-
Ionenventil Falls man in einer !dampf- oder gasförmigen Strombahn
den Druck oder, genauer ausgedrückt, die Dampf- bzw. Gasdichte (die bei gleicher
Temperatur dem Druck proportional ist) sinken läßt, sinkt anfangs auch der Spannungsabfall
in der Strombahn, um bei einem gewissen, von der Beschaffenheit des Gases bzw. Dampfes
gewissermaßen abhängigen Druck ein Mindestmaß zu erreichen und dann wieder zu steigen.
Er wird beträchtlich, wenn die Gasdichte so niedrig wird, daß die freie Weglänge
der Elektronen von der gleichen Größenordnung wie die Abmessungen des umgebenden
Gefäßes wird, weil die Wahrscheinlichkeit einer Stoßionisation dann schnell abnimmt
und die gesamte Ionisation niedriger wird, so daß die früher als ein Ionenventil
wirkende Strombahn als ein reines Elektronenventil zu wirken anfängt. Man kann annehmen,
daß ein solcher Übergang etwa bei einer freien Elektronenweglänge von der Größenordnung
von i cm eintritt.
-
Ein reines Elektronenventil vermag bei gleichen Abmessungen nur einen
beträchtlich schwächeren Strom als ein Ionenventil zü leiten und hat auch einen
höheren Spannungsabfall. Es hat andererseits gewisse Vorteile gegenüber dem Ionenventil,
unter anderem eine größere Sicherheit gegen Rücksttom
(Rückzündung)..
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ionenventil, das diesen Vorteil des Elektronenventils
mit der wesentlich höheren Stromleitfähigkeit und dem-niedrigeren Spannungsabfall
des Ionenventils vereinigt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine mit
hoher Frequenz --(von -der Größenordnung 107-1o8 Hz) pendelnde Elektronenbewegung
die Fähigkeit hat, eine lebhafte Stoßiönisierung auch in Gasen und Dämpfen zu bewirken,
deren Dichte so klein ist, däß die freie Elektronenweglänge von der gleichen Größenordnung
wie die Abmessungen des Gefäßes ist. Dies scheint darauf zu beruhen, daß die pendelnde
Bewegung dem Elektron eine wirksame Gesamtweglänge gibt, die vielmals größer als
der Abstand zwischen den Endlagen der Bewegung ist. Falls das Elektron z. B. geradlinig
hin und her pendelt, kann es sich. vielmals hin und zurück zwischen seinen Endlagen
bewegen, und die Wahrscheinlichkeit dafür, daß es während dieser ganzen Bewegung
auf ein neutrales Molekül mit genügender Geschwindigkeit trifft, um eine Stoßionisation
hervorzurufen, wird entsprechend erhöht. Die Bewegung kann auch kreisend anstatt
geradlinig hin und her gehend sein, und auch in diesem Fall wird- die Gesämtweglänge,
bevor @d;as Elektron zufällig aus seiner Bahn abgelenkt wird; vielfach größer als
der Kreisdurchmesser mit entsprechend erhöhter Wahrscheinlichkeit eines ionisierenden
Zusammenstoßes. Selbstverständlich ist auch jede Zwischenform zwischen der kreisenden
und der geradlinig hin und her gehenden Bewegung möglich, z. B. jede Form einer
Lissajouschen Kurvenbewegung. Die Pendelbewegung kann in verschiedener Weise geschaffen
werden. Eine hauptsächlich geradlinige Bewegung kann man durch den Anschluß eines
Hochfrequenzsenders an zwei Elektroden bewirken, die nicht innerhalb des Ventilgefäßes
liegen müssen, da der Strom kapazitiv durch die Wand geleitet werden kann. Sie kann
auch durch .ein schwingendes magnetisches Feld erzeugt werden. Eine Kreisbewegung
kann man durch zwei zueinander senkrechte phasenverschobene elektrische oder magnetische
Felder, oder durch eine Anordnung der Zyklotrontype erzeugen. Andere Arten von Pendelbewegungen
können in entsprechender Weise erzeugt werden.
-
Es ist bekannt, in dem elektrostatische Steuergitter umgebenden Raum
hochfrequente Schwingungen zu erzeugen, um idie Raumladung am Gitter zu. beeinflussen
und das letztere dadurch bei. einem Potential unwirksam zu machen, bei dem es sonst
sperren- würde. Hier wird also nicht beabsichtigt; die -Strombahn im übrigen zu
beeinflussen, die ohnedies genügend leitend angenommen wird.
-
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung in Abb.
i bis 3 schematisch dargestellt.
-
In Abb. x sind in einem Ionenventilgefäß i eine Glühkathode 2, ein
Gitter 3 und eine Anode ¢ für die Hauptstrombahn angebracht. In gewisser Entfernung-
von dieser Bahn. befinden sich zwei an einen Hochfrequenzsender 5 angeschlossene
Elektroden 6, 7, von denen die von der Hauptstrombalin entfernteste, 6, eben und
die andere, 7, ringförmig ist. Die- hochfrequente: Spannung erzeugt eine oszillierende
Elektronenbewegung zwischen den Elektroden 6 und 7, und durch eine entsprechende
Potentialverteilung kann man den größeren Teil der hierdurch gebildeten Ionen an
die Hauptstrombahn überführen, deren Leitfähigkeit sie bedeutend erhöben. Sobald
die hochfrequente Pendelung aufhört; erfolgt infolge:: der geringen. Gasdichte eine
schnelle Entionisierung, so däß die Hauptstrombahn im wesentlichen einen Elektronenventilcharakter
wieder erhält. Beispielsweise kann eine solche Entionisierung jedesmal bewirkt werden,
wenn die Hauptstrombahn gesperrt werden soll.
-
In Abb. 2 ist die Kathode 12 nur schematisch angedeutet; sie kann
eine Glüh- oder Lichtbogenkathode sein. Im letzteren Fall soll der sie umgebende
Raum gegebenenfalls besonders gekühlt sein, um den Dämpfdruck niedrig zu halten.
Die an einen Hochfrequenzerzeuger 15 angeschlossenen Elektroden 16, 17 sind hier
beide ringförmig und an verschiedenen Seiten der Hauptanode 1q; angebracht. Die
oberhalb der Anode angebrachte Hochfrequenzelektrode 16 kann gegebenenfalls mit
der Anode verbunden sein.
-
In Abb. 3 sind die Hochfrequenzelektroden 2,6,.27 so -angebracht,
daß die zwischen ihnen stattfindende Elektronenbewegung im wesentlichen quer zur
Hauptstrombahn zwischen der Anode 2q. und -der Kathode 23 erfolgt. Letztere ist
schematisch als eine Glühkathode mit mittelbarer Erhitzung angedeutet.
-
Den Abh. 2 und 3 ist es gemeinsam, daß die Elektroden zur Einführung
der die Elektronenpendelung bewirkenden hochfrequenten Spannung zu beiden Seiten
der Anode der Hauptstrombahn derart liegen, daß, die Ionisierung besonders stark
in der Nähe dieser Anode wird, was sich als wichtig erwiesen hat.