DE1514490A1 - Elektronenstrahlerzeugungssystem fuer elektrische Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

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Elektronenstrahl.erzeugungssystem für elektrische Ent- „ O ΰ ftäWale Jef äßü 1Ί il D 8 8 § fl II g 91 il 9 ί IU ©

Die Erfindung t^r^ffe e^n^gj^gerizeugungssystem für elek- _@ trisclie Entladungsgefäße, insloesondere Leistungsröhren, "bei dem die S tr aiii elektronen emittierende !Cathode;* (Strahlsystem-Kathode)
zu ihrer Heizung mit ihrem Boden die ElektrÖli'enätiip^Öli^
IPläehe für eine axial in entgegengesetzter Strahlrichtung
angeordnete Hilfs-Elektronenentladungsstrecke MMe^ -deren @ indirekt geheizte Hilfskathode als -Vorrat skatho de m£t "^:I @ stirnseitiger Emissionsfläche ausgebildet ist.

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Sie hat ."begönnere Bedeutung für mit Elektronenstrahlen arbeitende Hochleistungsröhren. Für diese Röhrenart,

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also z.B. für Wanderfeldröhren mit hoher leistung, besteht eine wesentliche Schwierigkeit darin, die Elektroden, die für,die Strahlformung benötigt werden und besonders der Kathode unmittelbar benachbart sind, so kühl zu halten, daß sie auch bei Bedampfung mit

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emissionsfordernden Substanzen keine thermische Emission abgeben. Dieses, Kühlhalten erfordert Maßnahmen, durch die die Wärmemenge,.die von der Kathode abgegeben wird, so klein wie möglich wird. Bei vorgegebener Kathodentemperatur hängt ₍dies? abgegebene Wärmemenge bzv/. die von der benachbarten Steuerelektrode_r8μίgenommene Wärmemenge von der Größe .der Oberfläche der betreffenden Kathode im, Hinblick auf die erfolgende Wärmestrahlung und vpn der_durch, die unvermeidlichen mechanischen Verbindungen zum Haltern bedingte Y/ärmeleitung, ab.

Aber bei den iteute und vor allem_T in Zukunft zu erwartenden Ansprüchen an, die spezifische,Emission einer

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Kathode muß_r^ie_Kathodentemperatur. auf über 1100° erhöht wer_;de^_T ^...g^^i^Ayt^ ein^Jath^ode zu heizen,.

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besteht darin, daß sie mit einem Heizer versehen wird, der durch elektrischen Stromdurchgang die erforderliche Wärme erzeugt, wobei jedoch an den Heizer bestimmte Anforderungen gestellt werden müssen. Befindet er sich in der unmittelbaren Nähe der Kathodenoberfläche, so soll er möglichst kein magnetisches Wechselfeld und damit keinen Brumm erzeugen. Die Stromführung muß also möglichst bifilar,sein* und die Heizstromstärke entsprechend möglichst niedrig gehalten werden. Ein dieser Forderung genügender Heizer aus entsprechend dünnem Draht hat zwar eine geringe Wärmeableitung, läßt sich aber wegen der seiner geringen mechanischen Stabilität entsprechenden unzureichenden Standfestigkeit über eine lange lebensdauer nicht freitragend ausbilden und an~ ordnen. Es besteht somit die Notwendigkeit, ihn zum Abstützen zu isolieren, wobei die Isolation in Kontakt mit der eigentlichen Kathode steht, sodaß sie eine bestimmte elektrische Spannung zwischen Heizer und Kathode aushalten muß. Die Güte dieser Isolation hängt unter anderen von der Höhe der Heizteraperatur ab. Um diese so niedrig wie möglich zu halten, wird häufig der ganze Innenraum der Kathode mit Isoliermasse ausgefüllt, d.h. die Heizwendel in den Heizerraum eingekittet, um mit Hilfe der Wärmeleitung der betreffenden Isolationsmasse schon bei relativ niedriger Heizertemperatur der eigent-

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lichen Kathode viel Wärme zuzuführen. Diese Art der Heizerausführung hat den Vorteil, daß sie mit relativ wenig Wärraeverlust verbunden ist. Jedoch braucht man für die Unterbringung des Heizers einen erheblichen Raum, der einem Kathodenkörper von wesentlich größerem Ausmaß als dem für die Emission benötigten Teil entspricht. Deshalb beträgt die zu erzeugende Wärme ein Vielfaches der wirklich für die Emission benötigten Wärmemenge, so daß unnötig viel Wärme den kritischen Elektroden zugeführt wird. Außerdem beginnt auch bei diesem sogenannten eingekitteten Heizer bereits das Problem der Isolation kritisch zu werden. Das Eintreten einer Elektrolyse innerhalb des Isolationsmaterials - um eine der möglichen Störerocheinungen zu nennen - hängt nämlich von der Temperatur nicht direkt sondern exponentiell ab, so daß sich eine notwendige Kathodentemperaturerhöhung von 20° sehon bereits sehr nachteilig derart auswirken kann, daß z.B. die Isolation über eine garantiert lange ^rLebensdauer nicht mehr mit Sicherheit beherrscht wird.

Die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Größe und damit die Oberfläche einer Strahlsystemkathode durch besondere konstruktive Haßnahmen möglichst klein zu gestalten und dabei

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gleichzeitig die vorher geschilderten Nachteile der bisher üblichen Konstruktionen solcher Systeme zu vermeiden, um dadurch die Temperatur der die Strahlkathode unmittelbar umgebenden maßgeblichen Strahlformungselektrode möglichst kühl zu halten, damit sie auch bei Bedampfung mit Emission fördernden Substanzen im Betrieb keine thermische Emissions verursachen kann.

Erreicht wird dies bei einem im ersten Absatz beschriebenen Strahlerzeugungssystem für elektrische Entladungsgefäße nach der Erfindung dadurch, daß die Strahlsystemkathode als Vorratskathode, insbesondere als MK-Kathode ausgebildet, mit einer porösen*; Bmissionsstoffträgerscheibe M einen mit Vorratssubstanz gefüllten Torratsbehälter von niedriger zylindrischer Porm abschließt und die einzige Strahlelektronen liefernde Kathode ist, und daß die Hilfskathode von zylindrischer Form einen kleineren ' ■ Durchmesser als die Strahlkathode (Hauptkathode) hat.

Die Strahlsystemkathode wird dabei ohne Heizer ausgebildet und besteht somit nur aus der die Emissionsoberfläche bildenden Smissionöstoffträgerscheibe und dem von ihr überdeckten Emissionsstoffvorratsbehälter, der als Arbeitselektrode seine erforderliche-Wärmezufuhr durch Elektronen-Aufprall aus einer Hilfsentladung erhält. Dadurch kann die eigentliche Äathode sehr klein gehalten werden, so daß ™

dadurch ,in vorteilhafter Weise auch die in der Nähe der wärmekritischen Elektrode erzeugten Wärme einen besonders !deinen Betrag aufnehmen kann.

Die für die Hilfsentladung erforderliche benötigte Kathode ist somit als Vorratskathode, insbesondere als Metallkapillarkathode ausgebildet, die auch einen stirnseitigen Emissionsstoffträger hat und au deren Erwärmung ein entsprechender

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üblicher Heizer dient. Dieser ist aber zudem von der betreffenden wärmekritischen Elektrode wesentlich weiter entfernt und deshalb seine Wärme vernachlässigbar. Die Hilfskathode. als Vorratskathode auszubilden, ist bereits von einem Slektronenstrahlsystem her bekannt, bei dem zwei oder mehl¹ laifc Emissionsstoff überzogene innerhalb eines Strahlungsschutzzylinders napf- oder topfförmig ausgebildete Hohlkörper senkrecht zur Strahlrichtung hintereinander angeordnet sind, zwischen denen sich elektronenoptische Eelder ausbilden, die diü Elektronen auf die öffnung des folgenden Hohlkörpers konzentrieren, wobei die Öffnungen von mit imissions-3übstanz überzogenen Hetzen verspannt sind und nur der erste, voxi einem Heizer beheizte Hohlkörper aufgrund' eines Doppelbodens nach Art'eines Vorratsbehälter e.Lufxi von einem porösen Boden überdeckten nit Vorrats subs tanz gefüllten Hohlraum hat.

Der wesentliche j'achteil diese::· bekannten Anordnung besteht darin, daß die Strahlelektronen von teureren Emissionsflächen mit verschiedenen Potentialen staune;., deshalb eine unterschiedliche Geschwindigkeit haben und sich sehr schlecht steuern und fokussieren lassen.

eine zuverlässige Abschirmung der Entladung des Hilfssystems gegenüber dem Haupt sy ε tem ist L·:. äeu zur Halterung der Hauptkathode dienenden 'rfärmesoautz-SGiitel aus einem lantalfolienzylinder koaxial eine mit einer oder mehreren Blenden versehene rohr-förmige Zuganode für das Ililfssysteu. angeordnet. In besonders vorteilhafter ^ru^reise ist zumindest eine dieser Blenden mit G-et berme tall, ζ. 13* Sirkon verceliiii un-ü¹-deren öffnung so dimensioniert, daß sie von der

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elektronen-Entladung durch Aufprall eine ausreichende Erwärmung erfährt. Dadurch, daß die Hilfsentladung mit relativ hoher Stromdichte erfolgt, fungiert diese gleichzeitig zumindest teilweise als Ionisierungsstrecke, so daß in Verbindung mit der getterfähigen Aperturblende eine wirksame Ionengetterpumpe gebildet ist. In vorteilhafter Weiterbildung des Strahlerzeugungssystems wird die jeweilige Therraoöpannung, die an der vom Kathodenträger aus Molybdän- und Tantalfolienzylinder gebildeten thermoelektrischen Übergangsstelle im Betrieb erzeugt wird, zum Steuern der Entladungsstromstärke unmittelbar oder entsprechend verstärkt der Wehneltelektrode zugeführt und damit die Emissionstemperatur der Hauptkathode derart gesteuert, daß z.B. eine automatisch arbeitende Temperaturregelung erzielt werden kann.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand des in der Figur rein schematisch dargestellten Ausführungobeispiels eines Strahlerzeugungssysteras erläutert werden. Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind dabei fortgelassen oder unbezeichnet geblieben.

In der Figur ist mit 1 die wärmekritische Strahlforrcungselektrode des Strahlerzeugungssysteos bezeichnet,

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in deren Blendenöffnung sich als Vorratskathode, insbesondere als MK-Kathode, ausgebildet die Strahlsystemkathode 2,3 befindet. Sie besteht im wesentlichen aus der die Emissionsoberfläche bildenden Emissionsstoffträgerscheibe 2 und dem von ihr überdeckten Vorrats- . behälter 3. Sie hat keinen üblichen Heizer, so daß ihr Kathodenkörper, insbesondere Vorratsbehälter, als sehr flacher Zylinder ausgebildet werden kann. Ihre Oberfläche ist somit sehr klein gehalten, so daß an dieser Stelle auch der für die Strahlformungselektrode maßgebliche Wärmeumsatz ein Minimum beträgt. Gehaltert ist der Kathodenträger durch einen Strahlungsschutzmantel aus einem Tantalfolienzylinder 4, der unmittelbar unterhalb der Emissionsstoffträgeröcheibe 2 am Kathodenkörper 3 befestigt ist und noch von einem weiteren Strahlungsschut2zylinder 11 umgeben werden kann. Die Wärmezufuhr erfolgt durch Elektronenaufprall aus einer Elektronen-Hilfsentladung, die im wesentlichen innerhalb des Strahlungsschutzmantels 4 mit einem koaxial angeordneten Hilfsentladungssystem erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist koaxial im Innern dee Strahlungsschutzzylinders 4 eine mit einer oder mehreren Blenden 6,7 versehene rohrförmige erste Zuganode 5 vorgesehen und vor dieser eine als Vorratskathode^ insbesondere als MK-Kathode, ausgebildete Hilfskathode 8 mit Heizer 9 und entsprechender Wehneltzylinderelektrode

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angeordnet. Beim Betrieb des dargestellten Strahlerzeugungssystems erfolgt zunächst von der geheizten Kathode 8 aus ein Elektronenstrom, der durch die Zuganode 5 mit ihren Blenden 6 und 7 zur Hauptkathode 2,3 hin beschleunigt wird und mit einer relativ hohen Entladungsdichte erfolgt. Dadurch, daß eine Blende, insbesondere die im Innern der rohrförmigen Elektrode angeordnete Blende 7, mit einem getterfähigen Metall, wie Zirkon, Titan oder dergleichen, belegt ist, können von dieser die in der Entladungsstrecke ionisierten Restgase gegettert werden. Zu diesem Zweck wird die Blendenöffnung kleiner als die der Eingangsblende gewählt, so daß durch den nach Aperturblendenart auftretenden Elektronenaufprall eine für den (Jettervorgang ausreichende Erwärmung eintritt. Es liegt im Rahmen der erfindungsgemäßen Maßnahme, bei Inbetriebnahme des betreffenden Entladungsgefäßes die Entladung so zu führen und zu steuern, daß bereits eine ausreichende Pumpwirkung erzielt wird, ohne daß eine erhebliche Erwärmung der Strahlkathode selber erfolgt. Selbstverständlich kann mit der so gebildeten Ionisierungsstrecke und Gettereinrichtung laufend in Betrieb bei emittierender Hauptkathode eine für ein hohes gutes Vakuum sorgende Pumpwirkung erzielt werden. Darüber hinaus ist durch die Verbindung von Kathodenkörper aus Molybdän und Abschirmzylinder aus Tantal unmittelbar

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unterhalb der porösen Emissionsstofftragerscheibe eine thermoelektrische Übergangsstelle geschaffen, so daß die an ihr in Betrieb erzeugte Thermospannung zum Regeln der Emissionstemperatur benutzt werden kann. Zu diesem Zweck sind von den beiden erwähnten die eigentlichen Metalleiter darstellenden Teile nämlich Vorratsbehälter 3 und Abschirmzylinder 4 zumindest bis zu einer genügend kalten Stelle aus dem jeweils gleichen Metall hergestellt. Die erzeugte Therraospannung wird unmittelbar oder entsprechend verstärkt dem Wehneltzylinder dea Hilfsentladungssystems zugeführt und dadurch über die Entladungsstromstärke die Emissionstemperatur bestimmt bzw. automatisch geregelt.

9 Patentansprüche
1 Figur

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Claims (3)

α "isT«sfö = 1968 SIEHEITS AKTIENGESELLSCHAFT 8 München 2 Witteisbacherplatz 2

1. Strahlerzeugungssystem für elektrische Entladungsgefäße insbesondere Leistungsröhren, bei dem die Strahlelektronen emittierende Kathode?* (,Strahlsystem-Kathode) zu ihrer Heizung mit ihrem Boden die Elektronenaufprall-Fläche für eine axial in entgegengesetzter Strahlrichtung angeordnete Hilfs-Elektronenentladungsstrecke bildet, deren indirekt geheizte Hilfskathode als Vorratskathode mit stirnseitiger Emissionsfläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlsystemkathode als Vorratskathode, insbesondere als MK-Kathode ausgebildet, mit einer porösen, Emissionsstoffträgerscheibe einen mit Vorratssubstanz gefüllten Vorratsbehälter τοη niedriger zylindrischer Form abschließt und die einzige Strahlelektronen liefernde Kathode ist, und daß die Hilfskathode τοη zylindrischer Form einen kleineren Durchmesser als die Strahlkathode (Hauptkathode) hat.

2. Strahl erz eugungs system nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlsystemkathode (2,3) von einem unmittelbar unterhalb der porösen Emissionsstoffträger-

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scheibe befestigten Tontal-Poliensylindor (4) gehaltert iet, in dosaoa Inneren koaxial <-<ino rohrförmig mit ein odor nohreron Aporturblenden verschone vorsugavreiod auoa nua einen Foliensylinder bestehende Elektrode (5) ale Zu^nnoda und eur Abschirmung für dae Hilfeentladungfoyetea gegen dna Hauptetralil^Erseusungaeystem angeordnet let*

3. strahlerseugunsasyetea nach dem /nopraclöii und 2, dadurch gokennsoieiiaot» daß von dor sua Hilfs-Elektronenontlftduncooyotoa gohiJrondcn rohriüruigon ^u^^node (5) aus vorisuijsweiee Molylidilr» die la Innern nn^eorclnote Aporturblondo (7) alt Zirfront Tltpn oder einou ühnlioh gut ßottcrnden Hetall bedeckt oder auo dioaea wosontlioh

lot und für cino S &ro£auia."i:aQ sur sun* Gettern

r^irLiimc (Larzh 21o3:trononaufprall eine kleitttre Öffnung nie dio atirnooitlse Bintrittsblendo (6) hat.

4· Strahlerisoujungeeyatem nach Anspruch 3t dadurch ^ekenn- ·;, eeichiiat, daß von der Aporturblcir^o (7)die Bleohatörk· zua Rand hin, vorzugsweise ellnC^uich, oV.::irat.

5· ;'-trrihlersou£jun£3ayatea nach tinom oder xziohroron der v;rri:i^ohond^ii ^AJioprüohe_# daduroh coIrojansoioJinot, daß dft« $---ahloystem-Kathode (2,3)alt iiraa Polionhalterungosylindor (4) von einoia weiteren koaxialen PoIion^yIInder (11) sur orhUhton thermiaohen Atosohifcnung 'uneben lot.

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β. Verfahren zum Betrieb einer mittelbar geheizten, den Elektronenstrahl erzeugender*. Vorrats-Kathode nach den vorangegehgnden Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet» daß eine zum Heizen der Strahl-Kathode (2,2) ausreichende Elektronenhilfsentladung hoher Dichte erzeugt wird» deren Stromstärke von einem der Hilf ska thodo zugeordneten Wehneltzylinder (10) zum Einstellen einer vorgegebenen Kathodentemperatur gesteuert wird und für die am Wehneltzylinder der Hilfskathode wirkende Steuerspannung vorzugsweise diejenige Thermospannung unmittelbar oder entspreohend %

verstärkt verwendet wird, die an der vom Kathodenträger (5) aus Molybdän und Strahlungsschutzmantel (11) aus Eantal der Strahlsystemkathode gebildeten thermoelektrischen Übergangsstelle erzeugt wird*

7· Verfahren nach einem ader mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet _f daß die von der Hilfokathode ausgehende Hilfs-Elektronenentladung zummindest teilweise als lonisierungsstreokö für eine Ionen- λ getterpumpe dient und vorzugsweise im Gebiet der Sättigung erfolgt.

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