NL9400657A - Elektronenbundel-opweksysteem. - Google Patents

Description

Elektronenbundel-opweksysteemTechnisch gebied

De uitvinding heeft betrekking op de constructie van elektronenstraal-opweksysternen, in het bijzonder systemen die kathode-inrichtingenomvatten met stroomdichtheden tot 10 A/cm2.

Stand van de techniek

Volgens de stand van de techniek zijn kathode-inrichtingen metstroomdichtheden tot 10 A/cm2 al lange tijd bekend, en worden wijdverbreid gebruikt om microgolven te leveren. Significant in dergelijkekathode-inrichtingen, die in deze aanvrage hoge-stroom of opslagkathodenworden genoemd, is een poreuze, gesinterde metalen schijf, waarin eenbarium-strontium mengsel is ingebed. Als gevolg van de stoomdruk van deaardalkalimetalen wordt één laag gevormd op het oppervlak van hetgesinterde deel, die het uitvoerwerk vermindert onder invloed van detemperatuur, en dienovereenkomstig een hoge elektronen-emissie produceert. Werktemperaturen van ongeveer 1100 °C zijn echter vereist omde reeds aanwezige hoge elektronenstraal-dichtheid tot 10 A/cm2 tebereiken. De levensduur van dergelijke hoge-stroom kathoden wordt nietbeïnvloed door de verhoogde werktemperaturen en de hoge emissiedichtheid,omdat, zoals in de praktijk is aangetoond, werktijden van maximaal100.000 uur met dergelijke hoge-stroom kathoden gemakkelijk kunnen wordenbereikt.

In aanvulling op het beschreven type hoge-stroom kathoden zijn anderekathode-inrichtingen bekend, die stroomdichtheden tot 0,5 A/cm2 leverenbij werktemperaturen van ongeveer 900° C. Dergelijke kathode-inrichtingenbestaan in wezen uit een kleine nikkelen buis, met een speciale licht-elektronen-emitterende oxidelaag, bijvoorbeeld een barium-oxidelaag, aande zijde die tegenover de anode ligt. Het toepassingsgebied vandergelijke kathode-inrichtingen is de beeldbuis-technologie, zowel aan deontvang- als aan de zendzijde. Om te verhinderen dat de elektronen, dievanuit de emissielaag in een vacuüm op de respectieve werktemperatuurworden gestoomd, de kathode als een wolk omringen, wordt een anode aangebracht op afstand van het kathode-oppervlak, waardoor de uitgezondenelektronen zich versnellen in de richting van de anode. Om de hoeveelheidelektronen te regelen die in de richting van de anode worden versneld,wordt een speldegat-opening geplaatst op afstand van het emissie-oppervlak van de kathode in de richting van de anode, die negatief isgeladen ten opzichte van de kathode. Hoe hoger de negativiteit van destuurstroom tussen de kathode en het speldegat-opening of de Wehnelt-cilinder (modulaire elektrode), hoe minder elektronen door het speldegat-opening heen kunnen gaan. Volledigheidshalve moet er op worden gewezendat bijvoorbeeld televisie-beeldbuizen andere elektroden in de richtingvan de anode hebben om de elektronenbundel te vormen, en de combinatievan kathode-inrichting, speldegat-opening en elektroden wordt in debeeldontvang- en reproduktietechnologie een elektronenstraal-opweksysteemgenoemd. Hoewel een scherpe definitie met conventionele televisie-beeldbuizen kan worden bewerkstelligd door middel van het hierbovenbeschreven elektronenstraal-opweksysteem, is het noodzakelijk om dedefinitie ten behoeve van tekst-reproduktie en HDTV-bedrijf teverbeteren. Dit is in het bijzonder noodzakelijk voor buizen van grootformaat, inclusief het 16 x 9 formaat.

Zoals is aangegeven door voorbeeldberekeningen met betrekking hiertoezou de definitie zelf kunnen worden verkregen door de conventionelekathode-inrichting te vervangen door een hoge-stroom kathode-inrichting,zoals gemakkelijk te zien is. Een dergelijke maatregel vereist echter eenverandering in de constructie van het systeem als de spanning van hetrooster 2 behouden moet blijven in een verantwoord gebied van 800 tot1000 volt. Deze veranderingen bestaan eruit dat, in tegenstelling totconventionele kathode-inrichtingen, de afstand tussen de kathode en hetrooster 1 (speldegat-opening) verminderd moet worden tot 40 tot 60 pm.Het is verder noodzakelijk om de dikte van het rooster 1 in hetdoorgangsgebied van de elektronen te verminderen van 30 tot 70 pm.Terwijl het relatief gemakkelijk is om de afstand van het rooster 1 aande kathode bij te stellen, is het vormen van een doorgangsgebied in hetrooster 1 met een dikte van 30 tot 'JO pm buitengewoon moeilijk gebleken.Het vormen van een dergelijk dun rooster 1 is niet op zich een probleem,maar veeleer het behouden van de thermische stabiliteit van een dergelijkdun rooster onder de invloed van de werktemperatuur. De laatstgenoemde isin het bijzonder kritisch bij hoge-stroom kathoden die werken bijtemperaturen tot 1100 eC. Zoals is aangetoond door tests van de aanvragerveroorzaakt in het bijzonder het temperatuureffeet tijdens de verwarmingsfase mechanische spanningen en vervormt het dunnedoorgangsgebied, wanneer het wordt gevormd door een folie die aan eenontvangdeel is bevestigd. Zelfs het bekende natuurkundige principe vaneen gerekte trommel, waarvan de spanning werd opgedrukt door het dunnedoorgangsgebied kort voor het lasproces te verhitten, mislukte, omdat ergeen uniform temperatuurniveau in het ontvangdeel kon worden bereikt alsgevolg van de goede warmte-overdracht in de bevestigingen van het dunnedoorgangsgebied. Ook in dit geval was het resultaat een onsystematischebolling van het dunne doorgangsgebied. Evenmin waren pogingen succesvolom het doorgangsgebied te vormen met een gewenste dikte van 30 - 70 ymdoor stampen of persen, omdat het niet mogelijk was om een uniformediepte van het doorgangsgebied te vormen, zoals voor hoge-stroom kathodenis vereist.

De behoefte aan een elektronenbundel-opweksysteem dat wordt gekenmerktdoor een verbeterde definitie, bestaat derhalve nog steeds.

Presentatie van de uitvinding

De doelstelling wordt bereikt doordat, overeenkomstig conclusie 1, derespectieve kathode-inrichting een hoge-stroom kathode is, en doordat deroosterelektrode op een directe afstand tot de kathode-inrichting eenhoek α vormt die groter dan 95° en kleiner dan 175° is, met een gebieddat zich evenwijdig aan het emissie-oppervlak van de kathode-inrichtinguitstrekt en de elektronen-doorgangsopening bevat, en met de zijde vanhet gebied dat tegenover het emissie-gebied ligt, en met een randstuk,dat met het vrije eind van het bekledingselement is verbonden, dat zichuitstrekt in de richting van het gebied en hiermee een hoek van 90°plus/min 10° vormt.

Verrassend genoeg was het met deze hoedvormige vorming van hetdoorgangsgebied in het rooster 1 mogelijk een stabiele inrichting vanhoge-stroom kathode en rooster 1 te bereiken.

Andere voordelige ontwikkelingen van de uitvinding zijn beschreven inde conclusies 2 tot en met 5·

Als, overeenkomstig conclusie 2, het gedeelte van de rooster-elektrodedat door het gebied, het bekledingsoppervlak en het hoekstuk wordtgevormd, is gemaakt in de vorm van een inzetstuk en is geplaatst enverbonden in een opening van de rooster-elektrode, heeft dit het voordeeldat een zeer rendabele oplossing wordt bewerkstelligd vanwege deafzonderlijke produktie van inzetstuk en roosterontvanger.

Het laatste geldt in het bijzonder wanneer minstens het gedeelte vande rooster-elektrode dat het gebied, het bekledingsoppervlak en hetrandstuk vormt, is diepgetrokken. En dit vooral, wanneer hetdoorgangsgebied uit metalen folie bestaat in de vorm van een inzetstuk.

Het is zeer voordelig voor de thermische stabiliteit van het doorgangsgebied van het rooster 1 wanneer, volgens conclusie 4, minstensde gedeelten van de rooster-elektrode die het gebied, hetbekledingsoppervlak en het randstuk omringen, gemaakt zijn van eenmateriaal dat een zeer lage uitzettingscoëfficiënt in het temperatuurgebied tot ongeveer 400 °C heeft. Een dergelijk materiaal, datis aangegeven in conclusie 4, is een hooggelegeerd nikkelstaal met 20 tot35% nikkel.

Korte beschrijving van de figuren

Figuur 1 is een schematische doorsnede door een elektronenbundel-opweksysteem;

Figuur 2 is een schematische doorsnede door een rooster 1 van eenelektronenbundel-opweksysteem;

Figuur 3 is een schematische doorsnede door een anderelektronenbundel-opweksysteem;

Figuur 4 is een schematische doorsnede door een inzetstuk; en

Figuur 5 is een schematische doorsnede door een ander inzetstuk.

Wijzen om de uitvinding uit te voeren

De uitvinding wordt nu in meer detail uiteengezet aan de hand van defiguren.

Figuur 1 illustreert een elektronenbundel-opweksysteem 10, dat wordtgevormd door een kathode-inrichting 11 en een eerste elektrode 12. Dekathode-inrichting 11, die de feitelijke opslagkathode 13, de kathode-buis 14, de buisvormige houder 15 en de vasthoud-elementen 16 omvat, iseen hoge-stroomkathode, zoals bijvoorbeeld in de handel verkrijgbaar isvan Semicon, Lexington/USA. In het beschreven configuratievoorbeeld heeftde hoge-stroomkathode 13 een straal-stroomdichtheid van 5 A/cm2 envereist een werktemperatuur van 1100eC. Deze hoge-stroomkathode 13 isaangebracht en vastgemaakt in een vasthoudbuis IJ. Het doorgangsgebiedvoor de elektronen die door de kathode 13 worden uitgezonden is op 40 pmvan het emissie-oppervlak van de feitelijke opslagkathode 13 geplaatst, die van de kathodebuis 14 is afgewend. Dit doorgangsgebied heeft de vormvan een inzetstuk 18, en is aan het ontvangdeel 19 van het elektrode-rooster 12 bevestigd. Het ontvangdeel 19, dat in het weergegevenconfiguratievoorbeeld een dikkere wand dan het inzetstuk heeft vanwege deproduktiestabiliteit, is via een keramische schijf 20 met de vasthoudbuis17 verbonden. Het inzetstuk 18 is diepgetrokken van een folie van eenhoog-nikkelgehalte-ijzer met 36# nikkel, en heeft een wanddikte vanongeveer 45 pm. Dit inzetstuk 18 bestaat uit een gebied 23 dat evenwijdigaan het emissie-oppervlak 21 loopt en de opening 22 bevat voor dedoorgang van de elektronen, een bekledingsoppervlak 24 dat grenst aan hetgebied 23 en dat een hoek α van 135° vormt met de binnenkant 25 van hetgebied 23, en een randstuk 26, dat met het vrije einde van hetbekledingsoppervlak 24 is verbonden, dat zich uitstrekt in de richtingvan het gebied 23 en hiermee een hoek van 90° vormt. Een flens 27 isgevormd aan het vrije einde van het randstuk 26, waarbij het inzetstuk 18met een laser aan het ontvangdeel 19 is gelast.

Een dergelijk elektronenbundel-opweksysteem kan worden gebruikt alseen kathode-rooster 1 inrichting in televisie-beeldbuizen met hogestraal-stroomafgiftes (tot 10 A/cm2), zonder het risico dat de vereistewerktemperatuur tot 1100 °C het zeer dunne rooster 1 in het elektronen¬doorgangsgebied 22 zal beïnvloeden.

In het configuratievoorbeeld dat hier is beschreven is de diameter vanhet emissie-oppervlak 21 van de opslagkathode 13 0,75 mm, om tewaarborgen dat verdampend kathode-materiaal geen van de openingen in hetrooster 12, of in een van de volgende roosters (niet weergegeven)afsluit.

Volledigheidshalve moet er in dit verband op worden gewezen datverscheidene van de kathode/rooster 1 inrichtingen die in figuur 1 zijngetoond en zich bijvoorbeeld in hetzelfde vlak bevinden gebruikt kunnenworden voor het leveren van een televisiebeeld.

Figuur 2 is eenvoudigweg een verdere ontwikkeling van het eersteelektroderooster 12 dat in figuur 1 is getoond. In dit geval is hetinzetstuk 18 niet één stuk, vergeleken met figuur 1, maar bestaat uittwee gedeelten, waarbij het gebied 23 en het bekledingsoppervlak 24 ééngedeelte vormen, en het randstuk 26 en de flens 27 het andere gedeeltevan het inzetstuk 18 vormen. Op de overgang van het bekledingsoppervlak24 en het randstuk 26 worden de twee individuele gedeelten aan elkaargelast zodat ze een inzetstuk 18 vormen. In het configuratievoorbeeld datin figuur 2 is weergegeven, is de hoek α tussen het bekledingsoppervlak 24 en het gebied 23 153°·

Figuur 3 toont een andere inrichting overeenkomstig figuur 1. Inaanvulling op een verschillend type bevestiging van de hoge-stroomkathode 11, verschilt deze configuratie vooral van die in figuur 1doordat het ontvangdeel 19 niet met de hoge-stroom kathode zelf isverbonden. Hierdoor kan de kathode ten opzichte van het elektrode-rooster12 of de andere roosters (niet weergegeven) op zeer eenvoudige wijzeworden bijgesteld. Figuur 3 toont ook het inzetstuk 18 in twee gedeelten.

Figuur 4 toont een doorsnede door een deel van het inzetstuk 18 datbestaat uit het gebied 23 en het bekledingsoppervlak 24, zoals die wordengebruikt in inzetstukken uit twee delen van de figuren 2 en 3· De hoek αtussen het gebied 23 en het bekledingsoppervlak 24 is 125®.

Figuur 5 toont het diepgetrokken folie-inzetstuk 18, zoals dat isgebruikt in de vorm van één stuk in figuur 1. Dit inzetstuk 18, dat isdiepgetrokken van een hoog-nikkel-gehalte ijzer met 20% nikkel, heeft eenconstante wanddikte van 50 ym.

Tenslotte moet er op worden gewezen dat de hoek in grote mate afhangtvan het materiaal dat wordt gebruikt voor het doorgangsgebied in hetelektroderooster 12 en de overheersende werktemperatuur. Bij temperaturendie lager dan 1100 °C zijn zou de hoek α bijvoorbeeld kleiner kunnenworden gemaakt.

Zoals hierboven is aangegeven is een voorkeurs-toepassingsgebied vande hoge-stroom kathode-inrichtingen overeenkomstig de onderhavigeuitvinding de beeldontvang- en reproductie-technologie, omdat deze zwareeisen stelt aan de thermische stabiliteit van de elektrode-inrichting 12,vanwege de beelduitvoer die door de elektronenbundel wordt geleverd.Eveneens is deze uitvinding niet beperkt tot beeldontvangst en -reproduktie maar kan overal worden gebruikt, terwijl de speldegat-openingen geplaatst voor een kathode-inrichting in het hoge-temperatuurgebied, thermisch stabiel moeten zijn.

Claims (6)

1. Elektronenbundel-opweksysteem met minstens een kathode-inrichtingen met minstens een rooster-elektrode, door de openingen waarvan deelektronen gaan die door de kathode-inrichting zijn uitgezonden, met hetkenmerk, dat de respectieve kathode-inrichting is gebouwd als een hoge-stroomkathode (11), en dat de rooster-elektrode (12), die zich op eendirecte afstand van de kathode-inrichting (11) bevindt, een hoek α omvatdie groter dan 95 ° en kleiner dan 175° is, samen met - een gebied (23) dat zich evenwijdig aan het emissie-oppervlak (21) vande kathode-inrichting (11) uitstrekt en de elektronen-doorgangsopening(22) omvat, - een bekledingsoppervlak (24) dat aan de zijde van het gebied (23)grenst die naar het emissie-oppervlak (21) is gericht, en - een randstuk (26) dat met het vrije einde van het bekledingsoppervlak(24) is verbonden, dat zich in de richting van het gebied (23) uitstrekten een hoek van 90° plus/min 10° omvat.

2. Elektronenbundel-opweksysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk,dat het gedeelte van de rooster-elektrode (12) dat door het gebied (23),het bekledingsoppervlak (24) en het randstuk (26) wordt gevormd, als eeninzetstuk (18) is gevormd, dat in een opening van de rooster-elektrode(12) is geplaatst en daarmee is verbonden.

3. Elektronenbundel-opweksysteem volgens conclusie 1 of 2, met hetkenmerk. dat de diameter van het emissie-oppervlak (21) van de hoge-stroomkathode (11) tussen 0,5 en 1,5 mm is.

4. Elektronenbundel-opweksysteem volgens een van de conclusies 1 toten met 3, met het kenmerk, dat minstens het gedeelte van de elektrode(12) dat door het gebied (23), het bekledingsoppervlak (24) en hetrandstuk (26) wordt gevormd, diepgetrokken is.

5. (sic) Elektronenbundel-opweksysteem volgens een van de conclusies 1tot en met 4, met het kenmerk, dat minstens de gedeelten van de rooster-elektrode (12) die het gebied (23), het bekledingsoppervlak (24) en hetrandstuk (26) omvatten, zijn gemaakt van een materiaal met een lagethermische uitzettingscoëfficiënt tot ongeveer 400 “C.

6. Elektronenbundel-opweksysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk,dat het materiaal een hooggelegeerd nikkelstaal met 20 tot 55# nikkel is.