähert elliptischer Querschnittsform vorgesehen ist, und die Kathode und die zusätzliche Elektrode in einer Ebene angeordnet sind, welche wenigstens angenähert mit der kleinen Achse der elliptischen Elektrode zusammenfällt und vollkommen innerhalb der durch die kleine Achse gegebenen Begrenzung der fokussierenden Elektrode liegt, wobei die Anordnung derart ist, daß, wenn geeignete Betriebspotentiale an die Elektroden angelegt werden, von der Kathode in divergierenden Richtungen emittierte Elektronen kurvenförmige Bahnen durchlaufen und auf die genannte zusätzliche Elektrode konvergieren.

Der Ausdruck angenähert elliptisch soll sich hier nicht nur auf rein elliptische Elektroden beziehen, sondern auch Elektroden mit großer und kleiner Achse umfassen, die die Wirkung einer rein elliptischen Elektrode haben.

In der britischen Patentschrift 545 803 ist eine Elektronenentladungsvorrichtung mit einer Sekundäremissionselektrode vorgeschlagen, welche eine von einem Steuergitter und einem Schirmgitter umgebene Kathode aufweist, wobei eine auf einer Seite offene Schirmelektrode angeordnet ist, welche dazu dient, ein elektrostatisches Feld zu erzeugen, um zu bewirken, daß Elektronen von der Kathode über die Begrenzung, d. h. durch die offene Seite der Schirmelektrode gelangen und auf eine große V-förmige Sekundäremissionselektrode auftreffen, wobei die Sekundärelektronen von ihr durch eine Gitterelektrode angesaugt und einer Anode zugeführt werden, welche ebenfalls außerhalb der Begrenzung der Schirmelektrode angeordnet ist. Die gegenwärtige Erfindung unterscheidet sich von diesem früheren Vorschlag dadurch, daß die erwähnte zusätzliche Elektrode sich nicht über die durch die kleinere Achse gegebene Begrenzung der Fokussierelektrode heraus erstreckt und eine kleine Fläche besitzt.

Durch die Erfindung wird daher eine vereinfachte Bauart erreicht, bei welcher eine gute fokussierende Wirkung erhalten wird, so daß die erwähnte zusätzliche Elektrode mit einer kleinen Fläche und infolgedessen mit geringen Eigenkapazitäten ausgeführt werden kann. Die Erfindung ist insbesondere bei Entladungsvorrichtungen anwendbar, bei welchen die zusätzliche Elektrode eine Sekundäremissionselektrode ist, und bei einer solchen Vorrichtung braucht die für das Sammeln der Sekundärelektronen vorgesehene Anode nur eine kleine Fläche aufzuweisen, so daß die Kapazität Anode-Erde der Vorrichtung auf einem kleinen Wert gehalten werden kann. Wenn die Erfindung bei Vorrichtungen angewendet wird, bei welchen keine Sekundäremissionselektrode vorgesehen ist, kann die zusätzliche Elektrode die Anode der Vorrichtung sein, in welchem Fall sie wiederum klein ausführbar ist, so daß die Kapazität Anode-Erde auf einem kleinen Wert gehalten werden kann.

Die Erfindung ist besonders zur Verwendung bei Entladungsvorrichtungen geeignet, bei welchen die Kathode stangenförmig ist und Elektronen von angenähert diametral gegenüberliegenden Punkten oder Seiten der Kathode emittiert und veranlaßt werden, auf die zusätzliche Elektrode an angenähert diametral gegenüberliegenden Punkten oder Seiten aufzutreffen. In diesem Fall kann die Fokussierelektrode eine Elektrode aus Metallblech, ein Netz, oder eine aus Draht gewickelte Konstruktion sein oder Reihen von Stangen aufweisen. Da es zweckmäßig ist, daß die fokussierende Elektrode die anderen Elektroden der Vorrichtung vollkommen umgibt, kann die fokussierende Elektrode jedoch auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, welche die anderen Elektroden nicht vollständig umgeben, wobei zwischen den benachbarten Rändern der verschiedenen Teile Zwischenräume vorhanden sind, die sich an Stellen befinden, welche die Form des zum Fokussieren der Elektronen erforderlichen Feldes nicht wesentlich beeinflussen. Die Kathode und die zusätzliche Elektrode erstrekken sich nicht über die durch die kleinere Achse der fokussierenden Elektrode gegebene Begrenzung, obwohl es in manchen Fällen wünschenswert sein kann, Stützstangen für die Elektroden außerhalb der Begrenzung anzuordnen. Das der fokussierenden Elektrode zugeführte Potential kann gleich dem Betriebspotential der Kathode, d. h. dem Potential Null sein. Die Erfindung kann bei Vorrichtungen Anwendung finden, welche eine Kathode und zusätzliche Elektrode aufweisen, bei welcher Elektronen nur von einer Seite der Kathode emittiert werden, in welchem Falle die fokussierende Elektrode angenähert die Gestalt einer halben Ellipse hat.

Die Erfindung wird nun als Beispiel an Hand der Zeichnung ausführlich beschrieben.

Fig. ι zeigt im Grundriß eine Elektrodenkonstruktion einer Ausführungsform der Elektronenentladungsvorrichtung;

Fig. 2 zeigt die Form der Äquipotentialflächen, welche erforderlich sind, um das Fokussieren von Elektronen zu bewirken;

Fig. 3, 4 und 5 zeigen im Grundriß verschiedene weitere Ausführungsformen der in Fig. 1 dargestellten Elektroden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die thermionische Kathode 5 als gerade Stange ausgebildet, welche von einer Steuerelektrode 6 umgeben ist, welche ihrerseits von einer Schirm- oder Beschleunigungselektrode 7 umgeben ist. Die Elektroden 6 und 7 können aus Draht .gewickelte Gitter von angenähert elliptischem Querschnitt sein, wie aus der Zeichnung ersichtlich, wobei jedes Gitter von Stangen 8 bzw. 9, welche parallel zur Kathode 5 angeordnet sind, getragen wird. Eine zusätzliche gerade stangenförmige Elektrode 10 ist im Abstand von der Kathode angeordnet und mit einem Überzug aus geeignetem Material, z. B.

ao Magnesium, versehen, um eine große Zahl von Sekundärelektronen zu erzeugen, wenn ein primärer Elektronenstrahl auf sie auftrifft. Die Sekundäremissionselektrode 10 ist von einer Anoden umgeben, welche durch ein aus Draht geflochtenes Gitter gebildet ist und von einer einzigen Stange 12 getragen wird. Die Kathode 5, die Stangen 8 und 9, die Elektrode 10 und die Stangen 12 sind parallel zueinander in der gleichen Ebene angeordnet. Die erwähnten Elektroden sind von einer zylindrischen fokussierenden Elektrode 13 umgeben, deren Querschnitt die Form einer Ellipse aufweist, deren kleine Achse in der die erwähnten Elektroden enthaltenden Ebene liegt. Beim Betrieb der Vorrichtung kann die Kathode 5 auf Potential Null gehalten werden, die Elektrode 6 gegenüber der Kathode auf — 2 Volt, und die Elektroden 7, 10 und 11 gegenüber der Kathode auf -f· 100, +250 bzw. I" 350 Volt. Die fokussierende Elektrode 13 dient dazu, in stark divergierenden Richtungen von der Kathode 5 emittierte Elektronen zu veranlassen, bogenförmige Bahnen, wie sie etwa durch die ge- ■ strichelten Linien in Fig. 1 dargestellt sind, zu durchlaufen, und sie auf die Sekundäremissionselektrode 10 scharf zu fokussieren. Infolge dieser scharfen Fokussierung der Elektronen kann die Elektrode 10 mit kleiner Oberfläche ausgeführt werden, so daß auch die Anoden mit kleiner Oberfläche ausgeführt werden kann, wodurch die Kapazität Anode-Erde verringert wird. Gute Resultate werden erzielt, wenn das Verhältnis der kleinen zu der großen Achse der Elektrode 13 die Werte 8,75 : 9,75 oder 16 : 22 aufweist und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kathode 5 und der Sekundäremissionselektrode 10 etwa ein Drittel bis halb so groß ist wie die kleine Achse der Elektrode 13. Die Elektrode 13 kann aus Metallblech, aus einem Netz, aus einem eng gewobe- | nen Gitter oder auch aus einer Reihe von Stangen gebildet sein.

In Fig. 2 sind die Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes dargestellt, welches notwendig ist, um das Fokussieren der Elektronen in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung herbeizuführen. Es ist er-J sichtlich, daß die elliptische fokussierende Elektrode 13 eine Form aufweist, welche der in Fig. 2 dargestellten Nulläquipotentialfläche entspricht

j Diese Form ist vorteilhaft, da sie es ermöglicht, die Elektrode 13 im Betrieb auf dem gleichen Potential wie die Kathode 5 zu halten. Die Form der Elektroden 6, 7 und 11 entspricht angenähert der Form von Äquipotentialflächen in ihrer Umgebung.

Aus Fig. ι ist ersichtlich, daß die Sekundäremissionselektrode 10 außer Sicht von der Kathode 5 angeordnet ist, da sie sich im Schattenraum der Stangen 8, 9 und 12 befindet, so daß es unwahrscheinlich ist, daß von der Kathode 5 verdampfte oder emittierte Partikel auf der Sekundäremissionselektrode 10 abgelagert werden können, um die letzteren zu vergiften. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist die Anode 12 als aus Draht ge-

\ flochtenes Gitter ausgebildet und zweckmäßig aus Wolframdraht hergestellt, um der durch das Auftreffen von Sekundärelektronen erzeugten Hitze widerstehen zu können. Die Anode sollte so konstruiert sein, daß nur ein kleiner Teil der Primärelektronen von der Kathode 5 von der Anode abgefangen wird, wobei die Menge dieses Stromes zweckmäßig kleiner ist als 25% des Gesamtbetrages, wodurch die Steigung und der Durchmesser der Anodendrähte bestimmt werden.

Es ist nicht notwendig, daß die Kathode und der Sekundärstrahler im gleichen Abstand von der Mitte der kleinen Achse der elliptischen Elektrode 13 angeordnet sind. Eine gute Fokussierung kann beispielsweise erhalten werden, wenn der Abstand der Sekundäremissionselektrode 10 von einer Seite der Eelktrode 13 kleiner ist als der Abstand der Kathode 5 von der gegenüberliegenden Seite der Elektrode 13.

Wenn die Stangen 8, 9 und 12 die Sekundäremissionselektrode 10 nicht genügend gegen aus der Kathode verdampfte Stoffe abschirmen, kann zwischen Kathode 5 und Sekundäremissionselektrode 10 ein Metallstreifen 14 angeordnet sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dieser Streifen 14 kann parallel zur Kathode 5 angeordnet und an der benachbarten Tragstange 9 des Schirmgitters 7 befestigt sein. Anstatt, wie in Fig. 3 dargestellt, den Streifen 14 im Abstand von der Elektrode 7 anzuordnen, kann er, wie in Fig. 4 dargestellt, den Draht der Elektrode 7 berühren, wobei ein weiterer Streifen 15 an der Tragstange 12 der Anode angeordnet ist. Es kann aber auch die Anordnung derart sein, daß die Streifen 14 oder 15 der Fig. 3 oder 4 unabhängig von der Schirmelektrode 7 oder der Anode 11 gehalten werden und mit einer Elektrode innerhalb oder außerhalb der Hülle verbunden sind. Obwohl in Fig. 1,3 und 4 die Anoden als Drahtgitter dargestellt ist, ist die durch die Anordnung der Elektrode 13 erzielte Fokussierung genügend gut, um, falls gewünscht, die Verwendung einer Anode zu ermöglichen, welche, wie in Fig. 5 dargestellt, durch eine oder zwei flache oder gebogene Metallstreifen 16 gebildet sind, die parallel zur Sekundäremissionselektrode 10 und in der Ebene der Elektrode 10 und der Kathode-5 ange-

ordnet sind. Bei dieser Anordnung kann der von der Anode gesammelte Primärstrom auf weniger als ein zehntel des totalen Primärstromes ohne Verlust an Wärme verteilenden Eigenschaften der Anode verringert werden. Wenn die Wärmeverteilung nicht groß sein muß, kann ein kleiner Gewinn an Kapazität zwischen Anode und Erde durch Verwendung nur eines Streifens 16 erhalten werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, den zwisehen der Elektrode io und der Schirmelektrode 7 befindlichen Streifen 16 fortzulassen, da hierdurch die Kapazität Anode-Schirmelektrode etwas verringert wird.

Eine Elektronenentladungsvorrichtung mit der elliptischen Elektrode 13 gemäß Fig. 1 und der in Fig. 4 dargestellten Elektronenkonstruktion hat bei folgenden Dimensionen gute Resultate ergeben: ■ Kathodendurchmesser 1,14mm; Durchmesser der Stangen 8 0,5 mm, Abstand ihrer Mittelpunkte 2,5 mm; Durchmesser der Stangen 9 0,75 mm, Abstand ihrer Mittelpunkte 5,2 mm; kleine Achse des Gitters 6 1,6 mm, wobei es mit einem Draht von 1,27 mm Durchmesser mit 57 Windungen je Zentimeter gewunden war; kleine Achse des Gitters 7 »5 2,95 mm, wobei es mit einem Draht von 1,91 mm I Durchmesser mit 38 Windungen je Zentimeter gewunden war; Breite des Streifens 14 3,5 mm; Breite des Streifens 15 2 mm; Durchmesser der Stange 12 0,75 mm; Durchmesser der Elektrode 10 2,5 mm; Abstand der Mitten der Stange 12 und Elektrode 10 2,6 mm; Durchmesser des kreisförmigen Teiles der Anodenwicklung 4,15 mm, wobei die Anode mit Draht von 0,1 mm Durchmesser mit 19 Windungen je Zentimeter gewickelt war; große Achse der Elektrode 13 22,5 mm; kleine Achse der Elektrode 13 16,5 mm. Der Mittelpunkt der Kathode befindet sich längs der kleinen Achse der Elektrode 13 in einem Abstand von 3,975 mm und ist in einer Entfernung 5,425 mm von dem Mittelpunkt der Stange 12 angeordnet, wobei der Mittelpunkt der letzteren 2,6 mm von dem Mittelpunkt der Elektrode 10 entfernt ist. Die Länge der verschiedenen Elektroden beträgt 20 mm. Die Vorrichtung hat eine Anoden-Erde-Kapazität von etwa 5 pF, eine Steuergitter-Erde-Kapazität von etwa 8 pF und eine Anoden-Steuergitter-Kapazität von etwa 0,006 pF. Die Elektronen von der Kathode sind auf der Elektrode 10 auf einer Linie von etwa 0,5 bis 1,0 mm Länge fokussiert. Wenn gewünscht wird, eine Kathode zu verwenden, welche nur von einer Seite Elektronen emittiert, kann die Vorrichtung ähnlich den in den i Fig. i, 3, 4 und 5 dargestellten ausgeführt werden, wobei jedoch die Elektrode in diesem Fall halbellipsenförmig ist.

Obwohl die Erfindung im obigen bei einer Entladungsvorrichtung mit Elektronenvervielfachung beschrieben ist, ist sie nicht nur auf diese Ausführung beschränkt, sondern kann auch bei anderen Vorrichtungen angewendet werden, wo ein scharf fokussierter Strahl erforderlich ist. Beispielsweise kann die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung als Ventil mit abgeschirmtem Gitter verwendet werden, in welchem Fall die Elektrode 10 die Anode bildet und die Anode 11 fortgelassen werden oder die Steigung der Windungen der Anode 11 in geeigneter Weise geändert werden kann, so daß sie, wenn sie auf geeignetem Potential gehalten wird, als Fanggitter in einer Pentode wirken kann.

Claims (5)

1. 70 Patentansprüche.

   i. Elektronenentladungsvorrichtung mit einer Kathode, einer Steuerelektrode, einer Schirmoder Beschleunigungselektrode und einer zusätzlichen Elektrode, auf welche Elektronen von der Kathode auftreffen, dadurch gekennzeichnet, daß eine fokussierende Elektrode (13) von wenigstens angenähert elliptischer Ouerschnittsform vorgesehen ist und die Kathode (5) und die zusätzliche Elektrode (10) in einer Ebene angeordnet sind, welche wenigstens angenähert mit der kleinen Achse der elliptischen Elektrode (13) zusammenfällt und vollständig innerhalb der durch die kleine Achse gegebenen Begrenzung der fokussierenden Elektrode (13) liegt, wobei die Anordnung derart ist, daß, wenn geeignete Betriebspotentiale an die Elektroden angelegt werden, von der Kathode (5) in divergierenden Richtungen emittierte Elektronen kurvenförmige Bahnen durchlaufen und auf die zusätzliche Elektrode (10) konvergieren.
2. 2. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die fokussierende Elektrode (13) halbellipsenförmig ist.
3. 3. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode (10) eine Sekundäremissionselektrode ist und daß eine Anode (11) vorgesehen ist, um die von der Sekundäremissionselektrode (10) emittierten Sekundärelektronen zu sammeln.
4. 4. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß i°5 die Kathode (5) und die zusätzliche Elektrode (10) kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
5. 5. Schaltungsanordnung mit einer Elektronenentladungsvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- no kennzeichnet, daß sie so ausgebildet ist, daß den Elektroden der Vorrichtung solche Betriebspotentiale zugeführt werden können, daß von der Kathode in divergierenden Richtungen emittierte Elektronen kurvenförmige Bahnen durchlaufen und auf die zusätzliche Elektrode konvergieren, wobei die fokussierende Elektrode auf Kathodenpotential gehalten wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   1975 10.