147362. lajstromszámú szabadalom • Csillapított katód-berendezés higanygőzös áramirányítókhoz

Megjeleni: i960, augusztus 15. OiiSZÁGOd TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMILEIRÁ 147.362. SZÁM 21. g. 1—16. OSZTÁLY — CI-182. ALAPSZAK Csillapított katód-berendezés higanygőzös áramirányítókhoz Csiilingh Dezső, Budapest A bejelentés napja: 1955. december 20. A higanygőzös áriamirányítóknak kfo. fél évszázados múltjában a fejlődésnek kezdettől fogva két súlyos kérdéssel, illetve' káros jelenséggel kellett küzdenie, s ez a küzdelem még ma is tart. Ezek egyike az anódokon lejátszódó, sokszor pusztító hatású jelenség, a visszagyűjtés kérdése, a másik pedig a higanykatódom előálló nagy veszteségek és egyéb nem kívánatos tényezők csökkentésének kérdése. Jelen találmány az utóbbi kérdésre vonatkozik és ezt a csökkentést célozza. Ennek az utóbbinak is rendkívüli fontossáigát nagyon korán felismerték és már 1910 óta (Weintraub) indultak kísérletek és történték bejelentések ebben az irányban, az eddigi 'megoldásokkal elért eredmények azonban — főképpen nagyobb katódáramoknál — a gyakorlatban nem bizonyultak kielégítőknek. A találmány egy új katód berendezéssel kívánja az említett célt elérni, amely célt az irodalomban általánosságban ,,katődfolt-rögzítés"-nek nevezik, és lényege a következő: A higanygőzös áramirányítók jellegzetes látható jelensége' a higany katód felületén igen nagy sebességgel ide-oda futkosó fényívtalp-pont, az ún. „katódfolt". Ez a katódfolt termeli a gázkisülés számára a szabad töltéshordozókat — elektronokat és ionokat —, melyek az áramirányítóban mint vezető szelepben az áramszállítást és magát a katódio'ltot is fenntartják. A katódfolt azonban munkája közben nemcsak töltéshordozókat, hanem igen nagy mennyiségű és rendkívül nagy sebességgel mozgó semleges higanygőzt is termel. Többanódos áramirányítóknál másodparcenként és 100 Amp-ként kb. 0,8 -g semleges higanygőz keletkezik; egyanódos kivitelnél a helyzet még rosszabb. Ez, a higanygőz nem vesz részt az áramszállításban, de emeli a hőmérsékletet, a gőznyomást és az ívfeszültségesést, tehát csupa káros hatást gyakorol. A katódból nagy sebességgel kilövellő semleges higanygőz, eltaszítja a katódba becsapódni igyekvő ionokat; melyéknek ezért; mindig új becsapódási pontokat kell keresinök; innen származik a fényes katódfoltnak a higanyfelületen történő szabálytalan futkosása. Mindez energiaveszteségek árán megy végbe, mely haszontalan és káros ihőfejlődésben nyilvánul meg és amit mesterségesen, megint energiafelhasználás árán kell a kis hő'kapacitású áramirányítóból gyorsan elvezetni. Az áramirányítóban az összes hőokozta veszteségnek kb. 30 százaléka a katód fentvázolt munkáját terheli. Érthető tehát az ezeknek a veszteségeknek lehetö csökkentésére irányuló, már korán jelentkezett törekvés. Az irodalom — kísérletek nyomán — ismételten utal arra, hogy az árarnirányítóhan haszontalanul elgő'zöiögtetett 'higanymennyiséget és vele az ívfeszültsiégesést a nyugtalan katódfolt megfogásával, illetve rögzítésével csökkenteni lehet. Modellkísérletekkel nyert számszerű értékek szerint pl. egy mozgó katódfoltnál fennállott 8—10 voltos katódesést a katódfolt rögzítésével sikerült 7—8 voltra csökkenteni, ami'a veszteségek szempontjából igen jelentős.. Nagyobb teljesítményeknél, illetve katódáramoknál azonban a kérdést gyakorlatilag kielégítően elintézni az eddig javasolt megoldásokkal nem sikerült. Jelen találmány szerinti katód berendezés a katódfolt csillapítását a meglevő katódformák megváltoztatásának szükségessége nélkül, egyszerű eszközökkel éri el, s ez a következő: A katód felszínén, az egész higanyfelületet a higanyénál kisebb fajsúlyú, hőálló anyagból való, laza szerkezetű megfelelő vastagságú fedőréteggel takarjuk be. Ezt a fedőréteget pl. igen célszerűen kvarcgolyók (de alkalmas fémből is lehetnek) képezhetik, mely a higanyon a saját súlyától elrendeződő takarót alkot. A higanygőznek és a higanyból kilépő töltéshordozóinak ennek a fedőrétegnek szemcséi közötti hézagokon kell az anódok felé tartó útjukon keresztülhaladniok. A katódfolt is csak ezen hézagok között végezhet gyengébb mozgást. Ez a berendezés igen erős fékezőhatást és korlátozást gyakorol a katódfolyamat fent vázolt összes káros kísérő jelenségeinek kifejlődése ellenében és a fejlődő gőzök azonnali hűtésével még külön hasznos hatást fejt ki. Ez a védőréteg hatásosan lefogja a veszélyes gőznyomást és higanyfelcsapódást okozó ún. „szupergyors" gőzsugaraknak a vákuumtérbe lökését, sőt gátolja már azok keletkezését is, és a gőzmennyiség jelentős csökkentése folytán még az edénydimenzióik, valamint a hűtés csökkentését is lehetővé teszi.