JP4019431B2 - グリッドを有する電子銃 - Google Patents
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Description
IOTは、電子ビームを放出する電子銃、このビームが通過する共振空洞、およびこの空洞から出るビーム電子を受けるコレクタを有する。
電子銃は、一般に球面の一部の形状をした凹面の陰極、制御グリッド、および陽極を有する。陰極の凹状面は高温に高められると電子を放出する。電子は制御グリッドを通過し、陽極に引きつけられ、その後共振空洞に進入して縦方向のビームを形成する。
制御グリッドは、電子放出を調整し、電子が共振空洞に浸入する前にそれらをパケットにするように働く。
陰極は、一般に、放射性材料が含浸された多孔性体で形成される。この多孔性体はタングステンから作成し、放射性材料はバリウム、カルシウム、およびアルミ酸ストロンチウムから作成する。これは、900°ないし100℃の範囲で電子の放出を開始する。
制御グリッドは陰極と非常に接近している。グリッドと陰極の間の間隔は、十分の数ミリメートルである。放射性材料は、蒸発し、特に制御グリッドおよび陽極上へ移行する傾向がある。グリッドは、一方では陰極に接近しているため、また他方では電子がこれに衝突するために温度が上がる。グリッド上へ移行した放射性材料は、管の動作を妨げるスプリアス電子放出を引き起こす。陽極は陰極から比較的離れているので、依然として比較的低温であり、それを覆う放射性材料はそれほど問題にはならない。
このスプリアス電子放出を解消するための解決策が提案されている。その1つは、グリッドに電子で衝撃を与え、グリッドを加熱してそれを覆う放射性材料を蒸発させることを推奨する。この加熱の頻度は、毎日、例えば始動する前ごとにすることができる。加熱によるグリッドのクリーニングは、遠隔操作により遠隔位置で動作可能なテレビジョンの放出源に対して厳しい制約を課す。長期的には、この加熱もまた、電子銃の動作の性能低下を引き起こす可能性がある。
このスプリアス電子放出を回避するためにとられるもう1つの手法は、管の動作中のグリッド温度をできる限り低下させることにある。周知の解決策は、従来よりも低い温度で機能する陰極を使用し、それにより制御グリッドの温度を低下させるというものである。この解決策もまた良好な結果を与えない。スプリアス放出現象は解消されず、単に妨げられるだけである。
遭遇するもう1つの欠点は、制御グリッドからのスプリアス放出により陰極のサイズが制限され、したがって生成される電子流のサイズが制限されることである。
本発明は、よりよくグリッドを冷却する助けとなり、スプリアス放出を有効に防止する陰極を有する電子銃を提案することにより、これらの欠点を改善することを意図するものである。
この陰極は、それを完全に貫通するほぼ中央の穴を画定する放出部を有する。
この陰極は、陰極の穴と向かい合う穴を画定する加熱エレメントをその放出部の反対側に有するヒータによって加熱されるので有利である。
グリッドは、陰極にある穴と向かい合わせに配置するように意図された熱放射性固体部分を有する。グリッドの放射性熱放散は、グリッドが陰極にある穴、および冷領域である陽極領域に向かって放射するので、この熱放射性固体部分によって改善される。グリッドがよりよく冷却されるので、スプリアス電子放出は解消される。
この固体部分は、黒体に近い熱放射能力を有する材料から作成することが好ましい。熱分解黒鉛は特に有利である。
本発明はまた、このような電子銃を有する電子管にも関する。
本発明のその他の特徴および利点は、以下に示す添付の図面によって例示する以下の説明を読めば明らかになるであろう。
−図1aおよび図1bはそれぞれ、従来技術の電子銃を示す縦断面図、およびそのグリッドを示す正面図である。
−図2aおよび図2bはそれぞれ、本発明による電子銃の陰極の1例を示す正面図および横断面図である。
−図3は、本発明による電子銃のグリッドの1例を示す正面図である。
−図4は、本発明による電子銃の1例を、やはり本発明による電子管に載せた状態で示すダイアグラム的な縦断面図である。
−図5は、本発明による電子銃の陰極を加熱するための装置を示す正面図である。
これらの図面では、同一の参照番号は同一のエレメントを表す。分かりやすくするために、様々な構成部品の寸法は考慮していない。
図1aは、既知の電子銃を縦断面図で示す図である。陰極は参照番号1とする。陰極は固体で、球面の一部の形状であり、その活性面は凹状である。ヒータ2は、陰極1の活性面の反対側と接触する。陰極1の活性面から放出された電子は制御グリッド3を通過し、陽極4によって引きつけられる。それらは軸XX’の縦方向のビームを形成する。陽極4は、電子ビームを共振空洞(図示せず)に進入させるための中央開口5を有する。陽極4は、陰極1よりも高い電位に高められる。グリッド3は、一般に陰極1と陽極4の電位の中間の電位に高められる。
グリッド3は、銅などの良好な熱良導体である材料から作成した周囲支持6に取り付けられる。これもまた球面の一部の形状であり、球面の緯線に沿った第1バー7および球面の経線に沿った第2バー8を有する。2つの球面部分、すなわち陰極1およびグリッド3の球面部分は、軸XX’上にその中心を有する。図1bは、グリッドの図形を正面から示す図である。
陰極1の温度が上がると、放射性材料は蒸発し、特にグリッド3を覆う。温度が上がることにより、グリッドはスプリアス電子の放出を開始する。一方では第1および第2バー7、8を介して周囲支持6に伝導することにより、またもう一方では基本的には陽極4に向かって放射することにより、グリッド3は冷却される。
グリッド3で最も熱い部分は中央部である。陰極1のサイズをどの程度でも大きくすれば、グリッド3のサイズは大きくなり、したがってその中央部の温度は上がることになる。グリッド3からのスプリアス放出の増加を回避するためには、陰極1のサイズ、したがってそれが送り出す電子流のサイズを制限することが必要である。
図2aおよび図2bは、本発明による電子銃の陰極10の1例を示す正面図および縦断面図である。この図では、陰極は球面の一部である。これは、ほぼ中央の穴11を画定する放出部12を有する。
簡単にするために、放出部12は凹状で、ほぼ球面の弓形の形状であり、穴11はほぼ円環状であることが好ましい。図2aに示すものなど、陰極の放出表面積は、第1近似ではその直径の二乗に比例して変化する。本発明による穴を有する陰極の場合、穴11の直径が陰極10の直径の約30%ないし40%に相当する場合には、穴11の面積は比較的小さく、実質的に電子放出への影響はない。放出表面積がわずかに減少しても、陰極10の直径を若干大きくすれば補償することができる。例えば、直径38ミリメートルの球形キャップの形状をした固体の従来の陰極は、その放出部が直径40ミリメートルの球形の弓形で、その穴の直径が15ミリメートルである本発明による陰極と同じ表面積を有する。
図3は、本発明による電子銃のグリッドの図形を示す図である。このグリッドは、図2aおよび図2bに示すタイプの陰極と組み合わせるためのものである。グリッドは、陰極の穴と向かい合わせに配置するように意図された熱放射性固体部分24を有する。グリッドをこのような電子放出陰極を備えた電子銃に取り付けると、グリッドは一方では陽極に向かって、もう一方では陰極の穴に向かって放射することができる。このグリッドは有効に冷却され、スプリアス電子放出は解消される。グリッドがよりよく冷却されるので、陰極の直径はグリッド温度とは無関係になり、このタイプの電子銃を備えたさらに強力な電子管を設計することを考えることができる。
グリッドの好ましい実施形態では、グリッド23の固体部分24は、黒体に近い熱放射能力を有する材料で作成される。黒鉛、およびさらに詳細には熱分解黒鉛は、この熱放射性固体部分24を作成するのに特に適した材料である。
図3に示すグリッドは、固体部分24の周囲に、陰極から放出された電子を透過させるための穴あき部26を有する。穴あき部26もまた、その熱的、電気的、および機械的特性が有利であるので、熱分解黒鉛で作成することができる。
グリッド23が、ほぼ球面の一部の形状をした陰極とともに使用するように意図されている場合には、グリッドもまたほぼ球面の一部の形状であることが好ましい。固体部分24は球形キャップの形状にすることもでき、穴あき部26は、球面の経線に沿った第1バー28、および球面の緯線に沿った第2バー29を有することができる。
グリッド23は、例えば球面の一部の形状の熱分解黒鉛製のブランクに、バー28、29、および固体部分24を切り出すことから製造することができる。この切り出しは、例えばレーザ機械加工やジェット・サンドブラストによって、従来通りに実行することができる。
グリッドの穴あき部26がほぼ四角形または六角形の開口を有することもまた考慮することができる。
図4は、本発明による電子管に載せた本発明による電子銃の1例を縦断面図で示す図である。電子銃は、ともにほぼ球面の一部の形状をした、本発明による陰極21、および制御グリッド23を有する。この図では、陰極21はほぼ中央の穴22を画定する球面の弓形の形状をした放出部27を有する。陽極25、および陰極加熱用のヒータ40もまたこの図に示す。電子管はその一部を示す。それは電子銃を含み、放出された電子は、それらの経路の終端でコレクタ43に回収される。
この図では、本発明による陰極に関連するグリッド23は、固体部分24を有する。これは図3に示すものと同様である。その熱放散は、図1aに示した電子銃の場合よりも良好である。
グリッド23を、銅などの良好な熱良導体である材料から作成した周囲支持30で取り囲めば、熱放散はさらに良好になる。この構成では、グリッドのバー28、29は、周囲支持30および熱放射性固体部分24の双方への伝導により冷却される。固体部分24は、陽極25、および陰極21の穴22への放射により冷却される。第1バー28の長さは図1bに示すバーの長さよりもかなり短い。例えば、その長さは、前述の例の約41ミリメートルから、約14.5ミリメートルにまで短くすることができる。
冷却を最も有効にし、放出された電子ビームの外乱を最小限にするために、グリッド23の固体部分24を、陰極21の穴22とほぼ同じサイズにすることが好ましい。
本発明による陰極を、固体部分をもたないグリッド、すなわち例えば図1bと同様の従来のグリッドと組み合わせることが考慮されることになる。このグリッドを黒体に近い放射能力を有する材料から作成すれば、陰極の穴と向き合うグリッドの部分はこの穴に向かって放射することができる。グリッド中央部の冷却は、図1aに示すものと同様のグリッドのそれと比較して、また固体陰極に関連して改善されるが、図4に示す場合ほど良好ではない。しかし、いくつかの場合ではこの冷却で事実上十分である。
電子の放出を可能にするためには、陰極を加熱しなければならない。陰極を間接的に加熱するヒータ40を図4に示した。図5では、これを正面から図示する。これは、陰極21の放出部27を加熱するように設計する。これを、陰極21の凸状面に接近して配置する。これは、陰極21の穴22に向かい合う穴41を画定する加熱エレメント42を有する。これは、電流が流れることができる導線45の配列を画定する、穴あき板の形状にすることができる。この板は、導電性が良く、黒体に近い熱放射能力を有する材料から作成することが好ましい。熱分解黒鉛は、加熱エレメント42の作成に特に適している。図5に示す例では、この板は一連の同心円状の弓形溝44を有し、連続する2つの円の上に配置された溝44は互いにオフセットする。溝44の間の間隔は、導線45の列を形成する。
本発明による電子銃は、球面の一部の形状をした陰極、または球面の一部の形状をしたグリッドに制限されるものではない。
Claims (14)
- 放出部(27)を備えた陰極を含む、グリッドを有する電子銃であって、放出部(27)が、グリッドを冷却する助けとなるように、それを完全に貫通するほぼ中央にある穴(22)を画定し、
陰極の前記放出部(27)がほぼ球面の弓形であり、
陰極の前記穴(22)の直径が前記放出部(27)の直径の30%ないし40%に相当することを特徴とする電子銃。 - 陰極の前記穴(22)がほぼ円形であることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の電子銃。
- 陰極の前記穴(22)に向かい合う穴(41)を画定する加熱エレメント(42)を有する、陰極加熱用のヒータ(40)を含むことを特徴とする、請求の範囲第1項ないし第2項のいずれか一項に記載の電子銃。
- 加熱エレメント(42)が電気導線(45)の配列を画定する穴あき板であることを特徴とする、請求の範囲第3項に記載の電子銃。
- 加熱エレメント(42)が熱分解黒鉛で作成されることを特徴とする、請求の範囲第3項および第4項のいずれか一項に記載の電子銃。
- グリッドが、陰極(21)の前記穴(22)と向かい合わせに位置するように意図された熱放射性固体部分(24)を有することを特徴とする、請求の範囲第1項ないし第5項のいずれか一項に記載の電子銃。
- グリッドの前記熱放射性固体部分(24)が、陰極(21)の前記穴(22)とほぼ同じ寸法を有することを特徴とする、請求の範囲第6項に記載の電子銃。
- グリッドの前記熱放射性固体部分(24)が、黒鉛から作成されることを特徴とする、請求の範囲第6項および第7項のいずれか一項に記載の電子銃。
- グリッドの前記熱放射性固体部分(24)が、熱分解黒鉛で作成されることを特徴とする、請求の範囲第8項に記載の電子銃。
- グリッドが、前記熱放射性固体部分(24)の周囲に穴あき部(26)を有し、この穴あき部(26)が陰極(21)から放出された電子を透過させるように意図されていることを特徴とする、請求の範囲第6項ないし第9項のいずれか一項に記載の電子銃。
- ほぼ球面の一部の形状をしたグリッドが、球面の経線に沿った第1バー(28)および球面の緯線に沿った第2バー(29)を有する穴あき部を有することを特徴とする、請求の範囲第10項に記載の電子銃。
- グリッドの前記熱放射性固体部分(24)がほぼ球形キャップの形状であることを特徴とする、請求の範囲第6項ないし第11項のいずれか一項に記載の電子銃。
- グリッドが、銅材料から作成された周囲支持(30)によって取り囲まれることを特徴とする、請求の範囲第1項ないし第12項のいずれか一項に記載の電子銃。
- 請求の範囲第1項ないし第13項のいずれか一項に記載のグリッドを有する電子銃を含むことを特徴とする電子管。
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