DE855285C - Emissionsquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahles hoher Stromdichte, der in einer Vorzugsrichtung verlaufen soll, insbesondere fuer Wanderfeldroehren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlerzeugungssystem (Kathode), welches besonders bei Laufzeitröhren angewendet werden soll. Die Unzulänglichkeiten der bekannten Kathodenarten werden erläutert an Hand der Abb. ι und 2, welche bekannte Laufzeitröhren darstellen, die zur Klasse der Wanderfeldröhren gehören und ein transversales magnetisches Feld benötigen. Auf diese Art von Röhren ist die vorliegende Erfindung mit Nutzen aber nicht ausschließlich anwendbar.

In den Abb. I und 2 ist eine Wanderfeldröhre dargestellt, die einen langgestreckten Kolben V besitzt, ferner in bekannter Weise eine Verzögerungsleitung in Form einer Wendel H mit Eingang in E und Ausgang in S, eine Kathode C und eine lineare Elektrode Z. Diese Elektrode Z verläuft parallel zur Verzögerungsleitung H und befindet sich auf einem Potential, um ein zweckentsprechendes elektrisches Feld zwischen Z und H zu schaffen. Weiterhin ist ein Kollektor K vorgesehen, der ein positives Potential führt. Alles zusammen ist einem transversalem magnetischen Feld B ausgesetzt.

Die Kathoden in diesen Röhren können Oxydkathoden in Plattenform sein oder aus einem reinen \Ietall, wie Wolfram oder Tantal, in Fadenform bestehen. Sie befinden sich üblicherweise auf einem

Potential, welches der Potentialverteilung im Raum zwischen H und Z entspricht, wo sie angeordnet sind, um nicht den Verlauf des statischen Feldes zu stören.

In Abb. ι stellt C beispielsweise eine indirekt geheizte Oxydkathode dar, welche in gleicher Höhe wie die Elektrode Z liegt und dasselbe Potential wie diese besitzt. Die Abb. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine reine Metallkathode in Fadenform, die ίο in dem Raum zwischen Z und H angeordnet ist und sich auf einem Potential befindet, das sich zwischen den beiden Elektroden Z und H gemäß der Potentialverteilung an der Stelle der Kathode von selbst ergeben würde.

Im ersteren Falle (Oxydkathode) kann der Emissionsstrom nicht geregelt werden, indem man auf die Heizung Einfluß nimmt. Sie ist auch nicht zu gebrauchen, wenn die Anodenspannung über einen bestimmten Maximalwert hinausgeht. Im zweiten Falle (reine Metallkathode) ist die Emission pro Flächeneinheit schwach, und der Emissionsstrom ist durch die Raumladung begrenzt. Die Emission könnte verstärkt werden, wenn man das elektrische Feld um die Kathode in einer Art deformiert, daß ein größerer Teil der Kraftlinien gegen die Kathode gerichtet ist (die verstärkte Felddichte in der Nachbarschaft der Kathode setzt sich alsdann der Bildung der Raumladung entgegen). Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn man die Kathode, wie in Abb. 2 anordnet, aber ihr eine Vorspannung erteilt, die niedriger ist als das Potential, welches dem Punkt C in dem Feld zwischen H und Z entspricht. Die Abb. 3 zeigt die Verteilung des elektrischen Feldes für den Fall, daß die Kathode, angeordnet wie in Abb. 2, dasselbe Potential führt wie die Elektrode Z.

Indes hat diese Anordnung die Wirkung, die Form der statischen Charakteristik ungünstig zu beeinflussen, die den Strom zur Wendel H als Funktion des Feldes B darstellt. Der Strom vermindert sich alsdann fortschreitend mit der Zunahme von B, anstatt plötzlich auf Null abzusinken, sobald ein bestimmter kritischer Wert B_c unterschritten ist, wie es im Interesse des Wirkungsgrades der Röhre wünschenswert ist.

Diese Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung überwunden, die es ermöglicht, eine Kathode zu schaffen, in welcher die Vorteile der Oxydkathode (intensive Emission und gute statische Charakteristik) mit denjenigen der reinen Metallkathode .(Emission regelbar durch die Heizung und kein Begrenzungswert für die Anodenspannung) vereinigt sind.

Nach der Erfindung fügt man einer Kathode von zylindrischer Form eine Hilfselektrodenanordnung zu, die aus einer zylindrischen Hilfsanode besteht, welche die Kathode weitgehend bis auf eine Vorzugsrichtung umschließt und die in eine Fortsetzung übergeht, die bestimmt ist, die Verteilung des Feldes um die Kathode an diejenige anzuschließen, welche zwischen der Verzögerungsleitung H und der gegenüberliegenden Elektrode Z, d. h. in der Vorzugsrichtung herrscht.

Die Erfindung wird verständlich gemacht an Hand der Abb. 4 bis 6, die Ausführungsbeispiele ohne jede Beschränkung darstellen. Nach der Abb. 4, in welcher die gleichen Elemente wie in den Abb. ι und 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, enthält eine Laufzeitröhre von der Art der Wanderfeldröhren mit magnetischem transversalen Feld und in linearer Struktur, eine zylindrische Kathode C, die in gleicher Höhe mit der Elektrode Z liegt und dasselbe negative Potential wie sie besitzt. Nach der Erfindung ist diese Kathode C von einer Hilfsanode A umgeben, die dasselbe positive Potential wie die Wendel H und der Kollektor K besitzt. Ihr begrenzendes Profil ist zusammengesetzt aus einem kreisförmigen Teil, der die Kathode konzentrisch umschließt, und einem geradlinigen Teil bc, der sich schrittweise dem Ausgang des Anodenzylinders, d. h. dem Eingang des Raumes zwischen den Elektroden Z und H, anpaßt, durch die das Bündel hindurchtritt. Durch diese Anordnung erhält man einerseits ein starkes Feld (Zugfeld) in der Nachbarschaft der Kathode, ohne andererseits die homogene Feldverteilung in allen Richtungen wie in Abb. 3 zu stören. Man sieht an der Abbildung, daß die Kraftlinien e des kreisförmigen Teiles der Hilfsanode fast radial nach der Kathode laufen, so daß die Felddichte in der Nachbarschaft der Kathodenoberfläche erhöht wird, was seinerseits den Einfluß der Raumladung vermindert und so zu einer Steigerung des Kathodenstromes führt. Andererseits gestattet die Homogenität des Feldes in beinahe allen Richtungen, eine 95 · gute statische Charakteristik zu erhalten. Man kann demzufolge von einer reinen Metallkathode Gebrauch machen und erhält damit ihre eigenen Vorteile, zu denen noch die Vorteile hinzukommen, die bisher ausschließlich die Oxydkathode charakterisierten. Aber man kann auch die Erfindung auf Oxydkathoden anwenden, was vorteilhaft durch eine zylindrische Form verwirklicht wird, die eine einfachere Montage der Elektrode gestattet als eine Plattenkathode und die übrigens allein befriedigende Ergebnisse unter den Gesichtspunkten der technischen Fabrikation liefert, wenn es sich um eine Thoriumoxydkathode handelt.

Der Radius Da des kreisförmigen Teiles ist durch die Überlegung bestimmt, daß die Elektronen nicht auf die Hilfsanode A gelangen sollen, als Funktion der Stärke des magnetischen Feldes, der Anodenspannung und der Distanz Du zwischen den Elektroden Z und H, in der die Fortsetzung von A im Punkte c endet. Die Länge bc ist vorzugshalber gleich einem Mehrfachen der Dimension Dn.

Die Abb. 5 zeigt die Anwendung von Anordnungen der Abb. 4 auf eine Wanderfeldröhre mit einem Wellenleitungssystem H und Z in Kreisform und einem magnetischen Transversalfeld B. Nähere Ausführungen sind nicht erforderlich. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in der Abb. 4.

Die Abb. 6 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens für den Fall, wo die Kathode ein Zwischenpotential zwischen Z und H besitzt und wie in der Abb. 2 angeordnet ist. In diesem Falle

ordnet man in Höhe der Kathode C eine Hilfselektrode C an, die dassell>e Potential wie C besitzt. Die Fortsetzung von .-/ umschließt die Kathode wie in AhI). 4 und die Regel für die Dimensionierung sind in bezug auf die Elektrode C anwendbar, so wie sie es vorher in bezug auf die Elektrode Z waren. Im übrigen bedarf die Abbildung keiner näheren Ausführungen. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in Abb. 4.

ίο Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie läßt im Gegenteil alle Abänderungen zu, die der Fachmann ohne Abänderung des Erfindungsgedankens vornehmen kann. So z. B. ist es nicht erforderlich, daß die Kathode durch einen linearen Faden dargestellt wird, man kann auch einen gewickelten Faden benutzen, insbesondere wenn man eine Kathode von großer Oberfläche benutzen will. In diesem Falle ist der Durchmesser der Kathode für die Dimensionierung des Systems in Rechnung zu stellen.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Emissionsquelle auf Wanderfeldröhren mit einem transversalen magnetischen Feld ist nur ein Ausführungsbeispiel ohne Einschränkung und es ist klar, daß die Erfindung auch auf gleiche Röhren ohne Transversal feld anwendbar ist und viel allgemeiner auf jede Röhre mit Elektronenstrahl, wo es sich darum handelt, den Elektronenstrahl mittels einer Hilfselektrodenanordnung in eine bestimmte Vorzugsrichtung zu leiten.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Emissiousquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahles hoher Stromdichte, der in einer Vorzugsrichtung verlaufen soll, insbesondere für Wanderfeldröhren, bei der Hilfselektroden vorgesehen sind, die das elektrische Feld in der Nachbarschaft des emittierenden Teiles verstärken, dadurch gekennzeichnet, daß eine positiv vorgespannte Hilfselektrode so angeordnet und gestaltet ist, daß rings um den emittierenden Teil die Homogenität des elektrischen Feldes gewahrt bleibt bis auf die Vorzugsrichtung und daß in dieser Richtung das Feld stetig verändert wird, derart, daß es den Verhältnissen angepaßt wird, die in dem darauffolgenden Bereich der Röhre (Verzögerungsleitung) herrschen.

2. Emissionsquelle nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die positiv vorgespannte Hilfselektrode (Anode) die Kathode konzentrisch weitgehend umschließt und daß dieses System durch zwei weitere Hilfselektroden vervollständigt wird, von denen die eine das Potential der Kathode führt und die andere mit der Anode verbunden ist.

3. Emissionsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode, die das Potential der Kathode führt, mit einer Teilelektrode der Verzögerungsleitung vereinigt ist.

4. Emissionsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode, die das Potential der Kathode führt, zwischen zwei Elektroden der Verzögerungsleitung gelagert ist und ein Potential besitzt, derart, daß die elektrische Feldverteilung zwischen den Nachbarelektroden nicht gestört wird.

5. Emissionsquelle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine reine Metallkathode besitzt.

6. Emissionsquelle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Oxydkathode besitzt.

7. Emissionsquelle nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem gestreckten Faden besteht.

8. Emissionsquelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode die Oberfläche einer zylindrischen Wendel besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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