DE1035790B

DE1035790B - Gas discharge tubes with a radioactive, gaseous substance

Info

Publication number: DE1035790B
Application number: DEG18998A
Authority: DE
Inventors: Jacob Kastner
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1955-02-16
Filing date: 1956-02-15
Publication date: 1958-08-07

Description

Gasentladungsröhre mit einer radioaktiven, gasförmigen Substanz Die Erfindung befaßt sich mit der Anwendung von radioaktiven gasförmigen Substanzen in elektrischen Gasentladungsröhren, und zwar insbesondere in Gasentladungsröhren, welche mindestens beim Einschalten kalte Kathoden haben, so daß keine thermionische Emission zur Unterstützung der Anfangsionisation des gasförmigen Mediums zur Verfügung steht. Die Erfindung erweist sich als besonders nützlich in Verbindung mit Gasentladungsröhren, die als Regelorgane in elektrischen Stromkreisen Verwendung finden, bei denen es darauf ankommt, daß das Anfangspotential im wesentlichen konstant ist und insbesondere nicht über einen gegebenen Sollwert hinausgeht.Gas discharge tube with a radioactive, gaseous substance Die Invention deals with the application of radioactive gaseous substances in electric gas discharge tubes, in particular in gas discharge tubes, which have cold cathodes at least when switching on, so that no thermionic Emission to support the initial ionization of the gaseous medium is available stands. The invention is found to be particularly useful in connection with gas discharge tubes, which are used as regulating organs in electrical circuits where it what matters is that the initial potential is essentially constant and in particular does not go beyond a given setpoint.

Es gibt technische Anwendungsgebiete, bei denen die Schwankung der Durchschlagspannung zwischen dem Betrieb bei Licht und dem Betrieb bei Dunkelheit außerordentlich unerwünscht ist.There are technical fields of application in which the fluctuation of the Breakdown voltage between operation in light and operation in darkness is extremely undesirable.

Zur Vermeidung dieser Schwankung' ist es bekannt, eine kleine Menge an festem radioaktivem Material in den Röhrenkolben einzubringen. Zum Beispiel kann man in die Röhre eine kleine Menge an Uranoxyd (U308) einbringen, und zwar in Form einer Suspension oder Paste, die man auf die Innenseite des Kolbens aufträgt und vor dem Abschmelzen der Röhre trocknet und bäckt. Jedoch hat die Einbringung des Uranoxyds und der Paste oder des Tragmittels in die Röhre unausweichlich zur Folge, daß Verunreinigungen eingeführt werden, und außerdem ist die Einbringung selbst eine unbequeme und schmutzige Arbeit.To avoid this fluctuation, it is known to use a small amount to bring solid radioactive material into the flask. For example can a small amount of uranium oxide (U308) is introduced into the tube, in the form of it a suspension or paste that is applied to the inside of the flask and before melting the tube dries and bakes. However, the introduction of the Uranium oxide and the paste or the suspension medium inevitably result in the tube, that impurities are introduced, and besides, the introduction itself is an inconvenient and dirty job.

Es ist weiterhin bekannt, in Gasentladungsröhren eine geringe Menge Radium, z. B. in Form eines Salzes einzubringen. Beim natürlichen Zerfall des Radiums wird bekanntlich laufend das radioaktive Edelgas Emanation gebildet, in der Gasfüllung der Röhre ist also dadurch stets eine dem Zerfallsgleichgewicht der eingebrachten Radiummenge entsprechende Menge Emanation vorhanden. Durch diese Maßnahme wird ebenfalls eine Verringerung des Zündverzuges in der Dunkelheit erreicht. Radiumsalze sind aber sehr teuer, außerdem hat Emanation unter allen Edelgasen die geringste Ionisierungsspannung, durch den Emanationsgehalt kann also eine unerwünschte Änderung der elektrischen Eigenschaften der Röhre eintreten.It is also known to contain a small amount in gas discharge tubes Radium, e.g. B. to be introduced in the form of a salt. With the natural decay of radium As is well known, the radioactive noble gas emanation is continuously formed in the gas filling The tube is therefore always one of the decay equilibrium of the introduced Amount of radium corresponding amount of emanation present. This measure will also a reduction in the ignition delay achieved in the dark. Are radium salts but very expensive, and emanation has the lowest ionization voltage of all noble gases, The emanation content can cause an undesirable change in the electrical Properties of the tube occur.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll durch die Erfindung der Anstieg der Durchschlagspannung bei Dunkelheit verringert bzw. praktisch beseitigt werden.The invention is intended to avoid these disadvantages. In particular the invention is intended to reduce the rise in breakdown voltage in the dark or practically eliminated.

Bei einer elektrischen Entladungsröhre mit zwei vorzugsweise kalten Elektroden, von denen mindestens eine als Kathode arbeitet, einer Gasfüllung und einer radioaktiven gasförmigen Substanz zur Verringerung des Dunkelheitseffektes ist erfindungsgemäß die radioaktive Substanz ein radioaktives Isotop eines der Gasbestandteile der Füllung. Ein über die gesamte ionisierbare Füllung feinverteiltes radioaktives Gas bewirkt eine wirksamere Ionisation der Füllung als ein festes radioaktives Material, das auf die Kolbenwandung aufgebracht oder auf einen bestimmten Bereich innerhalb der Röhre konzentriert ist. Weiterhin gestaltet sich bei Verwendung von radioaktivem Material, das von Anfang an in Gasform vorliegt, die Fabrikation der Entladungsröhren besonders bequem. Das radioaktive Gas kann in winzigen Mengen der regulären Gasfüllung für die Röhre zugesetzt werden und wird dann beim Gaseinlassen während des Fertigungsprozesses reit in den Kolben eingebracht. Die Beimischung des radioaktiven Materials erfolgt dadurch automatisch und erfordert keine zusätzlichen Arbeitsgänge, wie z. B. das Aufstreichen von festem, radioaktivem Material auf die Kolbenwandung.In the case of an electric discharge tube with two preferably cold ones Electrodes, at least one of which works as a cathode, a gas filling and a radioactive gaseous substance to reduce the effect of darkness According to the invention, the radioactive substance is a radioactive isotope of one of the gas components the filling. A radioactive material that is finely distributed over the entire ionizable filling Gas causes a more effective ionization of the filling than a solid radioactive material, that is applied to the piston wall or to a specific area within the tube is concentrated. Furthermore, it turns out when using radioactive Material that is in gaseous form from the start, the manufacture of the discharge tubes particularly convenient. The radioactive gas can be found in tiny amounts of the regular gas filling for the tube is added and is then added to the gas inlet during the manufacturing process inserted into the flask. The addition of the radioactive material takes place thus automatically and does not require any additional operations, such as B. that Spreading solid, radioactive material on the flask wall.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß das der Füllung beigemischte radioaktive Gas ein Isotop des oder eines der regulären Füllgase ist. Da das Isotop die gleiche chemische Beschaffenheit hat wie das normale Gas, von welchem es hergeleitet ist, und da es sich von letzterem lediglich in seinen physikalischen Eigenschaften unterscheidet, wird durch den Zusatz des Isotops zur Füllung diese chemisch nicht verändert. In Fällen, wo das Isotop ein von der Füllung verschiedenes Gas ist, stellt es in gewissem Sinne eine Verunreinigung dar, was zu unliebsamen Wirkungen führen oder aus anderen Gründen unerwünscht sein kann. Ist dagegen das radioaktive Gas ein Isotop eines der Bestandteile des regulären Füllgases, so stellt es, mindestens im chemischen Sinne, keine Verunreinigung dar und ändert die chemische Beschaffenheit der Füllung nicht.Another aspect of the invention is that the Filling admixed radioactive gas an isotope of or one of the regular filling gases is. Since the isotope has the same chemical composition as the normal gas, from which it is derived, and since it is only in its physical properties differs, is due to the addition of the isotope to Filling this is not chemically changed. In cases where the isotope is one of the filling is a different gas, in a sense it is an impurity what can lead to undesirable effects or be undesirable for other reasons. On the other hand, the radioactive gas is an isotope of one of the constituents of the regular Filling gas, it represents, at least in chemical terms Sense, none Contamination and does not change the chemical nature of the filling.

Die Röhre wird in bekannter Weise evakuiert und mit einem aus einem inerten Gas und Wasserstoff bestehenden ionisierbaren Medium gefüllt. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die Füllung im wesentlichen aus 84 Volumprozent Argon und 16 Volumprozent Wasserstoff mit einem Gesamtdruck von einigen wenigen hundert Millimetern Quecksilber bei Zimmertemperatur.The tube is evacuated in a known manner and with one of one inert gas and hydrogen filled existing ionizable medium. With the present Embodiment, the filling consists essentially of 84 percent by volume argon and 16 percent by volume hydrogen with a total pressure of a few hundred millimeters Mercury at room temperature.

Gemäß der Erfindung wird der Gasfüllung eine kleine Menge eines radioaktiven Isotops einer der Bestandteile der Gasfüllung beigegeben. Es hat sich gezeigt, daß an sich verschiedene radioaktive Gase geeignet sind, vorzugsweise soll jedochTritium verwendet werden. Tritium (111a) ist ein radioaktives Wasserstoffisotop mit der Massenzahl 3; es ist ein reiner ß-Strahler mit einer Halbwertszeit von 12,5 Jahren. Die maximale Energie der ß-Strahlen beträgt 0,019 MeV.According to the invention, the gas filling is a small amount of a radioactive Isotope added to one of the components of the gas filling. It has been shown that Various radioactive gases per se are suitable, but tritium is preferred be used. Tritium (111a) is a radioactive isotope of hydrogen with the Mass number 3; it is a pure ß-emitter with a half-life of 12.5 years. The maximum energy of the ß-rays is 0.019 MeV.

In einer Entladungsröhre, bei der der Kolbendurchmesser ungefähr 19 mm und die Entladungsstrecken oder der Abstand zwischen den Elektroden 3 mm beträgt, liegt die Wiederholungsdurchschlagspannung bei ungefähr 3700 Volt für einen Füllungsdruck von 670 mm Quecksilber. Die Wiederholungsdurchschlagspannung ist diejenige Spannung, die erforderlich ist, um die Entladung auszulösen, wenn die Röhre seit einer früheren Entladung lediglich für eine kurze Zeitdauer, z. B. für eine Dauer von einer Sekunde oder weniger, gelöscht was. Derartige Röhren können dann als brauchbar angesehen werden, wenn die Dunkeldurchschlagspannung die Wiederholungsdurchschlagspannung um nicht mehr als 7,5 °/a überschreitet. Das Ausmaß der für die Erreichung dieses Zieles erforderlichen Radioaktivität hängt davon ab, eine wie große Verzögerungsdauer man zwischen dem Anlegen der Spannung und dem Einsetzen des Durchschlags bzw. der Entladung zulassen kann. Im vorliegenden Falle wurden die Röhren in der Weise geprüft, daß man sie an einen Kondensator anschloß, dessen Ladedauer 1/3 Sekunden betrug, wobei die Röhren mit einer Geschwindigkeit von drei Entladungen pro Sekunde gezündet wurden. Unter diesen Bedingungen wurde für diejenige Radioaktivität, die erforderlich ist, um die Dunkeldurchschlagspannung auf einem die Wiederholungsdurchschlagspannung um nicht mehr als 7,5 °/o überschreitenden Wert zu halten, ein Schwellenwert von 0,1 Mikrocurie ermittelt. Um jedoch einen gewissen Sicherheitsspielraum zu schaffen, und um dem etwa beim Betrieb der Röhre auftretenden Verschleiß an Tritium Rechnung zu tragen, verwendet man zweckmäßigerweise eine Radioaktivität von einigen wenigen Mikrocurie, beispielsweise 10 Mikrocurie. ` Eine Entladungsstreckenröhre mit einer Wiederholungsdurchschlagspannung von 1500 Volt und von im übrigen den gleichen Eigenschaften wie die oben beschriebenen Einrichtungen kann man dadurch erhalten, daß man den Druck des Füllgasgemisches auf ungefähr 200 mm Quecksilber herabsetzt. Bei einer derartigen Röhre verwendet man zum Zwecke der gewünschten Beseitigung des Dunkelanstieges der Durchschlagspannung eine Radioaktivität von 3 Mikrocurie.In a discharge tube with a bulb diameter of approximately 19 mm and the discharge paths or the distance between the electrodes is 3 mm, the repetitive breakdown voltage is approximately 3700 volts for one fill pressure of 670 mm of mercury. The repetitive breakdown voltage is the voltage which is required to trigger the discharge if the tube has been a previous one Discharge only for a short period of time, e.g. B. for a period of one second or less, deleted what. Such tubes can then be considered useful when the dark breakdown voltage is the repetitive breakdown voltage by no more than 7.5 ° / a. The extent of the achievement of this The target radioactivity required depends on how long a delay period is between the application of the voltage and the onset of the breakdown or the Can allow discharge. In the present case, the tubes were tested in such a way that that they were connected to a capacitor, the charging time of which was 1/3 of a second, the tubes ignited at a rate of three discharges per second became. Under these conditions, radioactivity was required for that is to be the dark breakdown voltage on one of the repetitive breakdown voltage in order to maintain a value not exceeding 7,5 ° / o, a threshold of 0.1 microcurie determined. However, in order to create a certain margin of safety, and to account for the wear and tear on tritium that occurs during operation of the tube to carry, one expediently uses a radioactivity of a few Microcuria, for example 10 microcuria. `A discharge gap tube with a Repeat breakdown voltage of 1500 volts and otherwise the same properties like the devices described above, one can obtain the The pressure of the filling gas mixture is reduced to approximately 200 mm of mercury. At a Such a tube is used for the purpose of the desired elimination of the dark rise the breakdown voltage has a radioactivity of 3 microcuries.

Die für die Erzeugung der Radioaktivität erforderliche Menge an radioaktivem Isotop läßt sich auf Grund der folgenden Überlegungen ermitteln. Eine Radioaktivität von 1 Curie soll derjenigen Anzahl von Zerfallsakten pro Sekunde entsprechen, die in 1 g Radium auftreten. Definitionsgemäß ist zur Zeit 1 Curie = 3,7 # 1010 Zerfallsakte pro Sekunde. Die Masse eines Isotops, die erforderlich ist, um eine gegebene Radioaktivität zu liefern, ist der Halbwertzeit umgekehrt proportional und läßt sich durch die folgende Formel darstellen W=2,8.10-g.M.Tl/2.A worin W = Masse in Gramm, :'VI = Molekulargewicht (6 für Tritium), T 1/2 = Halbwertzeit in Jahren, A = Radioaktivität in Curie bedeutet. Um bei Tritium eine Radioaktivität von 10 Mikrocurie zu erreichen, ist eine Masse von 2 Nanogramm erforderlich. Um ungefähr die gleiche Radioaktivität mit dem früher verwendeten Uranoxyd zu erhalten, waren 100 Milligramm erforderlich. Man sieht, daß die erforderliche Masse des erfindungsgemäß verwendeten Tritiums um den Faktor 5 -107 kleiner ist als die Masse des früher für den gleichen Zweck verwendeten Uranoxyds.The amount of radioactive isotope required for the generation of radioactivity can be determined on the basis of the following considerations. A radioactivity of 1 curie is said to correspond to the number of decay acts per second that occur in 1 g of radium. By definition, 1 Curie is currently 3.7 # 1010 decay acts per second. The mass of an isotope required to deliver a given radioactivity is inversely proportional to the half-life and can be represented by the following formula W = 2.8.10-gMTl / 2.A where W = mass in grams,: VI = Molecular weight (6 for tritium), T 1/2 = half-life in years, A = radioactivity in Curie means. In order to achieve a radioactivity of 10 microcurie with tritium, a mass of 2 nanograms is required. To get about the same radioactivity as the uranium oxide previously used, 100 milligrams were required. It can be seen that the required mass of the tritium used according to the invention is smaller by a factor of 5 -107 than the mass of the uranium oxide previously used for the same purpose.

An Stelle des Tritiums stehen erfindungsgemäß auch andere gasförmige Radioisotope zur Verwendung in elektrischen Gasentladungsröhren zur Verfügung. Besonders geeignete gasförmige Radioisotope für die Verwendung in Gasentladungsröhren oder -lampen sind außer dem Tritium radioaktives Argon 18A39 sowie radioaktives Krypton "Kr86. Radioaktives Argon hat eine Halbwertzeit von 260 Jahren und emittiert Betastrahlen mit einer maximalen Energie von 0,56 MeV. Radioaktives Krypton hat eine Halbwertzeit von 9,4 Jahren und emittiert Betastrahlen mit einer maximalen Energie von 0,07 MeV. Setzt man erfindungsgemäß der inerten Gasfüllung in Glimmentladungsschaltern für Leuchtröhren eine Spur an radioaktivem Krypton zu, so hat man damit einen billigen und praktischen Ersatz für das ,Uranoxyd oder das sonstige feste Ionisierungsmittel, dessen Verwendung früher üblich war.In place of the tritium, there are also other gaseous forms according to the invention Radioisotopes are available for use in electric gas discharge tubes. Particularly suitable gaseous radioisotopes for use in gas discharge tubes or In addition to tritium, lamps are radioactive argon 18A39 and radioactive krypton "Kr86. Radioactive argon has a half-life of 260 years and emits beta rays with a maximum energy of 0.56 MeV. Radioactive krypton has a half-life of 9.4 years and emits beta rays with a maximum energy of 0.07 MeV. If, according to the invention, the inert gas filling is used in glow discharge switches If you close a trace of radioactive krypton to fluorescent tubes, you have a cheap one and practical substitute for that, uranium oxide or other solid ionizing agent, whose use was previously common.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electric discharge tube with two preferably cold electrodes, at least one of which works as a cathode, a gas filling and a radioactive, gaseous substance to reduce the dark effect, characterized in that the radioactive substance is a radioactive isotope of one of the gas components of the filling.

2. The tube of claim 1, wherein a substantial Part of the gas filling consists of hydrogen, characterized in that the gas filling Contains a tiny amount of tritium.

3. Tube according to claim 1 and 2, characterized in that that the gas filling consists of hydrogen, an inert gas and a small amount of tritium with a total pressure of several hundred millimeters consists of mercury, wherein the radioactivity developed by the tritium is at least 0.1 miciocurie.

4. Tube according to claim 3, characterized in that the gas filling has a total pressure of several hundred millimeters has mercury and about 84 per cent. argon, 16 ° / o hydrogen and a small amount of tritium with a radioactivity of a few micro-curies.

5. Tube according to claim 1, in particular in the form of a glow discharge starter switch for fluorescent tubes, characterized in that the inert gas filling containing krypton or argon contains a trace of radioactive krypton or radioactive argon. Contemplated publications: USA. Patents No. 1840055, 1875 151, 2478119, 1870 831st.