DE1923842A1 - Hochleistungselektronenroehre - Google Patents

Description

Dipl.Phys. Leo Thul

Patentanwalt

7000 Stüttgart-Feuerbach

Kurze Strasse 8

J.J. Tritehler - P. Merrick 2-2 ·

INIERNATIONAL STANDARD ELECTRIC COPORATION, NEV/ YORK

Hochleistungselektronenröhre

Gegenstand der Erfindung ist eine Hochleistungselektronenröhre, die in einer evakuierten Hülle eine direkt geheizte rohrfb'rmige Maschenkathode, ein diese koaxial umgebendes Gitter und ein dieses Gitter umgebende Anode enthält.

Hochleistungsröhren, wie sie beispielsweise für die Impulsmodulation verwendet werden und im Multi-Megawatt-Bereich arbeiten, sind im allgemeinen in ihrer Kathodenemission infolge der grossen Wärmeverluste begrenzt, die durch die grossen Kathodenströme verursacht werden und welche zu struktureller Instabilität führen. So zum Beispiel arbeitet eine bekannte Leistungsröhre mit 7 bis 3 V und ungefähr 2000 A. Es ist jedoch wirksamer, relativ höhere Kathodenspannungen und kleinere Ströme zu verwenden, um die gewünschte Ausgangsleistung zu erreichen. Dies ist jedoch äusserst schwer zu erreichen, da längere Röhrenteile erforderlich werden, welche normalerweise strukturelle und Abstandsprobleme hervorbringen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Hochleistungsröhre zu realisieren, die die Verwendung relativ hoher Kathodenspannungen und niedrigerer Ströme gestattet und trotzdem die Stabilität der einzelnen Röhrenteile gewährleistet.

"-■* eine" Hochleistungselektronenröhre der eingangs erwähnten Art wird nach, der Erfindung dadurch erreicht, dass diese Kathode in zwei

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Längsabschnitte unterteilt ist, von denen jeder mit einer Anzahl von leitenden, sich durch die Kathode erstreckenden Stäben verbunden ist und eine Gruppe dieser Stäbe die Verbindung zwischen den Kathodenteilen herstellt.

Anhand des Ausführungsbeispiels der beigefügten Zeichnungen seien die Erfindung land v/eitere ihrer Merkmale und Vorteile näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Röhre und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie AA der Fig. 1.

Der Sockel der koaxial aufgebauten Hochleistungselektronenröhre hat scheibenförmige, vorzugsweise aus Kupfer bestehende Elektrodenverbindungen 10, 12, l4, welche die äusseren elektrischen Verbindungen zu den entsprechenden Teilen einer direkt geheizten rohrförmigen Maschenkathode, vorzugsweise aus thoriertem Wolfram, darstellen. Die Kathode ist durch die gestrichelten Linien 16 dargestellt. Die Elektroden sind durch keramische Abstandsstücke 18, 20, 22 voneinander getrennt. Die vakuumdichte Verschmelzung zwischen den Metall- und den Keramikteilen ist mittels Kovarringen vorgenommen. Der Pumpstutzen ist mit 24 bezeichnet. Ein innerer fester Kupferstab 26 und koaxiale Kupferröhren 28 und 30 verbinden die äusseren scheibenförmigen Elektroden mit einer Anzahl von Kathodenhaltern 32, 34, 36, die vorzugsweise aus Molybdän bestehen. ■ Die Kathode ist in zwei Längsabschnitte 38 und 40 unterteilt. Eine erste Gruppe von Stäben 32 ist mit einer ersten Trageplatte 42 am unteren Ende des Kathodenteiles 38 verbunden. Eine zweite Gruppe von Stäben 34 erstreckt sich durch Öffnungen in der Platte 42 und durch den Teil 38, und die Stäbe Jk sind mit einer zweiten und einer dritten Trageplatte 44 bzw, verbunden. Die Trageplatten 44 und 46 sind zwischen den zwei Kathodenteilen 38 und 40 angeordnet. Eine dritte Gruppe von Stäben 36, die sich durch beide Teile und Öffnungen 43 in den Platten 44 und 46 erstrecken, sind mit einer vierten Trageplatte 48 am oberen Ende des Kathodenteils verbunden. Alle durch die Öffnungen 41 und 43 gehenden Stäbe sind von den entsprechenden Platten durch die Isolatoren 49 isoliert. Wie aus

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Fig. 2 hervorgeht, sind es insgesamt l8 Stäbe, und zwar 6 in jeder Gruppe.

Ein Paar zusätzlicher Trageplatten 50 und 52, von denen nur eine im Teil 40 gezeigt ist, ist isoliert an den Stäben 36 angebracht, um ein Durchbiegen oder ein Durchsacken der rohrförmigen Teile 54 und 56 der Maschenkathode zu vermindern und den Abstand zu dem aus wendelförmig angeordneten Drähten bestehenden Steuergitter 58 aufrecht zu erhalten, welches die Kathode koaxial umgibt. Ringförmige Gitterträger 57 halten das Gitter in geeignetem Abstand. Das Gitter besteht aus Molybdän-Draht und ist vorzugsvfeise mit einem Überzug zur Verhinderung von Primär- und Sekundär-Elektronenemissionen versehen. Die Gitterdrähte sind in Schlitze, die in einer Anzahl von dünnen vertikalen Drahtstäben 59 angebracht sind, gepresst, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Ein weiterer Molybdänstab 60, der auf der oberen Trageplatte 43 angebracht ist, sorgt für die Zentrierung und die Abstandshaltung des Gitters von der Kathode. Der Stab 60 geht durch eine Öffnung in einer Molybdänplatte 62 am oberen Ende des Gitters. Die Isolierung zwischen diesem Stab und der Platte ist durch eine Quarzscheibe 64 gewährleistet, die sich über die Platte 62 erstreckt, die teilweise eine Hitzeabschirmung für diese Platte bildet. Das untere Ende des Gitters 58 ist mit dem rohrförmigen Gitterträger 63 verschwelest, der seinerseits auf der Kupferplatte 66 befestigt ist, die sich rund um den Röhrensockel erstreckt. Die Platte 66 ist mit der Kupferscheibe 68 elektrisch verbunden.

Eine rohrförmige Kupferanode 70 umgibt das Gitter und wird von dem zylindrischen Keramikabstandsstück 72, das einen sich von den Gitterelektroden 68 erstreckenden Teil bildet, getragen. Das Keramikabstandsstück 72 ist geeignet, hohen Spannungen zu widerstehen. Die äusseren elektrischen Verbindungen zu der Anode erfolgen durch in die Keramik eingeschmolzene Kupferringe 74. Eine äussere Wasserkühlung 76 umgibt die Anode. Das Wasser tritt an einem Ende der Anode durch die Röhre 78 ein, durchfliesst den inneren Teil 80_f gelangt durch den Anodenring Jk

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zu dem äusseren Durchgang 82 und verlässt die Anode durch die Öffnung 84. Die ganze Röhre kann auch in Öl gebracht werden, um, wenn nötig, äussere Spannungszusammenbruche oder Lichtbogen zu vermeiden. Die Betriebsspannung der Röhre kann in der Grössenordnung von 60.000 V sein, Spitzenleistungen über 50 MW sind erreichbar. Die Gesamtlänge der Röhre beträgt-90 bis 120 cm 0 bis 4 Puss).

Der Kathodenaufbau gestattet die Verwendung von relativ hohen Kathodenspannungen und niedrigen Strömen, die in der Grössenordnung von ^O V und 1000 A Gleichstrom sind. Dadurch werden der Wirkungsgrad und die Stabilität wesentlich verbessert. Die zwei Kathodenteile, die auf ungefähr 2000° K erhitzt werden, können sioh ohne Zerstörung ausdehnen und sind beträchtlich stabiler als eine einzige Kathode von doppelter Länge. Die Kathodenspannung wird vorzugsweise zwischen den Elektroden 12 und 14 angelegt, die die Verbindung zu dem oberen bzw. unteren Ende der Kathode darstellen, so dass die zwei Kathodenteile in Serie geschaltet sind. Die scheibenförmige Elektrode 10 kann bei verschiedenen Anwendungen als Mittelanzapfung verwendet werden. Wenn gewünscht, können die beiden Kathodenteile auch in Parallelschaltung betrieben werden. Eine typische Gittervorspannung ist -4000 V Gleichspannung. Wenn eine derartige Vorspannung von -4000 V am Gitter liegt, sind positive Impulse von +5000 V zur Leitfähigkeit der Röhre erforderlich. Während des Herstellungsprozesses können die Mittelanzapfung 10 und ein Schalter 46 dazu verwendet werden, um die zwei Kathodenteile zeitlich getrennt zu betreiben, um dadurch die Kathodenkarbonlsierung zu vereinfachen. Dies wird üblicherweise in einem Partialdruok von 1 mm Kohlenwasserstoffgas erreicht. Dabei wird die thorierte Wolfram-Kathode in Wolfram-Karbid umgewandelt, welches eine viel längere Lebensdauer hat« Nur die Hälfte der üblichen Spannung wird wahlweise an jeden Kathodenteil gelegt, wodurch lange Entladewege längs der Drähte während des Karbonlsierungsprbzesses vermieden werden. Ein Strom von ungefähr 1500 A und 30 V Gleichstrom wird an Jeden Kathodenteil gelegt, um diesen für eine zur Karbonisierung ausreichende Zeit auf ungefähr 2500⁰K zu erhitzen. Während des Karbonisierungsprozesses des ersten Ka-

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tiiodenteils kann .eine kleine Spannung an den zweiten Kathpdenteil ge«· legit werden, um Schwierigkeiten zu verhindern, die durch das gross© Temperaturintervall zwischen den beiden Teilen verursacht; werden können.

9 Patentansprüche

1 Bl, Zeichnungen mit 2 Fig.

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Claims (9)

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Patentansprüche -■■-.-""'

lly Hochleistungselektronenröhre, die in einer evakuierten Hülle eine direkt geheizte rohrförmige Masehenkathode, ein diese koaxial umgebendes Gitter und eine dieses Gitter umgebende Anode enthält, da*· durch gekennzeichnet, dass diese Kathode in zwei Längsab&chnitte unterteilt ist, von denen jeder mit einer Anzahl von leitenden, sich durch die Kathode erstreckenden Stäben verbunden ist und eine. Gruppe dieser Stäbe die Verbindung zwischen den Kathodenteilen herstellt.

2. Hochleistungselektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe aus Metall bestehen und die Kathode an ihrem oberen und unteren Ende und zwischen den zwei Kathodenteilen Trageplatten beinhaltet und je eine Gruppe dieser Stäbe mit je einer dieser Platten verbunden ist und eine Gruppe dieser Stäbe, die isoliert durch die untere Trageplatte geführt ist, die Verbindung zu den zwischen den zwei Kathodenteilen angeordneten Trageplatten herstellt.

3. Hochleistungselektronenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Sockel der Röhre angeordneten Elektroden mit den zwei Kathodenteilen elektrisch verbunden sind.

4. Hoohleistungselektronenröhre nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Serienschaltung dieser beiden Kathoden diese zwei Elektroden mit dem oberen bzw. dem unteren Ende der Kathodenteile verbunden

. sind«

5. Hochleistungselektronenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Trageplatte der Kathode mit dem Steuergitter isoliert verbunden ist. ·

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6. Hochleisturigselektronenröhre nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Elektroden mit der gemeinsamen Verbindung der beiden Kathodenteile bzw. mit einem Ende der Kathodenteile verbunden sind.

7. Hochleistungselektronenröhre nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergitter aus einer Anzahl von vertikalen Drähtstäben besteht, um die die Gitterdrähte wendelförmig gevriokelt sind, und ferner ringförmige Träger längs des Gitters vorgesehen sind.

8. Hochleistungselektronenröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode mit einer Kühlvorrichtung versehen ist.

9. Hochleistungselektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung der Röhre keramische Abstandsstücke enthält, die mit den elektrischen Verbindungen zur Kathode, zum Gitter und zur Anode verschmolzen sind.

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