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Gasgefülltes Entladungsrohr Die Erfindung bezweckt, eine widerstandsfähige
Kathode für Entladungsgefäße, insbesondere Gleichrichter, mit einer Füllung von
Edelgas, Ouecksilberdampf oder Mischungen von diesen Gasen in einem Druckbereich
von Bruchteilen eines :Millimeters bis zu ioo mm zu schaffen.
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Bekanntlich haben sich Kathoden, die aus einer Legierung eines hochschmelzenden
Stoffes, wie z. B. Wolfram, mit einem hochemittierenden Material, wie Thor, bestehen,
in einer Gasatmosphäre nicht bewährt. Der Grund hierfür ist wahrscheinlich in dem
Verschwinden des sehr dünnen Thoriumfilms auf der Oberfläche zu suchen, der das
Jonenbombardeinent nicht verträgt. Derartige Kathoden besitzen nach kurzer Betriebsdauer
nur noch die Emission des reinen Wolframs, so daß sie als wirtschaftlich unzureichend
bezeichnet werden müssen.
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Für Gasentladungsgefäße ist es bekannt, Kathoden zu verwenden, auf
deren Oberfläche sich als Paste aufgebracht seltene Erdmetalle, wie Lanthan, Cer,
Praseodym, Neodym usw., befinden. Die Pastekathoden haben jedoch den Nachteil, daß
sie stark zur Fackelbildung neigen und während des Betriebes die Schicht leicht
abspringt. Auch für höhere Spannungen sind derartige Kathoden weniger geeignet,
da die mechanische Festigkeit des Überzuges nur gering ist. Ein weiterer Nachteil,
der sich insbesondere bei Gleichrichtern bemerkbar macht, ist der, daß beim Einschalten
eines Gleichrichters bei Vollast dann eine Beschädigung oder Zerstörung der Pastekathode
stattfindet, wenn vorher die Kathode noch nicht voll geheizt ist. Man muß daher
vor der Einschaltung des Anodenstromes die Heizung einschalten und mit der Einschaltung
des Anodenstromes so lange warten, bis die Kathode die richtige Temperatur hat.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Mangel durch die Verwendung einer
an sich bekannten Kathode behoben, die aus einem Trägermetall aus hochschmelzendem
Material, wie Molybdän, Wolfram o. dgl., und einer Oberflächenschicht aus einem
seltenen Erdmetall, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Euterbium, Gadolinium,
Terbium. Didym, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, den in ihrem Verhalten
ähnlichen Elementen Yttrium, Zirkon oder einem Gemisch zweier oder mehrerer dieser
Metalle, besteht. Durch Zusatz von Thor kann die mechanische Festigkeit des Gemisches
erhöht werden.
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Es ist zwar bekannt, Kathoden für hochevakuierte Gefäße aus einer
:Mischung von Oxyden seltener Erden, wie z. B. Ceroxyd, mit einem hochschmelzenden
Material, wie Wolfram, herzustellen. Hierbei wurden jedoch analog dem bekannten
Wolfram-Thor-
Verfahren die Oxyde durch eine Hitzebehandlung nach
dem Fertigstellen der Kathoden, beispielsweise in Drahtform, zersetzt und auf der
Oberfläche eine atomare Schicht der seltenen Erden erzeugt. Solche Kathoden sind
ebenso wie die W olfram-Thor-Kathoden infolge des gegen jonenbombardement sehr empfindlichen
Oberflächenfilms in Gasentladungsgefäßen nicht verwendbar. Außerdem wird der Trägerdraht
durch das Herausdiffundieren der seltenen Erden aus dem Innern in ungünstigstem
Sinne beeinflußt. Diesen schwerwiegenden, die Lebensdauer herabdrückenden Nachteil
besitzen auch Kathoden, die aus einer Legierung eines Metall.es, wie Thor, mit einem
hochschmelzenden Material, wie Molybdän, bestehen.
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Von diesem Nachteil sind die erfindungsgemäß verwendeten Kathoden
frei, da bei ihnen das Trägermaterial ein homogenes Material ist. Von den bisher
bei gasgefüllten Entladungsröhren verwendeten, oben bereits erwähnten Kathoden,
wie der thorierten Wolfram- oder Molybdänkathode, unterscheidet sich die Kathode,
wie sie erfindungsgemäß bei gasgefüllten Entladungsröhren angewendet ist, wesentlich
in ihrer Wirkungsweise wie folgt: Bei der thorierten Wolfram- oder Molybdänkathode
und den ihnen ähnlichen Legierungskathoden ist der Träger der Emission das Legierungmaterial
Wolfram oder Molybdän, und es wird nur die Austrittsarbeit der Wolfram- oder Molybdänelektronen
durch die an der Oberfläche befindliche atomare Schicht, beispielsweise aus Thor,
die im Sinne einer Doppelschicht mit positivem Kopf nach außen wirkt, herabgesetzt.
Bei der erfindungsgemäß verwendeten Kathode wird dagegen bewußt eine derartige Doppelschichtwirkung
zur Erhöhung der Emission des Wolframs oder Molybdäns vermieden, sondern es werden
die seltenen Erden in einer derartigen Schichtstärke auf das Trägermetall aufgebracht,
daß sie als homogene Kathoden im Sinne des Richardsonschen Gesetzes wirken. Gerade
auf diesem Umstande beruht die Möglichkeit, solche für Hochv akuu.mröhren an sich
bekannte Kathoden mit Erfolg im Gasraum zu benutzen. Es wäre das nächstliegende
gewesen, die aktiven Metalle, wie Cer, direkt in Drahtform zu verwenden. Dies ist
aber nicht möglich, weil die Materialien einmal teuer sind und zur Zeit im Handel
in Drahtform nicht erhältlich sind.
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Diese Kathoden können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß
metallisches Cer im Hochvakuum verdampft wird, wobei sich ein Niederschlag auf dem
erhitzten zur hochemittierenden Kathode zu verwandelnden Draht, z. B. aus Wolfram,
bildet. Es ist auch möglich, die seltene Erde oder mehrere von ihnen elektrolytisch
auf den Träger aufzubringen. Ferner kann man auch, wie es zur Herstellung derartiger
Kathoden an sich bekannt ist, Verbindungen der seltenen Erden, z. B. Cernitrat,
mit einem Reduktionsmittel, z. B. Magnesium, auf den Träger auftragen und durch
Erhitzen im Vakuum die Verbindung in seltenes Erdmetall überführen. Diese Kathode
besitzt ein so starkes Emissionsvermögen, daß die Betriebstemperatur bei Verwendung
von Cer gegenüber Wolfram-Thor-Kathoden um etwa 2oo° herabgesetzt werden kann. Alle
diese Vorteile lassen diese Kathode auch für Gasentladungsgefäße geringerer Größe
mit dünnen Kathodendrähten geeignet erscheinen, da durch Herabsetzung der Temperatur
und Beibehaltung der natürlichen Molekularkohäsion des Trägermaterials eine große
Lebensdauer gewährleistet wird.