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Mittelbar geheizte Kathode für elektrische Entladungsgefäße und Verfahren
zur Herstellung und/oder zum Betrieb eines Entladungsgefäßes mit einer solchen Kathode
Die Erfindung betrifft eine mittelbar geheizte Kathode mit einem Emissionsstoffvorrat,
bei der die Beheizung teilweise durch ein Elektronenbombardement erfolgt. Es sind
bereits Kathoden bekanntgewoirden, bei denen sich hinter der eigentlichen Kathodenoberfläche
ein Vorrat von Emissionsstoff befindet. Es wurde dabei herausgefunden, daß man eine,
günstige Emission erhält, wenn die Möglichkeit geschaffen, wird, d.aß bei einer
solchen Kathode aus dem Emissionsvorrat Emissionssubstanzen zur Kathodenoberfläche
hin gelangen, wobei für eine entsprechende Durchlässigkeit für die Emissionsstoffe
zu sorgen ist. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß die Kathode mit Drähten, Bändern
od. dgl. bewickelt ist, so daß sich enge Fugen bilden, an deren Wandungen der Emissionsstoff
zur Oberfläche hindurchwandert. Es ist aber auch möglich, auf andere Weise für das
Zustandekommen von geeigneten feinen. Öffnungen zu sorgen, z. B. durch Verwendung
eines porösen Sinterkörpers. Wichtig ist dabei, daß man solche Materialien wählt,
auf denen der jeweilige Emissionsstoff zu wandern vermag. Bei Thorium-oder Bariumverbindungen
als Emissionssubstanz eignet sich insbesondere Wolfram oder Molybdän besonders gut.
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Es ist an sich bereits bekannt,, mittelbar geheizte Kathoden für elektrische
Entladungsgefäße durch Elektronenbombardement oder durch Ionenbombardemen:t bei
Gasfüllung zu beheizen. Bei den bisher
bekannten Kathoden dieser
Art handelt es sich aber um Kathoden von üblichem Aufbau, bei denen ein Emissionsbelag
lediglich auf einer geeigneten Unterlage aufgebracht ist. Daneben ist eine Kathodenart
bekanntgeworden, bei der eine bandförmig ausgebildete Metallhülse aus Nickel oder
Kupfer ein Erdalka,limetall als Emissionsstoff einschließt und durch Elektronenbombardement
derart erhitzt wird, daß Emissionssubstanz durch die Wandung des Hohlkörpers diffundiert,
ohne auf der Oberfläche zu wandern.
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Die Erfindung betrifft eine mittelbar geheizte Kathode für elektrische
Entladungsgefäß, bei der aus einem Emissionsvorrat Emissionssubstanzen durch feine
Öffnungen eines den Emissionsvorrat bedeckendenMantels aus hochschmelzendem Metall,
wie z. B. Wolfram oder Molybdän, zur Kathodenoberfläche gelangen: und bei, der der
Heizer zur Elektronenabgabe geeignet ausgebildet und derart isoliert von dem Kathodenkörper
angeordnet ist, da,ß ein beim Anlegen von Spannungen zwischen Heizer und Kathode
entstehender Elektronenstrom die Kathode beheizt. Nach dar Erfindung sind bei einer
derartigen Kathode Mittel vorgesehen, uni durch Verändern der zwischen Heizer und
Kathode angelegten Spannung beliebig unterschiedliche Kathodentemperaturen zu erreichen,
derart, daß diejenige Spannung einstellbar ist, bei der eine Temperatur erzeugt
wird, d!ie bei einer vorgegebenen Emission die zur Aufrechterhaltung des normalen
Betriebes der Kathode erforderliche Reduktions- und/oder Verdampfungsgeschwindigkeit
der Emissionsstoffe und die ebenfalls erforderliche Wanderungsgeschwindigkeit der
Emissionsstoffe zur Kathodenoberfläche ermöglicht.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahme besteht außer in der Entkopplung
zwischen Kathode und Heizsystem darüber hinaus bei einer Vorratskathode noch darin,
daß sich dieKathodentemperaftir in weitem Umfang von Fall-zu Fäll wünschenswert
dosieren läßt, indem unterschiedliche Spannungen zwischen_ Heizer und Kathode angelegt
werden könnäri. Dies ist gerade in dem vorliegenden Fall von besondererBedeutung,
weil es darauf ankommt, je nach den-Arbeitsbedingungen im Betrieb laufend eine bestimmte
Menge vom Emissionsvorrat an die eigentliche Kathodenoberfläche zu bringen.
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Bei solchen. Kathoden, die beispielsweise mit Barium oder Thorium
betrieben werden, mu.ß man dafür Sorge tragen, da,ß man bei der verlangten Arbeitsteanperatur
möglichst optimale Bedeckungsdichte vorliegen halt. Es kann nun der Fall eintreten,
daß die Reduktions- bzw. Verdämpfungsgeschwindigkeiten z. B. der Barium- und Thoriumspender
bei der für die Emission geforderten Temperatur nicht die richtige Größe- haben.
Die Redüktions- bzw. Verdampfungsgeschwindigkeit kann beispielsweise zu groß sein,
so darß ein Überschuß von emissionsfördernder Substanz erzeugt wird, der verlorengeht
und somit die Lebensdauer der Kathode -herabsetzt. Es kann andererseits sein, dM
die Reduktionsgeschwindigkeit bei der verlangten Temperatur nicht ausreichend ist;
so. daß keine optimale Bedeckung erreicht wird und man infolgedessen, um ausreichende
Emission zu erhalten, mit der Temperatur höher gehen muß, als es im richtig abgestimmten
Falle notwendig wäre. Auch dieser Vorgang ist unzweckmäßig, da' ein. unnötiger Überschuß
am. Heizleistung verbraucht wird und die Abdampfungsgeschwindigkeit der emissionsfördernden
Substanz unnötig erhöht ist. Die Erfindung erlaubt in diesem Falle eine' besonders
leichte Einstellmöglichkeit der Kathodentemperatur durch Beeinflussung des Elektronenbombardements.
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Zur Entkopplung zwischen Heizsystem und Kathode kann in an sich bekannter
Weise dafür Sorge getragen werden, daß vom Heizer ausgehende Elektronen nicht in
die-Elektronenströmung, die von der Kathode ausgeht, hineingelangen.
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Um das gewünschte Elektronenbombardement zu erzielen, können Gleich-
oder Wechselspannungen zwischen Heizer und Kathode angelegt werden. Bei Verwendung
von Wechselspannungen können gegebenenfalls Gleichrichteranordnungen vorgesehen
sein, um den Heizer stets als Kathode wirksam zu machen. Es ist aber auch möglich,
mit reinen Wechselspannungen. zu arbeiten, insbesondere dann, wenn die betreffendem.
Wandungs:teile der Kathode, die dem Heizer zugekehrt sind, bei. Betriebstemperatur
keime nennenswerte Elektronenemission aufweisen. Schließlich ist es auch möglich,
mit hochfrequenten Wechselspazinungen zu arbeiten.
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Je nach den gewünschten Betriebsbedingungen kann, wahlweise mit unterschiedlichen,
bis auf Null heruntergehenden Spannungen zwischen Heizer und Kathode gearbeitet
werden. Dies hat besondere Bedeutung bei der Herstellung von Röhren, wenn z. B.,
in der Fertigung die Kathode formiert wird. Weiterhin ist es vielfach auch im Betrieb
erwünscht, zum raschen Anheizen mit zeitweise höheren Kathodentemperaturen zu arbeiten.
In diesem Falle wird man zweckmäßig erhöhte Spannungen zwischen Heizer und Kathode
anlegen. Diese Spannungen können gegebenenfalls im späteren Betrieb, insbesondere
im Dauerbeitrieb, völlig abgeschaltet werden.
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Die Erfindung ermöglicht weiterhin auch eine selbsttätige Regelung
der Emission in den. Fällen, bei denen im Betrieb der Röhre schwankende Kathodenbelastungen
auftreten. In besonders cinfacherWeise kann dann durch an sich bekannte Mittel,
wenn eine höhere Kathodenbelastung erforderlich ist, die Spannurig zwischen Kathode
und Heizer erhöht werden.. Im Ruhezustand läßt sich dann die Spannung abschalten,
so daß die Heizung der Kathode lediglich durch Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung
des Heizers erfolgt.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen
in vereinfachter schematischer Darstellung. In Fig. i - ist eine Kathode in Rohrform
veranschaulicht, wobei sich im - Innern des Kathodenröhrchens i; isoliert und von
demselben getrennt, eine Heizwendel z befindet. Diese Heiz-
Wendel,
die von einer Stütze 3 getragen wird, ist so ausgebildet, daß sie bei Betriebstemperatur
Elektronen emittiert. Die Innenfläche des Kathodenröhrchens i wirkt als Anode, so
daß beim Elektronenaufprall die Anodenverlustleistung Wärme erzeugt, die wiederum
die eigentliche Kathode zur Elektronenemission befähigt. Der Emissionsvorrat 4 besteht
beispielsweise aus Thorium oder Thoriumverbindungen. Je nach dem gewünschten Verwendungszweck
können auch andere Stoffe, wie z. B. Barium oder Bariumverbindungen usw., verwendet
werden. An. der Kathodenoberfläche befindet sich ein Wolfram- oder Molybdändraht
5, der längs der Kathode eng gewickelt ist, so, daß durch die feinen Öffnungen zwischen
den einzelnen Wicklungen Emissionssubstanzen zur Kathodenoberfläche gelangen,. Beidem
dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Heizer 2 über die Heizwicklung 6 eines
Heiztransformators 7 mit Strom beschickt. Eine weitere Transformatorwicklung 8 dient
der Erzeugung der notwendigen Spannung zwischen Heizer und Kathode.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem es
sich um eine Flachkathode mit einem porösen Sinterkörper handelt. Mit g ist der
poröse Sinterkörper, der beispielsweise aus Wolfram oder Molybdän besteht, bezeichnet.
Hinter diesem befindet sich ein Behälter io zur Aufnahme des Emissionsvorrats i
i ; der Heizer ist mit 12 bezeichnet, dessen Zuleitungen 13 und 14 gesondert ven
der Kathodenzuleitung 15 aus dem Entladungsgefäß herausgeführt sind.
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In Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei
dem eine Flachkathode mit einem porösen Sinterkörper vorgesehen ist. Hier gelingt
es, eine gewünschte Wärmeverteilung auf Kathodenoberfläche und Emissionsvorrat zu
erreichen, indem die Kathodenoberfläche vorwiegend durch Wärmeübergang aus dem Heizer
her beheizt wird, während der Emissionsvorrat zumindest zeitweise durch Elektronenbombardement
erwärmt wird. Zu diesem Zweck ist der Heizkörper möglichst nahe an dem Kathodenkörper
angebracht. Der Kathodenkörper 16 besteht aus einem porösen Wolfram- oder Molybdänstück,
wobei ein den Emissionsvorrat aufnehmender Behälter 17 durch Verlöten, Verschweißen
od.. dgl. am Rande dicht mit ihm befestigt ist. Ein Tragteil 18 ist gleichfalls
mit diesem Teil befestigt. Der Heizkörper ig ist möglichst an dieser Befestigungsstelle
angebracht, so daß die Wärme gut zu dem Sinterkörper 16 gelangt. Zwischen dem Heizer
ig und dem den Emissionsstoff aufnehmenden Behälter 17 ist ein genügend großerAbstand
vorgesehen, um hier einen geringeren Wärmeübergang wirksam werden zu lassen. Die
Heizung des den Emissionsvorrat aufnehmenden Behälters erfolgt durch ein Elektronenbombardement,
so, daß dementsprechend eine Spannung zwischen Heizer ig und Emissionsvorratsbehälter
angelegt wird. Durch Verändern dieser Spannung läßt sich die Reduktionsgeschwindigkeit
bzw. Verdampfungsgeschwindigkeit des Emissionsstoffes in weiten Grenzen beeinflussen.