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Elektronenquelle hoher Emission Wenn eine Elektronenröhre eine große
Lebensdauer haben soll, muß die Emissionsstromdichte ihrer Elektronenquelle begrenzt
sein. So ist z. B. bei Wolfram-oder Tantalkathoden, die mit einer tragbaren Kathodenlebensdauer
verträgliche Stromdichte in der Größenordnung von 0,5 A/cm2 und bei Oxydkathoden
in der Größenordnung von o,2 A/cm2.
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Natürlicherweise könnte man den gesamten Emissionsstrom steigern,
ohne die zulässige Stromdichte zu überschreiten, indem man einfach die Abmessungen
der emittierenden Fläche vergrößert. Aber in gewissen wichtigen Fällen ist dies
nicht möglich. Bei gewissen elektronenoptischen Systemen, die zur Formung und Richtung
des von der Kathode erzeugten Elektronenstrahles bestimmt sind, darf nämlich die
Kathode gewisse größte Abmessungen nicht überschreiten.
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Es gibt sogar Fälle, in denen ein ganz kleiner Teil der Kathode ausgenutzt
wird. Dies trifft insbesondere auf Fernsehröhren zu, deren Kathode allseitig von
einem Wehneltzylinder umgeben wird, welcher nur in seinerStirnfläche Inder Symmetrieachse
der Anordnung
ein feines Loch aufweist. Nur der kleine hinter diesem
Loch gelegene Teil der Kathode dient zur Elektronenemission. Die Lebensdauer derartiger
Röhren war so gering, daß man schon seit langem nach Abhilfe gesucht hat.
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Um zu vermeiden, daß nur eine kleine Stelle der Kathodenoberfläche
zur Elektronenemission herangezogen wird und sich dadurch vorzeitig erschöpft, hat
man vorgeschlagen, die Symmetrieachse der Kathode gegen diejenige des Wehneltzylinders
zu versetzen und während des Betriebs der Röhre die Kathode derart umlaufen zu lassen,
daß ein mehr oder weniger großer Kreis auf der Stirnseite der Kathodenoberfläche
zur Elektronenemission herangezogen wird.
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Eine derartige Verbesserung gestattet offenbar nur eine recht unvollkommene
Ausnutzung der Kathode, da nur die auf dem erwähnten Kreis liegenden Kathodenstellen
an der Emission teilnehmen. Die Kathode ist also auch hier nur zu einem kleinen
Teil nutzbar gemacht.
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Die Erfindung betrifft eine Elektronenquelle, bestehend aus einer
zylindrischen Kathode, deren Mantelfläche mit einer emittierenden Schicht bedeckt
ist, und aus einer diesen Zylinder umgebenden Abschirmung, die auf gleichem oder
niedrigerem Potential als die Kathode gehalter ist, wobei Mittel zur Bewegung der
Kathode um die Achse des Zylinders vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist diese Abschirmung
mit einem über die ganze Länge des Zylinders reichenden, längs einer Mantellinie
desselben verlaufenden Schlitz ausgestattet, so daß der ganze emittierende Mantel
zu einzelnen Teilen nacheinander in ununterbrochener Folge an dem Schlitz vorbeigeführt
wird.
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Durch diese Anordnung ist es möglich, die gesamte Kathodenoberfläche
für die Elektronenemission nutzbar zu machen und gleichmäßig zu belasten, was bei
einer auf der Stirnfläche angeordneten Kathodenschicht offenbar nicht der Fall sein
kann. Ferner können im Dauerbetrieb Emissionsstromdichten erzielt werden, die man
sonst nur im Impulsbetrieb erreichen kann. Dies ist sehr wesentlich, da häufig ein
Impulsbetrieb nicht möglich sein wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der beschriebenen Anordnung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.
Hierin zeigt Fig. i einen Querschnitt (teilweise geschnitten) einer Wanderfeldröhre
mit Magnetfeld, deren Kathode wie beschrieben ausgebildet ist, Fig. 2 einen schematischen
Querschnitt in Richtung 2-2 von Fig. i durch die Antriebsmittel der Kathode und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine abgeänderte Kathode.
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Nach der in Fig. i dargestellten Ausführungsform ist eine Wanderfeldröhre
mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern mit einer Kathode der beschriebenen
Art ausgestattet. Innerhalb des Kolbens i sind eine Verzögerungsleitung 2, eine
flache negative Elektrode 3 und eine Sammelelektrode q. untergebracht. Koaxiale
Kopplungsleitungen 5 und 6 sind mit der Leitung 2 verbunden. Ein durcr nicht dargestellte
Polschuhe erzeugtes magnetisches Feld ist schematisch bei 7 angedeutet. Die Wirkungsweise
dieser Röhrengattung ist an sich bekannt und braucht nicht beschrieben zu werden.
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Die Kathodenschicht 8 wird von einem Zylinder 9 getragen, der in der
in Fig. 2 dargestellten Weise in Umdrehung versetzt wird. Die Kathode 8 wird von
eine; Abschirmung io umgeben, die ein rechteckiges Gehäuse bildet. Die Abschirmung
liegt auf derselben Spannung wie die Kathode B. Sie ist mit einem über die ganze
Länge des Zylinders 9 reichenden Schlitz ii ausgestattet. Gegenüber der Wand 12
der Elektrode io ist eine flache Elektrode 13 angebracht. Die Kathode 8 wird durch
eine Heizwicklung i4., die- von einer Quelle 15 gespeist wird, geheizt. Die Elektrode
13 ist mittels einer Verbindung 16 an eine Anzapfung einer Spannungsquelle 17 angeschlossen,
deren positiver Pol geerdet und deren negativer Pol mit der Abschirmung io verbunden
ist, während die letztere ihrerseits mit der Elektrode 3 in Verbindung steht. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform hat die elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden
io und 13 den Wert
wobei E die Feldstärke zwischen den Elektroden 2 und 3 bedeutet.
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Bekanntlich darf bei dieser Röhrengattung die Kathode gewisse Abmessungen
nicht überschreiten. Wenn-beispielsweise ihre Breite nicht über i mm hinausgehen
darf, erhält man mit einem Wolframband von dieser Breite und einer Länge von 3 ein
eine emittierende Fläche von 0,3 cm2. Wenn die zulässige maximale Stromdichte
0,5 A/cm2 ist, erhält man einen maximalen Strom von i5o mA. Ferner sei beispielsweise
angenommen, daß der Durchmesser des Zylinders 9 (Fig. i) 2 cm beträgt, während der
Schlitz ii i mm breit ist und -der Zylinder mit einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen
pro Minute umläuft. Unter diesen Umständen sendet jeweils nur der hinter dem Schlitz
ii vorbeigehende Teil der Kathode Elektronen aus, da die Elektrode io und die Kathode
8 sich auf demselben Potential befinden. Da der Umfang der Kathode 8 gleich 2 n
cm ist, wird jeder Punkt der Kathode bei einer Umdrehung des Zylinders 9 nur für
den Bruchteil
der Umdrehungszeit sich hinter dem Schlitz ii befinden. Da der Zylinder 9 5o Umdrehungen
in der Sekunde machen soll, ist offenbar jeder Punkt bei einer Umdrehung, d. h.
während 5ö Sekunde, für die Zeit von
ms an der Elektronenemission beteiligt.
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Alles verläuft also so, als ob jeder Punkt der Kathode 8 im Impulsbetrieb
Elektronen aussendet, wobei die Impulse eine Länge von
ms haben und sich 5o mal in der Sekunde wiederholen.
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Die Röhre arbeitet demnach unter den normalen Bedingungen des Impulsbetriebes,
bei dem eine viel höhere Stromdichte erreichbar ist, als im Falle einer stetigen
Emission. Wenn I, die Augenblicksstromstärke und Im die mittlere Stromstärke
bedeutet, erhält man
Ist 1. gleich ioo mA/cm2, was als annehmbar in bezug auf
die ausnutzbare Lebensdauer der Kathode angesehen werden kann, so ergibt sich I,
zu 6,3 A/cm2.
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Im gewählten Beispiel war die Fläche der Schirmöffnung gleich
0,3 cm2. Man erhält also insgesamt eine Dauerstromstärke von 1,9 A anstatt
150 mA, die mit einer festen Kathode erreichbar wären.
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Bei einer Oxydkathode wäre der Unterschied noch größer.
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In Fig. 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für den Antrieb
der Kathode 8 dargestellt. Der Kolben i, der in Fig. i dargestellten Röhre besitzt
einen seitlichen Ansatz 18 aus magnetischem Material. In diesem Ansatz ist ein Läufer
i9 untergebracht, der den Zylinder 9 antreibt. Die schematisch bei iga gezeigte
Ständerwicklung ist außerhalb des Kolbens angeordnet und wird von einer Stromquelle
2o gespeist.
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Da die Kathode 8 schnell umläuft, muß offenbar für ihre Stromzuführung
ein Gleitkontakt 21: verwendet werden. Andererseits kann die innerhalb des Zylinders
9 untergebrachte Heizvorrichtung 14 feststehen.
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Unter Umständen ist es unbequem, einen verhältnismäßig hohen Strom
über den Gleitkontakt 21 gehen zu lassen. Hierfür ist ein sehr einfaches Mittel
vorgesehen, um dies zu vermeiden. Die verwendete Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt.
Hier dient der Gleitkontakt 2i nur dazu, um die Kathode 8 auf dasselbe Potential
zu bringen, wie in dem in Fig. i dargestellten Beispiel. Der Kathodenstrom geht
jedoch nicht über den Kontakt 21, sondern über eine feststehende, innere Kathode
22, die in bezug auf die Kathode 8 negativ vorgespannt und mit einer Heizwicklung
23 versehen ist. Das Ganze befindet sich innerhalb des Zylinders 9. Die rotierende
Kathode 8 nimmt den von der festen Kathode 22 emittierten Strom auf.
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In der in- Fig. 3 dargestellten Anordnung kann der Aufprall der von
der inneren Kathode ausgehenden Elektronen sogar dazu verwendet werden, um die äußere
Kathode auf der gewünschten Temperatur zu halten. In diesem Falle kann ein Gitter
24 vorgesehen sein, das negativ oder positiv derart vorgespannt werden kann, daß
es den Strom und die Heizung unabhängig reguliert.
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Die beschriebene Kathode kann bei jeder anderen Entladungsröhre verwendet
werden. Beispielsweise ist die Kathode auch bei Ionenquellen anwendbar.
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Ferner kann die Schirmelektrode =o, anstatt auf demselben Potential
wie die Kathode 8 zu liegen, in bezug auf die letztere negativ vorgespannt sein
(Fig.3). In diesem Falle wäre der Schlitz breiter als der in Fig. x dargestellte
Schlitz im Die Elektrode =o verhält sich in diesem Falle wie eine Wehneltelektrode
und ihre Potentialänderungen bewirken Veränderungen in den Abmessungen der emittierenden
Fläche der Kathode und beeinflussen dadurch die Emission.