Wlasciciel patentu: Siemens Halske Aktiengesellschaft, Monachium (Nie miecka Republika Federalna) .IOTSKai ?* aten l owe Lampa z modulacja czasu przelotu elektronów zawierajaca pompe jonowa z pochlaniaczem Wynalazek dotyczy lampy z modulacja czasu przelotu elektronów wyposazonej w uklad elek¬ trod umieszczonych w jednorodnym, prowadzacym polu magnetycznym, szczególnie lampy z fala bie¬ zaca, z jonowa pompa z pochlaniaczem.W lampach z fala biezaca próznia odgrywa bar¬ dzo duza rola, po pierwsze dlatego, ze w ten spo¬ sób mozna zapobiec szkodliwym w czasie pracy drganiom jonowym, a po drugie, ze dzieki temu mozna znacznie przedluzyc zywotnosc lampy i czas jej skladowania. Z tego wzgledu przy pro¬ dukcji tego rodzaju lamp dazy sie do uzyskania bardzo dobrej prózni rzedu np. minimum 10_l Tr i do pózniejszego zachowania tej prózni. Ostatnio stosyje sie pozostawianie jonowych pomp pochla¬ niajacych przy opróznionych juz lampach duzej mocy, aby w ten sposób zapewnic dobra próznie nawet w najtrudniejszych warunkach eksploata¬ cyjnych.Jonowe pompy pochlaniajace, znane sa badz jako jednostki samodzielne, badz w polaczeniu z elektronowym ukladem wyladowczym. Ich dzia¬ lanie polega na tym, ze resztki gazów zostaja zjo¬ nizowane, a nastepnie przeniesione na elektrode o dobrze absorbujacej powierzchni, gdzie zostaja zwiazane. Na tego rodzaju powierzchnie o wlasci¬ wosciach absorpcyjnych najlepsze okazaly sie me¬ tale czyste, takie jak tantal, niob, cyrkon albo ty¬ tan, z których przez odparowanie wytwarza sie lustro pochlaniacza. W celu zwiekszenia dzialania 10 15 20 30 pochlaniajacego, lustro pochlaniacza jest odna¬ wiane lub uzupelniane w sposób ciagly, lub w pewnych odstepach czasu. Do uruchomiania tego rodzaju jonowej pompy pochlaniajacej potrzebne sa napiecia rzedu kilka tysiecy wolt, raz dla pod¬ trzymywania drogi wyladowczej jonów, a po dru¬ gie do odprowadzania wytworzonych jonów, dalej, co najmniej dwie elektrody w tego rodzaju ukla¬ dzie, ze istnieje miedzy nimi mozliwie dluga droga przebiegu jako odcinek jonizacji oraz silne pole magnetyczne do przedluzenia drogi przebiegu, w celu zwiekszenia prawdopodobienstwa Jonizacji zderzeniowej. W wiekszosci lamp z modulacja czasu przelotu elektronów te trzy warunki sa spelnione.Z tego wzgledu, wynalazek ma szczególne zna¬ czenie dla wszelkiego rodzaju lamp z modulacja czasu przelotu elektronów, dla lamp z fala bieza¬ ca, oscylatorów z fala wsteczna, klistronów, tzn. dla lamp, w których wystepuje magnetycznie sku¬ piony, osiowy strumien elektronów o duzej ge¬ stosci.Zadanie, lezace u podstaw niniejszego wynalaz¬ ku, polega na tym, aby elektrody odpowiedniej lampy wraz z przylozonymi napieciami i ich po¬ lami magnetycznymi wykorzystac do mechanizmu dzialania jonowej pompy pochlaniajacej.W lampie z modulacja czasu przelotu elektro¬ nów, posiadajacej uklad elektrod w jednorodnym lub okresowym magnetycznym polu prowadzacym, 5225252252 S zwlaszcza w lampie z fala biezaca, uzyskuje sie to za pomoca jonowej pompy prózniowej wedlug niniejszego wynalazku w ten sposób, ze czesci ukladu elektrod lampy z przylozonymi potencja¬ lami oraz magnetyczne pole prowadzace oddzia- lowuja na mechanizm dzialania jonowej pompy pochlaniajacej, i ze jako chwytacze jonów sluza co najmniej dwie — umieszczone przed lub za jednym z konców spirali, zwlaszcza w poblizu katody — elektrody, które przynajmniej podczas pracy posiadaja czesci o zdolnosciach pochlaniaja¬ cych, szczególnie na ich powierzchni.Na przyklad w lampie z fala biezaca, przyspie¬ szone elektrony wybiegajace z wyrzutni elektro¬ nów sa pod dzialaniem silnego pola magnetycznego prowadzone w postaci strumienia o duzej gestosci po drodze spiralnej przez dluzszy odcinek drogi, zwykle wewnatrz spirali i w ten sposób powoduja jonizacje zderzeniowa gazów szczatkowych. Po¬ wstajace w ten sposób jony, przewaznie dodatnie, dzieki swojej polaryzacji oraz wskutek dzialania ukladu ogniskujacego elektrony zostaja mniej lub wiecej skupione i skierowane do katody, która moglyby wskutek efektu bombardujacego powaz¬ nie uszkodzic. Wiadomo, iz z tego powodu w tego rodzaju lampach wykonuje sie otwór w srodku powierzchni emisyjnej katody, aby przeprowadzic przez niego jony i zwiazac je poza katoda za po¬ moca odpowiedniej powierzchni absorpcyjnej. Ta metoda jest jednak niedoskonala w swym dziala¬ niu i stwarza w pewnym stopniu niedogodne wa¬ runki dla wlasciwego mechanizmu wyladowczego lampy.Na ogól jony nie moga wydostac sie z wypelnio¬ nej elektronami przestrzeni wyladowania przez urzadzenie ogniskujace i dlatego stosowane zwy¬ kle w elektronowym mechanizmie wyladowczym elektrody tworzace pulapke jonowa sa tak umiesz¬ czone wzgledem drogi strumienia elektronów, ze jony osiagaja te elektrody, dzieki srodkom elek¬ tronowo optycznym, glównie po drogach skiero¬ wanych promieniowo. Przy tym potrzebne srodki elektronowo-optyczne, a szczególnie elektrody tworzace pulapke jonowa zostaja tak uksztalto¬ wane i otrzymuja taki dobór potencjalów, ze przy rozdziale potencjalów powstaje na osi badz sio¬ dlo, badz silna soczewka skupiajaca strumien elek¬ tronów, skad natezenie pola elektrycznego zostaje tak skierowane, ze jony sa promieniowo kierowa¬ ne i przyspieszane na zewnatrz.Omówiona metoda ma w porównaniu z dotych¬ czasowymi zwyklymi jonowymi pompami pochla¬ niajacymi zalety calkiem szczególne. W dotych¬ czas znanych jonowych pompach pochlaniajacych zdarza sie mianowicie bardzo czesto, ze pompy te zawodza po osiagnieciu pewnej okreslonej prózni ze wzgledu na zbyt mala mozliwosc jonizacji zderzeniowej wskutek czego zostaje przerwana droga jonizacji, poniewaz nie wystarcza jonizacja wstepna powodowana najczesciej przez stale ist¬ niejace promieniowanie kosmiczne. W opisanej lampie, dzieki powiazaniu jonowej pompy pochla¬ niajacej z elektronowym naczyniem wyladowczym w ramach elektronowego mechanizmu wyladow¬ czego, istnieje zawsze dosyc elektronów do wzbu- 4 dzenia jonizacji wstepnej, a spiralne drogi nosni¬ ków wyladowan stwarzaja wystarczajace mozliwos¬ ci jonizacji zderzeniowej, tak ze przerwanie drogi wyladowczej, nie moze nastapic. Przenikajace wzdluz lampy jony pochodzace z przestrzeni ko¬ lektora lub katody zostaja dzieki szczególnej wlas¬ ciwosci utworzonego pola wyrwane ze strumienia elektronów. A wiec w ramach mechanizmu jono¬ wej pompy pochlaniajacej wystepuje równoczesnie dzialanie pulapki jonowej, tak ze wlasciwa droga wyladowcza jest stale oswobodzona od jonów.Pulapka jonowa moze w najprostszym przypad¬ ku skladac sie z jednej elektrody, która badz sklada sie cala z materialu o wlasnosciach pochla¬ niajacych, takiego jak tytan, badz tez pokrywana jest w czasie pracy nowa powloka tytanowa (lu¬ strem), odnawiana w sposób ciagly lub w pewnych odstepach czasu. Jednakze ten sposób mozna rów¬ niez osiagnac w czasie pracy za pomoca samej pulapki jonowej w ten sposób, ze wykona sie ja w postaci dwóch elektrod. Do jednej z tych elek¬ trod przyklada sie taki potencjal, ze jony docie¬ raja do niej z tak znaczna predkoscia, ze ich energia kinetyczna powoduje rozpylenie materialu pochlaniajacego, znajdujacego sie na powierzchni elektrod. Bliskie ustawienie drugiej elektrody pu¬ lapki jonowej powoduje, ze zostaje ona naparowa- na (napylona) materialem pochlaniajacym np. na wzór lustra. Wspomniana elektroda, pokrywana w czasie pracy stale nowym lustrem pochlaniacza, otrzymuje tak dobrany potencjal, ze jony docie¬ raja do niej z szybkoscia zmniejszona, ale wystar¬ czajaca dla dobrego dzialania pochlaniacza i zo¬ staja przy tym calkowicie wchloniete i zwiazane.Pierwsza ze wspomnianych elektrod wykonuje sie do tego celu w sposób szczególnie korzystny w postaci czesci metalowej z otworami, np. w postaci cylindra z siateczki, lub spirali tak, ze osiada na niej tylko czesc nadbiegajacych jonów, podczas gdy jony przelatujace przez nia osiadaja ze zmniejszona szybkoscia na umieszczonej za nia drugiej elektrodzie pochlaniacza.Przez zwymiarowanie przepuszczalnej czesci elektrody z otworami (dziurkowanej) mozna w po¬ laczeniu z odpowiednimi potencjalami tak dobrac stosunek jonów przepuszczonych do jonów ude¬ rzajacych, ze wystapi nie nadmierne, ale jednak wystarczajace rozpylenie materialu pochlaniacza jednej elektrody oraz wystarczajace do optymal¬ nego dzialania pochlaniajacego nagrzanie drugiej elektrody.Blizsze szczególy wynalazku zostana objasnione na podstawie przykladów wykonania, przedstawio¬ nych w sposób schematyczny na rysunku. Czesci, które nie przyczyniaja sie bezposrednio do zrozu¬ mienia istoty wynalazku, jak np. naczynie wyla¬ dowcze, magnes itp. zostaly na rysunku pominiete,, badz nie sa oznaczone. Te same czesci przedsta¬ wione na poszczególnych figurach oznaczone sa jednakowym odnosnikiem.Fig. 1 i 2 przedstawia lampe z fala biezaca, w której umieszczona na poczatku wzglednie na kon¬ cu spirali pulapka jonowa utworzona jest przez elektrody elektronowego ukladu wyladowczego. W przykladach wykonania podanych na fig. 3—6< 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6052252 6 elektrody nalezace do pulapki jonowej tworza wspólnie z sasiednimi elektrodami ukladu wyla¬ dowczego pewnego rodzaju toroid, przy czym np. jako jedna elektroda chwytacza jonów sluzy dziurkowany, wydrazony cylinder wewnetrzny, a jako druga elektroda wydrazony cylinder zewne¬ trzny, przy czym zawsze jeden z nich znajduje sie na potencjale katody.Na fig. 1 przedstawiono istotna czesc ukladu elektrod lampy z fala biezaca, np. wyrzutnie elek¬ tronów o duzej perweancji. Duzej gestosci stru¬ mien elektronów 1, skupiany glównie przez nie- przedstawione na rysunku magnetyczne pole pro¬ wadzace, porusza sie od oslonietej cylindrem Wehnelta 3 katody 2 przez spirale 4 w prawo, ku nieprzedstawionemu na rysunku kolektorowi i po¬ woduje na swej drodze, dzieki jonizacji zderzenio¬ wej, tworzenie sie jonów, o polaryzacji przewaznie dodatniej. Poczatek spirali 4 jest przez cylinder 5 polaczony z anoda przyspieszajaca 6 wykonana w postaci przeslony z otworem tak, ze przez przylo¬ zone stosowane zwykle potencjaly, jak to wyzna¬ czono liniami potencjalów, zostaje utworzona silna soczewka skupiajaca dla jonów.Dla zaznaczonych na rysunku jonów dodatnich 10, 10' poruszajacych sie wzdluz spirali ku kato¬ dzie, pole w poblizu osi jest tak skierowane, ze jony zostaja prawie promieniscie odchylone i przy¬ spieszone w strone cylindra Wehnelta 3 majacego np. potencjal katody.Z tego powodu cylinder Wehnelta sklada sie z materialu o zdolnosciach pochlaniajacych, np. z tytanu. Poniewaz jony uderzaja w cylinder Wehnelta ze znaczna predkoscia, nastepuje rozpy¬ lenie wzglednie wyparowanie tytanu, który osiada na sasiedniej anodzie, gdzie potem nastepuje wchloniecie i zwiazanie wiekszej czesci jonów.Te uklady, jak i uklady przedstawione na fig. 3—6 mozna równiez zastosowac odpowiednio w przestrzeni spirala — kolektor, gdy kolektor ma nizsze napiecie dodatnie niz spirala, jak to na przyklad przedstawiono na fig. 2. W tym ukladzie koniec spirali 11 jest przedluzony wydrazonym cylindrem 12, o srednicy nieco wiekszej od czesci pozostalej, w ten sposób, ze wydrazony cylinder dziurkowany 13 jako przedluzenie kolektora 14 wchodzi az do szczeliny. Poniewaz potencjal kolek¬ tora jest nizszy, w zaleznosci od rodzaju lampy np. o polowe potencjalu, od potencjalu spirali, tworzy sie mniej wiecej w plaszczyznie szczeliny silna soczewka skupiajaca, która powstajace w strumieniu elektronów jony 10, 10' odchyla pro¬ mieniowo na zewnatrz. Na skladajacym sie glównie z tytanu wydrazonym cylindrze 13, dziurkowanym na ksztalt gazy lub uksztaltowanym w spirale wy¬ stepuje wskutek duzej szybkosci zderzeniowej jo¬ nów rozpylenie tytanu tak, ze osiada on na sasied¬ nim przedluzonym koncu spirali 12 i dziala jako lustro pochlaniacza jonów.Przedstawione na fig. 1 i 2 przyklady wykona¬ nia maja te zalete, w stosunku do innych znanych ukladów, ze jonowa pompa pochlaniajaca nie wy¬ maga zadnych dodatkowych elektrod i ze potrzeb¬ ny do tego celu rozdzial potencjalów nie powoduje 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 zadnych ujemnych skutków dla wlasciwego elek¬ tronowego mechanizmu wyladowczego.Fig. 3 przedstawia schematycznie prawie cala budowe lampy z fala biezaca, w której pulapka jonowa 8, 9 znajduje sie w poblizu katody, po¬ miedzy poczatkiem spirali 4 i anoda przyspiesza¬ jaca 7. Tworzace pulapke jonowa elektrody sa uksztaltowane i rozmieszczone w ten sposób, ze tworza toroid o przekroju prostokatnym i pierscie¬ niowych powierzchniach czolowych. Z tych elek¬ trod wewnetrzny cylinder wydrazony 8, przez któ¬ ry w kierunku osiowym przeplywa strumien elek¬ tronów jako elektroda skladajaca sie glównie z tytanu, jest dziurkowany, szczególnie na ksztalt gazy lub zawiniety w spirale, natomiast jako druga elektroda sluzy zewnetrzny cylinder wydra¬ zony 9. Wewnetrzny cylinder wydrazony 8 siega do powierzchni czolowych polaczonych z druga elektroda 9, tworzac z nimi szczeline. Prócz tego poczatek spirali jest za posrednictwem cylindra 5 polaczony z przeslona 6 w taki sposób, ze toro- idalna pulapka jonowa 8, 9 umieszczona jest sy¬ metrycznie pomiedzy przeslona a anoda przyspie¬ szajaca.Dzieki temu, ze dziurkowany cylinder wewnetrz¬ ny 8 jako jedna z elektrod pulapki jonów znaj¬ duje sie na potencjale katody, a tworzacy druga elektrode cylinder wydrazony 9 znajduje sie na potencjale o kilkaset wolt nizszym niz spirala i ze poza tym od zewnetrznej, polaczonej z obu po¬ wierzchniami czolowymi elektrody, potencjal spada ku anodzie przyspieszajacej 7, a narasta ku po¬ czatkowi spirali 5, 6, w czasie pracy lampy na¬ stepuje taki rozklad pola, przy którym na osi we¬ wnatrz toroidu powstaje siodlo. Jony 10, 10', które powstaly w strumieniu elektronów wskutek joni¬ zacji zderzeniowej, znajduja przy tym rozkladzie pola linie sil, przez które zostaja skierowane pro¬ mieniowo na zewnatrz, najpierw na wewnetrzny cylinder wydrazony 8, gdzie wskutek swej szyb¬ kosci zderzeniowej rozpylaja czesc tytanu wzgled¬ nie przez cylinder ten przelatuja i trafiaja do ze¬ wnetrznego, opylonego tytanem, wydrazonego cy¬ lindra 9. Przez wyzej opisany specjalny rozklad pola, a szczególnie przez utworzenie siodla na osi zostaje utworzona bardzo skuteczna pulapka jono¬ wa tak, ze jony nadbiegajace z obu kierunków zo¬ staja wyrwane ze strumienia elektronów i powo¬ duja wytworzenie dobrego dzialania pochlaniaja¬ cego.Uklad przedstawiony na fig. 4 pokazuje nieco uproszczony uklad, jako pochodny ukladu omówio¬ nego powyzej. Róznica polega na tym, ze zewnetrz¬ na elektroda pulapki jonowej polaczona jest swoja powierzchnia czolowa 6 za posrednictwem cylindra 5 z poczatkiem spirali. Dzieki tej oszczednosci na elektrodach odpada jednakze soczewka skupiaja¬ ca, która w skladzie poprzednio omówionym two¬ rzyla sie pomiedzy pulapka jonowa a poczatkiem spirali. Pozostaje wiec tylko rozklad pola, które wewnatrz pulapki jonowej uklada sie w ksztalt siodla, przez które jony jak w pulapce jonowej zostaja skierowane na zewnatrz najpierw na we¬ wnetrzny dziurkowany cylinder 8, a potem dalej na cylinder zewnetrzny 9. Aby zapobiec kierowa-42152 7 niu sie jonów do katody dobrano potencjal anody 4. przyspieszajacej 7 ó kilkaset wolt wyzszy od po* tencjalu spirali 4 tek, ze jony nie moga podazac przeciw temu polu.W ukladach przedstawionych na fig. 5 i 6, w od- 5 róznieniu ód innych przykladów wykonania, We* wnettthy, dziurkowany cylinder 8 jest polaczony z powierzchniami czolowymi, uzupelniajacymi chwytacz jonów na ksztalt toroidu, jak równiez polaczony jest przez cylinder 5 2 poczatkiem spi* 11 ralL Natomiast zewnetrzny cylinder wydrazony 9, 5. mejacy potencjal katody dziela od powierzchni czolowych waskie szczeliny. Uzyskany dzieki temu rozklad potencjalu powoduje taki kierunek pola, 4e iony ii W powstajace w strumieniu elektro- u nów czesciowo przedostaja sie z duza szybkoscia przez wewnetrzny cylinder dziurkowany 8 na cy¬ linder zewnetrzny *. Znajdujacy sie tutaj material 6. pochlaniajacy zostaje wskutek znacznej szybkosci zderzeniowej czesciowo rozpylony wzglednie wy- to parowany i osiada na wewnetrznym cylindrze dziurkowanym * dzieki czemu trafiajace tam bez* posrednio jony zostaja zwiazane. Odpowiednio do fig. 5 anoda przyspieszajaca ma potencjal, który lezy pomiedzy potencjalem katody i spirali, np. M w polowie wysokosci.Znaczna poprawe dzialania pompujacego uzysku* Je sie przez pewnego rodzaju dodatkowa pulapke Jonowa, dobierajac potencjal anody przyspieszaja* cej 7 o kilkaset wolt wyzszy od potencjalu spirali ^ tak, ze W feadnym wypadku jony nie moga zdazac 7 w kierunku przeciwnym do tego pola, to jest do katody. PL