Glühkathoden

Ausführliche Beschreibung solcher Messungen an Oxydkathoden bei Espe 2; für sehr genaue Messungen ist der Einfluß der Anodenfeldstärke auf den Elektronen-„Sättigungsstrom“ und die Abhängigkeit der Austrittsarbeit von der Temperatur zu berücksichtigen (über Einzelheiten vgl. Schottky 1).Google Scholar

Bei Zwischenlagerung einer elektronegativen Schicht zwischen Kernmetall und elektronenemittierender elektropositiver Schicht wird ferner der Verdampfungsgrad der letzteren herabgesetzt, sodaß man in diesem Falle bei gleicher Lebensdauer höhere Kathodentemperaturen anwenden und so höhere Stromausbeuten erzielen kann.Google Scholar

Vgl. auch Berg 1, Kleinschmidt 1, W. Meyer 1, N. N. 4. Hergestellt werden solche Widerstände meist aus pulverformigem U0₂, dem vielfach andere Oxyde, z. B. MgO (bis 65% der Widerstandsmasse) und TiO₂ (bis 25%) beigemengt sind. Die Masse wird mit Aq. dest. und Tragant zu einer dicken Paste gemischt, die durch eine Presse ähnlich Abb. 219 zu Nudeln geformt wird. Diese werden bei etwa 1500° C unter H₂ gesintert, zu geeigneten Längen geschnitten, mit Kontaktschellen versehen und in Vakuumröhren eingebaut.Google Scholar

Über die Berechnung von Federn vgl. Blodgett 1, Föppl 1, Hütte 1 und Voss 1.Google Scholar

Über die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von Federmaterialien von der Temperatur vgl. Dodge 1.Google Scholar

Für eine Temperatur von 2600° K und einen Spannungsabfall am Kathodendraht von 1 V/cm ergibt sich z. B. aus dem Diagramm ein Drahtdurchmesser von 0,26 mm und eine Stromstärke von etwa 6,5 A.Google Scholar

Vgl. Abb. 272, 273, 281, 282 und 283, ferner Abschnitt 3e, S. 35 und 3f, S. 41.Google Scholar

Im fertig gezogenen Draht maximal 0,7–2% Th; handelsübliche Zusammensetzungen vgl. S. 16.Google Scholar

Die Atomzahl pro cm² beträgt in diesem Falle 7,56 · 10¹⁴.Google Scholar

Nach Ricq 1 soll sich bei so behandelten Kathoden eine Elektronenausbeute bis zu 100 mA/W ergeben.Google Scholar

Die Temperatur des Kerndrahtes ist infolge der Oxydbedeckung nicht pyrometrisch bestimmbar. Die Messung des Widerstandsverhältnisses R _T /R ₂₉₃ gibt hierfür angenäherte Werte (Abkühlenden berücksichtigen!).Google Scholar

Konstruktionsbeispiel einer Verstärkerröhrenkathode für 1,1 A Heizstrom nach Patai 1: Kerndraht: WMo, Ø 120 μ; Wendeldraht: Ni, Ø 50 ¼; Zwischenraum zwischen den einzelnen Wendeln 80 ¼; Gesamtdurchmesser der pastierten Kathode: 230 ¼.Google Scholar

Vgl. Philips 1.Google Scholar

Vgl. Rocard 1.Google Scholar

Vgl. Nally 1.Google Scholar

Die Gefahr einer solchen „Fackel’’bildung liegt stets vor, wenn das Einschalten der Anodenspannung gleichzeitig mit dem Einschalten der Heizspannung erfolgt. Da die Kathode infolge ihrer Wärmeträgheit erst allmählich auf Temperatur kommt, besitzt die Paste, die während der Aufheizzeit unterheizt ist, einen großen Querwiderstand R _q. Der von der Anodenspannung der Kathode in diesem Zustand entnommene Elektronenstrom i _a erzeugt also in der Kathodenschicht eine erhebliche Leistung (math), die in Joulesche Wärme umgesetzt wird. Hierzu tritt bei Gasfüllung des Rohres und unterheizter Kathode noch ein starker Ionentrommeleffekt (vgl. S. 284, Fußnote 1). Beide Erscheinungen bewirken eine starke Erhitzung einzelner Stellen der Paste, die zu einem punktförmigen Ansetzen einer Bogenentladung und zum Abspritzen hellglühender Pasteschichtteilchen führt. Es empfiehlt sich daher grundsätzlich auch in Hochvakuumröhren dick pastierte Oxydkathoden erst nach völliger Aufheizung der Kathode mit Anodenstrom zu belasten und während des Betriebes des Rohres die Kathodenheizspannung nicht zu verringern oder sogar abzuschalten. Auch beim Pumpen von Oxydkathodenröhren ist diese Vorschrift zu beachten.Google Scholar

Die beiden äußeren Zylinder (Ni oder reinstes Fe) sind Reflektionszylinder zur Verringerung der Abstrahlung. Die erforderliche Heizleistung ist infolgedessen sehr gering (für die Kathode der Abb. 292 bei einer Gesamtemissionsoberfläche von 250 cm² nur 60 W bei etwa 850° C; vgl. dagegen die erforderliche Wattleistung für freistrahlende Kathoden in Abb. 300).Google Scholar

Zur Erzielung gleichmäßiger Kathoden bei größeren Röhrenstückzahlen müssen die Anzahl der Kugeln, die Größe, die Beschickungsmenge, die Mahlzeit und die Umdrehungszahl der Kugelmühle (etwa 60/min) stets gleich sein.Google Scholar

Bei Aufnahme von H₂O bzw. CO₂ neigt die auf der Kathode eingetrocknete Paste zum Abplatzen.Google Scholar

Aus demselben Grunde ist die Vorratsfertigung größerer Oxydpastemengen in der warmen (wasserdampfreichen) Jahreszeit zu vermeiden (absoluter Feuchtigkeitsgehalt der Luft in unseren Breitengraden im Winter etwa 3 g/m³, im Sommer etwa 15 g/m³ und darüber, vgl. auch Führer 1).Google Scholar

Auch das Bestreichen des mäßig erhitzten Drahtes mittels eines entwässerten Nitratkristalles (z. B. Ca-Mtrat) oder mittels einer die Paste suspendiert enthaltenden festen Paraffinstange ist möglich.Google Scholar

Es ist nicht nötig, bei der Wahl eines Auftragsverfahrens sich starr an eines der in der Tabelle aufgeführten Verfahren zu halten. Die Aufstrichtechnik irgendeines Verfahrens kann, sinngemäß angepaßt, auch für die Verarbeitung der Paste eines anderen Verfahrens benutzt werden; jedoch wird man ein durch Lebensdauerprüfungen und geringen Fabrikationsausschuß bewährtes Verfahren nicht ohne schwerwiegende Gründe verlassen, noch in auch unbedeutend erscheinenden Einzelheiten ändern. Von den in Tabelle 107 angegebenen Verfahren sind heute für direkt geheizte Kathoden die in Spalte C und F, für indirekt geheizte Kathoden die in Spalte G und H angegebenen Verfahren am gebräuchlichsten.Google Scholar

Das Aufglühen kann meist in Luft stattfinden, da eine mäßige Oxydation des Grund-metalls für das Haften der Paste günstig wirkt.Google Scholar

Z. B. BaPtO₃ oder BaNiO₃.Google Scholar

Da Spuren des Grundmetalls durch Diffusion bis an die Oxydoberfläche dringen, zeigen eingebrannte Kathoden im allgemeinen ein dunkleres Aussehen als nicht eingebrannte und benötigen entsprechend mehr Heizenergie. Sie sind im allgemeinen leichter formierbar und besitzen eine längere Lebensdauer als nicht eingebrannte, sind aber empfindlich gegen H₂O-Dampf und CO₂ der Atmosphäre.Google Scholar

Bei Pt-Ir-Kathoden setzt sich diese Reaktion auch beim normalen Betrieb der Röhre fort, was sich bei konstant gehaltenem Heizstrom durch allmähliche Erhöhung der Kathodenheizspannung (bis 25 %) und damit der Kathodentemperatur bemerkbar macht. Ersetzt man Ir durch Ni, so tritt diese Erscheinung auch bei langer Brenndauer (bis zu 10000 h) nicht auf, was wahrscheinlich auf den rascheren Ablauf der Reaktion (schon während des Einbrennens beim Formierprozeß) zurückzuführen ist.Google Scholar

Aufgetragene Nitrate werden schon vor dem Einsetzen ins Vakuum an Luft in die Oxyde überführt.Google Scholar

Dieser Prozeß darf nur durch allmähliches Aufheizen durchgeführt werden, da sonst leicht die Pasteschicht abplatzt oder ein schlechter Kontakt zwischen ihr und dem Grundmetall entstehen kann. Vor Anlegen der Anodenspannung muß die Überführung des Karbonats in das Oxyd vollständig beendet sein, da sonst spätere Kathodenvergiftungen nicht zu vermeiden sind.Google Scholar

Wahrscheinlich findet daneben auch im späteren normalen Betrieb durch den Emissionsstrom eine elektrolytische Nachlieferung von Ba zur Kathodenoberfläche statt. Das positive Ba-Ion wandert dabei zunächst zum Kerndraht und diffundiert von dort nach Neutralisation zur Kathodenoberfläche. Der gleichzeitig zur Oberfläche wandernde Sauerstoff gelangt in das Vakuum und wird vom Getter oder den an Oberflächen des Röhrenaufbaues und der Glaswand niedergeschlagenen Ba-Schichten aufgenommen.Google Scholar

Da die Ionisierungsspannungen der Edelgase und des Hg unter 25 V liegen, ist es stets durch ausreichende Dimensionierung und genügende Erhitzung der Kathode möglich, unterhalb der genannten kritischen Spannung zu bleiben. Besondere Beachtung erfordert jedoch bei Oxydkathoden in gashaltigen Röhren der Einschaltvorgang der Kathode bei gleichzeitig angelegter Anodenspannung, da bei diesem die Kathode stets einen ungenügend geheizten Zustand mit entsprechend hoher Bogenbrennspannung durchlaufen muß (Elektronenarmut der Entladungsstrecke, vgl. auch S. 273, Fußnote 4). Man darf in solchen Röhren zur Vermeidung des „Trommeleffekts“ während der Kathodenaufheizzeit daher die Anodenspannung erst einschalten, nachdem die Kathode auf genügend hohe Temperatur gekommen ist (bei großen Kathoden, insbesondere indirekt geheizten Hohlkathoden 15 min und mehr).Google Scholar

Eine andere Möglichkeit, eine zu frühzeitige Emissionsbelastung von Oxydkathoden in gasgefüllten Röhren (Stromrichter) trotz gleichzeitiger äußerer Einschaltung von Heiz-und Anodenspannung automatisch durch das Rohr selbst verhüten zu lassen, hat Lowry 4 angegeben. Er umhüllt die Kathode mit einem durchlöcherten Schirm, der auf seiner Innenseite selbst mit Emissionsmaterial bedeckt ist und gegenüber der Kathode über einen hohen Widerstand soweit negativ vorgespannt wird, daß unmittelbar nach dem Einschalten der Kathode eine Entladung zur Anode (Zündung) verhindert wird. Nach Einschalten der Kathode wird der Schirm durch ihre Wärmestrahlung allmählich so stark erhitzt, daß er selbst Elektronen emittiert. Dadurch senkt sich sein negatives Potential so weit, daß die Entladungssperrung aufgehoben wird. Durch geeignete Wahl des Vorschaltwider-standes und der Sperrspannung im Schirmkreis sowie des Schirmdurchgriffes kann man die Sperrzeit der Kathodenauf heizzeit so anpassen, daß im Moment der Anodenstromfreigabe die Kathode stets ihre volle Betriebstemperatur besitzt.Google Scholar

Überschlägig gilt für Kathoden mittlerer Größe in gasgefüllten Röhren ohne Ionenauffänger, daß jeder Einschaltvorgang in kaltem Zustand unter Anodenlast eine Lebensdauerverkürzung entsprechend 5–10 Stunden Normalbetrieb der Röhre bewirkt.Google Scholar

Über den Einfluß der Gasfüllung auf die Heizleistung vgl. Tabelle 96 a, S. 241.Google Scholar

Auch vielfach „Aufdampfkathoden“ genannt.Google Scholar

Vgl. F. Ebert 1, Reinders 1, Tarjan 1.Google Scholar

Metallisches Ba wird in Cu- oder (besser) Ni-Schutzröhrchen (Schröter 7) in die Röhre eingebracht oder aus BaO — Al — Thermitreaktionsgemisch (Lewy 1, Marden 1, Thomson-Houston 1, Ver. Glühlampen 3) oder Ba-Azid (Hertz 2) nach Evakuierung des Rohres thermisch gewonnen. Über Einzelheiten vgl. Abschnitt 8c, S. 106.Google Scholar

Vorausgesetzt, daß der Emissionsstrom nicht von der Größenordnung des Heizstromes ist.Google Scholar