Elektronenröhre. Bei den bisher üblichen Elektronen röhren mit hohem Vakuum wird eine feste metallische Kathode verwendet, die auf Glühtemperatur erhitzt wird, um einen Über gang der Elektronen von der Kathode zur Anode zu ermöglichen. Bekanntlich haben diese Glühkathoden den Nachteil, dass die Röhre auch bei entsprechend grosser Ober fläche der Glühkathode und bei hoher Glüh- temperatur nur sehr geringe Stromstärken durchlässt. Aus diesem Grunde konnte man auch die Elektronenröhren bisher für die üblichen technischen .Starkströme nicht ver wenden.
Anderseits kann man bekanntlich elektrische Entladungsgefässe mit einer Gas- oder Dampffüllung (zum Beispiel Queck- silberdampfgleichrichter) mit einer sehr grossen Stromstärke belasten. Diese Ent ladungsgefässe haben aber wiederum den Nachteil, dass eine Steuerung auf elektro statischem oder elektromagnetischem Wege nicht möglich ist, weil der Druck in dem Gefäss zu gross ist. Gegenstand der Erfindung ist eine Elek tronenröhre mit Steuerung des Anoden stromes, die grosse Stromstärken zu bewälti gen gestattet, trotzdem aber eine gute Steuerfähigkeit besitzt.
Die Elektronenröhre besitzt einen durch eine Hilfsentladung er zeugten Licht- oder Glimmentladüngsbogen (zweckmässig einen Metalldampflichtbogen) als Kathode und Mittel, welche bewirken, dass zwar die Elektronen aus dem Ent ladungsbogen unmittelbar in den Anoden- bezw. in den Steuerelektrodenraum über treten können, dass hingegen ein Austreten der Gasteilchen aus dem Entladungsbogen in den Steuerraum im Hochvakuum im we sentlichen verhindert wird. Der aus glühen den Gasen oder Metalldämpfen bestehende Lichtbogen kann bei gleicher Ausdehnung eine weitaus grössere Elektronenmenge ab geben als die bisher übliche, aus einem festen Stoff bestehende Glühkathode.
Da aber in dem Steuerraum der Elektronenröhre ein ge nügend gutes Vakuum herrscht, so ist trotz- dem eine wirksame Steuerung des Anoden stromes möglich. Der Lichtbogen kann in einer Gasatmosphäre von genügend grossem Druck in der üblichen Weise mittelst zweier Hilfselektroden erzeugt werden. Vermindert man den Druck dieser Gasatmosphäre, dann geht der Lichtbogen bekanntlich in einen Glimmentladungsbogen über. Die Ausbildung der Elektronenröhre kann sonst der bisheri gen ähnlich sein. Die Anode kann also den Lichtbogen zum Beispiel in Form eines Rohres umgeben.
Ebenso kann man die Elektronenabgabe des Lichtbogens entweder auf elektrischem Wege mittelst Anordnung von entsprechenden Gittern, Raumladenetzen, Anodenschutznetzen oder dergleichen, oder auch durch Anordnung von Magnetfeldern steuern. Die Elektronenröhre kann also eben falls zur quantitativen Relaiswirkung be nutzt vierden.
Um einen Übertritt von Gasteilchen aus dem Entladungsbogen in den Steuerraum zu verhindern, kann man verschiedene Mittel anwenden. Man kann zum Beispiel den Licht bogen mit einem mit Öffnungen versehenen Mantel umgeben. Die Öffnungen dieses Mantels sind dabei zweckmässig ähnlich wie die Öffnung bei einer Quecksilberdampf strahlpumpe ausgebildet. Die strömenden Gasteilchen des Lichtbogens werden daher im Zusammenwirken mit dem Mantel wie eine Diffusionspumpe wirken und die nach aussen hin aus dem Lichtbogen austretenden Gasteilchen wieder in den Bogen hinein saugen, so dass die reine Elektronenbewegung zwischen dem Lichtbogen und der Anode nicht gestört wird.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein er stes Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 ist das Glasgefäss der Elektronenröhre. Diese besitzt im Innern eine zylinderförmige Anode 2, die Kathode der Röhre wird durch einen in der Mitte der Röhre verlaufenden Lichtbogen gebildet. Für die Erzeugung des Lichtbogens ist eine Quecksilberkathode 3 im untern Teil der Röhre und im obern Teil eine besondere Lichtbogenanode 4 vorgesehen. Der Lichtbogen kann durch Anlegen der Kathode 3 und der Liehtbogenanode 4 -.in eine Hilfsspannung aufrecht erhalten wer den.
Wird nun zwischen dem Lichtbogen und der Anode 2 eine entsprechend gerich tete Spannung gelegt, dann strömen die Elektronen ebenso wie bei einer Glühkathode von dem Lichtbogen zu der Anode 2. Die Stromstärke ist aber bei der neuen Anord nung eine weitaus grössere. Um ein Abströ men der Gasteilchen aus dem Lichtbogen zur Anode 2 ztt verhindern, ist der Licht bogen von einem Mantel 5 umgeben.
Dieser Mantel besitzt im -anzen ZTmfange Offnun- gen, deren eine Kante in der dargestellten Art nach aussen gebogen ist. Die von der Quecksilberkathode 3 zur Lichtbogenanode .1 strömenden Gase des . Lichtbogens werden daher auf die Gase im Innern der Anode 2 eine Sangwirkung ausüben und diese zur Lichtbogenanode mitreissen.
Der Raum um die Lichtbogenanode wird nun mit Hilfe einer Kühlvorrichtung gekühlt, so dass hier eine Kondensierung der zuströmenden Queck- silberdampfgase eintritt. Ausserdem kann man die Gase des Lichtbogens in der Nähe der Liehtbogenanode ständig absaugen und so das Valium in der Röhre selbst auch ver bessern. Der den Lichtbogen umgebende Mantel 5 kann gleichzeitig auch als Gitter bei einer elektrisch gesteuerten Röhre ver wendet werden.
Um die Absaugewirkung der Gasent- ladungsströmung auf den übrigen Hoch- v akuumraum noch zu erhöhen, kann ferner der die Gasentladungsstrecke umgebende Mantel ein- oder mehrmals in Form einer nach der Mündung zu sich erweiternden Düse ausgebildet, und die Anode bezw. die Steuer elektrode der Röhre sind vorzugsweise in der Umgebung der Düsenmündungen ange ordnet.
Die Ausbildung des die Lichtbogen strömung umgebenden Mantels ist also ähn lich wie bei einer Queel;silberdampf-Hoch- vakuumpumpe nach dem ParalleIstrahl- prinzip. Eine derartige Anordnung hat den besonderen Vorteil, dass der Entladungs lichtbogen mit den übrigen Hochvakuum. raum durch breite R.ingsehlitze an den Dü- senmündungen verbunden ist, so dass sich eine besonders gute Steuerwirkung bei gröss ter 'Stromstärke ergibt.
Man braucht daher die Steuerelektroden oder die Anode nur in der Umgebung dieser Ringschlitze anzu ordnen.
In Fig. 2 der Zeichnung ist diese Anord nung an einem Beispiel veranschaulicht. 1 ist das Gefäss der Elektronenröhre, 2 ist die zylinderförmige Anode, 13 eine Steuer elektrode. Für die Erzeugung der Dampf entladungskathode ist ixn: untern Teil der Röhre eine Quecksilberkathode 3 und im obern Teil eine entsprechende Quecksilber anode 4 vorgesehen, so dass die Dampfent ladung von unten nach oben strömt. Der Lichtbogen kann durch Anlegen der Queck silberkathode 3 und der Lichtbogenanode 4 an eine Hilfsspannung aufrecht erhalten werden.
Der Lichtbogenraum ist von dem Anoden- bezw. Steuerelektrodenraum durch einen Mantel 6 getrennt. Dieser Mantel be sitzt, wie aus der Zeichnung zu ersehen, einen Ringspalt 7; unterhalb dieses Ring spaltes ist der Mantel in Form einer nach oben sich erweiternden Düse 8 ausgebildet. Diese düsenartige Ausbildung ergibt. eine be sonders gute Saugwirkung der Gasströmung auf den Hochvakuumraum der Röhre. Der obere Teil des Entladungsgefässes in der Um gebung der Quecksilberanode 4 ist wieder als ein Kondensationskolbeni9 ausgebildet, der aussen zum Beispiel mit Wasser gekühlt wird.
Die Quecksilberdämpfe werden sich daher an der Wand dieses Kolbens konden sieren und in das Quecksilber der ring förmigen Anode hineinfliessen. Mit Hilfe einer geeigneten Umleitung kann dann das überschüssige Quecksilber der Anode wieder der Quecksilberkathode zugeführt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines Entladungsgefässes besitzt der den Licht bogeü umgebende Mantel ebenfalls einen oder mehrere Ringspalte, der Mantel erwei tert sich aber numehr hinter den Ringspalten und wird zweckmässig dort gekühlt, so dass sich die Dämpfe der Entladungsstrecke dort kondensieren und auf den Steuerraum eine, Saugwirkung nach Art einer Kondensations- Hochvakuumpumpe ausüben. In Fig. 3 der Zeichnung ist eine derartige Anordnung dar gestellt.
Im Gegensatz zur Anordnung der Fig. 2 befindet sich hier die Quecksilber kathode 3 für die Erzeugung des Lichtbogens oben und die Quecksilberanode 4 im untern Teil der Röhre. Der Quecksilberdampf strömt daher zunächst durch den zylindrischen Teil des Mantels 6 bis zu dem Ringspalt 7, von dort tritt er in einen als Kondensationsraum ausgebildeten, nach unten sich erweiternden Teil 10 des Mantels ein. Dieser Teil des Mantels ist zur Aufnahme einer Kühlflüssig keit doppelwandig ausgeführt. Die Queck silberdämpfe kondensieren sich an der Innen wandung des Mantels und fliessen zur Licht bogenänode 4 zurück. Rings um den Ring spalt, im eigentlichen Hochvakuumraüm, ist wieder eine Steuerelektrode 13 und die Anode 2 angebracht.
Man kann die Ahsaugewirkung der Lichtbogenströmung nach Fig. 1 bis 3 noch dadurch- verbessern, dass man die Gase aus dem Raum um die Lichtbogenanode 4 mit- telst einer Absaugeleitung 11 ständig absaugt. Bei den Ausführungsbeispielen der Erfin dung besitzt der Mantel nur je einen Ring spalt. Man kann aber selbstverständlich auch mehrere hintereinander angeordnete Spalten vorsehen; dementsprechend ist dann der Mantel auch mehrmals düsenförmig ausgebildet bezw. er wird mehrmals hinter dem Spalt gekühlt.
Zur weiteren Verbesserung der Absauge wirkung kann ferner die Strömungsgeschwin digkeit des Gases im Entladungsbogen- der Kathode gleich oder höher gewählt werden als die durch die jeweilige Temperatur des Entladungsbogens- bedingte Molekular geschwindigkeit der Bogengase. Diese Mo lekulargeschwindigkeit ist bekanntlich eine eindeutige Funktion der-Temperatur, da sie ja der Grund der Temperatur eines Körpers ist.
Bei der in einem Quecksilberdampfbogen auftretenden Temperatur beträgt die Mole kulargeschwindigkeit der Quecksilberteilehen etwa <B>300</B> m/Sek. Dementsprechend muss dann auch die Strömungsgeschwindigkeit des Quecksilberdampfbogens gewählt werden.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass ein schädlicher Übertritt von Gasmolekülen aus dem Kathoden- in den Anodenraum durch die Öffnungen des umgebenden Mantels ver hindert wird, weil infolge der hohen Ge schwindigkeit der Bogengase auch diejenigen 1Tolelr,üle, die ansonst infolge ihrer Mole kulargeschwindigkeit aus dem Bogen aus treten würden, in Richtung der Bogen strömung sich fortbewegen. Die Wahl einer derartig hohen Bogengeschwindigkeit ist ins besondere dann zweckmässig, wenn der den Entladungsbogen umgebende Mantel ähnlich wie bei einer Quecli:silberdampfhochvakuum- pumpe nach dem Parallelstrahl- oder Kon densationsprinzip ausgebildet ist.
Bei einer derartigen Ausbildung des Mantels ist die freie Durchgangsöffnung der einzelnen Ring spalte zum Teil in bezug auf die Strömungs richtung nach rückwärts gerichtet, so dass gerade hier die einzelnen Moleküle infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit beson ders schwer aus dem Ringspalt in den Anodenraum gelangen können.
Man kann ferner das Entladungsgefäss derart ausbilden, dass der Dampfentladungs- bogen einen hohlzylinderartigen Raum ein nimmt. Da die Emission aus dem Dampf entla.dungsbogen nur von der Grösse der Oberfläche des Bogens- abhängt, so hat diese Anordnung den Vorteil, dass bei gleicher Elektronenemission der .Strom und damit auch der Energieverbrauch für die Aufrecht erhaltung des Entladungsbogens wesentlich kleiner ist. Umgekehrt kann der Dampf entladungsbogen bei gleicher Stromstärke wesentlich mehr Elektronen aussenden.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 4 ein der artiges Ausführungsbeispiel der. Erfindung. 1 ist die Wandung des Entladungsgefässes, \? die zylinderförmige Anode. 3 und 4 sind Quecksilberhilfselektroden für die Erzeu- gung des Lichtbogens, die von einer beson deren Iiilfsspannung gespeist werden. Die Lichtbogenströmung verläuft dabei von oben nach unten in dem Raum eines Hohlzylin- ders, dessen Mantelflächen durch die Wan dungen 5 und 60 gebildet werden. Die Wan dung 5 ist mit Öffnungen versehen, durch die die Elektronen zur" Anode 2 übertreten können.
Die Querschnittsform des Hohl zylinders kann kreisförmig sein; man kann aber selbstverständlich auch eine beliebige andere Form, wie etwa. eine ovale oder recht eckige oder polygonale, verwenden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist für den Ausgleich des .Quecksilbers zwi schen der Hilfskathode 3 und der Hilfs anode 4 eine eigene, in der Zeichnung nicht dargestellte Rückführungsleitung vorgesehen. Man kann nun die Anordnung dadurch ver einfachen, dass man für die Rückführung des Quecksilbers der Hilfselektroden den Kern raum des Hohlzylinders, in dem die Ent ladung verläuft, benutzt.
Fig. 5 der Zeichnung zeigt ein der artiges Entladungsgefäss. Der Quecksilber dampfbogen strömt in dem durch die Wände 5 und 60 begrenzten hohlzylindrischen Raum von unten nach oben. Um das Quecksilber der Hilfsanode 4 wiederum der Hilfskathode 3 zuzuführen, geht das obere Ende des in- nern Rohres 60 unmittelbar in die Rinne 70 für die Hilfsanode 4 über.
An dem Über gangswulst: 80 sind nun einerseits Öffnun gen 90 angebracht, die mit dem hohlzylin drischen Entladungsraum in Verbindung stehen; anderseits sind am Umfange dieses Wulstes eine Reihe von Einkerbungen<B>100</B> vorhanden, in denen das überschüssige Queck silber der Anode in den durch die Röhre 60 begrenzten Kernraum überläuft und so zur Hilfskathode 3 zurückströmt.
Damit der Entladungsbogen zwischen den beiden Hilfselektroden im wesentlichen nur durch den hohlzylindrischen Raum und nicht durch den vom Hohlzylinder umschlossenen Kernraum verläuft, kann man diesen Kern raum mit Einsehnürungen versehen. Bei dem Entladungsgefäss nach Fig. 5 der Zeichnung sind für diesen Zweek in dem Kernraum eine Anzahl von Trichtern 110 angebracht.
Durch die Öffnungen der Trichter kann zwar das Quecksilber von der Hilfsanode 4 1,1, zur Hilfskathode 3 zurückfliessen, eine -eentliehe Dampfentladung in umgekehrter Richtung durch die Trichteröffnungen hin- durch ist aber nicht möglich.
Man könnte aber selbstverständlich die Einschnürung aueh auf aridere Weise erreichen, indem man etwa, an dem Kernrohr 60 Innenwulste an- hriiigt; oder auch, indem man diesesi Kern rohr an einzelnen Stellen verengt.
Im Folgenden sind noch weitere Aus führungsformen der Erfindung dargestellt, die ebenfalls dazu dienen, den Übertritt von Gas bezw. solchen Ionen, deren @e andere Wert hat als das der Elektronen, aus dem Lichtbogen in den Hochvakuumraum und damit eine Verschlechterung des Va kuums hintanzuhalten. c ist dabei die elek trostatische Ladung eines Gasmoleküls, ni seine Masse. Ausserdem soll. es möglich sein, im Entladungsraum eine solche Menge von positiven Ionen zu halten, dass deren Ein wirkung auf die Raumladung diese verrin gert.
Zu dem Zweck ist quer zur Richtung des elektrischen Feldes in der Röhre in an sich bekannter Weise ein magnetisches Feld an geordnet; ausserdem sind \zwischen dem Lichtbogen und dem Hochvakuumraum Leit- wände angeordnet, die vorwiegend in Rich tung der aus dem magnetischen und dem elektrischen Felde resultierenden Elektronen bewegung verlaufen. Bekanntlich treten bei Elektronenröhren mit überlagertem magne tischem Feld (Magnettun) die Elektronen zunächst aus der Glühkathode in radialer Richtung aus. Sie werden aber dann unter dem Einfluss' des Magnetfeldes in etwa kreis förmige Bahnen abgelenkt.
(Siehe Barkhau- sen, Elektronenröhre, 2: Auflage, Seite 60.) Dadurch, dass nun der Lichtbogen von in Richtung dieser Elektronenbewegung ver laufenden Leitwänden umgeben ist, wird er reicht, dass zwar die Elektronen zur Anode übertreten können, da.ss aber ein Austritt der entweder neutral, positiv oder negativ geladenen Gasteilchen des Lichtbogens (Ionen) aus dem Lichtbogenraum verhindert wird, da diese Gasteilchen auf die Zeltwände stossen.
Durch entsprechende Bemessung der Leitwände und ihres gegenseitigen Abstan des hat man es ausserdem in der Hand, das Vakuum in der Röhre auf einem gewünsch ten Wert zu halten, der einerseits eine ge nügende Steuerwirkung der Röhre verbürgt, der aber anderseits die Raumladung in der Nähe der Kathode nur auf einen nicht zu hohen Wert ansteigen lässt. Bekanntlich macht sich bei allzulioch evakuierten Röh ren die Raumladung besonders bemerkbar.
Diese Leitwände können nun in die Öff nungen des oben angeführten Mantels ein gebaut sein. Man kann dann den Mantel aus einem magnetisch leitenden Material her stellen, um ein möglichst starkes magne tisches Feld zwischen den. einzelnen Leit- wänden zu erreichen. Die Leitwände selbst wird man dabei zweckmässig aus einem un- magnetischen Material herstellen. Man kann zum Beispiel für die Leitwände Porzellan, Steatit oder ähnliche Massen verwenden.
Der Mantel selbst soll zwar aus einem mag netischen Material bestehen, anderseits soll aber der Lichtbogenstrom nicht in die Man telwände übergehen können. Um das zu er reichen, kann man zum Beispiel den Mantel aus Eisen herstellen und ihn mit einem Emailüberzug versehen, um eine Isolierung gegenüber dem Lichtbogen zu erzielen. Bei einer zweiten Ausführung besteht der Man tel aus einem zwar magnetischen, aber elek trisch schlecht leitenden Material. Er kann zum Beispiel aus Eisenpulver bestehen, das unter Zwischengabe eines Isoliermittels (Glas- oder Quarzpulver) in die Form eines Mantels gepresst wurde.
Die Fig. 6 zeigt ein entsprechendes Aus führungsbeispiel der Erfindung im Aufriss, während Fig. ? einen Grundriss der Fig. 6 darstellt. 1 ist die aus Glas oder Porzellan oder dergleichen bestehende Wand der Elek tronenröhre, 2 die Anode, 5 der den Licht bogen umgebende Mantel. Der- Mantel bildet im obern Teil mit der Wand des Glas gefässes eine Rinne. In dieser Rinne befindet sich das Quecksilber der Lichtbogenkathode 3. Die Lichtbogenanode 4 ist im untern Teil der Röhre angeordnet. Die Gase des Licht bogens strömen daher von oben nach unten.
Der Mantel 5 besteht, wie schon erwähnt, aus einem magnetischen Material. Auf der Aussenfläche sind für die Erzeugung des magnetischen Feldes die Windungen 16 an gebracht, die von aussen mit Strom gespeist werden. In dem Mantel ist nun, wie aus Fig. 6 zu ersehen, ein Ringspalt 7 ange bracht. In dem Ringspalt sind, wie aus dein Grundriss hervorgeht, die Leitwände 18 ein gebaut. Die unter der Einwirkung der Anodenspannung bezw. der Spannung eines Steuergitters aus dem Lichtbogen austreten den Elektronen werden daher zwischen die sen Leitwänden in den Hochvakuumraum übertreten.
Da. dabei auch das magnetische Feld auf die Elektronen einwirkt, so werden sie in der Umfangsrichtung des Mantels von ihrer ursprünglich radialen Bahn abgelenkt. Die Leitwände verlaufen nun ebenfalls in Richtung dieser resultierenden Elektronen bewegung, so dass sie für den Durchtritt der Elektronen nicht hinderlich sind. Dagegen -erden beispielsweise die neutral, positiv oder auch negativ geladenen Ionen (Mole küle) beim Austritt aus dem Lichtbogen raum an die Leitwände stossen und sich dort gegebenenfalls kondensieren. Die An ordnung der Leitwände verhindert daher einen Übertritt des Gases aus dem Licht bogen in den Hochvakuumraum und damit eine Verschlechterung des Vakuums in die sem Raum.
Die Öffnung des Ringspaltes 7 verläuft schräg nach abwärts, so dass der nach unten strömende Quecksilberdampf des Lichtbogens auf den Raum; ausserhalb des Mantels die schon geschilderte Saugwirkung ausübt. Ausserdem bleibt die bekannte Dif fusionswirkung bestehen.
Der Mantel 5 kann, wie schon erwähnt, zum Beispiel aus emailliertem Eisen beste hen; für die Leitwände kann man Porzellan verwenden. Um das Vakuum im Anoden raum noch weiter zu verbessern, kann man die Leitwände beziehungsweise auch den Mantel kühlen, da damit der Dampfdruck ,in der Aussenfläche des Lichtbogens herab gesetzt wird. Man wird dies zweckmässig derart ausführen, dass man den Mantel und die Leitwände hohl ausbildet und ein Kühl mittel hindurchleitet. Die Temperatur des Kühlmittels wird den Umständen angepasst, gegebenenfalls wird man eine sehr tiefe Tem peratur verwenden.
Statt, wie in der Zeichnung dargestellt, nur einen einzigen Ringschlitz anzuordnen, kann man selbstverständlich auch mehrere übereinanderliegende anbringen.
Zwischen der Anode \? und dem Mantel 5 befindet sich noch ein Steuergitter 19 und ein Vorgitter 20. Dieses Vorgitter dient im vorliegenden Falle dazu, die Elektronen bewegung zwischen den Leitwänden mög- l.iehst unverändert zu erhalten. Würde näm lich die wechselnde Anoden- oder Steuer gitterspannung die elektrische Feldstärke in diesem Raum wesentlich beeinflussen, so würden damit auch die Bewegungsbahnen der Elektronen nicht mehr mit der Richtung der Leitwände übereinstimmen, so dass der Elektronenaustritt gehemmt würde.
Man wird daher zweckmässig das Vorgitter so aus führen, dass der Durchgriff aller andern Elektroden durch dieses hindurch möglichst gering ist. Dies ist bei dem Ausführungs beispiel dadurch erreicht, dass das Vorgitter wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, aus einzelnen Streifen zusammengesetzt ist, die zur Gitter fläche hochkant gestellt sind, und deren gegenseitiger Abstand klein ist, bei einer geringen Oberfläche des Gitters gegen die Elektronenbahnen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man den Strom für die Er zeugung des Magnetisierungsfeldes derart in Abhängigkeit von der Anoden- oder Steuer- ,(Y bringen, dass die resultierende Bewegung der Elektronen zwischen den Leit- wänden bei wechselnder Anoden- oder Steuer gitterspannung dieselbe bleibt. Zum Bei spiel könnte die Anoden- oder Steuergitter- spannung gleichzeitig auch die Magnetisie- rungswandungen mit Strom versorgen.
Man kann den Austritt von Gasteilchen <B>-;</B> dem Lichtbogen in den Hochvakuum <B>,</B> itus ra.um auch noch dadurch hindern, dass dies in Fig. 6 und 7 der Fall ist, die Leitwände mit einem derartigen Abstand voneinander und einer derartigen Länge versieht, dass ein Austreten von neutralen, positiv oder auch negativ geladenen Ionen in rein radia ler Richtung verhindert wird. Die einzelnen Leitwände überdecken sich sozusagen in radialer Richtung.
Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Elektronenröhre schliessen sich die magne tischen Kraftlinien des Mantels etwa so, wie dies bei einem magnetisierten Eisenstab der Fall ist. Man kann aber auch ein be sonderes Jochstück für den magnetischen Schluss der Kraftlinien anordnen. Dieses Jochstück setzt an dem obern und untern Ende des Mantels 5 an. Die Magnetisierungs- windungen können dann statt auf dem Mantel auf dem Jochstück angeordnet werden. Das Jochstück kann sowohl innerhalb, wie auch ausserhalb der Röhre verlaufen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann man ausser dem das Jochstück rohrartig ausbilden, so dass es gleichzeitig für die Rückleitung der kondensierten Dämpfe des Lichtbogens zur Lichtbogenkathode benutzt werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet die Anode das Jochstück für den magnetischen Schluss des Mantels 5. Fig. 9 der Zeichnung zeigt diese Anordnung. Die Anode 2 ist ebenso wie der Mantel 5 aus einem magnetischen Material,- zum Bei spiel aus Eisen. Damit die Kraftlinien von dem Mantel 5 zur Anode 2 ohne weiteres übertreten können, sind beide nur durch schmäle Luftspalte 31 und 32 voneinander getrennt. Durch die Spalte 31 und 32 wird die.nötige Isolierung zwischen dem Mantel und der Anode aufrecht erhalten.
Wie bereits geschildert, ist es bei den Entladungsgefässen gemäss der Erfindung mit Rücksicht auf die Steuerwirkung von Vorteil, wenn die Steuerelektroden bezw. auch die Anoden sich nicht in einem Raum mit dem Drucke des Lichtbogenraumes he- finden, sondern- wenn diese Elektroden. in einem Ilochvakuumraum untergebracht sind.
Um das zu erreichen, müssen die beiden Räume (Lichtbogenraum und- Hochvakuum steuerraum) derart voneinander getrennt werden, dass zwar die Elektronen aus dem Lichtbogen zur Anode übertreten können, dass aber ein Übertritt von positiv oder even tuell auch negativ geladenen oder neutralen Ionen (Gasteilchen) in das Vakuum hintan gehalten wird.
Dies kann auch noch dadurch erreicht werden, dass' zwischen der Gasentladungs- kathode und dem Anoden- oder Steuerraum ein Diffusionsdiaphragma eingeschaltet ist. Durch ein derartiges poröses Diaphragma, wie es etwa auch bei den Vorgängen der Osmose Verwendung findet, werden zwar die Elektronen unter der Einwirkung des' elektrischen Feldes hindurchtreten, die Gas ionen hingegen werden infolge ihrer grö sseren Volumina und der grösseren Masse dem Diaphragma zurückgehalten.
Als Dif- fusionsdiaphragma kann zum Beispiel ein Körper aus Porzellan oder einer ähnlichen keramischen Masse verwendet werden, der dann eventuell keine besondere Glasur, durch die die Porösität des Porzellans unter bunden wird, aufweist. Ebenso könnte man als Diaphragma auch irgendwelche andere Halb- oder 'Nichtleiter verwenden, zum Bei spiel Silit, seltene Erden, Leichtmetalle, wie Aluminium- oder Magnesiumverbindungen oder ähnliche Stoffe.
Um den Übertritt von Elektronen von dem Diaphragma zu der Anöde noch zu verstärken, kann man das Diaphragma durch eine entsprechende Hei zung auf Glühtemperatur bringen. Die Hei zung kann in ähnlicher Weise, wie dies für Glühkathoden bekannt ist, auf elektrischem Wege mittelst eines entsprechenden Stromes oder besonders angeordneten Heizdrahtes im Diaphragma erfolgen.
-In der Fig. 8 ist diese Anordnung an einem Beispiel veranschaulicht. 1 ist das Ge fäss der Entladungsröhre, 2 die zylinder- förmige Anode, 13 eine Steuerelektrode. Die Kathode der Röhre wird durch einen in der Mitte verlaufenden Lichtbogen gebildet. Für die Erzeugung des Lichtbogens ist eine Quecksilberkathode 3 im obern Teil der Röhre und im untern Teil eine besondere Lielitbogenanode 4 vorgesehen.
Der Licht <B>e,</B> ist nun von dem eigentlichen Hochvakuumsteuerraum durch das Diffu- sionsdiaphragma, 5 getrennt. Wie bereits ge schildert, werden die Elektronen. unter der Einwirkung des elektrischen Feldes zwischen dem Lichtbogen und der Anode 2 durch das Diaphragma hindurchtreten. Mittelst der Stcuerelektrode 13 kann dann die Stärke des Elektronenstromes ähnlich wie bei einer Glühl@atliodenhochvalzuumröhre in den wei testen Grenzen beeinflusst werden.
Electron tube. In the previously common electron tubes with a high vacuum, a solid metallic cathode is used, which is heated to the annealing temperature to enable a transition of the electrons from the cathode to the anode. It is known that these hot cathodes have the disadvantage that the tube only allows very low currents to pass through, even with a correspondingly large surface area of the hot cathode and at a high glow temperature. For this reason, it has not been possible to use the electron tubes for the usual technical.
On the other hand, as is known, electrical discharge vessels with a gas or vapor filling (for example mercury vapor rectifier) can be loaded with a very high current strength. However, these discharge vessels again have the disadvantage that control by electrostatic or electromagnetic means is not possible because the pressure in the vessel is too great. The invention relates to an electron tube with control of the anode current, which allows large currents to be handled, but still has good controllability.
The electron tube has a light or glow discharge arc generated by an auxiliary discharge (expediently a metal vapor arc) as the cathode and means that cause the electrons from the discharge arc to enter the anode or respectively directly. can pass into the control electrode space, but that escape of the gas particles from the discharge arc into the control space in a high vacuum is essentially prevented. The arc consisting of glowing gases or metal vapors can emit a far greater amount of electrons than the previously common hot cathode made of a solid material with the same expansion.
However, since there is a sufficiently good vacuum in the control room of the electron tube, effective control of the anode current is still possible. The arc can be generated in a gas atmosphere of sufficiently high pressure in the usual way by means of two auxiliary electrodes. If the pressure of this gas atmosphere is reduced, then, as is known, the arc changes into a glow discharge arc. The design of the electron tube can otherwise be similar to the previous one. The anode can therefore surround the arc, for example in the form of a tube.
Likewise, the electron emission of the arc can be controlled either electrically by arranging appropriate grids, space charge nets, anode protection nets or the like, or by arranging magnetic fields. The electron tube can therefore also be used for the quantitative relay effect.
Various means can be used to prevent gas particles from escaping from the discharge arc into the control room. For example, you can surround the arc with an apertured jacket. The openings of this jacket are expediently designed similar to the opening in a mercury vapor jet pump. The flowing gas particles of the arc will therefore work together with the jacket like a diffusion pump and suck the gas particles emerging from the arc back into the arc so that the pure electron movement between the arc and the anode is not disturbed.
Fig. 1 of the drawing shows a first embodiment of the invention. 1 is the glass vessel of the electron tube. This has a cylindrical anode 2 inside, the cathode of the tube is formed by an arc running in the middle of the tube. To generate the arc, a mercury cathode 3 is provided in the lower part of the tube and a special arc anode 4 is provided in the upper part. The arc can be maintained by applying the cathode 3 and the Liehtbogen anode 4 -.in an auxiliary voltage.
If a correspondingly directed voltage is now placed between the arc and the anode 2, then the electrons flow from the arc to the anode 2 just as with a hot cathode. The current intensity is, however, much greater in the new arrangement. In order to prevent the gas particles from flowing out of the arc to the anode 2 ztt, the arc is surrounded by a jacket 5.
This jacket generally has openings, one edge of which is bent outward in the manner shown. The gases flowing from the mercury cathode 3 to the arc anode .1. Arc will therefore exert a singing effect on the gases inside the anode 2 and drag them along to the arc anode.
The space around the arc anode is now cooled with the aid of a cooling device, so that condensation of the mercury vapor gases flowing in occurs here. In addition, you can constantly suck out the arc gases near the arc anode and thus improve the Valium in the tube itself. The jacket 5 surrounding the arc can also be used as a grid in an electrically controlled tube ver.
In order to increase the suction effect of the gas discharge flow on the rest of the high vacuum space, the jacket surrounding the gas discharge path can also be designed once or several times in the form of a nozzle that widens towards the mouth, and the anode or the control electrode of the tube are preferably arranged in the vicinity of the nozzle orifices.
The design of the jacket surrounding the arc flow is therefore similar to that of a quell, high-vacuum silver vapor pump based on the parallel jet principle. Such an arrangement has the particular advantage that the discharge arc with the rest of the high vacuum. space is connected by wide ring braid at the nozzle mouths, so that there is a particularly good control effect with a larger current strength.
You therefore only need to arrange the control electrodes or the anode in the vicinity of these ring slots.
In Fig. 2 of the drawing this Anord voltage is illustrated using an example. 1 is the vessel of the electron tube, 2 is the cylindrical anode, 13 is a control electrode. For the generation of the vapor discharge cathode ixn: a mercury cathode 3 is provided below the tube and a corresponding mercury anode 4 is provided in the upper part so that the vapor discharge flows from the bottom to the top. The arc can be maintained by applying the mercury cathode 3 and the arc anode 4 to an auxiliary voltage.
The arc space is from the anode and respectively. Control electrode space separated by a jacket 6. This coat be seated, as can be seen from the drawing, an annular gap 7; Below this ring gap, the jacket is designed in the form of a nozzle 8 that widens upward. This nozzle-like training results. a particularly good suction effect of the gas flow on the high vacuum space of the tube. The upper part of the discharge vessel in the vicinity of the mercury anode 4 is again designed as a condensation bulb 9 which is cooled with water on the outside, for example.
The mercury vapors will therefore condense on the wall of this piston and flow into the mercury of the ring-shaped anode. With the help of a suitable diversion, the excess mercury from the anode can then be fed back to the mercury cathode.
In a further embodiment of a discharge vessel, the jacket surrounding the arc also has one or more annular gaps, but the jacket expands behind the annular gaps and is expediently cooled there, so that the vapors of the discharge path condense there and pass onto the control room. Exercise suction in the manner of a condensation high vacuum pump. In Fig. 3 of the drawing, such an arrangement is provided.
In contrast to the arrangement of FIG. 2, the mercury cathode 3 for generating the arc is located above and the mercury anode 4 in the lower part of the tube. The mercury vapor therefore initially flows through the cylindrical part of the jacket 6 up to the annular gap 7, from where it enters a downwardly widening part 10 of the jacket which is designed as a condensation space. This part of the jacket is double-walled to accommodate a cooling liquid. The mercury vapors condense on the inner wall of the jacket and flow back to the arc anode 4. Around the ring gap, in the actual high vacuum space, a control electrode 13 and the anode 2 are again attached.
The suction effect of the arc flow according to FIGS. 1 to 3 can be further improved by constantly suctioning off the gases from the space around the arc anode 4 by means of a suction line 11. In the embodiments of the invention, the jacket has only one ring gap. But you can of course also provide several columns arranged one behind the other; accordingly, the jacket is also designed several times nozzle-shaped or. it is cooled several times behind the gap.
To further improve the suction effect, the flow speed of the gas in the discharge arc of the cathode can also be selected to be equal to or higher than the molecular speed of the arc gases caused by the respective temperature of the discharge arc. This molecular speed is known to be a clear function of temperature, since it is the reason for the temperature of a body.
At the temperature that occurs in a mercury vapor arc, the molecular velocity of the mercury particles is around <B> 300 </B> m / sec. The flow velocity of the mercury vapor arc must then also be selected accordingly.
This arrangement has the advantage that a harmful passage of gas molecules from the cathode into the anode compartment through the openings in the surrounding jacket is prevented, because due to the high speed of the arc gases, those 1Tolelr, üle that otherwise owing to their molecular velocity would step out of the arch, move in the direction of the arch flow. The choice of such a high arc speed is particularly useful when the jacket surrounding the discharge arc is designed according to the parallel jet or condensation principle, similar to a Quecli: silver vapor high vacuum pump.
With such a design of the jacket, the free passage opening of the individual ring gaps is partly directed backwards with respect to the flow direction, so that it is precisely here that the individual molecules can get particularly difficult from the ring gap into the anode space due to the high flow speed.
Furthermore, the discharge vessel can be designed in such a way that the vapor discharge arc occupies a hollow cylinder-like space. Since the emission from the vapor discharge arc only depends on the size of the surface of the arc, this arrangement has the advantage that, with the same electron emission, the current and thus also the energy consumption for maintaining the discharge arc is significantly smaller. Conversely, the vapor discharge arc can emit significantly more electrons with the same current strength.
The drawing shows in Fig. 4 an embodiment of the like. Invention. 1 is the wall of the discharge vessel, \? the cylindrical anode. 3 and 4 are mercury auxiliary electrodes for generating the arc, which are fed by a special auxiliary voltage. The arc flow runs from top to bottom in the space of a hollow cylinder, the outer surfaces of which are formed by the walls 5 and 60. The wall 5 is provided with openings through which the electrons to "anode 2" can pass.
The cross-sectional shape of the hollow cylinder can be circular; but you can of course also use any other shape, such as. use an oval or rectangular or polygonal one.
In the embodiment according to FIG. 4, a separate return line, not shown in the drawing, is provided for balancing the mercury between the auxiliary cathode 3 and the auxiliary anode 4. The arrangement can now be simplified by using the core space of the hollow cylinder in which the discharge runs for the return of the mercury from the auxiliary electrodes.
Fig. 5 of the drawing shows such a discharge vessel. The mercury vapor arc flows in the hollow cylindrical space delimited by the walls 5 and 60 from bottom to top. In order to feed the mercury from the auxiliary anode 4 to the auxiliary cathode 3 in turn, the upper end of the inner tube 60 passes directly into the channel 70 for the auxiliary anode 4.
At the transition bead: 80 openings 90 are now attached on the one hand, which are connected to the hollow cylindrical discharge space; on the other hand, a series of notches <B> 100 </B> are present on the circumference of this bead, in which the excess mercury of the anode overflows into the core space delimited by the tube 60 and thus flows back to the auxiliary cathode 3.
So that the discharge arc between the two auxiliary electrodes runs essentially only through the hollow cylindrical space and not through the core space enclosed by the hollow cylinder, this core space can be provided with openings. In the discharge vessel according to FIG. 5 of the drawing, a number of funnels 110 are fitted in the core space for this purpose.
Although the mercury can flow back from the auxiliary anode 4 1, 1 to the auxiliary cathode 3 through the openings of the funnels, a vapor discharge in the opposite direction through the funnel openings is not possible.
Of course, the constriction could also be achieved in other ways, for example, by attaching inner beads 60 to the core tube; or by narrowing this core tube at individual points.
In the following, further embodiments of the invention are shown, which also serve to prevent the passage of gas respectively. to prevent such ions, whose @e has a different value than that of the electrons, from the arc into the high vacuum space and thus a deterioration of the vacuum. c is the electrostatic charge of a gas molecule, ni its mass. Also should. It may be possible to hold such a quantity of positive ions in the discharge space that their effect on the space charge reduces it.
For this purpose, a magnetic field is arranged transversely to the direction of the electric field in the tube in a manner known per se; In addition, guide walls are arranged between the arc and the high vacuum space, which predominantly run in the direction of the electron movement resulting from the magnetic and electrical fields. It is known that in electron tubes with a superimposed magnetic field (Magnetun) the electrons first emerge from the hot cathode in the radial direction. But they are then deflected in approximately circular paths under the influence of the magnetic field.
(See Barkhausen, electron tube, 2: edition, page 60.) Because the arc is now surrounded by guide walls running in the direction of this electron movement, it is sufficient that the electrons can pass to the anode, but that an escape of either neutrally, positively or negatively charged gas particles of the arc (ions) from the arc chamber is prevented, as these gas particles hit the tent walls.
By appropriately dimensioning the baffles and their mutual spacing, it is also in the hand to keep the vacuum in the tube at a desired value, which on the one hand guarantees a sufficient control effect of the tube, but on the other hand the space charge in the vicinity of the Cathode can only rise to a value that is not too high. It is well known that the space charge is particularly noticeable when the tubes are evacuated too far.
These baffles can now be built into the openings of the above mentioned jacket. You can then make the jacket made of a magnetically conductive material ago to have the strongest possible magnetic field between the. to reach individual guide walls. The guide walls themselves will expediently be made from a non-magnetic material. For example, porcelain, steatite or similar materials can be used for the guide walls.
The jacket itself should be made of a magnetic material, but on the other hand the arc current should not be able to pass into the walls of the man. In order to achieve this, you can, for example, make the jacket from iron and provide it with an enamel coating in order to achieve insulation from the arc. In a second embodiment, the man tel consists of a magnetic, but elec trically poorly conductive material. It can consist of iron powder, for example, which has been pressed into the shape of a jacket with an insulating agent (glass or quartz powder) in between.
FIG. 6 shows a corresponding exemplary embodiment of the invention in elevation, while FIG. represents a plan view of FIG. 6. 1 is the wall of the electron tube made of glass or porcelain or the like, 2 the anode, 5 of the jacket surrounding the light arc. The jacket forms a channel in the upper part with the wall of the glass vessel. The mercury of the arc cathode 3 is located in this groove. The arc anode 4 is arranged in the lower part of the tube. The arc gases therefore flow from top to bottom.
As already mentioned, the jacket 5 consists of a magnetic material. On the outer surface, the turns 16 are attached to generate the magnetic field, which are fed from the outside with electricity. In the jacket, as can be seen from Fig. 6, an annular gap 7 is now introduced. The guide walls 18 are built into the annular gap, as can be seen from your floor plan. The BEZW under the action of the anode voltage. the voltage of a control grid from the arc escaping the electrons are therefore passed between these guide walls in the high vacuum space.
There. If the magnetic field also acts on the electrons, they are deflected from their originally radial path in the circumferential direction of the shell. The guide walls now also run in the direction of this resulting electron movement, so that they do not prevent the electrons from passing through. On the other hand, the neutrally, positively or negatively charged ions (molecules), for example, hit the baffles when they exit the arc chamber and may condense there. The arrangement of the baffles therefore prevents the gas from crossing the arc into the high vacuum space and thus a deterioration in the vacuum in this space.
The opening of the annular gap 7 runs obliquely downwards, so that the mercury vapor of the arc flowing downwards onto the space; exerts the suction effect already described outside the jacket. In addition, the well-known diffusion effect remains.
The jacket 5 can, as already mentioned, hen best made of enamelled iron, for example; porcelain can be used for the guide walls. In order to improve the vacuum in the anode space even further, the baffles or the jacket can be cooled, as this reduces the vapor pressure in the outer surface of the arc. This will expediently be carried out in such a way that the jacket and the guide walls are made hollow and a coolant is passed through. The temperature of the coolant is adapted to the circumstances; if necessary, a very low temperature will be used.
Instead of arranging only a single ring slot, as shown in the drawing, it is of course also possible to attach several one above the other.
Between the anode \? and the jacket 5 there is also a control grid 19 and a front grid 20. This front grid is used in the present case to keep the electron movement between the guide walls as unchanged as possible. If the changing anode or control grid voltage were to significantly influence the electric field strength in this space, the movement paths of the electrons would no longer coincide with the direction of the guide walls, so that the escape of electrons would be inhibited.
It is therefore expedient to run the front grating in such a way that the penetration of all other electrodes through it is as little as possible. This is achieved in the embodiment, for example, in that the pre-grille is composed of individual strips as shown in FIG Electron orbits.
In a further embodiment of the invention, the current for generating the magnetization field can be brought as a function of the anode or control voltage in such a way that the resulting movement of the electrons between the guide walls remains the same when the anode or control grid voltage changes For example, the anode or control grid voltage could also supply the magnetizing walls with current at the same time.
The escape of gas particles <B> -; </B> the arc into the high vacuum <B>, </B> itus ra.um can also be prevented by the fact that this is the case in FIGS. 6 and 7 Provides guide walls with such a distance from one another and such a length that an escape of neutral, positively or negatively charged ions in a purely radial direction is prevented. The individual guide walls overlap, so to speak, in the radial direction.
In the electron tube shown in Fig. 6 and 7, the magnetic lines of force of the jacket close approximately as is the case with a magnetized iron rod. But you can also arrange a special yoke piece for the magnetic closure of the lines of force. This yoke piece starts at the upper and lower ends of the jacket 5. The magnetization windings can then be arranged on the yoke piece instead of on the jacket. The yoke piece can run both inside and outside the tube.
In a further embodiment, the yoke piece can also be made tubular so that it can be used at the same time for the return of the condensed vapors of the arc to the arc cathode.
In a further embodiment of the invention, the anode forms the yoke piece for the magnetic closure of the jacket 5. FIG. 9 of the drawing shows this arrangement. The anode 2, like the jacket 5, is made of a magnetic material - for example made of iron. So that the lines of force can easily cross from the jacket 5 to the anode 2, the two are only separated from one another by narrow air gaps 31 and 32. The necessary insulation between the jacket and the anode is maintained by the gaps 31 and 32.
As already described, with the discharge vessels according to the invention, with regard to the control effect, it is advantageous if the control electrodes BEZW. also the anodes are not to be found in a room with the pressure of the arc chamber, but rather when these electrodes. are housed in an Iloch vacuum chamber.
To achieve this, the two spaces (arc chamber and high vacuum control room) must be separated from one another in such a way that the electrons from the arc can pass to the anode, but that positively or possibly negatively charged or neutral ions (gas particles ) is held back in the vacuum.
This can also be achieved in that a diffusion diaphragm is connected between the gas discharge cathode and the anode or control chamber. Through such a porous diaphragm, as it is also used in osmosis processes, the electrons will indeed pass through under the action of the electric field, but the gas ions, on the other hand, are held back by the diaphragm due to their larger volume and greater mass.
A body made of porcelain or a similar ceramic mass, for example, can be used as the diffusion diaphragm, which then possibly does not have a special glaze by which the porosity of the porcelain is suppressed. Likewise, any other semiconductors or non-conductors could also be used as a diaphragm, for example silite, rare earths, light metals such as aluminum or magnesium compounds or similar substances.
In order to increase the transfer of electrons from the diaphragm to the anode, the diaphragm can be brought to the glowing temperature by means of a suitable heating system. The heating can be carried out in a similar manner to that known for hot cathodes, electrically by means of an appropriate current or a specially arranged heating wire in the diaphragm.
In FIG. 8, this arrangement is illustrated using an example. 1 is the vessel of the discharge tube, 2 is the cylindrical anode, 13 is a control electrode. The cathode of the tube is formed by a central arc. To generate the arc, a mercury cathode 3 is provided in the upper part of the tube and a special Lielit arc anode 4 in the lower part.
The light <B> e, </B> is now separated from the actual high vacuum control chamber by the diffusion diaphragm 5. As already mentioned, the electrons are. pass through the diaphragm under the action of the electric field between the arc and the anode 2. By means of the control electrode 13, the strength of the electron current can then be influenced within the widest limits, similar to that of a high-voltage bulb tube.