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Vakuumgefäß für eine elektrische Entladungsröhre Die Erfindung betrifft
die Ausbildung des Vakuumgefäßes für eine elektrische Entladungsröhre, insbesondere
nach Art der Ultrakurzwellenröhren mit GeschwindigkeitsmoduIation, bei der ein Elektronenstrahl
ein langgestrecktes rohrförmiges Gefäß aus Quarzglas oder einem ähnlichen Werkstoff
durchquert. Beim Betrieb derartiger Entladungsgefäße treten häufig durch Aufladungen
der Wandung Schwierigkeiten auf; auf der Wandung von verschiedenen Teilen des Gefäßes
sammeln sich nämlich statische Ladungen. Die Ladungen rufen eine Änderung der Potentialverteilung
längs des Entladungsgefäßes hervor, so daß die Potentia:lverteilung wesentlich von
der normalen Potentialverteilung, die durch die Elektroden bestimmt ist, abweicht.
Die Erscheinung ist besonders ungünstig bei Ultrakurzwellenröhren, welche zur Schwingungserzeugung
benutzt werden. Unter gewissen Bedingungen können die Auf ladungen der Wandung so
groß werden, daß der normale Betrieb des Entladungsgefäßes gestört wird.
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Die oben .beschriebene Schwierigkeit kann bis zu einem gewissen Grad
vermieden werden; wenn an den Stellen, an denen Aufladungen eintreten, Elektroden
angeordnet werden. Die Elektroden bedingen jedoch Zuleitungen, so daß wiederum Schwierigkeiten
in
der Anbringung der Zuleitungen auftreten.
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Nach der Erfindung werden die Aufladunaen .der Wandung herabgesetzt,
und zwar insbesondere bei Gefäßen, welche zur Hauptsache aus geschmolzenem Siliziumdioxyd
bestehen, indem die inneren Wandungsoberflächen mit einer oberflächlichen Schicht
oder einer Glasur überzogen w=erden, welche aus einem Schmelzprodukt zwischen Siliziumdioxyd
und einem alkalifreien Oxyd besteht, das mit dem Silziumdioxyd ein Glas bildet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt,
bei denen die Maßnahme nach der Erfindung benutzt worden ist.
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Fig. i zeigt ein Entladungsgefäß nach der Erfindung, -während Fig.
2 eine graphische Darstellung enthält, welche lediglich zur Erläuterung der Erfindung
dient; Fig. 3 zeigt einen Teil der Anordnung nach. Fig. i in vergrößertem Maßstab.
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In der Fig. i ist eine Ultrakurzwellenröhre dargestellt; welche zur
Schwingungserzeugung benutzt wird. Das Entladungsgefäß besteht aus einem länglichen
rohrförmigen Teil 1o, welcher überall gleichen, Durchmesser hat. Der rohrförmige
Teil geht an adem rechten Ende in einen Teil i i größeren Durchmessers über, welcher
das zum Auffangen des Elektronenstrahls dienende System enthält. Um Leistungsverluste
zu vermeiden, welche bei ultrahohen Frequenzen auftreten, ist für das Entladungsgefäß
Quarzglas,. d. h. :geschmolzenes Siliziumdioxyd, al-s Werkstoff gewählt.
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Das Entladungsrohr io enthält ein. Strahlerzeugungssystem, das aus
einer Kathode 14, welche gestrichelt dargestellt ist, und aus einem Wehnelt-Zylinder
15 besteht. Der Wehnelt-Zylinder ist entweder direkt rnit der Kathode verbunden,
wie es in der Figur dargestellt ist, oder liegt an einem wenige Volt positiveren
oder negativeren Potential, als die Kathode. Zur Beschleunigung der Elektronen wird
eine Beschleunigungselektrode 16 benutzt, die vor der Kathode angeordnet ist und
an einem geeigneten positiven Potential, beispielsweise mehrere hundert Volt, liegt.
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An .dem anderen Ende .des Entladungsgefäßes befindet sich eine Anode
18 zum Auffangen des Elektronenstrahles, nachdem dieser das Entladungsroter io durchquert
hat. Vor der Anode befindet sich eine ringförmige Bremselektrode ig, um zu verhindern,
daß von der Anode 18 emittierte Sekundärelektronen in den Entladungsraum zurückkehren.
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Beim Betrieb des Entladungsgefäßes liegt die Anode an einem Potential,
welches mehrere tausend Volt über Kathodenpotential liegt, während das Bretnsgitter
ig an einer 5o bis ioo Volt negativeren Spannung als die Kathode liegt. Die Elektroden
sind mit einer Batterie 21 verbunden. Zur Fokussierung .des Elektronenstrahles werden
magnetische Fokussierungsspulen 23 benutzt.
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Durch das oben beschriebene Elektrodensystem wird ein Elektronenstrahl
erzeugt, der durch das das Entladungsgefäß umgebende Hochfrequenzelektrodensystem
geführt wird. Das Hochfrequenzelektrodensy stein besteht aus einer Reihe von hintereinander
angeordneten zylinderförmigen Elektroden 30 bis 3.4, die von einem koaxial
zu diesen Elektroden angeordneten Rohr 36, das über die Ringe 37 bzw. 38 mit den
Elektroden 3o bzw. 34 verbunden ist, gebildet -wird.
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In dem Hochfrequenzelektrodensystem können hochfrequente Schwingungen
erzeugt werden, wenn die Laufzeit der Elektronen durch die Elektroden 3ö bis 34
geeignet zu der Betriebsfrequenz des Schwingungserzeugers gewählt ist, vorausgesetzt,
daß die Kapazitäten in geeigneter Weise gewählt sind. Wenn die obengenannten Bedingungen
erfüllt sind, wird das Elektrodensystem durch den Elektronenstrahl erregt. Zur Auskopplung
der Leistung wird eine Koppelschleife q.o benutzt, die mit dem einen Ende der einen
Elektrode gekoppelt ist und mit einer koaxialen Rohrleitung 41 in Verbindung steht.
Zum Betrieb des Entladungsgefäßes ist es erforderlich, daß die Elektronen eine bestimmte
Geschwir3digkeit haben, da die Dimensionen der Elektroden und der Abstand der Elektroden
des Hochfrequenzelektrodensystems auf diese Geschwindigkeit abgestimmt sind. Diese
bestimmte Geschwindigkeit des Strahles muß also aufrechterhalten werden, um die
gewünschte Wirkungsweise zu erzielen.
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Die obengenannte Bedingung kann in gewissem Grade dadurch realisiert
werden, daß ringförmige Elektroden 44 und 45 innerhalb des Entladungsgefäßes an
den Grenzen des Hochfrequenzelektrodensy stems angebracht und an eine Spannung gelegt
-werden, die der gewünschten Strahlgeschwindigkeit entspricht.
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Bei der dargestellten Anordnung sind die Elektroden .4.4 und .:1.5
direkt mit dem Hochfrequenzelektrodensystem verbunden, welches mit dem geerdeten
positiven Pol der Batterie 21 an der Stelle q7 in Verbindung steht. Es -wurde jedoch
festgestellt, daß selbst bei diesen Vorsichtsmaßnahmen Aufladungen der Wandung des
Gefäßes eintreten, welche eine beträchtliche Änderung der Potentialverteilung zwischen
den Elektroden .1.:1. und 45 hervorrufen, so daß die Durchschnittsgeschwindigkeit
von dem gewünschten Wert abweicht.
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Dieser Zustand ist in der Fig. 2 graphisch dargestellt, in der die
Kurve A die Potentialverteilung zwischen den Gebieten a und b der Fig. i
zeigt, in denen das Potential durch die Elektroden 44 und 4.5 bestimmt ist. Bei
der Verwendung von Ouarzglas als Werkstoff für die Wandung können diese Änderungen
so groß werden, daß nach einer bestimmten Betriebszeit der gewünschte Betrieb unmöglich
gemacht wird. Diese Tatsache beruht auf den Sekundärernissionseigenschaften der
Wandung des Entladungsgefäßes. Bei manchen Ouarzgläsern beruht dieses anscheinend
auch darauf, daß Elektronen in das Glas selbst eindringen. Die Elektronen durchdringen
nämlich die molekulare Struktur des Glases. Infolge der geringen Leitfähigkeit des
Werkstoffes der Wandung können die Elektronen nicht zu leitenden Teilen gelangen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufladung der Wandung dadurch vermieden,
daß die innere Oberfläche
der Wandung zwischen den Elektroden qq.
und 45 mit einer oberflächlichen Schicht 5o (vgl. Fig. 3) überzogen wird, die eine
größere Leitfähigkeit als das Quarzglas hat. Als Überzüge können nur bestimmte Substanzen
benutzt werden, da zu beachten ist, daß an dieser Stelle des Entladungsgefäßes hochfrequente
Felder herrschen. Der Werkstoff muß also solche Eigenschaften haben, daß die gesamten
Hochfrequenzverluste nicht größer als diejenigen des Quarzes sind, um keine Störung
des Betriebes des Entladungsgefäßes zu verursachen. Diese Forderungen werden durch
eine Oberflächenschicht erfüllt, welche aus einem Schmelzprodukt zwischen Siliziumdioxyd
und einem Oxyd besteht, das mit dem Siliziumdioxyd ein Glas bildet. Als Zusätze
eignen sich besonders Phosphorpentoxyd (P205), Borsäure (B2 03) und Bleioxyd (Pb
O) oder ein Gemisch dieser Oxyde. Es ist besonders wichtig, daß die das Glas bildenden
Werkstoffe frei von Alkalien wie Na203 und K203 sind, die im allgemeinen in den
üblichen Gläsern enthalten sind. Durch den Gehalt an Alkalien werden nämlich die
Hochfrequenzverluste beträchtlich gesteigert. Als besonders geeignet hat sich Phosphorpentoxyd
erwiesen, wenn die Wandung mit einer Glasur von Phosphorpentoxyd versehen wird.
Zum Aufbringen des Phosphorpentoxyds benutzt man zweckmäßig folgendes Verfahren.
Eine wäßrige Lösung von Phosphorpentoxyd wird hergestellt, indem man Phosphorpentoxyd
in Wasser löst. Zweckmäßig enthält die wäßrige Lösung 5o '/o P,0,. Diese Lösung
wird in das gereinigte Entladungsrohr derart hineingebracht, daß auf der Oberfläche
ein Film gebildet wird. Zweckmäßig ist das Quarzglas mit Chromsäure gereinigt worden,
um eine gleichmäßige Benetzung der Oberfläche zu erhalten. Das mit einem Film von
P205 überzogene Quarzglas wird in einer oxydierenden, reduzierenden Flamme erhitzt,
um das Wasser zu verdampfen und das Phosphorpentoxyd in die Quarzoberfläche einzuschmelzen.
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Die anderen obenerwähnten Oxyde können in entsprechender Weise wie
das P205 auf die Oberfläche des Entladungsrohres aufgebracht werden. Gegebenenfalls
kann man auch zum Aufbringen der Oxyde andere bekannte Verfahren benutzen.
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Die Wirkung des Gegenstandes der Erfindung beruht auf der höheren
Leitfähigkeit der auf die Quarzoberfläche aufgebrachten Glasur im Vergleich zu der
Leitfähigkeit des Quarzglases selbst. Infolge der Leitfähigkeit dringen die Elektronen
nicht in die Glasur ein, sondern werden abgeleitet. Selbstverständlich ist die Bezeichnung
Leitfähigkeit nur ein rein relativer Begriff, denn die Leitfähigkeit des Überzuges
soll lediglich höher als die des Quarzglases sein, trotzdem ist die Leitfähigkeit
weit geringer als die Leitfähigkeit von typischen Metallen. Gegebenenfalls kann
die Aufladung der Wandung noch besser vermieden werden, wenn die glasierte Oberfläche
des Quarzglases mit Magnesiumoxyd oder einer ähnlichen Substanz überzogen wird,
um die Sekundäremissionseigenschaften zu ändern.
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Wenn bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße
Maßnahme bei einerKathodenstrahlröhre zur Schwingungserzeugung benutzt worden ist,
so kann der Gegenstand der Erfindung auch bei anderen Kathodenstrahlröhren Anwendung
finden, bei denen störende Wandladungen auftreten.