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Verfahren zur Herstellung einer Sekundärelektronen emittierenden Elektrode
Die Erfindung betrifft eine Elektronenentladungsvorrichtung mit sekundärer Elektronenemission
und Elektroden zur Verwendung darin.
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Es wurden schon verschiedene Vorschläge für die Konstruktion von Verstärkerröhren
gemacht, bei welchen ein Primärelektronenstrahl veranlaßt wird, auf eine Sekundärelektronen
emittierende Elektrode aufzutreffen, welche eine größere Anzahl von. Sekundärelektronen
emittiert, als Primärelektronen auftreffen. Solche Vorrichtungen sind besonders
zur Verstärkung bei hohen Frequenzen und über einen weiten Frequenzbereich geeignet,
wobei die Primärelektronen, die von einer Glühkathode .emittiert werden, hinsichtlich
der Intensität durch Zuführen der zu verstärkenden Signale zu einer Steuerelektrode
geregelt «-erden und die verstärkten Signale an einen Belastungswiderstand gelegt
werden, welcher mit einer Elektrode verbunden ist, die die emittierten Sekundärelektronen
sammelt. Bei solchen Vorrichtungen ist es für den Betrieb bei hohen Frequenzen wünschenswert,
daß die Kapazitäten zwischen Elektroden klein sind, und aus diesem Grunde ist es
wünschenswert, Elektroden zu verwenden, welche nur eine kleine Oberfläche aufweisen,
und
es ist daher in diesem Fall notwendig, daß das Primärelektronenbündel konzentriert
oder fokussiert wird, so daß ein Bündel von Primärelektronen hoher Dichte auf eine
sehr kleine Sekundärelektronen emittierende Fläche auftrifft. Die sekundär emittierende
Elektrode kann eine leitende Grundlage enthalten, wie eine Unterlage aus Nickel,
mit einem dünnen Magnesiumoxydüberzug, und es wurde gefunden, daß; während eine
derartige Elektrode Sekundärelektronen emittiert, obwohl ein Strom hoher Dichte
von Primärelektronen verwendet wird, die Nutzungsdauer einer derartigen Elektrode
auf ungefähr 5o Stunden beschränkt ist. Man glaubte für einige Jahre, daß die kurze
Lebensdauer von Sekundärelektronen emittierenden Elektroden im allgemeinen der Vergiftung
der Elektrode durch von der Glühkathode emittierte Partikel oder von Restgasen in
der Vorrichtung zuzuschreiben ist, und es ist allgemein üblich, die Sekundärelektronen
emittierende Elektrode außer Sicht der Glühkathode anzuordnen, um soweit als möglich
zu vermeiden, daß Teilchen, die durch die Kathode emittiert werden, die Sekundärelektronen
emittierende Elektrode vergiften. Indessen haben wir gefunden, daß die kurze Lebensdauer
von Sekundärelektronen emittierenden Elektroden nicht in erster Linie der Vergiftung
der Sekundärelektronen emittierenden Oberfläche, wie oben angegeben, zuzuschreiben
ist, sondern von der Zersetzung des Materials herrührt, das die Sekundärelektronen
emittierende Oberfläche bildet, gefolgt von einer Verdampfung eines oder mehrerer
der Bestandteile, die die Oberfläche bilden. Es wurde z. B. daran gedacht, daß,
wenn Magnesiumoxyd als Sekundärelektronen emittierendes Material verwendet wird,
das Magnesiumoxyd sich unter dem Elektronenbombardement in Magnesium und Sauerstoff
zersetzt und daß .diese beiden Elemente verdampfen können, wenn die Temperatur während
des Elektronenbombardements hoch genug ist, während, wenn Berylliumoxyd verwendet
wird als Sekundärelektronen emittierendes Material, es sich unter dem Einfluß des
Elektronenbombardements in Beryllium und Sauerstoff zersetzt, wohingegen wahrscheinlich
ist, daß nur Sauerstoff verdampft.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung von Sekundärelektronen emittierenden Elektronen mit dem Ziel, die Lebensdauer
hiervon zu erhöhen, insbesondere wenn sie einem Elektronenbombardement großer Dichte
unterworfen werden.
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Es könnte daran gedacht werden, daß die Lösung des o:benerwähnten
Problems die Verwendung einer dicken Schicht Sekundärelektronen emittierenden Materials
ist. Es wurde jedoch gefunden, daß eine Schicht aus Magnesiumoxyd, die genügend
dick ist, um eine befriedigend große Lebensdauer zu besitzen, unter einem Bombardement
großer Dichte fast vollständig isolierend wirkt, so daß die Entladungsvorrichtung
unberechenbar arbeitet und ihr Verhalten durch die Tatsache beeinflußt wird, daß
die emittierten Sekundärelektronen nicht sogleich durch den Stromfluß von der leitenden
Grundlage durch das Sekundärelektronen emittierende Material ersetzt werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Sekundärelektronen emittierenden Elektroden ausgebildet, die einen Überzug von
Sekundärelektronen emittierendem Material darauf haben, bei dem ein Gemisch von
feuerfesten Oxyden, die teilweise aber nicht ganz aus Erdalkalioxyden bestehen,
gesintert ist und danach auf die Elektrode gebracht wird, um den Überzug zu bilden.
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Das Sintern ist ausgeführt durch Erhitzen des Gemisches in Luft auf
eine Temperatur in der Nähe von izoo° innerhalb einer hinreichenden Zeit, um eine
Oberflächenverschmelzung oder Anhäufung der Teilchen zu erzielen.
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Es wurde gefunden, daß durch Herstellung einer Elektrode gemäß der
Erfindung ein Überzug von Elektronen emittierendem Material hergestellt werden kann,
der von guter Leitfähigkeit ist, so daß er verhältnismäßig dick mindestens
25 . l0-4 inm gemacht werden kann. Es ist hierbei angenommen, daß die Anwesenheit
von Erdalkalioxyden und der Zustand der physikalischen Anhäufung der Teilchen des
Überzuges, der durch das Sintern hervorgerufen wird, zu der Leitfähigkeit beiträgt.
Indem man eine Elektrode, die gemäß der Erfindung hergestellt ist, verwendet, ist
es deshalb möglich, eine thermionische Röhre mit Sekundärelektronenemission herzustellen,
die in ihrem Verhalten zuverlässig ist, obwohl ein Überzug von Sekundärelektronen
emittierendem Material auf der Sekundärelektronen emittierenden Elektrode angebracht
ist, der genügend dick ist, um eine befriedigende Lebensdauer von einigen loo Stunden
unter Bombardement hoher Dichte zu geben.
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Vorzugsweise umfassen außer den Erdalkalioxyden die feuerfesten Oxyde
Magnesiumoxyd; aber auch andere feuerfeste Oxyde, die Sekundärelektronenemission
geben können, wie Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd, können verwendet werden, und
die Erdalkalioxyde enthalten vorzugsweise Bariumoxyd. Die anderen Erdalkalioxyde
können an Stelle von Bariumoxvd verwendet werden. Das Erdalkalioxyd wird vorzugsweise
vor dem Sintern in die Mischung gegeben in Form eines Erdalkalicarbonates, wobei
das Carbonat wahrscheinlich während der Herstellung des Überzuges reduziert wird.
Die Sekundärelektronen emittierende Elektrode kann beispielsweise eine Grundlage
von Nickel, Platin oder goldplattiertem Molybdän aufweisen. Bei einigen zum Gebrauch
als Grundlage von Sekundäremissionselektroden geeigneten Metallen wurde gefunden,
daß vor dem Niederschlagen des Sekundärelektronen emittierenden Materials darauf
die Grundlage in einem solchen Maße oxydiert, daß eine dünne Schicht gebildet wird,
welche dem richtigen Arbeiten der Elektrode entgegenwirkt. Es wurde gefunden, daß
:Nickel in dieser Weise oxydiert, und in diesem Fall kann das Grundmetall gereinigt
werden, um jeden Oxydüberzug zu entfernen, worauf die Grundlage danach mit einem
dünnen Metallüberzug versehen
wird, welcher die Bildung eines schädlichen
Films verhindert. Ein solches Metall kann Magnesium sein.
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Die l:rfinctting ist insbesondere anwendbar auf die Herstellung von
Sekundärelektronen emittierenden Elektroden, die einen Überzug von Sekundärelektronen
emittierendem Material haben, der Magnesimnoxyd und Bariumoxyd enthält, wobei das
letztere Oxyd mindestens 15 % des Gesamtgewichtes der erwähnten beiden Oxyde ausmacht.
Die Herstellung einer Sekundäremissionselektrode kann in der Weise erfolgen, daß
zunächst ein Streifen oder ein 1Zohr aus Nickel, welches die Grundlage der Elektrode
bildet, im Vakuum bei Rotglut gereinigt und im Vakuum auf die Oberfläche der Elektrode
ein dünner llagiiesiumüberzu, aufgedampft wird, z. B. von weniger als 25 - lote
nun Dicke.
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Als Sekundärelektronen emittierendes Material wird z@vecl;ni'iliig
Magnesiumoxyd und Bariumcarbonat verwendet, und bei der Herstellung des Materials
werden etwa .lo % Bariumcarbonat mit 6o % \lahiiesiumoxvd gemischt und bei etwa
1200° C in Luft gesintert. Das entstehende Gemisch wird dann in Aceton, welches
eine geringe Menge Nitrocellulose enthält, gebracht, wobei wasserfreies Aceton verwendet
wird. Das Gemisch wird dann in einer Kugelmühle gemahlen und durch Schütteln elektrisch
aufgeladen. Es wird dann auf der mit 11:ignesitim überzogenen Nickelelektrode in
bekannter Weise durch Kataphorese niedergeschlagen, wobei die überzogene \ ickelelektrode
in der elektrisch aufgeladenen 'Mischung kathodisch gemacht wird, tind die -\Iischung
während der Katal>lioresc@ vorzugsweise gerührt wird. Das Niederschlagen wird fortgesetzt,
bis der Überzug des Materials eine Dicke zwischen 25 - 1o-4 mm und 12,3 - 1o-4 mm
aufweist, obwohl in einigen Fällen ein dickerer Cberzug wünschenswert sein kann.
Die Elektrode wird dann in eine Verstärkerröhre so eingebaut, wie es im zweiten
Absatz dieser Beschreibung angegeben ist, die Röhre wird evakuiert und die Elektrode
entgast und aktiviert durch Erhitzen auf eine Temperatur zwischen ungefähr
700 bis 9o0° C, gewöhnlich 8oo° C für einige Minuten. Die Erhitzung kann
durch ein Bombardement von I'riinä relektronen ausgeführt werden, aber wahlweise
oder zusätzlich kann eine Hilfsheizvorrichtung innerhalb der Sekundärelektronen
emittierenden Elektrode verwendet werden. Während angenommen wird, claß das Material
des Überzuges aus einer einfachen engen -Mischung der feuerfesten Oxvde besteht,
wenn der Überzug gebildet ist, kann es auch sein, daß die Oxvde sich zu einer Struktur
mit komplexem Kristallgitter zusammensetzen.
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Durch Verwendung einer erfindungsgemäß angefertigten Elektrode ist
es möglich, eine Entladungsvorrichtung zu schaffen, die unter geeigneten Arbeitsbedingungen
einen Vervielfachungsfaktor (d. 1i. das Verhältnis des Sekundärstromes, der zu der
Sammelelektrode der Röhre fließt, zu dem Priniärstroni, der die Sekundärelektronen
emittierenden Elektroden der Röhre bombardiert) von ungefähr 3 hat und die eine
befriedigende Lebensdauer von einigen ioo Stunden hat. Indessen braucht es nicht
notwendig zu sein, die Sekundärelektronen emittierende Elektrode so anzuordnen,
daß sie außer Sicht der Glühkathode ist, so daß auf diese Weise die Konstruktion
der Vorrichtung vereinfacht wird.
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Natürlich sind nicht nur die Oxyde von Magnesium, Aluminium und Beryllium
feuerfeste Oxvde, sondern ebenfalls auch die Erdalkalioxyde. Der Ausdruck feuerfeste
Oxyde, der hier und in den Ansprüchen verwendet wird, schließt daher die Erdalkalioxyde
ein. Unter dem Ausdruck Erdalkalioxyde, der hier und in den Ansprüchen verwendet
wird, sind nur die Oxyde von Calcium, Strontitim und Barium zu verstehen.