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Mit Sekundäremission arbeitende Verstärkerröhre Die Erfindung betrifft
eine mit Sekundäremission arbeitende Verstärkerröhre, bei welcher zwischen der Primärelektronenquel.le
und einer Prallplatte eine gitterförmige Arbeitselektrode angeordnet ist.
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Es ist bekannt, bei Netzvervielfachern die Netze als Gitter mit hochkant
gestellten, bandförmigen Leitern auszubilden und sogenannte Führungsgitter vorzusehen,
welche dafür sorgen sollen, daß die Primärelektronen vollzählig auf die nächste
Prallelektrode gelangen. Diese Führungsgitter haben jedoch nicht die Aufgabe, den
Elektronenstrom an einer gitterförmigen Elektrode vorbeizuleiten, sondern sie sollen
im Gegenteil den Entladungsstrom auf diese aufprallen lassen.
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Auch ist es bekannt, bei Netzvervielfachern zwischen den Prallnetzen
Blenden vorzusehen, die die Aufgabe haben, den Entladungsstrom zu bündeln, so daß
die Primärelektronen die nächstfolgende netzförmige Prallelektrode möglichst vollzählig
treffen. Es handelt sich also auch hier nicht darum, die Primärelektronen durch
Öffnungen einer gitterähnlichen Elektrode hindurchzubringen, sondern gerade das
Gegenteil .soll erreicht werden. In diesem Fall wäre es sogar ungünstig, die Elektronen
durch die Öffnungen der nächsten Prallelektrode hindurchzuführen, weil sie damit
für die Vervielfachung ausfallen.
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Es ist bei Sekundärelektronenvervielfachern ferner bekannt, die Arbeitselektrode
als Netz auszubilden und vor der letzten Prallelektrode, die massiv ausgebildet
ist, anzuordnen. Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten insofern, als ein Teil
der Primärelektronen bereits unmittelbar von der Arbeitselektrode, die höheres positives
Potential
führt als die nachfolgende Prallelektrode, aufgefangen
werden, wodurch der Wirkungsgrad der Sekundärelektronenvervielfachung herabgesetzt
wird.
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Diese Mängel beseitigt die Erfindung bei einer mit Sekundäremission
arbeitenden Verstärkerröhre, bei welcher zwischen der Primärelektronenquelle und
einer Prallplatte eine gitterförmige Arbeitselektrode angeordnet ist, dadurch, daß
erfindungsgemäß eine in der Richtung Kathode-Arbeitselektrode der Arbeitselektrode
vorangehende, mit dieser übereinstimmende gitterförmige Elektrode in Deckung mit
ihr angebracht und an ein solches von dem Potential der Arbeitselektrode abweichendes
konstantes, gegenüber dem der Kathode positives Potential gelegt ist, daß die beiden
in Deckung stehenden Elektroden beim Betrieb der Röhre als ein die Primärelektronen
durch die Gitteröffnungen hindurch zu der Prallplatte richtendes Elektronenlinsensv
stem wirken.
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Bei Schirmgitterröhren mit Wickelgittern ist es bekannt, Schirmgitter
und Steuergitter, die mit der gleichen Höhe gewickelt sind, miteinander zur Deckung
zu bringen und durch die sich zwischen diesen beiden Gittern ausbildenden Elektronenlinse
die Elektronen an dem Schirmgitter vorbeizuführen.
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Ein wesentlicher Unterschied des Erfindungsgegenstandes demgegenüber
besteht darin, daß zur Erzielung der Linsenwirkung eine besondere Hilfselektrode
vorgesehen ist, die nicht schon für die bestimmungsgemäße Wirkungsweise der Röhre
notwendig ist. Hierdurch ergeben sich verschiedene Vorteile. Die beiden das Linsenfeld
erzeugenden Elektroden können so ausgebildet und in einer solchen Lage zueinander
angeordnet werden, wie es für die Erzielung der Linsenwirkung und für die Wirkungsweise
der hinteren Elektrode als Arbeitselektrode am günstigsten ist; aber auch die kathodenwärts
von dieser besonderen Elektrode befindlichen Elektroden können in der für ihren
Verwendungszweck besten Weise ausgebildet Eierden. Dies ist nicht möglich, wenn
man die besondere Elektrode wie bei den bekannten Röhren gleichzeitig als Steuergitter
benützt. Das Steuergitter ist im allgemeinen feinmaschig gewickelt, während die
Arbeitselektrode der mit Sekundäremission arbeitenden Verstärkerröhre gemäß der
Erfindung verhältnismäßig grobmaschig ausgeführt sein soll. Ferner soll die besondere
Elektrode dicht vor der Arbeitselektrode liegen, während ein Steuergitter gegen
die Arbeitselektrode entkoppelt sein soll. -Auch die gleichzeitige Verwendung der
besonderen Elektrode als Schirmgitter erfordert die Erfüllung von einander widersprechenden
Forderungen, insbesondere soll das Schirmgitter verhältnismäßig engmaschig sein,
um eine ausreichende Abschirmwirkung herbeizuführen. Hingegen muß man von der besonderen
Elektrode verlangen; daß ihre Maschenweite der Gestalt der Arbeitselektrode entspricht,
also verhältnismäßig groß ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung erläutert. Abb. i bis 3 zeigen
eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung. Abb. z ist ein Querschnitt
durch das Elekträdensystem, Abb. 2 ein vereinfachter Aufriß, bei dem die Elektrode
15 teilweise aufgeschnitten ist,undAbb.3einevergrößerte Teilansicht zur Erklärung.
Die in Abb. z und 2 dargestellte Röhre hat eine zentrale, rechteckige Kathode 3,
welche direkt oder indirekt geheizt sein kann und symmetrisch innerhalb eines dicht
anschließenden Steuergitters q. in Form einer flachgedrückten Ellipse liegt. Das
Steuergitter hat vorzugsweise zwei lange Haltestreben 5, die in der verlängerten
Kathodenebene liegen. Das Steuergitter ist symmetrisch durch ein Schirmgitter 6
umgeben, dessen Haltestreben 7 vorzugsweise ebenfalls in der gemeinsamen Ebene der
Kathode und der Haltestreben des Steuergitters liegen. Jedes Ende des Schirmgitters
(das Ende in der Nähe desjenigen Teiles des Gitters ist gemeint, an dem die Haltestreben
befestigt sind) wird symmetrisch von einer Feldelektrode z4', 15' aus Blech,
welches ähnlich eines offenen Kastens geformt ist, umgeben. Die offenen Seiten der
beiden Kasten sind den @',Schirmgitterenden, die etwas in jeden Kasten hineinragen,
zugewendet. Symmetrisch zur Kathode und außerhalb des Schirmgitters ist ein Paar
weiterer Gitter 8 und 9, im folgenden Linsengitter genannt, angeordnet; welche miteinander
verbunden und sehr weitmaschig sind. Außerhalb der beiden Linsengitter und wieder
symmetrisch zur Kathode befindet sich ein Paar weiterer Gitter io, i i, im folgenden
Anodengitter genannt, welche ebenfalls miteinander verbunden und ,den Linsengittern
gleich sind. Außerhalb des Anodengitters und wieder symmetrisch zur Kathode ist
ein Paar Vervielfacherelektroden 12, 13 in Form von Metallplatten angeordnet, welche
miteinander verbunden sind und auf den Flächen 12", 11, auf irgendeine bekannte
Weise sekundäremissionsfähig gemacht sind und mit sich nach rückwärts erstreckenden
Kühlflügeln 12b, 13b versehen sind. Diese Verv ielfacherelektroden können z. B.
aus Kupfer hergestellt werden, das oxydiert und mit' Zäsium aktiviert wird. Es wurde
gefunden, daß solche Vervielfacherelektroden dauerhafter sind als dieZäsium-Silber-Type,
die natürlich ebenfalls verwendet werden kann. Wie am besten aus der schematischen
Ansicht der Ahb. 3 ersichtlich ist, liegt jeder Draht oder jede Strebe einer Anode
i o, ii unmittelbar hinter einem Gitterdraht des benachbarten Linsengitters 8, 9,
so daß eine durch zwei solche Streben, durch eine Anoden-Gitter-Strebe und durch
die benachbarte Linsengitterstrebe gezogene Linie senkrecht zur Emissionsoberfläche,
bezeichnet mit 12", 13", der Vervielfacherelektrode und zu den wirksamen Flächen
des Schirm- und Steuergitters (nicht mitgezeichnet) verläuft.
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Im Betrieb wirken die einem offenen Kasten ähnlichen Elektroden 1.4'
und 15' als @strahlbildende Elektroden, um die Primärelektronen in zwei seitlichen
Reihen zu sammeln, welche auf ihrem Wege zu den Vervielfacherelektroden durch die
Steuergitter, die Schirmgitter, die Linsengitter und die
Anodengitter
hindurchgehen. Hier werden Sekundärelektronen in vervielfachter :'#iizahl ausgelöst,
die zum Anodengitter übergehen und den Strom der Ausgangsanode bilden. Ein passendes
Arbeitspotential für die Linsengitter ist das des Schirmgitters, mit welchem dieselben
vorzugsweise, gegebenenfalls innerhalb der Röhre, verbunden werden. Im Betriebe,
wenn geeignete Spannungen an die verschiedenen Elektroden angelegt werden, folgen
die meisten Primärelektronen nach ihrem Austritt aus der Kathode Bahnen, welche
durch die Zwischenräume in den Linsengittern und Anodengittern hindurchführen, ohne
dieselben zu berühren und zu der Vervielfacherelektrodenoberfläche zu führen. In
der Abb. 3 bedeuten die gestrichelten, mit Pfeilspitzen versehenen Linien Wege der
Primärelektronen, die vollen Linien mit Pfeilspitzen Wege der Sekundärelektronen,
die punktierten Linien in der üblichen Art Äquiipotentiallin,ien und die strichpunktierten
Linien Kraftlinien.
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Der Anschluß zur Steuerelektrode wird vorzugsweise durch das eine
Ende des Kolbens (nicht dargestellt) geführt, welches dem die Durchführung der Ausgangsanode
enthaltenden Ende gegenüberliegt.
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Vorzugsweise wird auch ein elektrostatischer Schirm über dem Elektrodensystem
an dem Ende vorgesehen, an dem das Steuergitter herausgeführt wird, um die kapazitive
Rückwirkung zu verringern. In der Abb. 2 sind die nach außen führenden Anoden- und
Schirmanschlüsse gezeigt und mit 2o und 17' bezeichnet.
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Die gewöhnliche Ausführung der Kathode wird mit Barium aktiviert,
und es wurde festgestellt, daß bei einer Röhre, wie oben beschrieben, sich der Mangel
ergab, daß nach einem Betrieb von etwa ioo Stunden oder mehr die Arbeitsfähigkeit
im Vergleich zum Anfangszustand nachließ. Untersuchungen haben gezeigt, daß dieses
mit einer Verminderung des Sekundäremissionsfaktors der Vervielfacherelektroden
12, 13 -zusammenhängt und daß dieser Faktor von einem anfänglichen Wert von q. oder
5 auf einen Wert von weniger als zwei zurückging. Dieses liegt daran, daß, wenn
die Röhre in Betrieb ist, Bariumatome, welche dauernd von der bariumaktivierten
thermionischen Kathode abgeschleudert werden, auf die Vervielfacherelektrode 12,
13 auftreffen und mit der Zeit die empfindlichen Oberflächen 12a, 13a mit einer
Bariuni-Schicht bedecken. Da die Sekundäremissionsfähigkeit von Barium bedeutend
geringer ist als jene der Zäsiumoberfläche, leidet darunter die Empfindlichkeit
der Röhre. Es wird daher im folgenden ein Weg vorgeschlagen, der dieses vermeidet.
Dieser Teil der Erfindung, welcher allgemein bei Eleh tronenvervielfachern angewendet
werden kann, besteht darin, daß eine Elektronenröhre, in welcher ein von einer bariumaktivierten
oder ähnlichen Primärkathode, die im Betrieb gleichzeitig Atome aussendet, ausgehender
Primärelektronenstroin durch Sekundärelektroneneffekte an einer Vervielfacherelektrode
vervielfacht wird, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgestattet
wird, um die Elektronen zu veranlassen, auf gekrümmten, an Stelle von geradlinigen
Bahnen von der Primärkathode zur Vervielfacherelektrode zu gelangen, und daß die
Vervielfacherelektrode so angeordnet ist, daß sie zwar von den den gekrümmten Bahnen
folgenden Elektronen getroffen wird, aber außerhalb der Bahnen der Barium- oder
anderen Atomen liegt, denn die Atombahnen sind hauptsächlich geradlinig und von
dem magnetischen Feld unbeeinflußt.
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Es ist natürlich bekannt, bei Elektronenvervielfachern mit thermionischen
Primärkathoden gekreuzte magnetische oder elektrische Felder anzuwenden, um die
Elektronen zu veranlassen, von der Primärkathode zu der ersten Vervielfacherelektrode
und dann von Vervielfacherelektrode zu Vervielfacherelektrode auf gekrümmten Bahnen
zu fliegen, aber in bekannten Vervielfachern dieser Art wird das Primärkathodensystem
nur in einer Richtung ausgenutzt und deshalb meistenteils auch nur die halbe Kathodenemission.
Gegenüber den Elektronenvervielfachern mit zusätzlichem Magnetfeld bietet vorliegende
Erfindung eine bessere Ausnutzung des Primärkathodenstromes.
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Abb. 5 und 6 zeigen eine verbesserte Ausführung der in Abb. i bis
3 gezeigten Röhre. Abb. 5 ist ein Querschnitt durch das Elektrodensystem, und Abb.
6 ist ein Aufriß mit dem äußeren abschirmenden Behälter und der im Schnitt gezeigten
Feldspule, i ist ein Gefäß mit dem gebräuchlichen Kappenanschluß 2, welches eine
thermionische Bariumkathode 3 enthält, umgeben von einem flachgedrückten elliptischen
Steuergitter mit langen Haltestreben 5 und einem Schirmgitter 6 mit Haltestreben
7. Außerhalb der gegenüberliegenden Seiten des Schirmgitters 6 sind zwei symmetrisch
angeordnete Linsengitter 8 und 9 vorgesehen. Jedem Linsengitter 8 und 9 sind ein
Anodengitter io oder i i und eine Vervielfacherelektrode 12 oder 13 zugeordnet.
Die Oberflächen 12a, 13" der Elektroden 12, 13 sind vorzugsweise von der beschriebenen
Zäsiumtype. Entgegengesetzt gerichtete Feldplatten 14, 15, wie abgebildet gebogen,
sind mit gegenüberliegenden Enden des Schirmgitters 6 verbunden. Ein innerer Schirm
17 ist vorgesehen, um die Steuergitterzuführung elektrostatisch abzuschirmen, und
dieser Schirm wird vorzugsweise außerhalb der Röhre fortgesetzt durch den Behälter
18, der aus Kupfer oder anderem gutleitenden Werkstoff hergestellt ist. Es ist vorteilhaft,
diesen Behälter mit Scheiben, wie abgebildet, zu verseben und ihn als Spulenkörper
für die Spule i9, welche in Betrieb durch eine Gleichstromquelle über einen Widerstand
gespeist wird und dadurch das erforderliche magnetische Feld erzeugt, zu verwenden.
Infolge dieser Anordnung können die von der Kathode 3 herausgeschleuderten Bariumatome
nicht auf die empfindlichen Oberflächen 12a, 13" auftreffen. Dieses ist dargestellt
in der Abb. 5, wo die gestrichelten Linien mit Pfeilspitzen Primärelektronenbahnen
darstellen, die kurzen vollen Linien mit Pfeilspitzen Sekundärelektronenbahnen und
die strichpunktierten Linien mit Pfeilspitzen Bariumatombahnen.
Die
Bariumatome treffen auf die Platten 14, 15 auf, welche sich auf Schirmgitterpotential
befinden. Die Platten 14 und 15 müssen nicht auf Schirmgitterpotential gehalten
werden, sondern sie können von den anderen Elektroden getrennt und an ein geeignetes
positives Potential gelegt werden. Die dargestellte Anordnung jedoch wird aus Gründen
der Einfachheit bevorzugt werden.
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Bei den soweit beschriebenen und gezeigten Konstruktionen werden in
jedem Fall die meisten Primärelektronen durch das Linsengitter hindurchfliegen und
auf,die ",.'e-rvielfacherelektrode auftreffen. Manche Elektronen werden jedoch auf
das Linsengitter selber auftreffen. Wenn dieses Linsengitter aus ?Wickel gemacht
wird, werden die meisten Elektronen, die dort auftreffen, wegen der hohen Oberflächenarbeitsfunktion
dieses Stoffes verlorengehen. Es ist deshalb vorzuziehen, die Linsengitter sekundäremissionsfähig
zu machen, z. B. sie aus Silber oder Kupfer mit oxydierter Oberfläche und bedeckt
mit Zäsium herzustellen. Dieses Mittel ergibt eine wesentliche Vergrößerung der
Empfindlichkeit, und es wird in der Tat eine Verbesserung der Steilheit von 2o bis
25 % erreicht. Die Art und Weise, in welcher die Verbesserung erzielt wird, ist
am besten aus Abb. 4. ersichtlich, in welcher dieselben Bezugszeichen und Bezeichnungen
der Elektronenbahnen wie in Abb. 3 benutzt werden mit dem Unterschied jedoch, daß
in Abb. q: das Linsengitter sekundäremissionsfähig ist. Die Elektronenbahnen x im
unteren Teil der Abb. q. stellen den Fall dar, in welchem ein Primärelektron durch
das Linsengitter hindurchfliegt (dieses wird die große Mehrzahl tun) ; die Wege
y und z stellen zwei Fälle dar, in denen ein Primärelektron auf das Linsengitter
auftrifft. Wie ersichtlich, geht in keinem Fall das Elektron verloren, denn im Falle
y werden Sekundärelektronen emittiert und gelangen unmittelbar an das Ausgangsgitter
io, i1, während im Fall z Sekundärelektronen emittiert werden, die zu der Vervielfacherelektrodenoberfläche
12, 13u gelangen, wo nochmals Sekundärelektronen emittiert werden, die dann
zum Ausgangsgitter io, i i übergehen.