DE939276C - Mittelbar geheizte Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse und Verfahren zur Herstellung und/oder zum Betrieb eines Entladungsgefaesses mit einer solchen Kathode - Google Patents

Mittelbar geheizte Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse und Verfahren zur Herstellung und/oder zum Betrieb eines Entladungsgefaesses mit einer solchen Kathode

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DE939276C
DE939276C DES23457A DES0023457A DE939276C DE 939276 C DE939276 C DE 939276C DE S23457 A DES23457 A DE S23457A DE S0023457 A DES0023457 A DE S0023457A DE 939276 C DE939276 C DE 939276C
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DE
Germany
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cathode
heater
emission
voltage
manufacture
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Expired
Application number
DES23457A
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English (en)
Inventor
Helmut Dr Phil Nat Katz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/13Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/28Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mittelbar geheizte Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der aus einem Emissionsvorrat Emissionssubstanzen durch feine Öffnungen eines den. Emissionsvorrat bedeckenden Mantels 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, dadurch gekennzeichnet, da,ß Mittel vorgesehen sind, um 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, die 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.
  2. 2. Kathode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizer so bemessen und angeordnet ist, da,ß er durch Wärmeleitung und/oder durch W ärmestrahlung die Kathodemit eirwärmt.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung und/oder zum Betrieb eines Entladungsgefäßes mit einer Kathode nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, je nach den gewünschten Betriebsbedingungen, wahlweise mit unterschiedlichen, bis auf Null heruntergehenden Spannungen zwischen Heizer und Kathode gearbeitet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3,. dadurch gekennzeichnet, daß zum Formieren in der-Fertigung, zum Anheizen im Betrieb oder ähnlichen Fällen eine erhöhte, gegebenenfalls im späteren Betrieb, insbesondere Dauerbetrieb, abschaltbare Spannung angelegt wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 574 812" 584 Sog. 548 879= 584 o68.
DES23457A 1951-06-10 1951-06-10 Mittelbar geheizte Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse und Verfahren zur Herstellung und/oder zum Betrieb eines Entladungsgefaesses mit einer solchen Kathode Expired DE939276C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1198459B (de) * 1962-07-14 1965-08-12 Heraeus Gmbh W C Leistungsgluehkathode und Schaltungsanordnung zu deren Betrieb

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DE574812C (de) * 1930-05-20 1933-04-22 Siemens & Halske Akt Ges Hochleistungsroehre mit rohrfoermiger, von einer in ihrem Innern angeordneten Hilfskathode mittels Elektronenbestrahlung beheizter Gluehkathode
DE584068C (de) * 1927-06-25 1933-09-14 Siegmund Loewe Dr Indirekt geheizte Kathode
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