DE1614686B1

DE1614686B1 - MEDIUM HEATED STORAGE CATHODE BASED ON THORIUM

Info

Publication number: DE1614686B1
Application number: DE19671614686
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Katz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1967-12-19
Filing date: 1967-12-19
Publication date: 1971-03-11
Also published as: FR1594402A; NL6817947A; GB1177590A

Description

Die Erfindung betrifft eine nach Art einer ab- dem muß bei der,bekannten Anordnung der Diodengeschlossenen Diode arbeitende, mittelbar geheizte _t ^ettüadungsraum/unäbhängig vom eigentlichen elek-Vorratskathode für elektrische Entladungsgefäße, bei ' ^Jtrischen Entladungsgefäß gesondert evakuiert werden, der die Kathode der Diode eine indirekt geheizte Weiter ist in der .deutschen Patentschrift 1283 401 MK-Kathode auf Barium-Basis ist und die Anode 5 eine nach Art einer " abgeschlossenen Diode arder Diode ein poröser Kohlekörper ist. beitende, mittelbar geheizte Vorratskathode für elek-The invention relates to a manner of a Removing the need of the diodes closed diode working, indirectly heated _t ^ ettüadungsraum / evacuated unäbhängig separately from the actual elec dispenser cathode for electrical discharge vessels, trical at ^'J discharge vessel in the known arrangement of the cathode of the Diode is an indirectly heated further in the. German Patent 1283 401 MK cathode is based on barium and the anode 5 is a type of "closed diode or a porous carbon body.

Trotz der langen Lebensdauer, die Metallkapillar- irische Entladungsgefäße vorgeschlagen worden, beiDespite the long lifespan, the metal capillary Irish discharge tubes have been proposed at

kathoden auf Barium-Basis mit absoluter Zuverlässig- der die Kathode der Diode eine indirekt geheizteBarium-based cathodes with absolute reliability - the cathode of the diode is indirectly heated

keit gut erreichen, haben diese Kathoden bislang MK-Kathode auf Barium-Basis ist und die AnodeTo date, these cathodes have been barium-based MK cathodes and the anode

nur in Laufzeitröhren universell, kaum dagegen in io der Diode ein poröser Kohlekörper ist. Bei dieseruniversal only in time-of-flight tubes, but hardly a porous carbon body in io the diode. At this

gittergesteuerten Hochleistungsröhren Anwendung kombinierten Kathode erhält jedoch die poröseGrid-controlled high-performance tubes application combined cathode, however, preserves the porous

gefunden. Der wesentliche Grund dafür ist die er- . Kohlescheibe ,ihre^. emissionsfordernden Stoff, näm-found. The main reason for this is the he. Coal disk, their ^. emission-causing substance, namely

höhte Gefahr des Auftretens von thermischer Gitter- .lieh Barium, von·.„ der Bombardierungs-yorrats-increased risk of the occurrence of thermal lattice-borium, from ·. " the bombing-yorrats-

emission durch das verdampfende und sich auf den kathode auf Barium-Basis. Von ihr würde im Betriebemission through the vaporizing and spreading to the barium-based cathode. From her would be in operation

Gittern niederschlagende- Barium. Dort erniedrigt 15 jedoch auch Barium wegdampfen,Lattice precipitating barium. There, however, reduced 15 barium also evaporate,

nämlich das Barium; die"; Austrittsarbeit, so daß be- Diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und·!namely the barium; the "; work function, so that these disadvantages can be avoided and ·!

reits schon bei mäßigen Gittertemperaturen ther- trotzdem eine ergiebige Kathode langer LebensdauerEven at moderate lattice temperatures there is a rich cathode with a long service life

mische Emission einsetzt. Dieser Gefahr kann auf durch eine Vorratskathode, insbesondere MK-mixed emission begins. This risk can be caused by a supply cathode, in particular MK-

zweierlei Weise begegnet werden.. Einmal kann das Kathode, zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung,can be met in two ways.

auf dem Gitter auftreffende Barium vernichtet wer- 20 Erreicht wird dies bei einer im ersten Absatz be-barium hitting the grid is destroyed 20 This is achieved with a

den, indem es beispielsweise durch einen auf das schriebenen, nach Art einer abgeschlossenen Diodethat, for example, by means of a written on it, in the manner of a closed diode

Gitter aufgebrachten Belag aus Gold weglegiert wird. arbeitenden, mittelbar geheizten Vorratskathode nachGrid applied coating of gold is alloyed away. working, indirectly heated supply cathode

Diese Maßnahme ist jedoch für Hochleistungsröhren der Erfindung dadurch, daß der Kohlekörper mitHowever, this measure is for high-performance tubes of the invention in that the carbon body with

nicht geeignet, weil bei diesen Röhren die Gitter- Thoriumoxid imprägniert ist.not suitable because the lattice thorium oxide is impregnated in these tubes.

temperatur bereits so hoch liegt, daß das Gold selber 25 Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, mehr oder weniger abdampft. In einem solchen Fall daß Thorium auf irgendeiner Auflage stets eine ist deshalb zu Belägen überzugehen, die höhere höhere Austrittsarbeit .als Barium auf derselben Temperaturen aushalten, wie z. B. aus Titan, und die Unterlage ergibt, "so daß bei Anwesenheit von außerdem sowohl Barium als auch Barium-Ver- Thorium ohne Eintritt einer schädlichen the/mischen bindungen vernichten. Es besteht aber auch die Mög- 3° Emission die Arbeitstemperaturen der betreffenden lichkeit, das Barium dadurch zu vernichten, daß es Gitter höher sein dürfen. Allerdings muß dann aber vom Gitter abgedampft wird. Dies setzt eine relativ auch die Kathode zur Erzielung ausreichender hohe Gittertemperattrr voraus und führt nicht immer Emission eine höhere Temperatur haben. Hinzu restlos zum Ziel,.JJämlich dann nicht, wenn außer. kommt, daß Kohle einen Stoff darstellt, der. Barium Barium auch Bariumoxid' auf dem betreffenden ·35 unter Bildung von Barium-Karbid bindet. Barium-Gitter vorhanden ist. Bei einer entsprechend viel oxid wird von der Kohle zunächst reduziert und höheren Temperatur kann aber auch das Barium- dann in Karbid übergeführt und damit also ebenfalls oxid durch einen Gitterüberzug aus z. B. Titan zu- gebunden. Wenn also der Diodenentladungsraum, in nächst zu Barium reduziert werden, um dann an- der sich die Metallkapillarkathode auf Barium-Basis schließend abgedampft zu werden. Das zuverlässige 4° als Dioden-Kathode befindet, nur über einen porösen emissionsfreie Arbeiten solcher Gitter ist somit an Kohlekörper mit:dem übrigen Entladungsgefäß, d.h. einen bestimmten Temperaturbereich gebunden, der mit dem übrigen Vakuumraum, verbunden ist, kann sich bei wechselnder -Rohrenbejastung nicht-in allen ·"* kein Barium von der Diode her in diesen Raum geFällen automatisch einstellt und der vor allem auch langen und somit auch nicht auf das betreffende nicht auf allen Bezirken des Gitters in gleicher Weise 45 Gitter des Elektronensystems. Über den porösen vorhanden ist. Kohlekörper sind jedoch die beiden Räume so mit-temperature is already so high that the gold itself 25 This measure is based on the knowledge that more or less evaporates. In such a case that thorium always has a it is therefore necessary to switch to coatings with a higher, higher work function than barium on the same Withstand temperatures such as B. made of titanium, and the base results, "so that in the presence of in addition, both barium and barium-ver-thorium without the occurrence of a harmful thematic mixture destroy ties. But there is also the possibility of 3 ° emission the working temperatures of the relevant possibility of destroying the barium by allowing the lattice to be higher. However, then but must is evaporated from the grid. This sets a relatively also the cathode to achieve sufficient high lattice temperature precedes and does not always lead to emission have a higher temperature. In addition completely to the goal, .Jjämlich then not, if except. comes that coal represents a substance that. barium Barium also binds barium oxide on the relevant · 35 with the formation of barium carbide. Barium grid is available. If there is a corresponding amount of oxide, the carbon is first reduced and At higher temperatures, however, the barium can then also be converted into carbide and thus likewise oxide by a lattice coating of z. B. titanium bound. So if the diode discharge space, in next to be reduced to barium, and then the metal capillary cathode is based on barium finally to be evaporated. The reliable 4 ° as a diode cathode is located just over a porous Emission-free work of such grids is therefore possible on carbon bodies with: the rest of the discharge vessel, i.e. bound to a certain temperature range, which is connected to the rest of the vacuum space, can In the case of changing the pipe jamming, barium does not fall into this space from the diode in all · "* automatically adjusts and, above all, also long and therefore not on the relevant one not in the same way in all areas of the lattice 45 lattice of the electron system. About the porous is available. However, the two rooms are so

Ein anderer Weg im Rahmen der der Erfindung einander verbunden, daß sie ohne Schwierigkeiten zugrundeliegenden Aufgabe besteht darin, von der gemeinsam evakuiert werden können. Kathode wegdampfendes Barium auf dem Gitter- Es können aber auch für einige Anwendungsfälle Überzug vollkommen zu vermeiden, indem Kathoden 50 im . Diodenentladungsraum zusätzlich Getter oder verwendet werden, die entweder nicht auf Barium- weitere sonstige Mittel'fur eine Getter- oder Getter-Basis arbeiten oder aber kein Barium nach außen hin pumpwirkung vorgesehen werden, abgeben. Gehaltert wird jeweils der poröse KohlekörperAnother way within the scope of the invention connected to each other without difficulty underlying task is from which can be evacuated together. Cathode evaporating barium on the grid but it can also be used for some applications To avoid coating completely by using cathodes 50 in. Diode discharge space additionally getter or are used that are either not based on barium, further other means for a getter or getter basis work or no barium pumping action is provided to the outside, hand over. The porous carbon body is supported in each case

Es ist bereits eine mittelbar geheizte Kathode be- mittels einer-Molybdän= oder Tantalfolie, die sowohlIt is already an indirectly heated cathode by means of a-molybdenum = or tantalum foil, which both

kanntgeworden mit einem vakuummäßig abge- 55 mit dem Kohlekörper als auch mit der einen Teil derbecame acquainted with a vacuum-wise 55 with the carbon body as well as with one part of the

schlossenen Diodensystem zum Heizen einer auf Diödenwandung darstellenden Durchführung dichtclosed diode system for heating a bushing on the wall of the dioden

einem Kohlekörper angeordneten Emissionsfläche aus verbunden wird.a carbon body arranged emission surface is connected.

Reinmetallen, wie Wolfram, Tantal oder Iridium, Abgeschlossen wird der Diodenraum mit besonde-Pure metals, such as tungsten, tantalum or iridium, the diode compartment is sealed with special

oder aber auch auf Lanthan-Borid-Basis. Als Dioden- rem Vorteil durch., eine Keramikplatte, durch die dieor also based on lanthanum boride. As a diode rem advantage through., A ceramic plate through which the

Kathode dient eine direkt geheizte, beispielsweise als 60 betreffenden Halterungen öder Zuleitungen vakuum-Cathode is a directly heated, for example as 60 relevant holders or supply lines vacuum-

Drahrwendel ausgebildete Kathode. Der Nachteil dicht hindurchgeführt sind.Wire helix shaped cathode. The disadvantage are tightly passed.

dieser bekannten Anordnung besteht vor allem darin, Der als Emissionsstoffträger dienende porösethis known arrangement consists primarily in the porous material used as the emission material carrier

daß von der Dioden-Kathode die erforderliche Tem- Kohlekörper kann entweder als eine ebene dünnethat from the diode cathode the required tem- carbon body can be either as a flat thin

peratur und Heizleistung sehr hoch ist, eine geo- Scheibe oder als ein dünner Hohlzylinder ausgebildettemperature and heating power is very high, a geo-disk or a thin hollow cylinder

metrisch genau definierte Form, z. B. eine ebene 65 werden.metrically precisely defined shape, e.g. B. be a level 65.

Form, technisch schwer herstellbar ist und die Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an HandForm, technically difficult to manufacture and the details of the invention should be on hand

Flächenausbildung für eine wirkungsvolle Wärme- der in der Zeichnung rein schematisch dargestelltenSurface formation for effective heating - shown purely schematically in the drawing

aufnahme durch Rückheizung ungeeignet ist. Außer- Ausführungsbeispiele erläutert werden.absorption by back heating is unsuitable. Except- exemplary embodiments are explained.

Während die F i g. 1 die beschriebene Anordnung für den Fall einer Scheibenkathode darstellt, betrifft die F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer rohr- oder zylinderförmigen Kathode.While the F i g. 1 shows the arrangement described for the case of a disc cathode the F i g. 2 shows an embodiment of a tubular or cylindrical cathode.

In F i g. 1 ist mit 1 z. B. eine poröse Kohlescheibe bezeichnet, die sich als Emissionsunterlage für Thorium gut eignet. Sie ist durch Einbringen nach einem speziellen Verfahren mit einer im Betrieb Thorium abgebenden Substanz, insbesondere Thoriumoxid ThO₂, imprägniert. Das Thoriumoxid wird im Betrieb, insbesondere durch den Kohlekörper, reduziert, so daß das freie Thorium an dessen Oberfläche wandert. Gehaltert wird die den porösen Kohiekörper bildende Kohlescheibe durch eine Metallfolie 2 aus z. B. Molybdän oder Tantal, die nach einem bekannten Verfahren sowohl mit der Kohlescheibe als auch mit dem Durchführungsrohr 3, z. B. aus einem für Keramik angepaßten Metall, mechanisch vakuumdicht verbunden ist. Durchführungsrohr sowie die übrigen Durchführungen z. B. für die Dioden-Kathode 4 sind vakuumdicht durch eine Keramikabschlußplatte 5 hindurchgeführt. Im Bedarfsfall ist es jedoch auch möglich, die Halterungsfolie 2 durch einen entsprechenden porösen Kohlezylinder zu ersetzen, so daß die Evakuierung der Diode außer durch die poröse Emissionsstoffträgescheibe auch noch durch diesen Halterungszylinder erfolgt.In Fig. 1 is with 1 z. B. called a porous carbon disc, which is well suited as an emission support for thorium. It is impregnated with a substance that releases thorium during operation, in particular thorium oxide ThO _{2, by introducing it using a special process.} The thorium oxide is reduced during operation, in particular by the carbon body, so that the free thorium migrates to its surface. The carbon disk forming the porous carbon body is supported by a metal foil 2 made of, for. B. molybdenum or tantalum, which by a known method both with the carbon disk and with the feed-through tube 3, z. B. made of a metal adapted for ceramic, mechanically connected in a vacuum-tight manner. Bushing pipe and the other bushings z. B. for the diode cathode 4 are passed through a ceramic end plate 5 in a vacuum-tight manner. If necessary, however, it is also possible to replace the mounting foil 2 with a corresponding porous carbon cylinder, so that the evacuation of the diode takes place not only through the porous emission material carrier disk but also through this mounting cylinder.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel, jedoch für eine Zylinderkathode, wiedergegeben, weil bei dieser Form zusätzliche Probleme auftreten. Es kann z. B. die Dioden-Kathode nicht innerhalb des porösen Kathodenzylinders angebracht sein, weil dieser infolge seiner für Thorium wesentlich höheren Temperatur besonders durch Überhitzung nachteilig auf die Dioden-Kathode wirken würde und schließlich diese zerstören würde. Im dargestellten Fall besteht der poröse Kohlekörper z. B. aus einem Hohlzylinder 1, der auf einer definierten Länge mit Thoriumverbindung imprägniert ist. In seinem Innern befindet sich ein Kern 6 aus gut wärmeleitendem Material, wie z. B. Molybdän, der außerdem so gestaltet ist, daß er beim Elektronenbombardement an seiner den porösen Kohlekörper tragenden Oberfläche eine gleichmäßige Temperaturverteilung annimmt. Mit besonderem Vorteil kann für diesen Formkörper auch pyroiytische Kohle verwendet werden, bei der die Schichtebene jedoch so liegen muß, daß ein extrem guter Wärmeausgleich, insbesondere radial zum zylindrischen Mantel hin, stattfindet. Ein derartiger Kohle-Formkörper hat neben dem Vorteil höchster Wärmeleitfähigkeit auch noch den eines besonders niedrigen Dampfdruckes, so daß für die anzuwendende Temperatur völlig freie Wahl besteht. Die übrigen Teile des Diodensystems, wie die Halterungsfolie, der Durchführungszylinder und die Dioden-Kathode, sind in gleicher Weise wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel beschaffen.In Fig. 2, a further embodiment is shown, but for a cylindrical cathode, because additional problems arise with this form. It can e.g. B. the diode cathode is not within the porous cathode cylinder, because it is much higher for thorium as a result Temperature would have a detrimental effect on the diode cathode, especially due to overheating, and ultimately this would destroy. In the case shown, the porous carbon body consists, for. B. from a hollow cylinder 1, which is impregnated with thorium compound over a defined length. Inside him there is a core 6 made of a highly thermally conductive material, such as. B. Molybdenum, which is also designed is that when bombarded with electrons, it is on its surface that supports the porous carbon body assumes a uniform temperature distribution. With particular advantage for this Shaped bodies pyroiytic charcoal can also be used, in which the layer plane must, however, lie in such a way that that an extremely good heat balance, especially radially towards the cylindrical jacket, takes place. A Such a shaped carbon body has, in addition to the advantage of maximum thermal conductivity, one more thing in particular low vapor pressure, so that there is completely free choice for the temperature to be used. The remaining parts of the diode system, such as the mounting foil, the feed-through cylinder and the Diode-cathode are designed in the same way as in the previously described embodiment.

Claims

Patent claims:

1. Indirectly heated storage cathode working like a closed diode for electrical discharge vessels in which the cathode of the diode is an indirectly heated MK cathode is based on barium and the anode of the diode is a porous carbon body, characterized in that that the carbon body is impregnated with thorium oxide.

2. indirectly heated supply cathode according to claim 1, characterized in that im Diode discharge space getter or other means provided for a getter or getter pumping effect are.

3. Indirectly heated supply cathode according to Claims 1 and 2, characterized in that that for holding the porous carbon body a tantalum or tightly connected with this Molybdenum foil is provided.

4. Indirectly heated supply cathode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the diode cathode is so far removed from the porous carbon body is that any re-heating that takes place there does not just cause overheating of the Diode-cathode causes over its operating temperature.

5. Indirectly heated supply cathode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the diode space is closed off with a ceramic plate is through which the brackets and supply lines are passed in a vacuum-tight manner.

6. Indirectly heated supply cathode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the emission material carrier disk is a porous carbon disk is.

7. indirectly heated supply cathode according to claims 1 to 5, characterized in that the emission material carrier is a porous hollow carbon cylinder closed on one side.

8. indirectly heated supply cathode according to claim 7, characterized in that in the Carbon hollow cylinder a molded body made of molybdenum or pyrolytic carbon for direct Electron impact is provided, its inner contour accordingly for a uniform temperature distribution is shaped in particular in the shape of a truncated cone on the surface of the hollow carbon cylinder.

1 sheet of COPY drawings