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LichtelektrischeZelleundVerfahrenzuihrerHerstellung.
Gegenstand der Erfindung ist eine lichtelektrische Zelle mit einer auf die Einwirkung des Lichtes hin Elektronen emittierenden Kathode, deren Lichtempfindlichkeit wesentlich hoher und deren Farben-
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fahren zu ihrer Herstellung.
Bekanntlich werden die Kathoden der lichtelektrischen Zellen meistens aus Alkali bzw. Erdalkalimetallen hergestellt, da diese Metalle, zum Unterschiede zu den andern Metallen. welche nur auf die Einwirkung der ultravioletten Strahlen lichtelektrischen Strom liefern, auch für das sichtbare Licht empfindlich sind usw.. je kleiner die Elektronenaustrittsarbeit des betreffenden Metalles ist. um so grösser
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näher zu dem roten Ende des Spektrums.
Die lichtelektrischen Zellen werden gewöhnlich so hergestellt. (fass das Glasgefäss mit zwei Zu-
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auf chemischem Wege aufgetragenen Silberbeschlag in leitender Verbindung steht. Hierauf wird die Zelle evakuiert, das aktive Material. z. B. Alkalimetall, aus einem mit dem Gefäss verbundenen Behälter mittels Erhitzung in die Zelle hineindestilliert und die Zelle eventuell im luftleeren Zustand oder nach
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Gefässes weist. Es ist weiterhin üblich, die Alkalikathoden gewissen Aktivierungsverfahren zu unter- werfen, u. zw. dadurch, dass in der mit Wasserstoff von niederem Druck gefüllten Zelle eine Glimm- entladung erzeugt wird, welche gewisse Oberflächnänderungen der Kathode bewirkten.
Diese Änderungen haben zur Folge, dass die Lichtempfindlichkeit der Kathode wächst und die Kurve der Farbenempfindlieh-
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liehtelektrischen Stromes nicht lange aufrechterhalten werden kann, sondern schneller oder langsamer zurückfällt und die Rotempfindliehkeit der Zelle noch schneller verschwindet.
Gegenstand der Erfindung ist eine solehe lichtelektrische Katode bzw. das Verfahren zu ihrer Herstellung, mit deren Hilfe beide erwünschte Wirkungen - Erhöhung der Empfindlichkeit in bezug
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grossen Masse und dauernd erhalten werden können.
Es wurde gefunden, dass die Wirksamkeit der lichtelektrisehen Zellen wesentlich erhöht werden kann durch die Anwendung einer Kathode, die nebst dem auf Dichtwirkung hin Elektronen emittierenden sogenannten aktiven Metall noch ein anderes nennenswerter Emission nicht fähiges Begleitmetall entweder in Form einer dünnen Oberflächenschicht oder in molekular feiner Verteilung in dem aktiven
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Verbindung damit verschiebt sich der Scheitelpunkt (das Maximum) der Farbenempfindlichkeitskurve ebenfalls in Richtung des Rot. so dass er bei ungefähr 450 MM Wellenlänge (Blau) statt bei 350 1/1.'1.
Wellen- länge (Ultraviolett wie es der Fall für die bisher bekannten Natriumzellen war, erhalten wird.
Die vorzüglichen Eigenschaften der erfindungsgemässen Kathoden sind allem Anschein nach dem Umstande zuzuschreiben, dass an der Oberfläche der Kathoden im Betriebszustande der Zelle eine von den Molekülen des eingebetten bzw. den Überzug bildenden Begleitmetalls absorbierte. ausserrordentlich dünne (eventuell nur eine Moleküldicke) Schicht des emissionsfähigen aktiven Materials entsteht.
Die Beobachtung, dass die Kathoden nicht sofort nach Fertigstellung, sondern nur nach einer bestimmten Zeit ihre volle Wirksamkeit zeigen, weiterhin die bekannte Tatsache, dass die Elektronenaustrittsarbeit eines Metalls durch Absorption durch ein anderes Metall oder Metalloxyd vermindert werden kann (die Verschiebung der Farbenempfindliehkeit zeigt eben von einer solchen Verminderung), machen obige Annahme sehr wahsecheinlich. Selbstverständlich ist die Erfindung vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser monomolekularen Schicht unabhängig und beruht ausschliesslich auf der Entdeckung, dass mit Hilfe der oben beschriebenen Präparationsmethode lichtelektrische Kathoden erhöhter Wirksamkeit herstellbar sind.
Die erfindungsgemässe Präparation der Kathode lässt sieh sehr einfach durchführen. Das in dem
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Metalls untergebracht und durch auf elektrischem Wege erfolgte Erhitzung verdampft. Wenn die Verdampfung des Metalls erst vorgenommen wird, wenn das aktive Material bereits auf der Kathode aufgetragen ist, wird eine mit dem Begleitmetall überzogene Kathode erhalten. Wenn aber das Begleitmetall in der Zelle verdampft wird, während die kondensierenden Dämpfe des eemissionsfähigen Metalls die aktive Schicht der Kathode bilden, gelangt das Begleitmetall in molekulai feiner Verteilung in das Innere der aktiven Metallmasse. Dieses letztere Verfahren, welches besonders wirksame Kathoden
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Metall dienende Alkali bzw. Erdalkalimetall durch die Glaswand des Gefässes elektrolytisch eingefühlt wird.
Da die Glaselektrolyse streng nach dem Faradaygesewtz verläuft, lässt sich die eingeführte und kondensierende Metallmenge bzw. die Geschwindigkeit der Kondensation einfach durch die Einstellung der Stärke des elektrolysierenden Stromes regeln und auf diese Weise das Mischungsverhältnis des Alkali- metalls und des Begleitmetalls wunschgemäss ändern.
Im folgenden sind einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen lichtelektrischen Zelle sowie die zu ihrer Herstellung dienenden Ausführungsmethoden dargestellt. Fig. 1 zeigt die zur Aus- fÜhrung der Elektrolyse dienende Einrichtung, Fig. 2 die bei der Elektrolyse verwendete Fassung. Fig. 3 den zur Ausführung der Elektrolyse geeigneten Lampensockel. Fig. 4 das Gestell der Elektroden. Fig. Ï die evakuierte und zugesehmolzene Zelle, Fig. 6-9 die Art der Unterbringung des zu verdampfenden Begleitmetalls bzw. die Ausführungsformen der zur Schützung des Gestelles vor Metallbeselas : dienenden Schilde.
Nach obigem können für die erfindungsgemässen Zellen verschiedene Konstruktionen bxw. Her- stellungsmethoden erhalten werden je nach der Art, wie f) das emissionsfähige Material in die Zelle eingeführt wird. b) das zu verdampfende Begleitmetall in der Zelle untergebracht, erhitzt bzw. verdampft wird und endlich e) das Begleitmetall und das aktive Metall an der Kathode angeordnet werden, d. h. das Begleitmetall erst nach der Herstellung der aktiven Schicht der Kathode verdampft wird und folglich einen Überzug an der aktiven Schicht bildet oder das Begleitmetall gleichzeitig mit der Kondensation der aktiven Metalldämpfe verdampft und folglich in der aktiven Metallmasse eingebettet erhalten wird.
Die Einführung des emissionsfähigen Metalls in die Zelle mittels Destillation kann auch so
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wird, während die Zelle noch auf der Pumpe sitzt. Die Alkali bzw. Erdalkalimetalle können, wie oben erwähnt, auch durch Elektrolyse eingeführt werden. Dieses letztere Verfahren besitzt unter anderm noch den Vorteil, dass es bereits an der evakuierten zugeschmolzenen und mit Sockel versehenen Zelle durchgeführt werden kann. z. B. mit Hilfe der in Fig. l dargestellten Anordnung. Die z. B. mit einem für Verstärkerröhren üblichen Sockel versehene Zelle ist in Fassung, 2 befestigt und taucht mit ihrem unteren Teil in die Natriumsalzschmelze 3, wobei Deckel 4 den oberen Teil des Ballons vor Erwärmung schützt.
Der in der Zelle eingebaute Glühfaden 5 wird durch den von dem Transformator 6 gelieferten Strom gespeist. zwischen dem Glühfaden 5 und der Xatrillmsalzschmelze. 3 wird Batterie 7 mit der in der Figur dargestellten Polarität geschaltet, worauf zwischen Glühfaden und Schmelze ein Strom auftritt, den durch den evakuierten Raum des Gefässes die aus dem Glühfaden austretenden Elektronen und durch die Glaswand die in dem Glase enthaltenen positiven Natriumionen vermitteln. Die letzteren wandern
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standes 8 eingestellt werden. Zur Messung der Stromstärke dient Strommesser 9.
Ist nun das Alkalimetall durch Destillation oder Elektrolyse in die Zelle eingeführt worden, muss für die Stromzuleitung der auf diese Weise gewonnenen Kathode gesorgt werden. Zu diesem Zwecke ist es üblich, an derjenigen Stelle des Gefässes, wo das Alkalimetall kondensiert, eine besondere Stromzuleitung in die Gefässwand einzuschmelzen. Die Herstellung der Zelle wird wesentlich vereinfacht. wenn die Stromzuleitung der Kathode in demselben Gestell untergebracht wird, welches die Gliihfaden- anode trägt. Ein solches für zweifädige Autolampen übliches Gestell zeigt Fig. 4. Die Stromzuleitungen und 11 des Glühfadens sowie Stromzuleitungen 18 sind wie üblich in das Gestell eingeschmolzen.
Die Stromzuleitung 18 steht mit dem die Kathode bildenden Spiegel, z. B. Natriumspiegel, in leitender Verbindung und besitzt zu diesem Zwecke eine aus Kupfer. Nickel oder ähnlichem Material verfertigte Ver- längerung 19, welche auf die in der Figur gezeigte Weise zu dem Tellerrohr des Gestelles gebogen ist.
Bei Einschmelzung des Gestelles in dem Ballon legt sieh die Verlängerung 19 an den Ballonhals und wird längs der Oberfläche angeschmolzen, wie das in Fig. 5 gezeigt ist, und bildet mit den an dem Ballonhals herzustellenden Natriumspiegel eine leitende Verbindung.
Das zur Präparierung der erfindungsgemässen Kathode nötige Begleitmetall wird vorteilhaft an den Elektroden bzw. Stromzuleitungen, welche in das gemäss Fig. 4 oder ähnlich ausgeführte Gestell eingeschmolzen sind. untergebracht und entweder durch Joulsehe Wärme oder Elektronenbombardement erhitzt. Der in Fig. 4 dargestellte Glühfaden (20) kann ganz aus dem zu verdampfenden Metall bestehen oder dieses in Form eines, auf galvanischem Wege hergestellten Überzuges enthalten. Die Verdampfung kann durch unmittelbare Erhitzung mittels eines elektrischen Stromes hergestellt werden, wobei die Verdampfungsgeschwindigkeit durch Änderung des Heizstromes regelbar ist.
Diese Anordnung kann vorteilhaft für die Herstellung von mittels Destillation hergestellter Kathoden verwendet werden, wobei der Glühfaden als Elektronenquelle nicht benötigt wird. Im Falle der elektrolytisehen Einführung des Alkalimetalls wird das zu verdampfende Metall zweckmässig an Stromzuleitung 18 untergebracht, wie das Fig. 6 zeigt, u. zw. kann Verlängerung 21 ganz aus dem zu verdampfenden Begleitmetall bestehen bzw. zu dessen Aufnahme dienen.
Die Erhitzung des Begleitmetalls kann in bekannter Weise mittels Elektronrnbombardements geschehen, wobei, wenn nötig, ein Teil des Elektronenstromes des Glühfadens zur elektrolytischen Einführung des Alkalinientalls verwendet werden kann. Ein noch einfacheres Verfahren bzw. eine einfachere Anordnung wird gewonnen, wenn das zu verdampfende BegleitmetaJ1 z. B. auf galvanischem Wege auf die Stromzuleitungen 16, li des Glühfadens aufgetragen wird bzw. die Stromzuleitungen selber aus dem zu verdampfenden Metall verfeltigt werden.
Bei richtiger Dimes- sionierung der Stromzuleitungen des Glühfadens ist es leich zu erreiehen. dass bei entsprechender Be-
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Minuten in merkbarem Masse verdampft. Die in der Glühlampentecknik üblichen Nickelektroden sind für dieses Verfahren besonders geeignet, da Nickel auf wesentlich niedrigerer Temperatur als sein Schmelzpunkt bereits merkbar verdampft. Als Beispiel kann angegeben werden, dass, wenn Strom- zuleitungen 16 und 17 aus einem Niekeldraht von 0'6 mm verfertigt werden und ein Glühfaden von 12Volt, 50 Watt verwendet wird, das Metall an den Enden der Stromzuleitungen, wo der Glühfaden angeschweisst ist, bei ungefähr 16 Volt Glühfadenspannung bereits merkbar verdampft.
Der sich so bildende Nickelbeschlag ist zwar erst unsichtbar, wird aber sofort sichtbar durch den Natriumbesehlag, da das Natrium an denjenigen Stellen des Glases, die mit Nickel überzogen sind, stärker und eine spiegelnde Oberfläche bildend kondensiert, während das auf die reine Glasoberfläehe kondensierende Natrium eine ausserordentlich feinkörnige Struktur besitzt. Da das Nickel nur von den Stellen höchster Temperatur :', und.'24 verdampft und die verdampfenden Atome im Vakuum sich geradlinig bewegen, projizieren diese Atomstrahlen auf die Gefässwand die Schatten der Stromzuleitungen des Glühfadens und der Stromzuleitung 18, welche infolge der verschiedenen Kondensationsart des Natriums sichtbar werden.
Die Sichtbarmachung dieser dünnen Schicht (entwickeln) ist eine an sich bekannte Erscheinung. Im vorliegenden Falle kann besagte Schattenerscheinung zum Erkennen der mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellten Kathoden dienen.
Die erwähnte, an sich unsichtbare und bloss durch einen Alkalibesehlag sichtbar werdende dünne
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zuleitungen der Kathode und der Anode kein zusammenhängender Beschlag entsehen kann. Als solche Schirme können glasperlen 25 und 26 auf Drähten 16, 17 angeschmolzen verwendet werden, wie das
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genügendstarkenGasentladunggeschehenkann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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