DE919000C - Vakuumgefaess fuer eine elektrische Entladungsroehre - Google Patents

Vakuumgefaess fuer eine elektrische Entladungsroehre

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DE919000C
DE919000C DEA8875D DEA0008875D DE919000C DE 919000 C DE919000 C DE 919000C DE A8875 D DEA8875 D DE A8875D DE A0008875 D DEA0008875 D DE A0008875D DE 919000 C DE919000 C DE 919000C
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DE
Germany
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silicon dioxide
wall
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glass
vacuum vessel
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Expired
Application number
DEA8875D
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English (en)
Inventor
Louis Navias
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/02Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
    • H01J25/06Tubes having only one resonator, without reflection of the electron stream, and in which the modulation produced in the modulator zone is mainly velocity modulation, e.g. Lüdi-Klystron

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt, bei denen die Maßnahme nach der Erfindung benutzt worden ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vakuumgefäß für eine elektrische Entladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der den Laufweg der Elektronen umgebenden, im wesentlichen aus geschmolzenem Siliziumdioxid bestehenden Wandung des Vakuumgefäßes mit einem Überzug aus einem Schmelzprodukt aus Siliziumdioxyd und einem alkalifreien Oxyd, welches mit Siliziumdioxyd ein Glas bildet, überzogen ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen zwei auf der Innenwandung angebrachten ringförmigen Elektroden befindliche Teil mit einem Überzug aus einem Schmelzprodukt aus Siliziumdioxyd und einem alkalifreien Oxyd, welches mit Siliziumdioxyd ein Glas bildet, überzogen ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem überzug versehene Wandungsteil aus geschmolzenem Quarz besteht.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Si OZ und einem oder mehreren Oxyden der Gruppe P2 05, B2 03 und Pb O besteht.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß der Glasüberzug zur Änderung der Sekundäremissionseigenschaften mit einem weiteren Überzug aus Magnesiumoxyd od. dgl. versehen ist.
  6. 6. Verfahren zur Aufbringung eines schwach leitenden dünnen Überzuges auf die Wandung eines im wesentlichen aus geschmolzenem Siliziumdioxyd bestehenden Vakuumgefäßes nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zu überziehende Wandungsteil mit einer wäßrigen Lösung eines alkalifreien Oxydes, welches mit Siliziumdioxyd ein Glas bildet, derart benetzt wird, daß sich ein dünner Film bildet und daß mittels einer oxydierenden reduzierenden Flamme das Wasser der Lösung verdampft und der Rückstand in die Wandungsoberfläche eingeschmolzen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungsoberfläche vor der Benetzung mittels Chromsäure gereinigt wird. B. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung von Phosphorpentoxyd verwendet wird, vorzugsweise in einer Zusammensetzung von etwa 5o °/o H20 und 50'10 P,20,5-
DEA8875D 1940-04-27 1941-02-27 Vakuumgefaess fuer eine elektrische Entladungsroehre Expired DE919000C (de)

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