DE3700875C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstromlampe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Elektronenstromlampen können als Leuchtstofflampen verwendet werden, in deren Kolben ein im Ultraviolettbereich abstrahlendes Gas eingeschlossen ist, wobei die Innenwandung mit einem Leuchtstoff beschichtet ist. Da bei solchen Lampen Strombegrenzungselemente wie Vorschaltwiderstände oder Stabilisatoren entfallen können, weil die Strom/Spannungs-Charakteristik positiv ist, können Lampengröße und -gewicht minimal gehalten werden.

Die grundlegende Ausbildung einer solchen Leuchtstofflampe ist beispielsweise in der US-PS 19 01 128 beschrieben. Bei der dort beschriebenen Elektronenstromlampe ist eine Kathode im Sockel eines Kolbens angeordnet und wird durch einen Heizdraht erhitzt, während die Anode im oberen Bereich angeordnet ist und mehrere Öffnungen aufweist. Die Anode ist nahe bei der Kathode angeordnet und umgibt diese. Ferner ist in der europäischen Patentanmeldung 54959 eine Leuchtstoff­ lampe beschrieben, die im wesentlichen auf demselben Konstruktionsprinzip beruht.

Damit bei der bekannten Lampe die Elektronen in einem relativ großen Raum des Kolbens auf der von der Anode abgewandten Seite einen großen Wirkungsquerschnitt aufweisen, müssen alle Raumladungseffekte im Inneren des Kolbens, die auf die Elektronen einwirken können, unterdrückt werden. Man versucht, die Raumladungseffekte zu unterdrücken, indem an der Anode eine Spannung angelegt wird, die höher als das Ionisationspotential des Gases im Inneren des Kolbens ist, beispielsweise Quecksilberdampf, um den Plasmazustand im Inneren des Kolbens aufrechtzuerhalten. Bei einer solchen Ausgestaltung tritt jedoch noch das Problem auf, daß durch die hohe an der Anode angelegte Spannung das Energieniveau der Elektronen innerhalb eines relativ großen Raumes des Kolbens sehr viel höher wird als für die effektive Strahlungsanregung erforderlich ist, wodurch die Lichtausbeute vermindert wird. Bei einem relativ großen Kolben besteht ferner die Schwierigkeit, daß die Elektronen das von der Kathode abgewandte Ende des Kolbens nicht erreichen und die Leuchtdichte mit zunehmendem Abstand von der Anode beträchtlich schwächer wird.

In der JP-OS 19049/86, die auf Makoto Toho, einen der vorliegenden Erfinder, zurückgeht, ist eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der zusätzlich zu der oben angegebenen bekannten Ausbildung Permanentmagnete an beiden Enden des Kolbens angeordnet sind. Der durch diese Permanentmagnete erzeugte Magnetfluß erstreckt sich im wesentlichen zur Achse des Kolbens durch diesen hindurch, so daß die an der Anode beschleunigten Elektronen spiralförmig um die magnetischen Kraftlinien bewegt werden. Man strebt bei dieser Ausgestaltung eine gleichförmige Strahlungsanregung des gesamten Kolbens an, indem ein Zustand erzeugt wird, in welchem die Elektronen spiralförmig um die magnetischen Kraftlinien herumlaufen und dadurch über den gesamten Innenraum des Kolbens ausgelenkt werden, um so eine ungleichmäßige Strahlung zu verhindern. Die Anode vom Gitterelektrodentyp ist aber in geringem Abstand von der Kathode angeordnet und ist in senkrechter Richtung zur Achse des Kolbens ausgedehnt, so daß der größte Teil der magnetischen Kraftlinien, welche die Kathode durchtreten, auch durch die Anode verlaufen, wodurch die sich entlang den magnetischen Kraftlinien bewegenden Elektronen durch die Anode oder deren benachbarten Bereich gelangen und der größte Teil der Elektronen, die innerhalb des Strahlungsraumes kollidieren, ein hohes Energieniveau aufweisen. Daher kann zwar die effektive Strahlungszone entlang der Längsausdehnung der magnetischen Kraftlinie vergrößert werden, jedoch ist die Steigerung der Lichtausbeute noch relativ gering. Ein weiterer Mangel dieser Ausbildung besteht darin, daß die Elektronen von der Anode absorbiert werden können bevor sie im Strahlungsraum kollidieren, so daß also nicht alle emittierten Elektronen zur Strahlung beitragen. Es besteht somit noch ein Bedarf für weitere Verbesserungen im Sinne einer Steigerung der Lichtausbeute bzw. des Wirkungsgrades.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektronen­ stromlampe anzugeben, bei welcher die von der Kathode emittierten Elektronen die Anode praktisch ohne Behinderung durchqueren können und dennoch auf einem relativ niedrigen Energieniveau verbleiben, so daß die Wahrscheinlichkeit der Anregung des eingeschlossenen Gases vergrößert und die Lichtausbeute erheblich gesteigert wird.

Gemäß der Erfindung wird dies durch eine Elektronenstromlampe erreicht, deren kennzeichnendes Merkmal im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Bei der erfindungsgemäßen Lampe verlaufen die von der Kathode emittierten Elektronen durch die vorzugsweise ringförmig ausgebildete Anode und konvergieren zur zentralen Zone dieser Ringform, wo das Anodenpotential niedrig ist, wodurch das Energieniveau der Elektronen in dem Raum auf der von der Kathode abgewandten Seite der Anode erniedrigt wird und auf dem optimalen Wert für die Strahlungsanregung bleibt, wobei die Kollisionsbewegung der Elektronen durch die Einlagerung der magnetischen Kraftlinien weiter verbessert wird, um die Lichtausbeute zu steigern und eine gleichförmige Strahlungsabgabe aus dem gesamten Raum des Kolbens zu erreichen.

Einzelheiten mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Elektronenstromlampe;

Fig. 2 eine Perspektivansicht einer praktischen Ausführungsform der Lampe nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Skizze zur Veranschaulichung der magnetischen Kraftlinien bei der Lampe nach Fig. 1;

Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung eines Beispiels der sich bewegenden Orte der Elektronen in der Lampe nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Skizze zur Erläuterung der Form der lichtabgebenden Zone;

Fig. 6 eine Skizze zur Erläuterung der Form der lichtabgebenden Zone bei einer bekannten Elektronenstromlampe, bei welcher eine Anode vom Gitterelektrodentyp verwendet wird, jedoch kein magnetisches Feld angelegt wird, zum Vergleich mit Fig. 5;

Fig. 7 eine Graphik, welche die Beziehung zwischen der Entfernung von der Anode und der Leuchtdichte an­ gibt;

Fig. 8 eine Graphik, die zum Vergleich mit Fig. 6 die Lichtausbeute bei der bekannten Elektronenstromlampe zeigt;

Fig. 9 eine Graphik, in welcher die Potentialverteilung in der Nähe der beiden Elektroden bei der Lampe nach Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 10 eine Graphik, welche zum Vergleich mit Fig. 9 die Potentialverteilung in der Nähe der beiden Elektroden der Lampe unter Verwendung der Anode nach Fig. 6 zeigt;

Fig. 11 eine Graphik, welche die Energieverteilung der Elektronen im Strahlungsraum der Lampe nach Fig. 9 zeigt;

Fig. 12 eine Graphik, welche die Energieverteilung der Elektronen im Strahlungsraum für die Lampe nach Fig. 10 zeigt;

Fig. 13 eine Perspektivansicht einer Elektronenstromlampe nach einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 14 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 15 einen schematischen Querschnitt der Lampe nach Fig. 14;

Fig. 16 eine Skizze zur Veranschaulichung eines Beispiels der bewegten Orte der Elektronen bei der Lampe nach Fig. 14;

Fig. 17 eine Graphik, welche die Elektronenenergieverteilung bei der Lampe nach Fig. 14 zeigt;

Fig. 18 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus­ führungsform;

Fig. 19 eine Skizze zur Erläuterung der bewegten Orte der Elektronen bei der Lampe nach Fig. 18;

Fig. 20 eine Skizze zur Veranschaulichung der Elektronenbe­ wegung bei der Lampe nach Fig. 19; und

Fig. 21 bis 26 jeweils schematische Ansichten von weiteren Ausführungsformen.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform einer röhrenförmigen Elektronenstrahllampe 10, die als Leuchtstofflampe verwendbar ist, weist einen gasdichten und lichtdurchlässigen Kolben 11 auf, der allgemein rohrförmig ist und im wesentlichen über seine gesamte Innenoberfläche mit einem Leuchtstoff 12 beschichtet ist und eine sehr geringe Menge eines Gases 13 wie Quecksilberdampf enthält. Bei einem Kolben 11, der beispielsweise eine Länge von etwa 100 mm und einen Außendurchmesser von 40 mm aufweist, sind einige Milligramm dampfförmiges Quecksilber in dem Kolben 11 eingeschlossen. Als Gas können aber auch Cäsiumgas, Natriumgas oder dergleichen verwendet werden.

In der Nähe des inneren Längsendes des Kolbens 11 ist eine Kathode 14 angeordnet, die ein Emissionsmaterial 14 a trägt und bei der es sich beispielsweise um eine indirekt beheizte Kathode mit einer Heizung 14 b in der Stromzuführungsleitung zur Kathode handelt. Zur Beheizung der Kathode 14 kann ein Heizdraht dicht hinter der Kathode auf der Seite des Endes des Kolbens angeordnet werden. Eine Anode 15 ist ebenfalls in dem Kolben enthalten und liegt der Kathode 14 in geringem Abstand gegenüber. Der Abstand weist die Größenordnung der freien Weglänge λ der von der Kathode 14 emittierten Elektronen auf. Diese Anode 15 ist ringförmig ausgebildet und besteht beispielsweise aus einem Nickelmaterial. Wenn der Kolben 11 einen Außendurchmesser von 14 mm aufweist, weist die ringförmige Anode einen Durchmesser von etwa 30 mm auf. Der Abstand 1 zwischen der Kathode 14 und der Anode 15, welcher ungefähr der freien Weglänge λ der Elektronen entspricht, wird auf etwa 1 cm eingestellt. Die Länge L des Raumes innerhalb des Kolbens 11 auf der der Kathode 14 gegenüberliegenden Seite der Anode 15 ist wesentlich größer als die freie Weglänge λ und beträgt beispielsweise 8 cm, damit die von der Kathode 14 ausgehende Entladung eine positive Charakteristik aufweist.

Außerhalb der beiden Enden des Kolbens 11 befinden sich zwei Permanentmagnete 16, 16 a einander gegenüber mit entgegengesetzter Polung, so daß sie ein stationäres Magnetfeld erzeugen, dessen Magnetkraftlinien sich in Axialrichtung durch den röhrenförmigen Kolben 11 erstreckt. Wenn dieser Kolben 11 und die Anode 15 beispielsweise entsprechend den obigen Angaben dimensioniert sind, erzeugen die Permanentmagnete 16 und 16 a ein stationäres Magnetfeld von etwa 3 · 10^-2 T. Die entstehenden magnetischen Kraftlinien sind in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet. Daraus ist die Konvergenz zu den beiden Enden des Kolbens 11 hin ersichtlich, wobei der Raman-Radius der Elektronen in der Größenordnung eines Bruchteils eines Millimeters bis einige zehn Millimeter beträgt.

Es wird nun die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Elektronenstromlampe 10 beschrieben. Wenn die Kathode 14 in geeigneter Weise erhitzt wird und eine Spannung von beispielsweise etwa 30 V zwischen Kathode 14 und Anode 15 angelegt wird, so emittiert die Kathode 14 Elektronen. Da der Kolben 11 einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, welches durch die angelegte Spannung erzeugt wird, und überdies unter der Wirkung des Magnetfeldes steht, dessen magnetische Kraftlinien aufgrund der Permanentmagnete 16 und 16 a in Fig. 3 gezeigt sind, führen die von der Kathode 14 ausgehenden Elektronen eine spiral­ förmige Bewegung um die magnetischen Kraftlinien herum aus, wobei der Raman-Radius beispielsweise einen Bruchteil von einem Millimeter bis einige zehn Millimeter beträgt, so daß die Elektronen von den magnetischen Kraftlinien in der in Fig. 4 veranschaulichten Weise eingefangen werden. Die emittierten Elektronen kollidieren mit den Atomen des Gases 13, beispielsweise Quecksilberdampf, in dem Kolben 11, so daß eine Anregung zur Ausstrahlung von Ultraviolettlicht erfolgt. Die ultraviolette Strahlung wird durch den Leuchtstoff 12 auf der Innenseite der Wandung des Kolbens 11 in sichtbares Licht umgesetzt, das der Kolben 11 nach außen abstrahlt. Die mit dem Quecksilberdampf kollidierenden Elektronen müssen ihre Bewegungsrichtung ändern, sie werden jedoch durch die magnetischen Kraftlinien zum Ende des Kolbens 11 gegenüber der Kathode 14 und Anode 15 in einer spiralförmigen Bewegung um die magnetischen Kraftlinien herumgeführt. Die Elektronen, die aufgrund der Kollision mit Quecksilberatomen oder dergleichen Energie verloren haben, werden erneut beschleunigt und bewegen sich zu dem gegenüberliegenden Ende des Kolbens 11 um die magnetischen Kraftlinien herum, da an dem Kolben 11 ein elektrisches Feld anliegt. Die meisten von der Kathode 14 emittierten Elektronen bewegen sich also zu dem gegenüberliegenden Ende des Kolbens 11 um die magnetischen Kraftlinien herum, von denen sie eingefangen werden, und kollidieren erneut mit den Quecksilberdampfato­ men.

Mit der erfindungsgemäßen Elektronenstromlampe 10 wird die in Fig. 5 gezeigte Form der erhellten Zone erreicht, entsprechend der Verteilung der magnetischen Kraftlinien des stationären Magnetfeldes. Zum Vergleich ist die Form der erleuchteten Zone bei einer Elektronenstromlampe 10′ in Fig. 6 gezeigt, bei der kein stationäres Magnetfeld einwirkt. Es ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Lampe eine erheblich bessere Ausnutzung des Innenraumes des Kolbens 11 zur Anregung von Lichtstrahlung erreicht wird. Bei der Lampe 10 nach der Erfindung bleibt die Luminanz bzw. Leuchtdichte, die in Fig. 7 als Kurve mit durchgehender Linie dargestellt ist, mit zunehmender Entfernung L′ von der Anode 15 praktisch konstant, im Gegensatz zu den in Fig. 8 gezeigten Verhältnissen bei einer Lampe, bei der kein stationäres Magnetfeld einwirkt und die Leuchtdichte mit zunehmender Entfernung L′ stark absinkt. Bei der Lampe 10 nach der Erfindung wird ferner erreicht, daß mit zunehmender Stärke des stationären Magnetfeldes die magnetischen Kraftlinien näher an die Achse des Kolbens 11 herankommen als in Fig. 3 gezeigt, so daß die Elektronen zur Achse hin konzentriert werden und entlang der Achse des Kolbens eine besonders hohe Leuchtdichte auftritt. Bei gestreckter Ausbildung des Kolbens 11 wird eine über die gesamte Länge dieses Kolbens hinweg praktisch gleichförmige Lichtstrahlung erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Elektronenstromlampe 10 wird ferner verhindert, daß die von der Kathode 14 emittierten Elektronen, die entlang den magnetischen Kraftlinien in der oben beschriebenen Weise bewegt werden, durch die Anode 15 eine hohe Energie erhalten oder durch die Anode absorbiert werden, da die Anode 15 ringförmig ausgebildet ist und zur Achse des röhrenförmigen Kolbens 11 koaxial liegt, so daß die magnetischen Kraftlinien, welche die Kathode 14 durchquert haben und sich in Axialrichtung des Kolbens erstrecken, praktisch daran gehindert werden, sich durch die ringförmige Anode 15 hindurchzuerstrecken. Bei der bekannten Ausführung, bei welcher sich eine gitterartige Anode senkrecht zur Axialrichtung des Kolbens erstreckt, auf welche ein Magnetfeld einwirkt, verlaufen hingegen die meisten magnetischen Kraftlinien sowohl durch die Kathode als auch durch die Anode hindurch, so daß die meisten von der Kathode emittierten Elektronen, die sich entlang den magnetischen Kraftlinien bewegen, eine Energie erhalten, die höher ist als das optimale Niveau zur Strahlungsanregung, während einige Elektronen von der Anode absorbiert werden, so daß insgesamt die Lichtausbeute der bekannten Ausbildung nicht befriedigend ist.

Bei der erfindungsgemäßen Elektronenstromlampe 10 bewirkt die Verwendung einer ringförmigen Anode 15 in der zuvor beschriebenen Weise die Herstellung eines Bereiches niedrigen Potentials in der Mitte der Ringgestalt der Anode 15, so daß die Energieverteilung der Elektronen die in Fig. 9 als Kurve mit durchgehender Linie gezeigte Form erhält, im Gegensatz zur Verwendung einer gitterartigen Anode, bei der sich die in Fig. 10 gezeigte Energieverteilung ergibt. Wenn auf den Kolben 10 ein stationäres Magnetfeld einwirkt, so konvergiert die Elektronenenergie zur Mitte der Ringgestalt der Anode 15 hin, mit einer Richtwirkung zum gegenüberliegenden Ende des Kolbens 11 hin, so daß die Elektronen den Strahlungsraum innerhalb des Kolbens auf der anderen Seite der Anode 15 gegenüber der Kathode 14 erreichen, ohne eine hohe Energie aufzuweisen, nachdem sie den ringförmigen Raum der Anode 15 durchquert haben. Die Elektronenenergie innerhalb des Strahlungsraumes ist daher niedriger als entsprechend der Anodenspannung, wie in Fig. 11 veranschaulicht ist, und liegt auf einem Niveau, das für die Strahlungsanregung geeignet ist. Es wird verhindert, daß das Energieniveau innerhalb des Strahlungsraumes die geeignete Größe deutlich überschreitet, im Gegensatz zu jeder anderen bekannten Elektronenstromlampe mit bekannter Anode, wo das Energieniveau näher bei der Anodenspannung liegt, wie in Fig. 12 gezeigt. Da ferner der größte Teil der magnetischen Feldlinien, welche die Kathode durchquert haben, die Anode nicht durchqueren, können die von diesen Feldlinien eingefangenen Elektronen in den Strahlungsraum eindringen und leisten einen vollen Beitrag zur Strahlungsanregung, da sie nicht durch die Anode absorbiert werden und praktisch keine Dispersionsverluste der Elektronen auftreten.

Bei der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform, bei welcher die der zuvor beschriebenen Ausführungsform entsprechenden Elemente mit den gleichen, jedoch gegenüber den Fig. 1 und 2 um 10 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet sind, umschließt ein rohrförmiger Kolben 21 eine Kathode 24, die stabförmig ausgebildet ist, und eine Anode 25, die als kurzer Zylinder gestaltet ist und koaxial näher dem einen Längsende des Kolbens 21 angeordnet ist, während die Kathode 24 sich auf der Längsachse des Kolbens befindet und teilweise von der Anode 25 umgeben wird, die sich ebenfalls in Axialrichtung des Kolbens erstreckt. Zwei Permanentmagnete 26, 26 a sind an dem einen bzw. anderen Ende des Kolbens 21 einander gegenüberliegend mit entgegengesetzter Polung angeordnet. Bei dieser Ausführungsform werden die Elektronen radial von der Kathode 24 zur Anode 25 emittiert. Das durch die Magneten 26 und 26 a erzeugte Magnetfeld erzeugt im wesentlichen gleiche Magnetfeldlinien wie in Fig. 3 und bewirkt, daß die emittierten Elektronen zum gegenüberliegenden Ende des Kolbens 21 gedrängt werden, während sie von den magnetischen Kraftlinien eingefangen werden. Bei dieser Ausführungsform entfällt jede Möglichkeit, daß dieselben Magnetfeldlinien sowohl die Kathode 24 als auch die Anode 25 durchqueren, wodurch die Lichtausbeute weiter gesteigert wird. Ansonsten sind die Ausbildung und Wirkungsweise im wesentlichen dieselben wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform.

Bei einer besonderen Ausführungsform wird eine hohe Lichtausbeute auch mit einem Kolben erreicht, der eine stark verminderte Länge aufweist. In den Fig. 14 und 15 ist der Hauptteil einer weiteren Ausführungsform gezeigt, worin diejenigen Elemente, welche denen in den Fig. 1 und 2 entsprechen, mit den gleichen, jedoch um 20 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet sind. Ein mit Boden versehener zylindrischer Kolben 31, der an seinem offenen Ende gasdicht auf einem Sockel 37 aufgesetzt ist, wie in Fig. 14 gestrichelt gezeigt ist, weist eine stark verminderte Länge L 1 auf. In diesem Kolben 31 ist eine stabförmige Kathode 34 im wesentlichen in der Längsachse des Kolbens ausgerichtet und erstreckt sich vorzugsweise über den größten Teil seiner Länge L 1. Eine zylindrische Anode 35, die Licht durchtreten läßt, umgibt die Kathode 34. Diese zylindrische Anode 35 weist einen Innenradius L 2 auf, der so bemessen ist, daß der Abstand zur gegenüberliegenden Kathode 34 nahe bei der mittleren freien Weglänge λ der Elektronen liegt. Die mit der Kathode 34 koaxiale Anode erstreckt sich vorzugsweise über den größten Teil der Länge der Kathode 34 in dem Kolben 31. Zwei scheibenförmige Permanentmagnete 36, 36 a sind auf der inneren Oberseite des Sockels 37 bzw. auf der mit einem Boden versehenen Oberfläche des Kolbens 31 angeordnet und liegen einander mit entgegengesetzter Polarität gegenüber. Der Magnet 36 an der Oberseite des Sockels 37 ist in seiner Mitte mit einem Loch 36′ zum Durchgang der Kathode 34 versehen. Die Ausbildung dieser Ausführungsform bezüglich des in dem Kolben 31 eingeschlossenen Gases, der Beschichtung der Innenwandung dieses Kolbens mit Leuchtstoff, bezüglich des Anlegens eines stationären Magnetfeldes mit Magnetfeldlinien entlang der Achse des Kolbens und dergleichen ist im wesentlichen dieselbe wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

Wenn bei dieser Ausführungsform die Kathode 34 der Elektronenstromlampe 30 erhitzt wird und eine Spannung zwischen Kathode 34 und Anode 35 angelegt wird, so daß die Anode 35 auf positivem Potential liegt, werden die von der Kathode 34 emittierten Elektronen beschleunigt und zur Anode 35 gesaugt. Während ihrer Beschleunigung wirkt auf diese Elektronen das stationäre Magnetfeld ein, dessen magnetische Kraftlinien in Axialrichtung des Kolbens 31 verlaufen, also senkrecht zur Emissionsrichtung der Elektronen, so daß die Elektronen die in Fig. 16 gezeigte Bewegung ausführen. Der Druck des Gases im Inneren des Kolbens 31 ist so eingestellt, daß die mittlere freie Weglänge der Elektronen größer ist als der Abstand zwischen Kathode 34 und Anode 35. Da die Wahrscheinlichkeit, daß die emittierten Elektronen, wenn sie nur eine Umdrehung ausführen, mit den Atomen des Gases kollidieren, relativ gering ist, wird die Stärke des elektrischen Feldes und die des Magnetfeldes, die auf den Kolben 31 einwirken, so eingestellt, daß der Umdrehungsradius der Elektronen, d. h., der Raman-Radius Rr, etwas kleiner ist als der Abstand L 2 zwischen Kathode 14 und Anode 15 (L 2≦ Rr). Die Elektronen führen daher viele vollständige Kreisbewegungen aus, während sie sich von der Kathode 34 zur Anode 35 bewegen. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit einer Kollision der Elektronen mit dem Gas stark erhöht, wodurch sich eine besonders starke Anregung der Lichtstrahlung ergibt. Selbst Elektronen, die ihre Energie bei Kollisionen verloren haben, werden durch das elektrische Feld erneut beschleunigt und führen eine Drehbewegung aus; diejenigen Elektronen, die bestrebt sind, zur Kathode 34 zurückzukehren, werden von dieser nicht eingefangen, weil die Kathode 34 auf negativem Potential liegt, und werden erneut zur Anode 35 gerichtet. Die emittierten Elektronen kollidieren daher mit den Atomen des Gases im Verlaufe ihrer Weiterbewegung, Beschleunigung und Abbremsung, während sie in dem Raum zwischen Kathode 34 und Anode 35 eingeschlossen sind. Die Energie der Elektronen ändert sich also jederzeit während ihrer Bewegung zwischen dem äußersten erreichbaren Radius Rr und der Kathode 34, jedoch ist die maximale Elektronenenergie Eo so eingestellt, daß sie etwas höher liegt als das optimale Anregungsniveauband ME des Gases. Auf diese Weise wird Lichtstrahlung durch Anregung bei sehr hohem Wirkungsquerschnitt erreicht, was die Graphik von Fig. 17 verdeutlicht, wo die Energie G auf der Ordinate und der Abstand L 1 auf der Abszisse aufgetragen ist. Ansonsten ist die Wirkungsweise bei dieser Ausführungsform im wesentlichen dieselbe wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Raum zur Aufnahme der Permanentmagneten zur Erzeugung des stationären Magnetfeldes im Inneren des Lampen­ kolbens vorgesehen, wobei die Eigenschaften hinsichtlich der optimalen Strahlungsanregung ebenfalls erreicht werden, zusätzlich jedoch eine einfache und kompakte Bauform der Lampe. Diese Ausführungsform ist in den Fig. 18 und 19 gezeigt. Diejenigen Elemente, die denen in Fig. 1 und 2 entsprechen, sind mit den gleichen, jedoch um 30 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet. Ein Kolben 41, der beispielsweise kugelförmig ausgebildet ist, weist eine Aussparung 48 auf, die sich tief in Diametralrichtung des Kolbens 41 erstreckt, um einen stabförmigen Permanentmagnet 46 aufzunehmen, der so magnetisiert ist, daß er an seinen beiden Längsenden entgegengesetzt gepolt ist. Eine Kathode 44 und eine Anode 45, die insbesondere kugelförmig sind, nehmen im Inneren des Kolbens 41 Stellungen nahe der Aussparung 48 ein und liegen im radialen Abstand voneinander. Insbesondere befindet sich die Kathode 44 radial außerhalb der Anode 45 in einem Abstand von dieser, welcher ungefähr der mittleren freien Weglänge der Elektronen entspricht. Die Kathode 44 und die Anode 45 befinden sich in solchen Stellungen, daß jeweils dieselben Magnetfeldlinien des Permanentmagneten 46, die bogenförmig bezüglich der Diametralrichtung des Kolbens 41 verlaufen, nicht durch Kathode und Anode verlaufen. Ansonsten ist die Ausbildung dieser Ausführungsform im wesentlichen dieselbe wie bei den zuvor beschriebenen Aus­ führungsformen.

Wenn bei dieser Ausführungsform die Kathode 44 der elektronischen Lichtstrahlungsröhre 40 erhitzt wird und eine Spannung zwischen Kathode 44 und Anode 45 angelegt wird, damit die Anode 45 positives Potential aufweist, so emittiert die Kathode 44 Elektronen zur Anode 45. Auf die emittierten Elektronen wirkt ein stationäres Magnetfeld ein, dessen magnetische Kraftlinien bogenförmig bezüglich der Diametralrichtung der Hülle 41 verlaufen. Die Elektronen werden von den Magnetfeldlinien eingefangen und bewegen sich entlang diesen Linien. Die sich so bewegenden Elektronen kollidieren dann mit den Atomen des Gases im Inneren des Kolbens 41, beispielsweise Quecksilbergas Hg, und tragen zur Strahlungsanregung bei. Jedes Elektron, das seine Energie bei einer Kollision mit Quecksilberatomen verloren hat und dadurch in Richtung einer anderen Magnetfeldlinie abgestoßen worden ist, wird erneut durch die betreffende Kraftlinie beschleunigt, um erneut mit Quecksilberatomen zu kollidieren. Dieser Vorgang wiederholt sich, da die Magnetfeldlinien durch den gesamten Innenraum des Kolbens 41 verlaufen. Die emittierten Elektronen können daher praktisch im gesamten Innenraum des Kolbens 41 mit den Quecksilberatomen kollidieren, um auf diese Weise im größtmöglichen Maße zur Strahlungsanregung beizutragen.

Es wird nun angenommen, daß ein Elektron sich auf einer Bahn bewegt, die in Fig. 20 gezeigt ist. Diese Bahn wird beschrieben durch: l 1 → l 2 → l 3 → l 4. Gleichzeitig führt das Elektron eine Spiralbewegung aus und kollidiert wiederholt mit Quecksilberatomen, wovon drei gezeigt sind. Hierdurch soll die Bahn zwischen der Emission von der Kathode 44 und dem Erreichen der Anode 45 veranschaulicht werden. Die Elektronenenergie ist dann durch folgende Gleichung gegeben:

Darin ist E die Stärke des elektrischen Feldes und Va ist das Potential an der Anode. Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, daß die Energie, welche ein Elektron erhält, bevor die Kollision mit einem Atom des Gases stattfindet, beträchtlich geringer ist als entsprechend dem Anodenpotential und insbesondere dem optimalen Energieniveau für die Strahlungsanregung entspricht, um auf diese Weise die Lichtausbeute zu steigern. Ansonsten ist die Wirkungsweise im wesentlichen dieselbe wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 18 und 19 ist die Aussparung 48 an einem Ende der Oberfläche des Kolbens 41 geöffnet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 21 ist eine Aussparung 58 vorgesehen, die an den beiden Enden im Inneren des Kolbens 51 geschlossen ist. Zur Erzeugung des Magnetfeldes kann außer einem Permanentmagnet auch ein Elektromagnet verwendet werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 22 ist ein Kolben 61, der kugelförmig ausgebildet ist, diametral von einem Loch 68 durchquert, worin ein Elektromagnet 66 eingesetzt ist. Wie in Fig. 23 gezeigt ist, kann ein Elektromagnet 76 in einer Aussparung 78 eines Kolbens 71 aufgenommen werden, wobei die Aussparung sich in Diametralrichtung erstreckt und an einem Ende geöffnet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 24 ist ein Elektromagnet 26 vollständig in einem Kolben 81 eingeschlossen.

Die Ausbildung der Ausführungsform nach den Fig. 21 bis 24 ist ansonsten im wesentlichen dieselbe wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 18 und 19, so daß auch im wesentlichen dieselbe Betriebsweise erreicht wird.

Während bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 oder 14 Permanentmagneten vorgesehen sind, die paarweise am einen bzw. anderen Längsende des rohrförmigen Kolbens angeordnet sind, wird gemäß einer anderen Ausführungsform ein einziger Permanentmagnet 96 verwendet, der sich in der in Fig. 25 gezeigten Weise an einem verjüngten Sockelteil einer Röhre 91 befindet, die trichterförmig ist. Eine Kathode 94 und eine ringförmige Anode 95 sind im Inneren der Lampe angeordnet und befinden sich näher am sockelseitigen Ende. Die Feldlinien des stationären Magnetfeldes gehen vom Sockelende aus und laufen durch die ringförmige Anode 95 in Richtung zu dem verbreiterten Ende der Röhre 91. Auch bei dieser Ausgestaltung kann das Magnetfeld in der in Fig. 26 gezeigten Weise statt durch einen Permanentmagneten durch einen einzigen Elektromagnet 106 erzeugt werden, während die Ausbildung ansonsten die gleiche ist wie bei der Ausführungsform nach Fig. 25.

Claims (11)

1. Elektronenstromlampe, bei welcher eine Elektronen emittierende Kathode und eine Anode, deren Abstand von der Kathode zumindest annähernd gleich der mittleren freien Weglänge der Elektronen ist, in einem lichtdurchlässigen Kolben angeordnet sind und der Kolben in einem Magnetfeld angeordnet ist, dessen magnetische Kraftlinien den Kolben durchqueren, wobei die Elektronen mit einem in dem Kolben enthaltenen Gas bei hohem Wirkungsquerschnitt kollidieren und eine Strahlungsanregung bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Teil der magnetischen Kraftlinien, welche die Kathode (14, 24, 34, 44 . . .) durchqueren, daran gehindert ist, durch die Anode (15, 25, 35, 45, . . .) zu verlaufen.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11, 21, 31, 41 . . .) auf der Innenseite seiner Wandung mit einem Leuchtstoff (12) beschichtet ist und das Gas (13) Quecksilberdampf ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11, 21) eine gestreckte Zylinderform aufweist und die Kathode (14, 24) sowie die Anode (15, 25) an dem einen Längsende des Kolbens (11, 21) angeordnet sind.

4. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (15) ringförmig ausgebildet ist und das Magnetfeld durch zwei Magnete (16, 16 a) erzeugt wird, die an dem einen bzw. anderen Längsende des Kolbens (11) einander gegenüberliegend und mit entgegengesetzter Polarität angeordnet sind.

5. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (95, 105) ringförmig ausgebildet ist und das Magnetfeld durch einen Magneten (96, 106) erzeugt wird, der an dem einen Ende des Kolbens (91, 101) angeordnet ist.

6. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (24, 34) stabförmig und in Richtung der Längsachse des gestreckten Kolbens (21, 31) angeordnet ist und daß die Anode (25, 35) zylindrisch ausgebildet und derart angeordnet ist, daß sie zumindest einen Teil der Kathode (24, 34) umgibt und sich in Axialrichtung des Kolbens (21, 31) erstreckt, und daß das Magnetfeld durch Magnete (26, 26 a; 36, 36 a) erzeugt wird, die an den beiden Längsenden des Kolbens (21, 31) angeordnet sind.

7. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode stabförmig ausgebildet ist und sich in Richtung der Längsachse des gestreckten Kolbens erstreckt, daß die Anode zylindrisch ausgebildet und derart angeordnet ist, daß sie zumindest einen Teil der Kathode umgibt und sich in der Axialrichtung des Kolbens erstreckt, und daß das Magnetfeld durch einen Magnet erzeugt wird, welcher an dem einen Längsende des Kolbens angeordnet ist.

8. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (35) den größten Teil der Kathode (34) umgibt und der zylindrische Kolben (31) eine relativ geringe axiale Länge aufweist.

9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (41, 51, 61, 71, 81) kugelförmig ausgebildet ist, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes (46, 56, 66, 76, 86) diametral in dem kugelförmigen Kolben (41, 51, 61, 71, 81) angeordnet ist und daß Kathode (44, 54, 64, 74, 84) und Anode (45, 55, 65, 75, 85) in der Nähe dieser Einrichtung zur Magnetfelderzeugung (46, 56, 66, 76, 86) in einer äußeren Umfangszone des Kolbens (41, 51, 61, 71, 81) angeordnet sind.

10. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch einen Permanentmagneten erzeugt wird.

11. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch einen Elektromagneten erzeugt wird.