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Elektronenstrahlröhre mit einem Leuchtschirm Die Erfindung bezieht
sich auf eine Elektronenstrahlröhre mit einem Schirm, der mit einem oder mehreren
blau- und ultraviolett leuchtenden, mit Cer aktivierten Stoffen versehen ist. Eine
solche Röhre kann insbesondere zur Fernsehübertragung von Filmen oder Diapositiven
verwendet werden.
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Bei Elektronenstrahlröhren mit einem Leuchtschirm ist es manchmal
erforderlich, daß der Leuchtstoff eine Fluoreszenz mit einer sehr kurzen Abklingzeit
hat. Dies ist z. B. der Fall bei der Verwendung einer Elektronenstrahlröhre als
Lichtduelle in Apparaten zur Fernsehübertragung von Filmen oder Diapositiven (in
der britischen und amerikanischen Literatur mit flying-spot :scanners bezeichnet).
In solchen Apparaten wird ein Bild Punkt für Punkt beleuchtet von dem sich schnell
verstellenden Lichtfleck, der auf dem Leuchtschirm einer Elektronenstrahlröhre vom
wandernden Elektronenstrahl erzeugt wird, der einen Raster auf dem Schirm beschreibt.
Das das Bild durchsetzende Licht wird von einer Photozelle aufgefangen und von dieser
in einen elektrischen Strom umgewandelt. Die Größe dieses Stromes ist naturgemäß
von der Durchlässigkeit des vom Licht getroffenen Bildteiles abhängig. Selbstverständlich
soll jeweils nur ein einziger Punkt des Bildes vom Licht getroffen werden, da sonst
der Strom der Photozelle nicht ausschließlich von der Durchlässigkeit des Bildes
am wiederzugebenden Punkt abhängig wäre. Nur der vom Elektronenstrahl getroffene
Punkt des Leuchtschirmes soll also Licht ausstrahlen. Auch der gerade zuvor angeregte
Punkt des Leuchtschirmes soll also vollkommen erloschen sein. Die Abklingzeit der
Fluoreszenz des Leuchtstoffes muß also kürzer als die Zeit sein, in der sich der
Lichtfleck um einen ganzen Durchmesser verstellt. In
der Praxis
geht dies darauf hinaus, daß diese Abklingzeit kürzer als io-0_.Sdcunden sein soll`.
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Als Leuchtstoff für diese Anwendung hat mtan bisher unter anderem
blau- und ultraviolett leuchtendes Zinkoxyd mit einer Ablklingzeit von etwa r0-7
Sekunden benutzt. Dieser Stoff hat äber den Nachteil einer geringen Ausbeute. Außerdem
hat das Oxyd eine große Selbstabsorption, die die Ausbeute noch verschlechtert.
Um .den Einfluß dieses letztgenannten Faktors zu verringern, könnte man die Stärke
der Leuchtschicht herabsetzen.. Dem haftet jedoch der Nachteil an, daß die Gleichmäßigkeit
der Schicht gefährdet wird, .und diese große Gleichmäßigkeit ist ein Haupterfordernis,
(da sonst verschiedene Bildteile mit verschiedenen Lichtintensitäten bestrahlt werden
würden.
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Man kann auch .blau- und ultraviolett leuchtende Phosphate eines oder
mehrerer Erdal'kalimetalle und eines oder mehrerer Alkalimetalle verwenden mit Cer
in dreiwertiger Form als Aktivator. Diese Stoffe bewähren sich im allgemeinen gut,
haben jedoch den Nachteil, daß die Emission ziemlich weit im ultravioletten Teil
des Spektrums liegt, so daß man besondere Glasarten für die diese Stoffeenthaltenden
Entladungsröhren sowie für das zur Abbildung benutzte optische System verwenden
muß, um eine angemessene Durchlässigkeit der im Leuchtschirm erzeugten Strahlung
zu sichern.
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Weiter ist es bekannt, da'ß man auch ein mit Cer aktiviertes Silikat
von Calcinm und Magnesium verwenden kann. Diesem Stoff haften' die gleichen, oben
für die Phosphate erwähnten Nachteile an.
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Eine Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung besitzt einen Leuchtschirm,
der einen ;blau- und ultraviolett leuchtenden, mit dreiwertigem Cer aktivierten
Stoff enthält mit einer Fluoreszenzabklin!gzeit von weniger als 1o-0. Sekunden;
dieser Stoff ist ein durch Erhitzung erhaltenes kristallisiertes Reaktionsprodukt,
das Silizium, Sauerstoff und ein oder mehrere Erdalkalimetalle sowie gegebenenfalls
Aluminium enthält, welche Eilemente in solchen Mengen vorhanden sind, da-ß der Stoff
symbolisch von einem Punkt dargestellt werden kann, der innerhalb eines. Bereiches
A-B-C-D-E im Ternärsystem MO-S'02 A'203 liegt (wo M die Summe der Erdalkalimetalle
darstellt), der von den Linien A-B, B-C, C-D, D-E und E-A begrenzt wird, wobei die
Molverhültnisse ,der Oxyde MO, A1203 und S'02 in den Winkelpunkten A, B, C, D
bzw. E: A = 3M0 - o A1203 - i S'02, B = 11 MO - 6 A1203 - 3 SiO2, C = 7 M O - 9
A'203 - q. SiO2, D = 2 MO - 5 A1203 - 13 S'02, E = 9 MO o A1203 - 11 S102 sind.
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Unter Erdal'kalimetallen sind im vorliegenden Falle ausschließlich
die Elemente Calcium, Strontium und Barium ,zu verstehen.
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Vorzugsweise wird der Cergehalt gewählt zwischen 0,o5 und 1o Molp.rozent,
auf die Gesamtmenge an Erdalkalioxyden bezogen.
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Die vorgenannten Stoffe nach der Erfindung haben in einer Entladungsröhre
nur eine geringe Selbstabsorption, eine Energieausbeute, die das Zehn- bis Dreißigfache
derjenigen des blau leuchtenden Zinkoxydes ist und bei Anregung durch Elektronen
eine Emission, die zwischen 3500 und 5000 Ä mit Maxima bei 4ooo bis q.200
A liegt.
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Vorzügliche Ergebnisse werden miit Stoffen erzielt von der Zusammensetzung
2 Ca O - A12 03 Si 02, aktiviert mit 2 Molprozent dreiwertigem Cer, und 2 Sr O -
Si 02, aktiviert mit 2 Molprozent dreiwertigem Cer.
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Vollständigkeitshalber sei erwähnt, daß es bereits bekannt ist, daß
Silikate von einem oder mehreren der Metalle Calcium, Strontium, Barium und Aluminium,
aktiviert mit dreiwertigem Cer, .blaue und ultraviolette Strahlung aussenden bei
Anregung von elektromagnetischen Wellen, die in einer Gasentladungsröhre erzeugt
werden. Die Verwendung einer Leuchtschicht mit diesen Silikaten in solchen Entladungsröhren
ist denn auch bereits bekannt. Es war aber überhaupt nicht bekannt, daß diese Stoffe
auch von Elektronen angeregt werden konnten. Sehr überraschend ,ist es somit, daß
sie für diejenigen Zwecke verwendet werden können, bei denen man blau- und ultraviolett
leuchtende Stoffe benötigt mit einer Abklingzeit von weniger als 1o-6 Sekunden bei
Anregung durch Elektronen.
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Obwohl die oben geschilderte Apparatur zum Abtasten eines Filmbildes
oder eines Diapositivs als Beispiel gewählt worden ist zur Erläuterung des Erfordernisses
einer geringen Abkli.ngzeit für bestimmte Leuchtstoffe, isst es selbstverständlich,
daß es auch für andere Anwendungen, z. B. auf dem Radargebiet, und für Faksimile
sehr wichtig sein kann, über einen Stoff verfügen zu können, der eine Fluoreszenz
mit einer Abklingzeit von weniger als 1o-6 Sekunden hat und nicht mit den Nachteilen
der vorerwähnten bekannten Stoffe behaftet ist. Um ein klares Bild des Bereiches
des Ternärsystems M 0-S'02 A12 03 zu geben, innerhalb dessen die in einem Leuchtschirm
einer Entladungsröhre nach der Erfindung verwendeten Stoffe liegen, ist er in. Fig.
1 der Zeichnung mit dem Fünfeck A-B-C-D-E angedeutet.
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Fig.2 der Zeichnung zeigt zwei Emissionskurven 1 ist die Emissionskurve,
bei Anregung mit Elektronen, eines Stoffes der Formel 2 CaO - Si 02 - A12 03: 2
% C E +'++, und 2 isst die Emissionskurve eines Stoffes von der Zusammensetzung
2 Sr 0 - Si 02: 2% Ce+++. Auf der Abszisse der graphischen Darstellung ist -die
Wellenlänge in Angströmeinheiten und auf die Ordinate die Emissionsintensität in
beliebigen Einheiten aufgetragen.
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An Hand der folgenden zwei Beispiele werden Verfahren zur Herstellung
der Stoffe erläutert, deren Emissionskurven in Fig. 2 dargestellt sind. Ausführungsbeispiel
I Herstellung eines Stoffes der Formel 2 CaO - A1203 S'02: 2% Ce+++; erforderliche
Chemikalien.: 2o g Ca G03, 75g Al (N03) 3 - 9H201 6,2 g S"02, q. ccm 1 n-Cerinitratlösung
(1o-3 g-ion Ce%cm).
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Das Aluminiumnitrat wird zur Lösung gebracht in 0,3 1 doppelt
destilliertem Wasser, dem nachträglich das Calciumkarbonat, das Siliziumdioxyd und
die
Cerinitratlösung zugesetzt werden. Die erhaltene Suspension wird unter Erwärmung
tüchtig gemischt und sodann trockengedampft. Das erhaltene trockne Pulver wird etwa
während 2 Stunden auf 125o° C in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre erhitzt. Das
erhaltene gesinterte Produkt wird unter Hinzufügung von Wasser in einer Kugelmühle
gemahlen; die gemahlene Suspension wird wieder trockengedampft und der trockne Stoff
aufs neue während i Stunde in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre auf 125o) C erhitzt.
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Ausführungsbeispiel II Herstellung eines Stoffes der Formel 2 Sr0
# S'02: 2 % Ce +++; erforderliche Chemikalien 29,5g Sr C 03, 6,5g SiO2, 4. ccm i
n-Cerinitratlösung (i o-3 g-ion Ce/ccm).
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Man bildet eine Suspension des Strontiumkarbonäts, des Sili:ziumdioxyds
und der Cerinitratlösung in o,21 doppelt destilliertem Wasser, und diese Suspension
wird, nach tüchtigem Mischen, unter Erwärmung trockengedampft. Das erhaltene trockne
Pulver wird während etwa 2 Stunden auf etwa 130o° C in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre
erhitzt. Das erhaltene gesinterte Produkt wird sodann, unter Hinzufügung von destilliertem
Wasser, in einer Kugelmühle gemahlen; die gemahlene Suspension wird trockengedampft
und der trockne Stoff aufs neue während i Stunde in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre
auf .etwa 1300° C erhitzt.