Pierwszenstwo: 19.VII.1965 Niemiecka Republika Federalna Opublikowano: 30.1.1969 56568 KI. 21 g, 13/21 MKP H 01 j 2 1/06 UKD Twórca wynalazku: Artur Kraus Wlasciciel patentu: Siemens, Halske Aktiengesellschaftr Monachium (Niemiecka Republika Federalna) Wyrzutnia elektronowa do lamp elektronowych wielkiej mocy Przedmiotem wynalazku jest wyrzutnia elektro¬ nowa do lamp elektrycznych, w szczególnosci do lamp wielkiej mocy, w której katoda i elektroda Wehnelta (elektroda formujaca strumien elektro¬ nów) sa calkowicie ekranowe i umieszczone w wy- 5 dluzonym walcu metalowym, bedacym rura nosna i stanowiacym pierwsza anode wychwytujaca, a sa- monosny grzejnik utworzony jest z posrednio za¬ rzonej katody magazynowej, w szczególnosci z me¬ talowej katody wloskowatej. 10 Wynalazek ma szczególne znaczenie dla lamp wielkiej mocy pracujacych z promieniami elektro¬ nowymi, w przypadku których, jak na przyklad dla lamp o fali biezacej wielkiej mocy, zasadnicza trudnosc polega na tym, ze elektrody stosujace 15 strumien elektronów, a zwlaszcza te, które znajdu¬ ja sie bezposrednio w poblizu katody, powinny byc utrzymywane w stanie chlodnym tak, aby powo¬ dowaly powstawanie emisji termicznej nawet przy nasyceniu ich parami substancji przyspieszajacych 20 emisje. Ta koniecznosc utrzymywania ich w stanie chlodnym wymaga srodków, które powoduja, ze ilosc cfepla, oddawanego przez katode, jest mozli¬ wie mala. Przy zadanej temperaturze katody, ta oddawana ilosc ciepla, wzglednie ilosc ciepla przej- 25 mowana przez sasiadujaca z nia elektrode steruja¬ ca, zalezy od wielkosci powierzchni danej katody ze wzgledu na wystepujace tu promieniowanie cie¬ pla oraz przewodzenie ciepla przez nieuniknione mechaniczne polaczenie sluzace do zamocowania. 30 2 Wedlug istniejacych obecnie, a przede wszyst¬ kim spodziewanych w przyszlosci wymagan co do emisji wlasciwej katody, jej temperatura powinna byc podwyzszona do ponad 1100°C. Najkorzystniej¬ szym sposobem zarzenia katody przy najmniej¬ szych stratach jest wklejony uklad zarzenia. Po¬ niewaz wystepowanie zjawisk elektrolizy wewnatrz materialu izolacyjnego zalezy od temperatury pra¬ cy katody nie w sposób liniowy lecz wykladniczy, wystepuja tu trudnosci w katodach dodatkowych, które pracuja przy podwyzszonej temperaturze emisji. Dlatego tez samonosny grzejnik, z którego cieplo uzyteczne moze byc oddawane tylko wsku¬ tek procesu promieniowania, powinien byc ze wzgledu na dopuszczalna sprawnosc przy odpowie¬ dnio duzej mocy doprowadzony do mozliwie wy¬ sokiej temperatury rzedu 1600— 1700°C. Nie da sie przy tym w wiekszym lub mniejszym stopniu uniknac, aby znaczna czesc wytworzonego ciepla jako utracona nie zostala wypromieniowana, na elektrody w bezposrednim sasiedztwie, takie jak elektroda Wehnelta i pierwsza anoda wychwytu¬ jaca. Z drugiej zas strony cieplo tracone nie moze byc odprowadzone przez zjawisko przewodzenia ciepla wprost do oslony lampy (scianka banki), gdyz miedzy nia a pierwsza anoda wystepuje pra¬ ktycznie pelne napiecie anodowe, wielkosci na przyklad kilkudziesieciu kilowatów i z tego powo¬ du konieczny jest odpowiednio dostatecznie duzy odstep izolacyjny. 565683 56568 4 Zadanie wynalazku wedlug zgloszenia polega na tym, zeby za pomoca- specjalnych srodków kon¬ strukcyjnych oraz przy uzyciu szczególnie odpo¬ wiednich materialów, utrzymac elektrode steruja¬ ca otaczajaca bezposrednio katode, w szczególno¬ sci elektrode Wehnelta w mozliwie jak najbardziej chlodnym stanie, tak aby w czasie pracy nie mo¬ gla ona wytwarzac emisji termicznej równiez przy naparowaniu na nia substancji emitujacych przy¬ spieszajacych emisje i aby nie wplywalo to ujem¬ nie na wlasciwosci izolacyjne miedzy poszczegól¬ nymi elektrodami.Zadanie to zostalo rozwiazane wedlug wynalazku przez skonstruowanie takiej wyrzutni elektrono¬ wej, w której elektroda Wehnelta sklada sie w glównych elementach z przeslony czolowej oraz z równoleglego do niej metalowego pierscienia, które sa polaczone na ksztalt klatki przez pewna liczbe pretów metalowych, biegnacych równolegle do osi i rozlozonych równomiernie, przy czym dlu¬ gosc pretów jest mniej wiecej równa dlugosci po¬ wloki chroniacej katode przed promieniowaniem.Ze wzgledu na promieniowanie cieplne, szczegól¬ nie korzystne jest stosowanie w ukladzie, jako pre¬ tów klatki, pretów plaskich, których plaskie lub wypukle powierzchnie biegna promieniowo. Pomi¬ jajac sprawe minimum pochlaniania ciepla, stosu¬ je sie w szczególnych przypadkach, na przyklad ze wzgledu na wytwarzajace sie przy bardzo wyso¬ kich napieciach natezenia elektrostatycznego pola, ze szczególnie korzystnym wynikiem prety cera¬ miczne o przekroju kolowym.W wyniku dalszego korzystnego rozwoju wyna¬ lazku umocowano klatke Wehnelta i jej pierscien nosny bezposrednio pod oslona chroniaca katode przed promieniowaniem, na osadzonym w rurze nosnej pierscieniu podstawowym za pomoca naj¬ mniej trzech, a przewaznie pieciu pretów izolowa¬ nych, przy czym przekrój i material sa tak dobie¬ rane, zeby wystepowal wystarczajacy przeplyw cie¬ pla w kierunku cokolu lampy wzglednie w kierun¬ ku rury nosnej wykonanej z miedzi. Na prety izo¬ lacyjne produkowane najczesciej z ceramiki tlen¬ kowej, jak na przyklad z tlenku glinu, najkorzyst¬ niejszym materialem jest tlenek berylu. Przy uzy¬ ciu pretów izolacyjnych z tlenku berylu mozna — wobec jego wiekszej przewodnosci cieplnej — osia¬ gac prawie 5-krotnie wieksze odprowadzanie cie¬ pla. Korzystne jest jednoczesne uzycie pierscienia podstawowego jako zamocowania katody, przy czym katoda jest przymocowana do niego za pomo¬ ca oddzielnych pretów ceramicznych w ten sposób, ze miejsca przymocowania pretów ceramicznych obu elektrod sa rozmieszczone na przemian na ob¬ wodzie pierscienia. Równiez i te prety ceramiczne — wykonywane zazwyczaj z tlenku glinu — moga byc wykonane z tlenku berylu w przypadku umie¬ szczenia oslony termicznej przy walcu chroniacym katode przed promieniowaniem. Celem osloniecia pretów ceramicznych przed naparowaniem przez substancje przewodzace prad elektryczny, stosuje sie z korzystnym wynikiem przedluzenie ku dolo¬ wi kolnierza zamocowujacego katode, w postaci metalowego walca.Wynalazek jest wyjasniony przykladowo na za¬ laczonym rysunku, przedstawiajacym w przekroju podluznym blizsze szczególy wyrzutni elektrono¬ wej. Czesci nie przyczyniajace sie wyraznie do zrozumienia wynalazku zostaly pominiete lub tez nie zostaly oznaczone.Na rysunku przedstawiono pierwsza wychwytu¬ jaca anode 1 w ksztalcie wydluzonej rury nosnej i wykonanej w czesci czolowej w postaci przeslo¬ ny. W jej wnetrzu umieszczona jest wspólsrodko- wo, calkowicie ekranowa, posrednio zarzona kata- da skladajaca sie z nosnej tarczy 2 z materialu emisyjnego i oslony 3 chroniacej przed promienio¬ waniem oraz wykonanym jako oslona termiczna jej przedluzeniem 4. Odnosnie katody nie opisano osobno jej wlasciwego korpusu, który w danym przypadku sklada sie w zasadzie z zasobnika zam¬ knietego przez porowata tarcze emisyjna i z prze¬ strzeni grzejnej przewidzianej do umieszczenia grzejnika. Przed katoda, wzglednie dokola niej, a zatem pomiedzy pierwsza anoda wychwytujaca i katoda, jest umieszczona elektroda sterujaca, to znaczy elektroda Wehnelta. Jej powierzchnia zo¬ stala mocno zredukowana,- jednak bez zmniejsze¬ nia jej funkcji elektrycznej. W glównych zary¬ sach sklada sie ona z czolowej przeslony 5 i rów¬ noleglego do niej nosnego pierscienia 6, które sa polaczone ze soba i utrzymywane w pewnej odle¬ glosci za pomoca pewnej liczby metalowych pre¬ tów 7 (pretów Wehnelta). Dzieki budowie elektro¬ dy Wehnelta w ksztalcie klatki osiaga sie to, ze promieniujace w obrebie oslony 3 chioniacej przed promieniowaniem, cieplo tracone, dociera tylko w nieznacznym procencie do czesci skladowych ele¬ ktrody Wehnelta. Powierzchnia walca katody wy- promieniowuje mianowicie swoje cieplo tracone raczej w zasadzie pomiedzy pretami Wehnelta wprost na rure nosna anody 1, która — jako wyko¬ nana z miedzi — przewodzi dobrze cieplo do coko¬ lu, skad jest ono odprowadzane definitywnie za pomoca chlodnicy przez odpowiednio chlodne po¬ wietrze. Dla warunków promieniowania korzyst¬ nym jest, gdy prety 7 sa wykonane jako prety plaskie, których plaskie lub wypukle plaszczyzny przebiegaja promieniowo. Jednak ze wzgledu na wytwarzajace sie natezenie pola elektrostatyczne¬ go, pewne korzysci moze dawac przy wysokich na¬ pieciach przekrój kolowy.Dlugosc tych pretów jest tak dobrana, ze klatka Wehnelta ma mniej wiecej dlugosc wlasciwej oslo¬ ny chroniacej katode przed promieniowaniem.Klatka Wehnelta i jej nosny pierscien 6 sa pod¬ trzymywane przez pierscieniowa podstawe 8 osa¬ dzona w rurze nosnej nieco ponizej oslony chronia¬ cej katode przed promieniowaniem, wzglednie jej przedluzenia i umocowane do niej przez co naj¬ mniej trzy, a przewaznie piec ceramicznych pre¬ tów 11. Liczba, przekrój i material tych pretów izo¬ lacyjnych sa przy tym tak dobrane, ze gwarantuje to przeplyw przez nie do dolnej czesci rury nosnej wystarczajacej ilosci ciepla. Prety te wykonane sa z tlenków ceramicznych, jak na przyklad z tlenku glinu; jednak w celu powiekszenia strumienia cie¬ plnego a przez to zmniejszenia wystepujacych mia¬ rodajnych róznic temperatury wykonuje sie je — co przynosi szczególna korzysc — z tlenku berylu, 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 56568 6 przez co osiaga sie bardzo niska temperature ele¬ ktrody Wehnelta.W podobny sposób, a zatem równiez za pomoca pretów z tlenków ceramicznych, jest umocowana katoda (2, 3, 4) wraz z kolnierzem 10 mocujacym ja do pierscieniowej podstawy 8 tak, ze miejsca zamocowania ceramicznych pretów 9 i 11 obu ele¬ ktrod, a mianowicie prety 11 elektrody Wehnelta i prety 9 katody, rozmieszczone sa przemiennie na obwodzie pierscienia. Równiez i te prety izolacyj¬ ne, wykonywane zazwyczaj z tlenku glinu, moga byc wykonane z tlenku berylu w przypadkach gdy moc grzejna jest szczególnie duza, na przyklad gdy wynosi 100 W, a elektroda promieniujaca, a mia¬ nowicie elektroda Wehnelta, powinna byc utrzymy¬ wana w szczególnie niskiej temperaturze. Jest to specjalnie korzystne wówczas, gdy dolna czesc oslony chroniacej katode przed promieniowa¬ niem jest zbudowana w ten sposób, ze czesc sie¬ gajaca do kolnierza 10 mocujacego katode wykona¬ na jest jako oslona termiczna powstrzymujaca prze¬ plyw ciepla, na przyklad jako walec z odpowied¬ niej folii. Poniewaz jednak taka oslona termiczna powstrzymujaca przeplyw ciepla dziala skutecznie, to znaczy powoduje znaczny spadek entalpii wzgle¬ dnie obnizenie temperatury, tylko wtedy, gdy ply¬ nie przez nia odpowiednia ilosc ciepla, to w tym przypadku wykonanie pretów izolacyjnych z tlen¬ ku berylu jest szczególnie korzystne. Przy pretach wykonanych z tlenku berylu na przyklad dla mo¬ cy grzejnej 100 W staje sie mozliwe bez zadnego klopotu obnizenie temperatury przeslony czolowej Wehnelta z 850°C na 300°C. Celem uzyskania do¬ statecznego osloniecia obu grup ceramicznych pre¬ tów izolacyjnych przed przewodzacymi prad ele¬ ktryczny nalotami pochodzacymi od parujacej ka¬ tody i grzejnika, kolnierz 10 mocujacy katode za¬ opatrzony jest, korzystnie, w wystajaca ku dolowi i majaca ksztalt walca czesc 12. W opisanym ukla¬ dzie cale cieplo utracone przeplywa poprzez mie¬ dziana rure nosna do nie opisanego blizej cokolu, .gdzie zostaje ono ostatecznie odprowadzone z lam¬ py za pomoca odpowiedniej chlodnicy. PL