DE940180C - Gittergesteuerte elektrische Metalldampf-Entladungsroehre mit einer gewissen Menge von mit der Kolbenwand in Beruehrung befindlichem fluessigem Caesium, Rubidium oder von deren Alkalimetallegierungen zur Bildung des Metalldampfes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 15. MÄEZ1956

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 12 03

15750 VIII c 12ig

Albert Wallace Hull, Schenectady, N. Y. (V. ¹St. A.)

ist als Erfinder genannt worden

General Electric Company, Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Gittergesteuerte elektrische Metalldampf-Entladungsröhre mit einer gewissen Menge von mit der Kolbenwand in Berührung befindlichem flüssigem Cäsium, Rubidium oder von deren Alkalimetallegierungen

zur Bildung des Metalldampfes

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 19. April 1952 an

Patentanmeldung hekianntgemiacbit <am 29. August lflßö

Patenterteilung bekanntgemacht am 16. Februar 1956

Die Priorität der Anmeldung in den V. St. v. Amerika vom 19. April 1951 ist in Anspruch genommen

Dampf entladungsgef äße ohne Gittersteuerung, aber mit einer Cäsiumfüllung, sind an sich bekannt.

Es ist auch bekannt, bei einem solchen Dampfentladungsgefäß das Gefäßgehäuse, durch dessen Deckel die Anoden isoliert eingeführt sind, durch einen das Gehäuse umgebenden Wassermantel zu kühlen.

Ferner sind auch gittergesteuerte Gas- oder to Dampfentladungsgefäße bekannt.

Es ist ebenfalls bekannt, bei einem gittergesteuerten Hochvakuumentladungsgefäß sowohl

die Gitterelektrode als auch die Anode mittels eines Kühlungswasserstroms zu kühlen.

Schließlich ist es auch bekannt, bei einem Dampfentladungsgefäß ohne Gittersteuerung, aber mit einer Füllung aus Cäsium oder Rubidium, an der Anode einen Kühlwasserstrom vorbeizuleiten.

Die Konstruktion und die Schaffung einer mit Cäsiumdampf gefüllten elektrischen Entladungsröhre ist seit langem angestrebt worden, da es bekannt war, daß Cäsiumdampf die niedrigste Ionisierungsspannung, nämlich nur 3,9 Volt, besitzt, und weil zu erwarten war, daß aus diesem Grunde eine

mit Cäsiumdampf gefüllte Röhre mit einem sehr niedrigen Spannungsabfall am Lichtbogen, d. h. mit sehr hohen Wirkungsgraden arbeiten würde. Weiter wurde gefunden, daß in einer mit Cäsiumdampf gefüllten Röhre, die einen kleinen Vorrat von flüssigem Cäsium enthielt, auf der Kathode kein Oxydüberzug zur Sicherstellung einer guten Elektronenemission angebracht werden mußte, da sich aus dem Cäsiumdampf auf der heißen Kathode ίο eine monoatomare Schicht von Cäsium niederschlägt, die als hervorragend gute Elektronenquelle wirkt. Außerdem hat eine derartige Kathode, die eine monoatomare Schicht von Cäsium aufweist, eine sehr lange Lebensdauer und erlaubt hohe Stromdichten, da die monoatomare Cäsiumschicht auf der Kathode auch unter erschwerten Arbeitsbedingungen erhalten bleibt. Es bildet sich nämlich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Kondensation von Cäsium und zwischen der Verdampfung desselben von der Kathodenoberfläche. Aus diesen Gründen würde man von einer Cäsiumdampfröhre die gewünschten Eigenschaften eines hohen Wirkungsgrades, einer langen Lebensdauer, einer hohen Strombelastbarkeit, einer geringen Größe und einer allgemein hohen Widerstandsfähigkeit zu erwarten haben.

Jedoch stehen der Verwendung von Cäsium als ionisierbares Material in einer elektrischen Entladungsröhre verschiedene Hindernisse entgegen, die überwunden werden müssen, bevor man eine derartige Röhre als allgemein verwendbar bezeichnen kann. Die Probleme, welche bei der Konstruktion einer ungesteuerten Röhre mit Cäsiumfüllung auftreten, sind im einzelnen in der eingangs bereits bei der Schilderung des Standes der Technik an letzter Stelle erwähnten USA.-Patentschrift 2 489 891 beschrieben, welche auch eine Heizvorrichtung für die Anode zur Aufheizung des Cäsiums auf die Betriebstemperatur- der Röhre beschreibt.

Cäsium ist ein chemisch aktives Element, welches viele Stoffe angreift, insbesondere Glasisolatoren, wie sie bei der Herstellung von luftdichten Einschmelzstellen und zur Isolation einzelner Elektroden gegeneinander benutzt werden. Um auch bei der Verwendung einer Cäsiumfüllung dicht abgeschmolzene Röhrenkolben zu erhalten, hat man ein gegen Cäsium widerstandsfähiges keramisches Material an Stelle von Glas als Isolator und gegenüber Cäsium unempfindliche Einschmelzstellen verwendet. Jedoch verhalten sich die gegenüber Cäsium widerstandsfähigen keramischen Stoffe; die zwar bei Zimmertemperatur und in Luft hervorragende Isoliereigenschaften zeigen, bei erhöhter Temperatür in Anwesenheit von Cäsiumdampf völlig verschieden. Es wurde gefunden, daß eine nennenswerte Kondensation von Cäsium auf den Oberflächen von keramischen Isolatoren deren Isolationseigenschaften sehr merklich herabsetzt, so daß sich Kriechwege von niedrigem Widerstand auf diesen Oberflächen bilden. Unter einer nennenswerten Kondensation wird dabei eine solche verstanden, die eine stärkere als eine monoatomare Schicht bildet, d. h. eine Kondensation, die den Oberflächenkriechwiderstand herabsetzen könnte. 6g Diese der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis führt daher dazu, die keramischen Isolatoren auf einer höheren Temperatur zu halten, als die Temperatur des flüssigen Cäsiumvorrats beträgt, um eine merkliche Kondensation von Cäsium auf diesen Isolatoren zu vermeiden. Das Hauptproblem ist somit, einen Teil -der Cäsiumröhre auf der geeigneten Temperatur zur Erzeugung des gewünschten Dampfdrucks von Cäsium zu halten und dafür zu sorgen, daß die Isolatoren ebenso wie die Elektroden sich auf so viel höherer Temperatur ,befinden, daß sich auf ihnen keine nennenswerte Menge von Cäsium niederschlägt. Die Erfindung befaßt sich mit weiteren Problemen, die bei der Konstruktion einer gittergesteuerten Röhre mit Cäsiumfüllung auftreten.

Bei der Konstruktion einer gittergesteuerten Röhre mit Cäsiumfüllung treten sogar noch schwierigere Probleme auf, da zwei keramische Isolatoren zwischen den drei Elektroden vornanden sein müssen und da das Steuergitter selbst heißer sein muß als die tiefste in der Röhre vorkommende Temperatur. Die Temperatur des Steuergitters ebenso wie diejenige der Anode darf die Emissionstemperatur einer mit einem Cäsiumüberzug versehenen Fläche nicht erreichen, wenn nicht eine Gitteremission und-eine Anodenemission auftreten sollen. Eine Gitteremission würde nämlich die Steuerfähigkeit der Röhre zerstören, während eine Anodenemission Rückzündungen einleiten könnte. Daher muß fast an jeder Stelle der Röhre eine Temperatur aufrechterhalten werden, die weder zu hoch noch zu tief sein darf, sondern innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen liegen muß. l'oo

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Beherrschung der Temperatur für eine gittergesteuerte Röhre mit Cäsiumfüllung anzugeben, wobei die Temperatursteuerung bei Verwendung einer Cäsiumalkalimetallegierung weniger kritisch ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine gittergesteuerte elektrische Metalldampfentladungsröhre mit einer gewissen Menge von mit der Kolbenwand in Berührung befindlichem flüssigem Cäsium, Rubidium oder von deren Alkalimetallegierungen zur Bildung des Metalldampfes, in der die Kathode durch einen ersten, einen Teil der Kolbenwand bildenden keramischen Isolator isoliert und dieser Isolator im Betrieb seitens der Kathode geheizt wird und in der ferner das Steuergitter durch einen zweiten, ebenfals einen Teil der Kolbenwand bildenden keramischen Isolator isoliert ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlflüssigkeit zuerst den mit dem flüssigen Metall in Berührung stehenden Teil der Kolbenwand bestreicht und dann erst eine Röhrenelektrode und den zweiten Isolator, so daß der zweite Isolator heißer wird als das flüssige Metall.

Zur Verwirklichung einer Ausführungsförm der Erfindung wird eine elektrische Entladungsröhre

mit einem zylindrischen Rohr und mit geeigneten Endverschluß stücken vorgesehen, die zusammen den größten Teil eines luftdicht abgeschlossenen Röhrenkolbens bilden, wobei das Rohr außerdem als Anode dient. Eine Kathode und eine zugehörige Heizeinrichtung verläuft vom unteren Ende des Anodenzylinders nach oben und ist weiterhin über einen gegenüber Cäsium widerstandsfähigen keramischen sogenannten ersten Isolator mit der Anode

ίο verbunden und bildet ferner gleichzeitig einen Teil des Röhrenkolbens. Ein Steuergitter ist in ähnlicher Weise innerhalb des Anodenrohres angebracht und reicht von oben zwischen die Anode und die Kathode hinein. Das Steuergitter ist mit der Anode über einen zweiten keramischen Isolator verbunden, der ebenfalls einen Teil des Röhrenkolbens bildet. Ein Gehäuse und entsprechende Kopfstücke sind außerhalb des Röhrenkolbens vorgesehen und bilden einen Weg für eine Kühiao flüssigkeit zwischen der Anode und dem Gehäuse. Das Steuergitter selbst besteht aus mehreren Rohren, die zwischen Kopfstücken angebracht sind und eine Durchströmung des Steuergitters mit der Kühlflüssigkeit erlauben. Innerhalb des abgeschmolzenen Röhrenkolbens ist eine geringe Menge von Cäsium vorhanden, die in flüssigem Zustand in einer Falle am unteren Ende der Anode zur Verfügung steht, aber auch an einer anderen Stelle angebracht werden kann, wenn diese Stelle auf tieferer Temperatur liegt als jeder andere Teil der Röhre.

Im Betrieb wird die Röhre durch den Heizfaden der Kathode oder durch eine äußere Heizeinrichtung so weit aufgeheizt, daß ein Teil des Cäsiums verdampft und der erforderliche Dampfdruck vorhanden ist. Die Kathode wird ebenfalls geheizt und emittiert Elektronen, welche von der auf positivem Potential befindlichen Anode angezogen werden. Damit die verschiedenen Teile der Röhre entsprechend dan obenerwähnten Erfordernissen auf die richtigen Temperaturen, kommen, wird eine Kühlflüssigkeit der Reihe nach durch die äußere Umhüllung hindurchgeleitet, läuft dan am ersten keramischen Isolator vorbei, sodann am Cäsiumvorrat, anschließend an der Anode und dem zweiten keramischen Isolator und fließt dann durch das rohrförmigen Steuergitter hindurch. Das flüssige Cäsium kommt dadurch auf eine tiefere Temperatur als jede andere Röhrenelektrode, da es von der Kühlflüssigkeit früher erreicht wird. Der erste Isolator kommt auf eine etwas höhere Temperatur als das flüssge Cäsium, obwohl die Kühlflüssigkeit in der beschriebenen Reihenfolge zuerst an den ersten Isolator gelangt, da nämlich dieser erste Isolator auch noch seitens der Kathode durch Strahlung geheizt wird. Die Kühlflüssigkeit entzieht der Anode Wärme, so daß, wenn die Flüssigkeit zum zweiten Isolator gelangt, sie wärmer ist als das flüssige Cäsium und daher an diesen zweiten Isolator eine höhere Temperatur aufrechterhält, als sie das flüssige Cäsium besitzt. Das Gitter wird durch die Flüssigkeit aber nur auf eine Temperatur gebracht, die etwas oberhalb derjenigen des flüssigen Cäsiums liegt. Es wird daher bei dieser Anordnung eine nennenswerte Kondensation von Cäsiumdampf nur an der kältesten Stelle auftreten, also nur Cäsium in den Cäsiumvo>rrat zurückfließen, dagegen keine Kondensation an der Anode, dem Steuergitter oder den Isolatoren stattfinden.

Fig. ι ist eine im Schnitt dargestellte- Seitenansicht einer elektrischen Entladungsröhre gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. i.

In Fig. ι und 2 ist eine elektrische Entladungsröhre dargestellt, die aus einem luftdicht abgeschmolzenen Kolben, nämlich aus einem zylindrischen Rohr i, besteht, dessen Innenfläche bei dieser Ausfuhrungsform als Anode dient. Zum Abschluß der unteren öffnung des Rohres 1 dient eine ringförmige Stirnwand 2, durch deren Mittelöffnung ein metallischer Kathodenzylinder 3 hindurchragt. Zur Befestigung des Zylinders 3 und der Kathode an der Stirnwand 2 und zur Isolation der Kathode gegenüber der Anode dient ein isolierender Teil, der hier aus einem zylindrischen sogenannten ersten Isolator 4 aus gegen Cäsium widerstandsfähigem Material, z. B. aus Keramik oder aus Keramik der Alutniniumsilikat- oder Magnesiumsilikatgruppe, besteht. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist ein metallischer Kragen 5 an seinem einen Ende mit dem Zylinder 3 und an seinem anderen Ende mit einer Metallhülse 6 verbunden, welche ihrerseits an dem Zylinder 4 befestigt ist. Eine zweite metallische Verbindungshülse 7 ist mit der Außenfläche des Isolators 4 verbunden, besitzt einen ausreichenden Abstand von dem oberen Ende dieses Isolators 4 und ist an die Stirnwand 2 angechmolzen, so daß die Röhre unten abgedichtet wird.

Die Kathodenanordnung besitzt eine Mehrzahl von Flügeln oder Fahnen, welche vom Zylinder 3 aus radial verlaufen und mit Drahtgitter überzogen werden können, um die wirksame Kathodenfläche und die Emissionskapazität der Kathode zu erhöhen. Der Zylinder 3, die Fahnen8 und das Drahtnetz 9 werden vorzugsweise aus reinem Nickel hergestellt, so daß also·, wie oben erläutert, bei dieser mit Cäsium gefüllten Röhre keine besonders zu behandelnde emittierende Oberfläche notwendig ist. An dem Zylinder 3 ist noch eine Wärmeabschirmung 10, welche die Fahnen 8 umschließt, angebracht, welche als ein geschlossener Metallzylinder dargestellt ist, der aus mehreren Lagen 11 dünnen Metalls oder Metallfolien besteht und in seinen Seitenwänden mit Öffnungen 12 versehen ist, durch welche die Entladung zwischen der Anode und der Kathode hindurch verläuft. Das Innere des Zylinders 3 ist luftdicht abgeschlossen und enthält ein vorzugsweise aus Wolfram bestehendes Heizelement 13 auf einer keramischen Hülse 14, welche sich auf dem oberen Teil eines metallischen, als Träger und zur Stromzuführung dienenden Stabes 15 befindet, mit dem das untere Ende des Heizelementes 13 verschweißt ist. Das obere Ende des

Heizelementes 13 ist an einen Stift 16 angeschweißt, der an der Unterseite einer Kappe 17 des Zylinders 3 angebracht ist. Der Stab 15 verläuft durch eine isolierende Einschmelzstelle nach außen, beispielsweise durch eine Einschmelzstelle, die ,durch einen Zylinder 18 gebildet wird, der oben mit der Innenfläche des Zylinders 3 verschweißt ist und unten mit einem Glaszylinder 19 verschmolzen ist. Mit diesem Glaszylinder ist seinerseits ein Krageinto 20 verschmolzen, der ebenfalls an den Stab 15 verschweißt ist. Der Stab 15 kann gewünschtenfalls gegenüber dem Zylinder 3 durch einen wärmebeständigen Isolationsring 21 abgestützt werden. Der Heizstrom wird dem Stab 15 und einer Klemme 22, die am Zylinder 3 angebracht werden kann, zugeführt, wobei diese letztere Klemme als Kathodenklemme dient.

Auf der Innenfläche der Stirnscheibe 2 ist eine Versteif ungsringscheibe 23 angebracht, die einen sich in das Röhreninnere hinein erstreckenden Flansch 24 besitzt. Die Ringscheibe 23 dient dazu, das verhältnismäßig dünne Stirnblech 2 zur Befestigung der Kathode zu verstärken, während zwischen dem Flansch 24 und der Anode 1 ein ringförmiger Raum zur Aufnahme von flüssigem Metall 25 entsteht, welches aus Cäsium oder aus Rubidium oder aus gewissen Legierungen dieser Stoffe bestehen kann und ein ionisierbares Medium bildet, das die gewünschten und oben erläuterten Eigenschaften von Cäsium besitzt.

Das obere Ende des Rohres 1 wird durch eine zweite ringförmige Stirnwand 26, die ebenfalls mit einer Verstärkungsscheibe 27 versehen ist, abgeschlossen. Durch die Mittelöffnung dieser ringförmigen Stirnwand verläuft ein Metallzylinder 28, ain dem das Steuergitter befestigt ist. Der Röhrenkolben wird durch einen Kragen 29 vervollständigt, der sowohl mit dem Zylinder 28 als auch mit einer metallischen Hülse 30 verbunden ist. Die Hülse 30 ist ihrerseits mit einem zylindrischen sogenannten zweiten Isolator 31 verschmolzen. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist eine weitere Metallhülse 32 mit dem unteren Ende des sogenannten zweiten Isolators 31 sowie mit der Stirnwand'26 verschmolzen, so daß die Röhre auch oben vollständig geschmolzen ist.

Um das Steuergitter zu kühlen, ist eine bauliche Einheit, die vorzugsweise aus Eisern gefertigt wird, am Zylinder 28 befestigt. Diese Einheit besteht aus zwei Rohrleitungen 33 und 34, welche in den Zylinder 28 eingeschweißt sind und über einen R-iⁿg 35 kommunizieren, in welchen die oberen Enden einer Mehrzahl von die Gitterstäbe bildenden Rohren 36 eingesetzt sind. Innerhalb des Zylinders 28 ist mittels einer ringförmigen Scheibe 37 ein Rohr 38 gehaltert, dessen unteres Ende mit dem Innern der abgeschmolzenen Röhre in Verbindung steht und an dessen oberem Eode ein Abschmelzröhrchen 39 zur Evakuierung und zur endgültigen Abschmelzung des Kolbens angebracht ist. Die ringförmige Scheibe 37 schließt auch den Raum zwischen dem Zylinder 28 und dem Rohr 38 ,nach unten ab, wobei dieser Raum einen Teil der Leitung für die Kühlflüssigkeit bildet, wie noch erläutert werden soll. Die Fig. 2 läßt deutlicher erkennen, daß der ringförmige Zwischenraum zwischen dem Zylinder 28 und! dem Rohr 38 durch eine diametral liegende Trennwand 40 und daß der ringförmige Raum 35 durch eine ähnliche diametrale Trennwand 41 aufgeteilt wird, so daß ein Weg für das Kühlmittel geschaffen wird und dieses in der einen Hälfte der die Gitterstäbe bildenden Rohre 36 nach abwärts und in der anderen Hälfte dieser Rohre nach aufwärts strömt. Die unteren Enden der Rohre 36 sind in einem weiteren hohlen Ring 42 befestigt, wie aus Fig. 1 hervorgeht. An das obere Ende des Zylinders 28 ist ein weiteres Rohr 43 angesetzt, welches zur Ableitung der Kühlflüssigkeit dient, wie im folgenden noch erläutert werden wird Um das Rohr 43 herum läßt sich bequem die Anschlußklemme 44 für das Steuergitter anbringen. Zum Eintritt des Kühlmittels in das Steuergitter wird im Zylinder 28 eine kleine öffnung 45 angebracht.

Um einen Außenmanitel für die Röhre herzustellen und einen Weg für die Kühlflüssigkeit zu schaffen, der die Aufrechterhaltung der geeigneten Temperaturen an den verschiedenen Stellen gewährleistet, ist ein äußerer Zylinder 46 um den Anodenzylinder ι herum angebracht und von ihm durch eine Spirale 47 getrennt. Die Stimscheiben 2 und 26 werden ebenfalls von diesem äußeren Gehäuse 46 umschlossen, da die Verschlußsitücke 48 und 49 mit der Innenfläche des Anodenzylinders 1 am oberen und unteren Ende derselben verbündten sind. Mit den Innenkanten der Verschlußstücke 48 und 49 sind Wellrohreso und 51 verbunden* so daß bei einer Expansion oder bei einem übergroßen Druck keine Undichtigkeit im Gehäuse auftritt und ferner zum Zweck, einen Flüssigkeitsweg durch die Isolatoren 4 und 31 zu schaffen. Das Gehäuse wird durch die Hülsen 52 und 53 vervollständigt, die mit den Wellrohren 50 und 51 verbunden sowie in die Glasisolatoren 54 und 55 eingeschmolzen sind. Außerdem dienen auch die Hülsen 56 und 57, die ebenfalls mit den Isolatoren 54 und 55 verschmolzen sowie mit den Kragen 58 und 59 verbunden sind, welche ihrerseits mit den Zylindern 3 und 28 verbundene sind, zur Vervollständigung des Gehäuses. Ein Einlaufstutzen 60 für die Kühlflüssigkeit ist an der Hülse 56 angebracht, während die Ableitung der Kühlflüssigkeit durch das Rohr 43 erfolgt. Um einen spiralförmigen Kühlflüssigkeitsweg an den Isolatoren 4 und 31 vorbei zu bilden und somit einen guten Wärmeaustausch mit diesen Isolatoren zu schaffen, sind die Leitflächen 61 und 62 an den Hülsen 7 und 32 angebracht. Ebenso· werden mittels der Leitflächen 63 und 64 auf den Verschlußteilen und 49 spiralförmige Flüssigkeitswege längs der Stirnwände 2 und 26 gebildet.

Da die Röhre an ihrer kältesten Stelle, nämlich an der Stelle des Cäsiumvorrats außerhalb des Flansches 24 etwa 150⁰ C besitzen soll, so daß der Cäsiumdampfdruck etwa 10 Mikron beträgt, kann man vorzugsweise einen äußeren wärmesolierten Heizkörper 65 um den Zylinder 46 herum

anbringen, um die Röhre vor ihrer Inbetriebnahme aufzuheizen und in Betriebspausen auf der nötigen Temperatur zu halten. Man kann zu diesem Zweck natürlich auch den Kathodenheizfaden 13 benutzen, der jedoch weniger stark heizt und aus diesem Grunde auch weniger gut geeignet ist. Wenn die Röhre in Betrieb genommen ist, reicht die in ihr erzeugte Wärme bei weitem aus, um die erforderlichen Temperaturen aufrechtzuerhalten, so daß die umlaufende Kühlflüssigkeit die richtige Temperaturverteilung in der Röhre gewährleistet. Natürlich muß als Kühlflüssigkeit eine elektrisch isolierende Flüssigkeit benutzt werden, die auch durch die verhältnismäßig hohen herrschenden Temperaturen nicht beeinflußt werden darf. Wasser stellt natürlich keine geeignete Kühlflüssigkeit dar, jedoch haben sich gewisse Öle, z. B. Silikonöle, gut bewährt.

Beim Betrieb der Röhre wird der Strom an der Anodenklemme 66 zugeführt und an der Kathodenklemme 22 abgeführt. Jedoch kaimi bekanntlich eine derartige gasgefüllte Röhre nur Strom führen, wenn das Steuergitter oberhalb eines gewissen Potentialwertes liegt, der an. der Klemme 44 zuzuführen ist und von dem Spannungsunterschied zwischen Anode und Kathode abhängt. Die Elektronenemission findet, wie bereits erwähnt, durch eine sich im Gleichgewicht befindende monoatomare Schicht von Cäsium auf der heißen Kathode statt, welche durch den Heizfaden 13 auf etwa 750⁰ C gebracht werden muß. Die Elektronen, welche das Steuergitter uindi die Anode treffen, rufen dort eine gewisse Erwärmung hervor, die abgeleitet werden muß, um die verschiedenen Teile der Röhre auf den obengenannten richtigen Temperaturwerten zu halten, was bei der Röhre in Fig. 1 durch die den folgenden Weg durchlaufende Kühlflüssigkeit bewerkstelligt wird. Die noch verhältnismäßig kalte Kühlflüssigkeit tritt durch den Stutzen 60 ein, passiert den Isolator 4, berührt die Leitfläche 61 und 63 und tritt dann durch eine Öffnung 67 im Anodenzylinder ι in dan Raum zwischen diesem Anodenzylinder und dem äußeren Zylinder 46 ein. Das flüssige Cäsium 25 in dem Raum zwischen dem Anodenzylinder der Stirnscheibe 2 und dem Flansch 24 befindet sich also an einer von dem Kühlflüssigkeitsstrom ziemlich früh erreichten Stelle und bleibt daher auf der tiefsten Temperatur. Obwohl der Isolator 4 noch vorher von der Kühlflüssigkeit durchströmt wird, wird seine Innenfläche sich auf eine Temperatur oberhalb derjenigen des flüssigen Cäsiums erwärmen, und zwar deshalb, weil diese Innenfläche durch die Wärmestrahlung des Zylinders 3, der seinerseits vom Heizelement 13 geheizt wird, auf etwa 10 bis 50° C kommt. Nachdem die Kühlflüssigkeit den Raum zwischen dem Anodenzylinder 1 und der Gehäusewand 46 erreicht hat, umströmt sie den Anodenzylinder 1 längs einer spiralförmigen Bahn, kühlt dabei die Anode und wird dabei ihrerseits erwärmt. Sodann tritt die Kühlflüssigkeit durch eine zweite Öffnung 68 im Anodenzylinder 1 hindurch, umströmt die Stirnscheibe 26 längs eines spiralförmigen Weges, der durch die Leitfläche 64 definiert ist, und gelangt längs eines durch die Leitfläche 62 gebildeten spiralförmigen Weges an den Isolator31. Die Flüssigkeit besitzt nach dem Vorbei streichen an dem Anodenzylinder ι eine höhere Temperatur als beim Vorbeigang an dem flüssigen Cäsium 25, und der Isolator 31 kommt daher auf eine höhere Temperatur als diejenige des flüssigen Cäsiums, so daß sich auf dem Isolator 31 wenig Cäsiumdampf niederschlagen wird. Man erkennt auch, daß die dem Cäsiumdampf ausgesetzten Innenflächen der Isolatoren, 4 und 31 zwischen den Hülsen 6 und 4 und den Hülsen 30 und 32 bei der dargestellten Konstruktion sehr lang sind, so daß ein Oberflächenkriechstrom infolge eines Niederschlags von Cäsium auf den Isolatoren 4 und 31, sofern er überhaupt auftritt, sehr klein bleiben wird. Nach dem Vorbeistreichen am Isolator3i tritt die Kühlflüssigkeit durch diekleine Öffnung 45 in das Gitter ein. Sie strömt in den Ringraum zwischen dem Zylinder 28 und dem Rohr 38 ein, worauf sie in die linke Hälfte des Ringraums 35 durch die Leitung 33 eintritt und sodann durch die linke Hälfte der Gitterrohre 36 nach unten verläuft. Nach dem Eintreten in den unteren Ringraum 42 strömt die- Kühlflüssigkeit durch die rechte Hälfte der Gitterrohre 36 nach oben, tritt sodann in die Leitung 34 ein und verläuft dann zwischen dem Zylinder 28 und dem Rohr 38 nach oben, um schließlich durch das Rohr 43 auszutreten. Das Gitter wird daher ebenfalls gekühlt, und es besteht keine Gefahr einer Gitteremission. Jedoch kommt bei dieser Anordnung das Gitter auf eine merklich höhere Temperatur als der kälteste Teil der Röhre, und die Gefahr einer nennenswerten Cäsiumkondensation auf dem Gitter ist außerordentlich gering.

Die Cäsiumröhre nach Fig. 1 und 2 löst daher die für gittergesteuerte Cäsiumröhren bestehenden Probleme in sehr vollkommener Weise. Die verschiedenen Teile der Röhre werden auf den für den Betrieb erforderlichen Temperaturwerten, gehalten, und zwar mittels eines einzigen, die einzelnen Teile der Reihe nach umströmenden Kühlflüssigkeitsstroms.

Das in der Röhre verwendete ionisierbare Medium kann Cäsium oder Rubidium sein. Es wurde jedoch gefunden, daß eine Legierung von Cäsium oder Rubidium mit einem anderen Alkalimittel wie Kalium oder Natrium noch vorteilhafter ist, und es soll daher gegebenenfalls eine Cäsium-Natrium-Legierung als ionisierbares Medium verwendet werden. Der Vorteil einer derartigen Legierung wird in dem niedrigeren Cäsiumdampfdruck über der flüssigen Legierung (im Vergleich zu dem Dampfdruck über reinem Cäsium) gesehen, der dazu führt, daß der Cäsiumdampf leichter kondensieren und in den Flüssigkeitsvorrat zurückströmen kann, jedoch weniger leicht auf den keramischen Isolatoren, auf der Anode und auf dem Steuergitter kondensieren wird. Die Temperaturunterschiede zwischen den verschiedenen Teilen der Röhre sind daher nicht so· kritisch. Es sei noch erwähnt, daß eine Legierung von Cäsium (oder Rubidium) mit

einem anderen Alkalimetall gemäß dem Raoultschen Gesetz bekannt ist, welches für den vorliegenden Fall folgendermaßen lautet:

5 Dampfdruck des Cäsiums oberhalb einer Legierung ProzentualerAnteilvonCasiumatomeninderLegierung Dampfdruck des Cäsiums oberhalb flüssigen Cäsiums

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß eine ίο 5oatomprozentige Legierung von Cäsium mit einem anderen Alkalimetall, z. B. mit Kalium, für eine gegebene Temperatur nur den halben Cäsiumdampfdruck über dem flüssigen Metall besitzt, als er über reinem Cäsium herrscht. Daher wird bei Benutzung einer solchen. Legierung dler Cäsiumdampf leichter in die flüssige Legierung zurückkondensieren und sich weniger leicht auf den Elektroden und Isolatoren niederschlagen, so daß der Temperaturunterschied zwischen der flüssigen Legierung und den. verschiedenen anderen

Teilen der Röhre nicht so kritisch ist. In gewissen . Fällen kann es jedoch erwünscht sein, reines Cäsium oder Rubidium als ionisierbares Medium zu verwenden, während in anderen Fällen Legierungen dieser Metalle, d. h. Legierungen von Cäsium oder Rubidium, mit anderen Alkalimetallen vorteilhaft sein können.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Gittergesteuerte elektrische Metalldiampf-Entladungsröhre mit einer gewissen Menge von mit der Kolbenwand in Berührung befindlichem flüssigem Cäsium, Rubidium oder von 'deren Alkalimetallegierungen zur Bildung des Metalldampfes, in der die Kathode durch einen ersten, einen Teil der Kolhenwaind bildenden keramischen Isolator isoliert und dieser Isolator im Betrieb seitens der Kathode geheizt wird und in der ferner das Steuergitter durch einen zweiten, ebenfalls einen Teil der Kolbenwand bildenden keramischen Isolator isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlflüssigkeit zuerst den mit dem flüssigen Metall in Berührung stehenden Teil der Kolbenwand bestreicht und dann erst eine Röhrenelektrode und den zweiten Isolator, so daß der zweite Isolator heißer wird als das flüssige Metall.
2. 2. Elektrische Metalldampf-Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der luftdichte Kolben aus Metall besteht und die Anodei der Röhre bildet, daß das Steuergitter eine Mehrzahl von. Rohren enthält, die in Abständen voneinander angeordnet-sind und . einen Kühlflüssigkeitsweg darstellen, und daß ein Gehäuse um den Kolben und dein zweiten Isolator herum angeordnet ist, welches einen weiteren Teil des Kühlflüssigkeitsweges für den Wärmeaustausch mit dem Kolben und dem zweiten Isolator darstellt, wobei das Gehäuse und das Steuergitter so angeordnet sind, daß die Kühlflüssigkeit däe Kolbenwand und den zweiten Isolator umspült und sodann durch das Steuergitter hindurchfließt.
3. 3. Elektrische Metalldampf-Entladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Cäsium-Natrium-Legierang an Stelle des flüssigen Cäsiums zur Bildung des Metalldampfes enthält).
4. 4. Elektrische Metalldampf-Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Kühlflüssigkeitsweg um die Anode herum und sodann um den zweiten Isolator herum bildet, so daß im Betrieb der Röhre Kühlflüssigkeit durch das Gehäuse hindurchgeleitet werden kann und das flüssige Cäsium auf einer bestimmten Temperatur (I) hält, die Anode unterhalb einer bestimmten Temperatur (II), aber oberhalb der Temperatur (I) und den zweiten Isolator auf einer bestimmten Temperatur oberhalb der Temperatur (I) hält.

   Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 564295, 642256; USA.-Patentschriften Nr. 2513920, 2489891.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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