NL8802172A - Alkalimetaaldamp-dispenser. - Google Patents

Description

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het vrijmaken van metaaldamp van een alkalimetaal voorzien van een houder bevattende een poeder waaruit bij verhitting alkalimetaal vrijkomt.

Daarnaast heeft de uitvinding onder meer betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke inrichting.

Dergelijke inrichtingen (dispensers) worden bijvoorbeeld gebruikt in buizen voorzien van fotokathodes (helderheidsversterkers, röntgenbeeldversterkers) en fotomultiplicatorbuizen waarbij bijvoorbeeld een dunne laag cesium wordt aangebracht om de uittreepotentiaal van de elektronen te verlagen. Ook in weergeefbuizen voorzien van halfgeleiderkathoden kunnen dit soort dispensers worden gebruikt.

Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort is beschreven in GB 1,265,197 waarin het poeder een alkalichromaat bevat. Bij verhitting van het poeder, dat in het getoonde voorbeeld cesiumchromaat bevat wordt dit chromaat ontleed zodat zuiver cesium vrijkomt.

Eén van de bezwaren van een dergelijke inrichting bestaat hierin dat de afmetingen van de poederkorrels van het chromaat zodanig klein zijn dat bij het vullen van de houders onregelmatige toevoer van deze korrels optreedt (slechte loopeigenschappen). Hierdoor is het moeilijk de dispensers op reproduceerbare wijze te vervaardigen.

Een tweede bezwaar is de afgifte van ongewenste gassen tijdens de levering van het alkalimetaal. Weliswaar bevatten dergelijke dispensers naast het chromaat vaak silicium en zircoon-aluminium om tijdens de ontledingsreactie vrijkomend zuurstof te binden, maar met name zircoon-aluminium geeft bij de ontleedtemperatuur van de diverse alkalichromaten (700-800°C) waterstof en koolwaterstofgassen af terwijl ook de omhulling, die doorgaans uit nikkel-chroomstaal bestaat, deze gassen, met name koolstofhoudende gassen afgeeft; in het bijzonder deze laatste hebben een ongunstige invloed op de werking van fotokathoden en halfgeleiderkathoden.

Bovendien vindt de levering van het alkalimetaal plaats vanaf de ontledingstemperatuur; de afgifte van het alkalimetaal is daardoor moeilijk of geheel niet regelbaar.

Be uitvinding stelt zich onder meer ten doel een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen die op een meer reproduceerbare wijze vervaardigd kan worden.

Verder stelt zij zich ten doel een inrichting te verschaffen waarbij de afgifte van de alkalimetaaldamp regelbaar is.

Daarnaast stelt zij zich ten doel de afgifte van de ongewenste gassen zoveel mogelijk te verminderen.

De uitvinding berust op het inzicht dat dit bereikt kan worden door het alkalimetaal door middel van diffusie vrij te maken in plaats van door een ontledingsreactie.

Verder berust zij op het inzicht dat een dergelijke wijze van vrijmaken bereikt kan worden door een ander soort poedermengsel te kiezen dan de tot dusver gebruikte chromaten.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat het poeder korrels van silicium of germanium bevat met een schil uit een verbinding van silicium of germanium met het alkalimetaal.

Het blijkt dat bij gebruik van een dergelijk poeder bij bijvoorbeeld de combinatie silicium-cesium al vanaf 530°C cesium uit het poeder diffundeert. De mate van diffusie is temperatuurafhankelijk en daardoor over een breed gebied goed regelbaar.

De genoemde korrels kunnen eenvoudig vervaardigd worden met een diameter in het gebied 50-200 pm; het poeder heeft daardoor goede loopeigenschappen (flowing characteristics), waardoor de houders op reproduceerbare wijze gevuld kunnen worden.

Doordat bovendien de diffusie bij aanzienlijk lagere temperatuur plaats vindt dan de genoemde ontledingsreactie van cesiumchromaat is ook de afgifte van ongewenste gassen veel geringer, temeer daar bijmengsels als zircoon-aluminium nu achterwege kunnen blijven.

Het poeder wordt bij voorkeur in een houder gebracht die praktisch buisvormig is en voorzien is van (één of meer openingen (bijvoorbeeld een spleet) voor het vrijlaten van het alkalimetaal. Hiermee is een gerichte metaaldampafgifte mogelijk. Onder buisvormig wordt in dit verband verstaan elke regelmatige of onregelmatige doorsnede (driehoekig, vierkant etc.) maar bij voorkeur rond.

Als alkalimetalen kiest men bij voorkeur natrium, kalium, rubidium of cesium. Natrium en kalium zijn zeer geschikt voor toepassingen in bijvoorbeeld helderheidsversterkers en röntgenbeeldversterkers (voorzien van fotokathoden) terwijl cesium met name toepassing vindt in fotomultiplicatorbuizen en (weergeef-)buizen gebaseerd op halfgeleiderkathoden.

Een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke inrichting heeft het kenmerk, dat silicium- of germaniumpoeder in een inerte atmosfeer wordt gemengd met vloeibaar alkalimetaal en het mengsel een zodanige temperatuurbehandeling ondergaat dat diffusie van het alkalimetaal in het silicium of germanium optreedt.

Aangezien het aldus verkregen poeder enigszins hygroscopisch is en doorgaans niet direct in een geëvacueerde ruimte wordt opgeslagen, wordt bij voorkeur de buitenste laag geoxydeerd. Het aldus verkregen poeder is uitstekend tegen vochtopname beschermd.

De uitvinding zal thans nader worden geschreven aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening waarin:

Figuur 1 schematisch een inrichting volgens de uitvinding voorstelt.

De inrichting van figuur 1 bevat een houder 2, die in dit voorbeeld praktisch cylindervormig is en bijvoorbeeld uit nikkel-chroom vervaardigd is. De houder 2 is aan beide uiteinden voorzien van metalen kapjes 5 en elektrische aansluitingen 4 ten behoeve van stroomdoorvoer. Voor een gerichte afgifte van de alkalimetaaldamp is de houder 2 voorzien van een spleet 4.

In de houder bevindt zich een poeder waaruit bij verhitting een alkalimetaal, in dit voorbeeld cesium, vrijkomt. De verhitting vindt plaats doordat via de elektrische aansluitingen 4 stroomdoorvoer door de wanden van de cylindervormige houder plaats vindt.

Het betreffende poeder is in dit voorbeeld verkregen uit siliciumpoeder met een korrelgrootte tussen 50 en 200 pm, dat in een inerte argon- (of stikstof-)atmosfeer wordt gemengd met cesium. Druk en temperatuur zijn hierbij zodanig (bijvoorbeeld 1 atmosfeer, 28°C) dat het siliciumpoeder in nauw contact is met het cesium. Tijdens een daaropvolgende temperatuurverhoging tot circa 550°C diffundeert het cesiua het silicium in en vormt een schil bestaande uit een cesium-silicium verbinding (vermoedelijk CsSi^). De snelheid van dit proces is afhankelijk van de temperatuur, de dikte van de schil van de hoeveelheid cesium.

Het aldus verkregen poeder is zeer geschikt voor fabricageprocessen waarbij reproduceerbare dispenser-eigenschappen worden verkregen. Net name is de korrelafmeting bijzonder gunstigd voor een continu vullen van goten waaruit de houders 2 worden vervaardigd (goede loopeigenschappen).

Bij toepassing in een cesium-dispenser blijkt dat het poeder in vacuüm al vanaf 530°C cesium afgeeft, doordat de silicium-cesium-verbinding ontleedt en het cesium via diffusie weer vrijkomt. Aangezien de cesium-afgifte in eerste instantie door deze diffusie wordt bepaald is een instelbare afgifte door middel van temperatuurinstelling mogelijk.

Het aldus gevormde poeder is echter enigszins hygroscopisch. Dit is geen bezwaar indien vrijwel alle stappen van de vervaardiging tot montage in een elektronenbuis of fotokathode vrijwel geheel in vacuüm of in een inerte atmosfeer plaats vinden. Omdat in de praktijk het poeder vaak tijdelijk wordt opgeslagen, wordt dit om de hygroscopiciteit tegen te gaan enige tijd (bijvoorbeeld 60 minuten bij 250°C) in de lucht verhit.

In plaats van siliciumpoeder kan ook germaniumpoeder als uitgangsmateriaal gekozen worden terwijl ook diverse andere alkalimetalen gekozen kunnen worden (natrium, kalium, rubidium). Hierbij moeten, afhankelijk van de gekozen combinaties de vervaardigingscondities (druk, temperatuur) anders gekozen worden, zodat met name de diffusie van het alkalimetaal in de silicium- of germaniumkorrels verzekerd is.

Het gerede poeder wordt zoals gezegd in een goot gebracht. Door de goede loopeigenschappen vindt een continue vulling plaats met een praktisch constante hoeveelheid poeder per lengte-eenheid. Ra het vullen wordt een dergelijke goot dichtgevouwen onder openlating van een smalle spleet. De aldus verkregen buis wordt verzaagd, waarna de afzonderlijke delen van afsluitkapjes 5 en elektrische aansluitgeleiden 3 worden voorzien.

De dispensers kunnen worden toegepast in fotokathoden voor helderheidsversterkers en röntgenbeeldversterkers, in fotomultiplicatorbuizen alsmede voor het aanbrengen van uittreepotentiaalverlagend materiaal (in het bijzonder cesium) op halfgeleiderkathoden ten behoeve van elektronenbuizen.

Claims (10)

1. Inrichting voor het vrijmaken van metaaldamp van een alkalinetaal voorzien van een houder bevattende een poeder waaruit bij verhitting het alkalinetaal vrijkomt, net het kenmerk, dat het poeder korrels van siliciun of geraaniun bevat net een schil uit een verbinding van siliciun of germaniua net het alkalinetaal.

2. Inrichting volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat de houder praktisch buisvornig is en voorzien is van een spleet voor het vrijlaten van het alkalinetaal.

3. Inrichting volgens conclusie 2, net het kenmerk, dat de houder van metaal is en aan zijn uiteinden voorzien is van aansluitingen ten behoeve van stroondoorvoer.

4. Inrichting volgens één der vorige conclusies, met het kenmerk, dat het alkalinetaal tot de groep natrium, kalium rubidium en cesium behoort.

5. Inrichting volgens één der vorige conclusies, net het kenmerk, dat de houder uit nikkel-chroonstaal bestaat.

6. Inrichting volgens één der vorige conclusies, met het knenerk, dat de diameter van de poederdeeltjes tenminste 50 pm en ten hoogste 200 pn bedraagt.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een poeder voor toepassingen in een inrichting voor het vrijmaken van metaaldamp van een alkalinetaal, met het kenmerk, dat silicium- of germaniumpoeder in een inerte atmosfeer wordt gemengd net vloeibaar alkalinetaal en het mengsel een zodanige tenperatuurbehandeling ondergaat dat diffusie van het alkalinetaal in het silicium of gernanium optreedt.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat na de diffusie de buitenste laag van de poederkorrels geoxydeerd wordt.

9. Elektronenbuis, met het kennerk, dat deze is voorzien van een fotokathode en een inrichting volgens één der conclusies 1 tot en net 6.

10. Elektronenbuis, net het kennerk, dat deze voorzien is van een halfgeleiderkathode en een inrichting volgens één der conclusies 1 tot en net 7.