DE1566037C - Wanderfeldrohre - Google Patents

Description

die sowohl die Stäbe 19 als auch die Wendel 13 Ausgangsendes verändert werden, derart, daß reflek-

umgibt, fokussiert den Strahl und zwingt ihn entlang tierte rückwärts laufende Wellen allmählich absor-

der Mittelachse zur Sammelelektrode 18 zu fliegen. biert werden/Andererseits soll die Gesamtlänge des

Auf Wunsch können auch andere Fokussierahord- Dämpfungsteils klein gehaltert werden, um die

nungen benutzt werden. ·■ '■'■■'■'■ "'.'■■■' ^:'' :■ - 5 anwachsende Welle möglichst wenig zu stören. Zur

Die Hauptursache für eine Instabilität in einer Erzielung der richtigen .'Dämpfungsform wird "das Wanderfeldröhre ist die Tendenz der Wellenenergie, Tantalnitrid vorzugsweise mit Hilfe einer Zerstäuvom Ausgangsende der Wendel 13 zurück zum Ein- bungskammer aufgebracht, die aus einer Elektrode gangsende reflektiert zu werden und hierdurch mit einer zylindrischen Innenfläche besteht, welche Schwingungen innerhalb der Einrichtung zu ver- io mit Tantalnitrid überzogen ist, ^!das die Wendel uniursächen. Die reflektierten Wellen werden gewöhn- gibt. Die Wendel· ist so abgedeckt, daß ein Verlustlich durch einen Dämpfungsüberzüg auf einem Teil gebiet definiert wird, wobei die Abdeckungen erweider Wendel 13 unterdrückt. Es ist allgemein üblich; teirt werden, so daß ein allmählicher Übergang des auf einem Teil der Wendel ein dämpfendes Material · Widerstands der Täntalnitridschicht entstehen kann, anzubringen, typischerweise einen dünnen Überzug 15 Das Täntalnitrid wird auf die Wendel -aufgestäubt, aus Graphit oder einer Kohlemasse, welche die indem die Gasentladung zwischen der Elektrode und . reflektierte Wellenenergie absorbiert und vernichtet. der Wendel hergestellt wird. - -■'■'>■ ^:;:;^;; ■<■■"·■-:<>■^s ^<i<> Derartige dämpfende Materialien für Wendel sollen Bei einer Wanderfeldröhre mit langer Lebensdauer einen niedrigen Dampfdruck, einen hohen Schmelz- und hoher Verstärkung ist es insbesondere'wichtig, pünkf aufweisen, sie sollen vorzugsweise ein Material 20 daß die Dämpfungseigenschaften der Wendel wähmit vergleichsweise hohem spezifischem Widerstand rend der gesamten Betriebsdauer der Röhre aufrechtsein. Der spezifische Widerstand von Graphit beträgt erhalten bleiben. Das ist ein unbedingtes Erfordernis, z.B. bei 20° C 800 Mikroohfh/cm; da das Dämpfungsmaterial bei dem Herstellungs-

Erfindungsgemäß werden die Wendel 13 und die Vorgang sehr sorgfältig aufgetragen wird, um wäh-

Tragestäbe 19/auf einem bestimmten Gebiet mit 35 rend der effektiven Absorbtion elektromagnetischer

einer Tantalnitridschicht 21 überzogen, unr reflek- Wellen auf der Wendel die störende Einwirkung

tierte magnetische Wellenenergie zu absorbieren. voh fortschreitenden Raumladungswellen möglichst

Dies wird am besteh aus Fig. 3 ersichtlich" Tantal- gering zu halten. Man hat festgestellt, daß bei her-

riitrid hat einen ausreichend niedrigen Dampfdruck, . kömmHcheri Röhren, bei denen Graphit oder andere

einen ausreichend hohen Schmelzpunkt und einen 30 Kohlemassen als Dämpfungsmaterial verwendet wer-

spezifischen Widerstand von etwa 100 Mrkroohm/cm den, die Dämpfung die Tendenz hat,' sich während

bei 20° C, so daß die oben geforderten Eigenschaften langer Röhrenbetriebszeiten zu ändern. Man hat

vorhanden sind. Der niedrigere spezifische Wider- ferner festgestellt, daß diese'Änderung durch Elek-

stand von Tantalnitrid bedeutet, daß Tantalnitrid- tronen und Ionenbeschuß des Graphits oder der

schichten entsprechend dünner gemacht werden, um 35 Kohlemasse entsteht, welche die Wellendämpfung

die gewünschte Dämpfung zu erhalten. Eine typische mit der Zeit herabsetzt und welche die Tendenz hat,

Dicke einer Tantalnitridschicht sind 500 Α-Einheiten. die Röhre unstabil und vollständig unbrauchbar zu

Die Art und Weise, wie die Tantalriitridschicht 21 machen. Die Verwendung einer auf die Wendel und die reflektierte Energie dämpft, wird am besteh ver- die Tragestäbe aufgespritzten Täntalnitridschicht erständlich, wenn man "έίηβ ' einzige Windung der 40 gibt die gewünschten Dämpfungseigenschaften ohne Wendel 13 im Dämpfungsbereich betrachtet, der Verschlechterurig durch TeilchenbeschuO. 'f'_r\'[ '^;;
durch die Tantalschicht 21 definiert ..wird. Wenn Bisher ist der genaue Mechanismus','durch den/der ■ reflektierte elektromagnetische Wellenenergie vom Elektronenbeschuß die Verschlechterung eier Köhle-Ausgangsende der Wendel 13 zum Eingangsende Schichteigenschaften beschleunigt, nicht; vollständig fortschreitet, begegnet sie der Windung der Wendel 45 verständlich. Es ist wahrscheinlich, daß die derzeitiünd erzeugt in ihr ein elektrisches Feld. Die Enden "gen Vakuumausheizverfahren nicht alle Wasserstoffe der Windung sind elektrisch über die'Tantalschicht und Kohlenwasserstoffe, die'sich im Graphit befinden, 21 auf 'den" TragestäbenΊ9 miteinander verbunden. freigeben, und daß ein nachfolgender andauernder Die durch die_t reflektierten/Wellen in der Windung Elektronenbeschuß diese Gase, austreibt. Der hierbei der Wendel erzeugten/elektrischen Felder werden 50 frei werdende Wasserstoff wird durch die Elektronen über die Tantalschicht effektiv kurzgeschlossen und des Strahls ionisiert. Die hierbei gebildeten ■ Ionen hierdurch gedämpft. Somit wirkt die Tantalschieht : stoßen mit Kohleatomen in der Graphitschicht zuals Belastung für die elektrischen Felder in der sammen und vertreiben oder zerstäuben sie. Die ZerWendel in gleicher Weise, wie ein Widerstand als stäubungsgeschwindigkeit von Kohle in einer Wasser-Belastung wirkt, wenn er an eine Batterie ange- 55 Stoffentladung, d. h. in durch ein elektrisches Feld ■schlossen wird. Von Wichtigkeit ist auch die Dämp- ionisiertem Wasserstoff, beträgt 262 mg/Amperefüng von Oberflächenströmen, die in der Wendel stunde, das ist eine verhältnismäßig große Geschwin-. durch die reflektierte Energie erzeugt werden. Da digkeit. Es ist indessen nicht bekannt, ob diese Ge-. diese Ströme auf der Wendeloberfläche fließen, schwindigkeit für die besondere Kohlezusammenwerden sie durch den Tantalüberzug auf der Ober- 60 setzung gilt, mit welcher die Wendel beschichtet ist, ,fläche der Wendel selbst gedämpft. , und die möglichen partiellen Drücke des in der Röhre

Es ist wichtig, daß das Dämpfungsmaterial sehr enthaltenen Wasserstoffs. Im Gegensatz dazu beträgt

sorgfältig aufgebracht wird, so daß es als reflexions- die Zerstäubungsgeschwindigkeit von Tantal in einer

freie Absorbiervorrichtung von Wellen wirkt, die Wasserstoffentladung nur 16 mg/'Amperestunde, wo-

zum Eingangsende fortschreiten, während es die 65 bei man sich an die Tatsache erinnert, daß Tantal

anwachsende, zum Ausgangsende fortschreitende viel schwerer als Kohle ist und daher durch Zusam-

Welle minimal beeinflußt. Zu diesem Zweck soll menstoß mit Wasserstoilionen nicht so leicht vcrtrie-

die Dichte des Dämpfungsmaterials in Richtung des ben wird.

Eine zweite Möglichkeit ist eine zyklische Reaktion, bei der Kohlenmonoxid und/oder Kohledioxid, die von der Glühkathode freigegeben werden, unter Elektronenbeschuß dissoziieren, um atomaren Sauerstoff freizugeben, der. die Graphitschicht angreift. Der atomare Sauerstoff vereinigt sich mit Atomen des Graphits, um Kohlemonoxid und/oder Kohledioxid zu bilden, das seinerseits unter dem Elektronenbeschuß dissoziiert, womit der Zyklus wieder beginnt. Die Erosion einer aufgedampften Kohleschicht durch Sauerstoffatome, die in einer Entladungsröhre erzeugt werden, ist yon J. S t r e η ζ η e w s k i und J. T u r kevieh in dem Aufsatz »The Reaction of Carbon with Oxygen Atoms«, Proc. of the 3rd Carbon Conference, S. 273 bis 287, beschrieben. Dort ist dargelegt, daß die Reaktionsgeschwindigkeit direkt von der Sauerstoffatomkonzentration abhängig ist, während sie von der Temperatur im Bereich von 20 bis 100⁰C unabhängig ist. Welche Rolle der Elektronenbeschuß bei der Beschleunigung dieser Reaktion spielt, ist nicht klar, jedoch wurde die Dissoziierung von CO durch Elektronenstoß von W. W. L ο zier, Physics Review 46, S. 268 (1934), und von H. D. Hags trum »On The Dissociation Energy of Carbon Monoxide and the Heat of Sublimation of Carbons«, Physics Review, 72, S. 947 bis 963 (1947), beobachtet. Die folgenden Gleichungen geben die beobachteten Ionisations- und Dissoziationsprozesse und die entsprechenden Einsatzpotentiale, ferner die minimale Elektronenenergie, die für die Dissoziation von Kohle-^ monoxid notwendig ist, wieder.

co	+ e~	— C	t +.O	+ 2e-	22,8	eV	(1)
co	+ -e~	/->	1 + O	+ e~	20,9	eV	(2)
co	Ve-	Q	.T °*	1T-2 e-	i23,0	eV',	(3)
co	+ .e~	+ 0-		9^5	eV	(4)

Die Elektronenenergie in einer Wanderfeldröhre beträgt etwa 2500 Elektronenvolt, mehr als genug, um eine Dissoziation eines Kohlemonoxidmoleküls unter Elektrohenschuß zu verursachen.

Im Gegensatz zu Graphit bildet Tantal bei der Vereinigung mit Sauerstoff einen schützenden Oxidüberzug. Dieser Überzug verhindert eine weitere Oxydation der Tantalschicht und bewahrt damit ihre Dämpf ungseigenschaften.

Die Wirkung des Elektronenbeschusses auf die Dämpfungscigenschaften verschiedener Dämpfungsmaterialien für Wendel ist in. Fig. 4 dargestellt. Es wurden Versuche mit Wanderfeldröhren durchgeführt, deren Wendeln mit den folgenden Dämpfungsmaterialien überzogen waren: I auf gestäubte Tantalschicht,

II aufgestäubte Tantalschicht, deren Länge und Dicke geringer als diejenigen der Tantalschicht von I waren;

III aufgestäubte Tantalnitridschicht; IV und V aufgestäubtes Aquadag und VI aufgedampfte Kohleschicht. Die Röhren wurden mit normalen Spannungen betrieben, wobei der Ausgang abgeschlossen und keine

ίο Hochfrequenzerregung vorhanden war. Der Elektronenstrahl wurde durch Verzerrung des magnetischen Fokussierfeldes im Dämpfungsteil gestört. Die Elek^ tronen erlitten dann elastische Streuungen durch Glasmoleküle in der Röhre, so daß ein Elektronenbeschuß des Dämpfungsmäterials entstand. Fig. 4, .V,zeigt graphisch die Rolle des Elektronenbeschusses bei der Verschlechterung der Graphitschichten. Während des Intervalls zwischen 76 und 122 Stunden wurde der Elektronenstrahl richtig fokussiert, wobei sich die

so Dämpfung während dieses Intervalls nicht änderte. Außerhalb dieses Intervalls wurde der Elektronenstrahl gestört, wobei eine Herabsetzung der Dämpfung der Graphitschicht entstand. Aus den in F i g. 4 dargestellten Versuchsergebnissen wird ersichtlich, daß nur die aufgestäubten Tantalschichten I und II und die Tantalnitridschichten III Dämpfungseigenschaften haben, die durch langen Elektronen- und Ionenbeschuß im wesentlichen unbeeinflußt sind.
Röhren mit Wendeln, die aufgestäubte Tantalnitridschichten aufweisen, wurden mit Erfolg auf

■ '· -Lebensdauer geprüft. Beispielsweise haben unter normalen Bedingungen betriebene Wendelfeldröhren bei 5 Watt Verlust in einem Tantalnitrid-Dämpfungsnetzwerk während 2000 Stunden keine Verschlechterung gezeigt. So bleiben erfindungsgemäße Wanderfeldröhren für Zeitspannen stabil, die die früher erreichbaren weit überschritten. . , ....'.

Tantalnitrid ist auch als Dämpfungsmaterial auf anderen Anordnungen für langsame Wellen nützlich, und zwar auf allen Anordnungen, die einem andauernden Teilchenbeschuß unterworfen werden. Zahlreiche andere Ausführungsformen und Änderungen sind im Rahmen der Erfindung für den Fachmann verfügbar.

Insbesondere werden zur Zeit die Nasenkonusse von Raumfahrzeugen mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet, welcher nach Wiedereintritt in die ionisierte Atmosphäre mit dieser reagiert. Demgegenüber wüidc Tantalnitrid nicht in dieser Weise reagieren, so daß der Nasenkonus unbeschädigt bleibt.;; _:" ,;'v

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

solche gesinterte Tantalpulverschicht von Hause aus

Patentanspruch: porös ünä"^:ihr''Haftung^verfnÖgbri 'nicht' immer das

beste ist. Entspredhetfd/einem eigenen älteren VorWanderfeldröhre, deren Verzögerungsleitung schlag ist deshalb "vorgesehen worden, die Tantal- und deren die Verzögerungsleitung tragenden 5 schicht in Form eines Tantalfilms kontrollierter Isolierstäbe an vorgegebenen Stellen mit einem Dicke durch Aufdampfen oder kathodisches Auf-Überzug aus Tantal enthaltendem Dämpfungs- stäuben aufzubringen. Hierdurch erhält man einen material versehen ist, dadurch gekenn- praktisch fehlstellenfreien Überzug, so daß die schädzeichnet, daß das Dämpfungsmaterial Tantal- liehen Einwirkungen des Elektronen- und/oder nitrid ist. io Ionenbeschusses wesentlich verringert werden konnte.

Der Erfindung ''}iegt die Aufgabe zugrunde, die

Zers*täubüng⁴sg'e!3chwindigkeit des Überzüge- noch

weiter zu verringern und dadurch die Lebensdauer

der Wanderfeldröhre weiter zu verbessern. - ^;;

Die Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre, deren 15 Ausgehend von einer Wanderfeldröhre der einVerzögerungsleitung und deren die Verzögerufigs- gangs erwähnten Art, wird diese Aufgabe dadurch leitung tragenden ISölierätäbÖ =an Vorgegebenen gelöst, daß das Dämpfungsmaterial Tantalnitrid ist. Stellen mit einem Überzug aus Tantal enthaltendem Die Natur der Erfindung und ihre verschiedenen Dämpfungsmaterial versehen ist. ' ' Vorteile werden an Hand der nachfolgenden ein-In der USA.-Patentschrift 2 820171 ist eine 20 gehenden Erläuterung und der Zeichnungen voll-Wanderfeldverstärkerröhre beschrieben, in der ein ständig dargelegt.

Streifen oder ein Überzug aus Kohleteilchen mit F i g. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht

elektromagnetischen Wellen gekoppelt wird, die von einer Wanderfeidröhfe,'*bei der"däs Erfindungsprinzip

Unstetigkeiten im Ausgangskreis der Verzögerungs- verwendet wird;

anordnung (typischerweise eine Wendel) der Röhre 25 F i g. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 der reflektiert werden. Dieser Überzug ist außerdem mit Fig. 1; -,.:-..·.. —■...■-■■:_
einer tragenden Stabanordnung gekoppelt, welche F i g. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der die Wendel in koaxialer Lage zum Elektronenstrahl Wendel und der Wendeltragfeariordnung der Wanderhält. Der Überzug, der an einem Ort der Röhre fel'drÖhre der Fig. 1; :^:""- ^{r r}"
angeordnet wird, an welchem ein großer Teil der 30 --Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, bei der gewünschten Eingangssignalenergie in Form einer die'Wirkung des Elektronenbeschusses auf dieDämp-RaürnTadungswelle vorhanden ist, wird während der füng'seigenschäften' von Tantal-, "Tahtalhitrid- und Herstellung sehr sorgfältig angebracht, um Störungen Kohleschichten verglichen wird."
der Raumladungswellen klein zu halten und trotz- In F i g. 1 ist ein Wanderfeldröhrenaufbau 10 dardem die reflektierten elektromagnetischen Wellen 35 gestellt, dessen Zweck darin besteht, elektromagneauf der Wendel wirkungsvoll zu absorbieren. tische Wellen zu verstärken, die mit Hilfe eines Leider sind die Dämpfungseigenschaften solcher Eingangswellenleiters 11 zur Röhre übertragen wer-Uberzüge nicht konstant, sondern verschlechtern den, wie es durch den Tfeil dargestellt ist. 'Am entsich mit der Zeit. Die Hauptursache hierfür scheint gegengesetzten Ende der Einrichtung befindet sich die Wirkung des Elektronen- und Ionenbeschusses 40 ein Ausgangswelienleiter i2,^;:iüm die verstärkten des Kohlestoffmaterials des dämpfenden Überzugs elektromagnetischen Wellen der Wanderfeldröhre zu zu sein. Man "nimmt 'dabei 'än^v,' daß' düfcli deo'Elek- Entnehmen und sie zu ^::eiherⁱ'geeigneten Belastung tronenbeschuß absorbierter Wasserstoff aus der zu übertragen, wie es durch den anderen Pfeil ange-Kohlenstoffschicht freigesetzt wird und schließlich geben ist. Zwischen dem Eingangs- und dem Auszu^einer Verstaubung·⁵ dieser Schicht·^führt,··¹ wobei 45 gängswellertle'itei''erstreckt 'SifclTfeine leitende Drahtaußerdem atomarer Sauerstoff aus' Von der Kath'odo "■? wendel 13, die die Mittelachse der Einrichtung umder Röhre freigesetzten Gasen durch die Dissoziation gibt. Durch ein Elektronenstrahlsystem 14 bekannter infolge Elektronenbeschuß freigesetzt wird und mit Art, welches eine Kathode 15, eine Strahlformieden Kohlenstoffatomen-des »Überzugs unter Bildung fungseJektrodelö-undeine-Beschleunigungsanodel? von Kohlenoxyd reagiert, das dann seinerseits wieder 50 enthält, wird ein Elektronenstrahl gebildet ^;und auf unter dem Elektronenbeschuß dissoziiert usw. Die die Mittelachse geleitet. Der Elektronenstrahl wird dadurch unvermeidlich erzeugte Verschlechterung durch eine Sammelelektrode 18 gesammelt, die sich des" Überzugs-fütorschließlrctr-dazuVTiaß-d-re-Röhre Sü"'dem"Tiem-Elektronenstrahlsysteml4· gegenüberzu Eigenschwingungen neigt-und nicht mehr als liegenden Ende 13 befindet.

Verstärker brauchbar"ist'. ' "^; """'' '~'~^J^ ' " 55 ■'DeY'Elekftdäetfstfäli'rwifd in unmittelbarer Nähe

Das Problem der Stabilisierung der Dämpfungs- der leitenden ^?Wendel' io'rtgeleitet, wobei eine eigenschaften eines dämpfenden Überzugs, der zur Wechselwirkung zwischen dem-·Elektronenstrahl und Vernichtung von reflektierenden Wellen in Wander- dem Feld einer elektromagnetischen Welle stattfindet, feldröhren geeignet ist, wurde nach der vorver- die sich auf der Wendel fortpflanzt. Wenn die Wendel öffentlichten französischen Patentschrift 1 035 378 60 eine Länge von vielen Wellenlängen bei der Betriebsdadurch zu lösen versucht, daß eine Tantalpulver- frequenz hat, ergibt die kummulative Wechselschicht auf die Wendel und den angrenzenden Teil wirkung zwischen dem Elektronenstrahl und dem der Traganordnung aufgesintert wurde. Man erreichte Feld der Wendel einen Energieübergang vom Strahl dadurch zwar Zerstäubungsgeschwindigkeiten, die auf das Feld der Welle, wodurch die Welle verstärkt nicht unbeachtlich geringer sind als die von Kohle, 65 wird.

im Hinblick aber auf eine möglichst hohe Lebens- Die Wendel 13 wird durch drei Tragestäbe 19

dauer ist auch hier diese Zerstäubungsgeschwindig- gehalten, die eingehender in F i g. 2 und 3 dargestellt

keit noch zu groß; vor allem deswegen, weil eine sind. Eine periodische magnetische Anordnung 20,