close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Beitrge zur autoelektronischen Entladung.

код для вставкиСкачать
155
3. Re&tridge ~ u autoeleJctronischen
r
En.ti!adan.g;
von K . C z m r a d a
(Auszug aus einer Leipziger Dissertation)
(Eleraa Tale1 1)
Einleitnng
Vor einigen Jahren entdeckten J. E. L i l i e n f e l d l ) sowie
R. A. Millikane) eine neue Vakuumentladung. L i l i e n f e l d
stcllte der Antikathode eine als Kathode dienende Spitze aus
Wolfram gegeniiber. Ware nun die Entladung auf StoSionisation zuriickzuftihren, so miiBte die Spitze eine merkliche
Erwarmung erfahren. Eine reine Elektronenentladung dagegen
muBte sich in einer geringen Abkuhlung der Kathode (Richardsoneffekt) bemerkbar machen. Sie konnte jedoch durch
andere LuSere Einfltisse iiberdeckt werden. Von groSem Interesse ist ferner die Kenntnis der Charakteristik, aufgenommen
an verschiedenen Rijhren.
In dem ersten Teil dieser Arbeit sol1 festgestellt werden,
ob die Spitze wilhrend der Entladung eine Abktihlung oder
Erwarmung erfahrt. Der zweite Teil gibt uns AufschluB iiber
Charakteristiken von verschiedenen Rijhren.
I. Die Herstellung der Kathodenspitsen
Auf die Herstellung der Kathodenspitzen muS groSe Sorgfalt gelegt werden, da von ihrer Beschaffenheit der Entladungsvorgang wesentlich abhaugt. Als bestes Verfahren hat sich
die Herstellung der Spitzen mit Hilfe eines Knallgasgeblases
erwiesen. Dieser Vorgang besitzt groBe Ahnlichkeit mit dem
Atzen, und jst auf eine Oxydation zuriickzufiihren. Das an
der Oberflache entstandene Oxyd kann durch kurzes Nachatzen
-1) J. E. L i l i e n f e l d zur Elektrieitiitsleitung im extremen Vakuum.
Ber. ii. d. Verb. d. siiehs. Akad. d. Wiss. z. Leipzig 1920, Bd. 72. S. 31ff.
2) R. A. M i l l i k a n and C.F. E y r i n g the pulling of electrons out
of metals by intense electrical fields. Phys. Rew. 22. 1923, Nr. 5, 525ft.
156
X. Cunradi
in KNO, beseitigt werden, wodurch auBerdem nocli eine groDere
k'einheit der wahren Spitze erreicht wird.
IT. Feststellnng 4er Kathodentemperatur
Die Vereuchsanordnung
Wahrend aller Versuche war die Rohre (Fig. 1, S. 161)an der
Hochvakuumanlage angeschlossen. Die Hochspannung wurde
durch einen mit dem Urnformer gekoppelten Nadelgleichrichter,
der spater durch ein Gliihkathodenventil ersctLt wurde, gleichgerichtet. Ein Voltmeter gestnttete die an der Priniarwiclrlung
des Transformators liegende Sprtnnung abzulesen. Durch
Multohmwidcrstande 2 .550000 Ohm wurden etwaige hochfrequente Schwingungen und Schwankungen gediimpft und
zugleich ein Grenzstrom festgelegt. Uber ein Milli- Ampere.
meter gelangte die Hochspannung zur Riihre.
Um das Verhalten der Spitze wiihrend der Entladung
feststellen zu kijnnen, wurde der Antikathode zwei ala Kathode
dienende, gegeneinander kompensierte Thermoelemente gegeniibergestellt. Wahrend das eine Thermoelement eine feine
Spitze bese,6, von der die Entladung nusging, war das andere
oben gut abgerundet. Das Verhalten der einzelnen, sowie
beider Thermoelemente zusammen wahrend bzw. nacli der
Entladung lronnte dann mit Hilfe eines Galvanometers den
crwunschten AufschluB geben. Durch Yessungen ergab sich
l o C Temperaturdifferenz = 9,5 Skalenteile = 8,s. 10-a Volt.
Die Versuche
Vor Beginn und auch wiihrend der Versuche wurde der
Galvanometerkreis auf storende e. m. I<. untersucht. Die nicht
zu vermeidenden Kontaktpotentiale beliefen sich auf Glro6enordnungen von '1, Skalenteilen. F u r die Ideasungen wurden
zur gegenseitigen Kontrolle drei Methoden gewahlt. Methode I
dient zu den Beobachtungen der kompenaierten Thermoelemente,
Yethode I1 zu denen des Thermoelementes mit Spitze, schlie6lich Methode 111 zu den blessungen des Thermoelementes
ohne Spitze. Die Werte von Methode 111 von den Werten
der Methode I1 abgezogen, miissen demnach die Werte von
Methode I ergeben. Es wurden sowohl die Galvanometerausschlage wahrend der Entladung, als auch nach dcm Aus-
Beitraye zur autoetektronischen Eniladuny
157
schalten der Hochspannung, um den z. T. durch den Galvanometerkreis flieBenden, starenden Entladungsstrom zu beseitigen,
gemessen.
Zum SchluB wurden noch verschiedene Kontrollversuche
ausgefiihrt, so z. B. die Leitfdhigkeit der Rahrenglaswand gepriift, der zeitliche Verlauf der abklingenden Thermokraft bestimmt, eine kiinstliche Erwarmung der Thermoelemente hervorgerufen, um die Richtung der Ausschliige und eine Ubereinstimmung mit der abklingenden Thermokraft wahrend der
Versuche festznstellen, sowie die Wirkung der Wiirmestrahlung
der Antikathode bestimmt. Silmtliche Kontrollversuche haben
einwandfrei erwiesen, da8 die Galvanometerausschliige des
Thermoelementkreises nur durch eine geringfiigige Erwarmung
der Thermoelemente, hervorgerufen durch die Entladung, bedingt sind.
Die AbhlEngigkeit des Effektes
Infolge der Kleinheit der Ausschliige wurde zur Feststellnng des Effektes ein statistisches Verfahren angewendet.
Es wurde zu jeder einzelnen Messung der Gesamtausschlag
des Effektes (Galvanometernusschlag), das Mittel der Spannung
und der Stromstarke sowie das Quadrat der Stromstarke und
die Wattzahl bestimmt. Sodann ist das Verhaltnis der entsprechenden GroBe zwischen der jeweiligen und der darauffolgenden Messung innerhdb jeder Versuchsreihe anfgestellt
worden. Die auf diese Weise erhaltenen Quotienten der Ausschlige wurden nun durch die Quotienten der anderen Gr88en
(7, J, J2, W ) dividiert, also:
antan+,
V"I v7l+1
,. . . .
(a = Glalvano-
meterausschlag, W = Wattzahl) die Ergebnisse zeigen eine fast
gleich groBe Abhangigkeit des Effektes von der Stromstarke,
der Wattzahl und der Spannung.
a. la. + 1
ynl Vn + 1
A.
a.lan + 1
JnIJn + 1
anIan + 1
Jnp/Jn2
+1
1,053
1,091
1,072
1,749
1,584
1,667
an Ian + 1
wnI~7m
+I
1,098
1,053
1,075
Die Zahlen unter A bedeuten die Mittel der Ergebnisse einer
gro6eren Versuchsreihe, die unter B dieselben von einer Ver-
B.
C.
0,830
1,024
1,079
Annalen der Pbyslk. IV. Folge. 81.
11
158
R. Cunradi
suchsreihe, die 1 J a h r spater an einem neuen Rohre unter
giinstigeren Bedingungen (besserea Vakuum, Nadelgleichrichter
ersetzt durch Gliihkathodenventil) aufgenommen worden sind.
C bedeutet wieder das Mittel von A und B.
Ware der Effekt auf Joulesche Warme zuriickzufiihren,
so miiBte er von dem Quadrate der Stromstlrke abhangen.
Eine Erklarung ware darin zu suchen, da6 feine Spitzen
einen hohen Widerstand besitzen sollen und der durch die
Kathodenspitze fliebende Entladungsstrom geniigen wurde,
sie zu erwlrmcn. Die Ergebnisse schlieBen aber diese Annahme aus.
Wiirde man die Temperaturanderungen der Kathode auf
die Elektronenemission, also auf einen Energieverlust und damit verbundenen Abkuhlung zuriickfiihren so miiBte sie abhangig sein von der Stromstarke und der SpannungJ also anch
von der Wattzahl. Von diesen drei GroBen ist aber auch die
Ionisation, die ebenfalls die Ursache des Effektes sein konnte,
abhilngig.
Nun ist die Ionisation abhingig vom Vakuum, wahrend
die Elektronenemission dies nicht ist. Es hat sich aber nun
gezeigt, daB die Ergebnisse der Versuche von B, die bei
besserem Vakuiim erzielt worden sind, bei gleicher Wattzahl
etwas kleiner sind als bei den Ergebnissen von A. Daraus
kann geschlossen werden, daB der Effekt abhangig ist voni
Vakuum und daher als ein Ionisationseffekt anzusehen ist.
Die Versuche haben ferner gezeigt, daS der Effekt nur
im geringen MaBe abhangig ist von der Zeit der Belastung,
was darauf zuriickzufiihren ist, daB sich nach einer gewissen Zeit
ein Gleichgewichtszustand zwischen der durch die Entladung
zugefuhrten Warme und der durch die Zuleitung zu den
Thermoelementen abgefiihrtcn Warme bilden wird. Aus diesem
Grunde ist auch eine Abschatzung der Energieaufnahme der
Thermoelemente unmijglich, denn erstens kann die durch die
Zuleitung abgefiihrte Warmemenge nicht bestimmt und die
ferner sich notwendig machende Volumenabschatzung der
ThermoelementschweiSstellen nicht mit der Genauigkeit vorgenommen werden, die erforderlich mare, um aus den
daraus folgenden Ergebnissen irgendwelche Schliisse ziehen zu
konnen.
Beitrage zut autoelektronisclien Entladung
159
Zusammenfassung
Die Versuche haben gezeigt, da0 wahrend der im Hochvakuum von einer Spitze ausgehenden Entladung die Spitze
eine geringfiigige Erwarmung erfahrt. Die QroSe der Erwkmung ist abhangig von der Stromstarke und der Spannnng,
also auch von der Wattzahl, und ferner vom Vakuum. Die
Ursache der ErwLrmung ist zuruckzufiihren auf die durch die
Elektronen hervorgerufene Ionisation. Da die Entfernung
zwischen Kathode und Sntikathode nur etwa 3 mm betragt,
die freie Weglange der Molekel im Hochvakuum aber groSer
ist als diese Entfernung, so kann von einer Ionisation zwischen
der Entladungsstrecke kaum die Rede sein. Die Ionisation
kann also nur von der Stielstrahlung, also von Sekundarelektronen herrlihren. Bekanntlich l) sendet der Brennfleck
unter anderen auch Sekundarelektronen aus, die in parabolischen Bahnen wieder auf den Stiel der Antikathode auftreffen. (Das Problem der Stielstrahlung ist noch ziemlich
ungeklart und bietet mannigfache Anregungen zu neuen Untersuchungen). Diese Bahnen sind aber gr6Ber als die fieie
Weglange der Molekel, so da6 dort eine Ionisation derselben
stattfinden ksnn.
Eine andere Ursache wiire in der RSntgenstrahlung der
Kathode 2, zu suchen, deren Entstehen W i e n - Miinchen dadurch
erkliirt, das aus dem Inneren des Metalls durch das Feld
herausgezogene Elektronen auf Hetallatome der Kathode selbst
stoBen und dort die von der Kathode ausgehende Rdntgenstrahlung frei macht. Dieser Vorgang ist naturlich mit einer
ErwBrmung der Spitze verbunden.
Ob bei der Spitzenentladung der von R i c h a r d s o n gefundene Abktihlungseffekt beim Austritt von Elektronen aus
Metallen auftritt, kann nicht festgestellt werden, da dieser
eventuell auftretende Effekt von den auf die Spitze aufprallenden positiven Ionen uberdeckt wiirde.
1) W. D. Coolidge and C. N. Moore: Roentgen rags from source8
other than the focal spot in tubes of the pure electron discharge type.
General Electric Review, April 1917 272 pp.
2) E J. L i l i e n f e l d , Phys. Z. 23. Jshrgang. 1922. S. 506ff. Die
Rantgenstrahlung der Eathode bei der autoelektrouischen Entladung.
11*
K. Cunradi
160
Die GriiBe der Erwarmung kann aus folgender Tabelle
entnommen werden.
Milli-Amp.
0,86
215
414
1,44
4,91
Auaachl, .
Ausschl. pro
1 Milli-Amp.
s,;
3,7 entsprechen 0,3S0C
13
4,25
11,5
3
2,85 entsprechen 3O C
pro 1 Milli-Amp. etwa
C.
Die Versuche haben ferner gezeigt, daS die autoelektronische
Entladung als eine reine Elektronenentladung anzusehen ist.
Die nur in geringem MaBe auftretende, nicht zu vermeidende
Stobionisation ist vie1 zu gering, als daB sie eine Elektronenentladung unterhalten kbnnte. Da die Entladung selbstandig
einsetzt, also nicht an kiinstliche Freisetzung von Elektronen
gebunden ist, kann mit groBer Wahrscheinlichkeit angenommen
werden, daB sie einzig und allein von dem elektrischen Felde
der Kathode herriihrt, das die Elektronen aus ihr losreifit.
111. Versnche Uber die Charakteristik
Die Verenchsauordnnng
F u r die ersten Versuche wurden drei Hochspannungsmaschinen, j e 5000 Volt erzeugend, hintereinandergeschaltet,
benutzt. Diese 16 000 Volt Gleichspannung reichten aber bald
nicht mehr aus und wurden durch einen Transformator ersetzt,
dessen hochgespann ter Wechselstrom durch ein Gliihkathodenventil gleichgerichtet wurde. Zwei hochohmige Multohmwiderstande von j e etwa 2,5 Megohm, ermiiglichten, die Mitte der
drei hintereinandergeschalteten Hochspannungsmaschinen zu
erden. Die Hochspannungsleitung ging iiber ein Milliamperemeter,
einem hochohmigen Dampfungswiderstand von 1,13 Megohm
und iiber das Ventil zur Antikathode der RGhre, die andere
Leitung uber ein Amperemeter nnd Qalvanometer zur Kathode
Parallel zur Rohre lag das Voltmeter, dessen Vorschaltwiderstand aus hochohmigen Widerstilnden im Gesamtbetrag von
130 Megohm bestand.
Zu den Messungen wurden drei Rijhren benutzt. Riihre I,
Fig. 1, ist schon von den Messungen mit den Thermoelementen
bekannt. Als Kathode wurde hier sowohl die Thermoelement-
Fig. 2
gasung der Kathode
scheiben
S = Haken zur Ent-
R,R, = Tantdschutz-
j
R
Elektrodenabetiinde
= Tantalschutzecheibe
Fig. 3
8,S, = Schrauben eur Einetellung der
Q/
162
K. Cunradi
spitze, als auch die in ihrem Bbstande veranderliche Hilfsspitze
(die zur Entgasung der Antikathode erforderlich war), als
auch beide Spitzen zusammen, benutzt.
RGhre 11, Fig. 2, besa6 eine Kathode aus Tantal, in der
Form eines Kammes. Zehn Spitzen standen der als Antikathode clienenden Wolframplatte gegeniiber. Wahrend des
Pnmpprozesses wurde Kalium und Caesium durch das Rohr
getrieben, so daS sich also in demselben ein Dampfdruck dieser
Alkalien befand.
RShre 111, Fig. 3, besa6 eine U-f6rmige Gestalt. Die mit
einer Schutzscheibe (Tantal) versehene Antikathode bestand
ebenso wie die ibr gegeniiberstehende Kathode aus Wolfram.
Zwei Platinmembranen gestatteten durch zwei Schrauben den
Abstand der Elektroden in gewissen Grenzen zu verlndern.
An den Seiten der Rohre waren zaei Destillationsarme angebracht, um Kalium und Caesium in das Rohr destillicren
zu konnen.
Die Vereuche
Riihre I1
Das Rohr war abgeschmolzen. Vor Beginn der Messungen
wurde das Rohr langere Zeit belastet, bis die Antilrathode zur
Rotglut kam. Bei Aufnahme der Kurven wurde die Spannung
sowohl langsam gesteigert bzw. verringert, auch als sprungweise innerhalb des zur Verfiigung stehenden Spannungsbereiches variiert. Tafel I: Kurven IV-VI
sind mit Gleichstrom aufgenommen worden. Bei Kurve IV liegen alle aufwDrts genommenen Werte bis auf einige Ausnahmen auf einer
Kurve, ebenso die abwlrts gemessenen. Merkwurdigerweise
decken sich diese zwei Kurven nicht, sondern die erste besitzt durchweg bei derselben Spannung eine hijhere Stromstarke, worauf spater eingegangen werden soll. Kurven V und VI,
ebenfalls mit Gleichstrom aufgenommen, ergeben die Mittelwerte. Kurven XXVIII und XXIX sind mit pulsierenden
Gleichstrom aufgenommen worden.
Rb'hre 111 mit Alkuli
Das Rohr befand sich an der Pumpanlage. Die Kathode
wiirde etwas mit Kalium und Caesium bestaubt,; der Elektrodenabstand betrug etwa 1,5 mm. Ergebnis: Taf. 11, Kurve I
9
v, VI, XXVIIL8, XXIX;
Tafel I
15
17
K XXVIII, XXIX, wie oben, nur mit
palsierenden Gleichstrom
Gleicbstrom
J . 10-6; v. 10s
K XXVIIIb; J *
V*lo3
K IV, V, VI; Kammrohre mit Alkali-
K Iv,
Tafel I1
K. Cunradi
164
und 11. Bei Aufnahme der Kurve I11 war die Entladung bedeutend unruhiger und zwei gr06e Brennflecke auf der Antikathode sichtbar. Bei den folgenden Versuchen befand sich
in dem Rohre nur ein Alkalidampfdruck. Die Entladung war
sehr unruhig. Bei hoher Spannung traten zunachst nur sehr
geringe Galvanometerausschlilge auf, bis plotzlich die Stromstarke stark zunahm und die Spannung sank. Streuelektronen
- 6000
--- smo
I
0
.
1
I
2
U
3
A
1
4
5
Tafel 111
6
-
7
d
traten auf; die Lage und Zahl der Brennflecke variierte. Die
Anspruchsspannung schwankte bis zu 100 Proz. Wiederholtes
Ausgliihen der Kathode und Antikathode, sowie Erhitzen der
Glaswand tnderte nichts.
Das Rohr wurde nunmehr abgeschmolzen. Taf. In,
Kurve X-XI1 zeigen den kritischen Potentialgradienten, d. h.
den Gradienten, der notwendig ist, urn die Elektronenemission
einzuleiten , in Abhangigkeit von dcm Elektrodenabstand.
Merkwiirdigerweise trat schon vor Auftreten der Brennflecke
die Fluorescenz anf.
Ohne Alkali
Das Robr befand sich an der Pumpanlage, und wurde
vor Beginn der Messungen liingerc Zeit belastet. Ergebnis:
Beitrage
ZUT
autoelektronischen Entladung
165
Taf. IV, I h r v e VII und VIII. Durch Wanderung der Brennflecke war die Entladung z. T. inkonstant.
Es wurde etwas Gas in die Rohre eingelassen. Kurve IX
zeigt das Ergebnis. Nach vollstandigem Ausgliihen der Elek-
250
200
1.50
roo
50
K VIT, VIII, IX, J. 10-7, v.103
K VII, VIII = U-Bohr ohne Alkali
K IX = U-Rohr ohne Alkali nach Caszufuhr der Spitzo
Tafel I V
troden wurde nochmals etwas Gas eingelassen und, die
Messungen erst am folgenden Tage augestellt. Die Rohre sprach
schon bei 6000 Volt an und zeigte die normale Entladung.
Rohre I o h e Alkali
Das Rohr befand sich an der Pumpanlage. Zunachst
wurden Messungen mit dcr Thermoelementspitze unternommen.
166
K. Cunradi
Die Ergebnisse sind bei guter Konstanz normal. Das Thermoelement wurde nunmehr zur WeiSglut gebracht und versucht,
eine MeBreihe zu erhalten. Die Entladung war aber sehr inkonstant und setzte biswcilen erst bei 32000 Volt ein.
Die Entladung von der Hilfsspitze zeigte nichts Neues.
Bei verschiedenen Abstanden der Kathode zeigte sich, dab der
Elektrodenabstand meist einen geringeren EinfluS auf die Entladung bzw. Anspruchsspannung ausiibte, als die anderen, den
Entladungsvorgang bestimmenden GroSen.
Die Entladung von beiden Spitzen (Thermoelementspitze
und Hilfsspitze) zeigte, dat3 die Anspruchsspannung hoher lag
uncl die Stromstarke groBer war als bei einer Spitze.
Mcssungen nach Ausschalten der Diffusionspurnpen ergeben z. T. dievelbe, z. T. niedrigerc Anspruchsspannungen.
Der Verlauf der Kurven ist fast gleich, weicht allerdinga von
der normnlen Form ab und zeigt cine schon friiher aufgetretene merkwiirdige Erscheinung.
Die angefiihrten Kurven sind aus einer Anzahl von
Messungen herausgegriffen worden. Solange eine Rohre an
cler Pumpanlage angeschlossen war, arbeiteten tagsiiber drei
Diffusionspumpen, uber Nacht nur eine. Tag urid Nacht
wurden aller drei Stunden die Dcvargefaf3e fur die Fallen mit
fliissiger Luft nachgefiillt.
Die Diskussion der Ergebnisse
Ds die Aufnahnie der Charakteristiken der drei Ilohrcn
mit groBen Schwierigkeiten verbunden war, ist es gewagt, hier,
wie es sonst bei Charakteristiken ublich uncl gerechtfertigt ist,
endgiiltige Schlusse auf Grund der erhaltenen Kurven zu ziehen,
bevor es nicht gelungen ist, auch wirklicb iibereinstimmende
Kurven zu erhalten. Es kann also nur Aufgabe sein, Erklarungen fur die oft merkwiirdigen Formen derselben zu
suchen, bzw. auf Grund der wahrend der Versuche gemachten
Erfahrungen dieselben zu deuten. Wirklich einwandfreie
Reoultate kann man erst dann erzielen, wenn es gelungen ist,
die groBe Inkonstanz der Entladung zu beheben, bzw. das
Waridern der Brennflecke zu verhindern.
I
Beitra,qe zur autoelektronischcn Entladung
167
Die Einwirkung des Alkali auf die Entladung
Im allgemeinen kann gesagt werden, daS eine Entladung
bei Anwesenheit von Alkali bedeutend eher anspricht. Oh es
allerdings moglich ist, bei Anwesenheit von Alkali trotz aller
technischen Hilfsmittel und bester Elektronenentgasung wirkliches Hochvakuum herzustellen, will ich dahingestellt sein
lassen. Ich habe die Erfahruog gemacht, dab man diese
niedrige Anspruchsspannung auch auf andere Weise erhalten
kann, worauf jedoch spater eingegangen werden 8011.
Die Entladung bei mehreren Spitzen
Benutzt man zur Eutladung mehrere Spitzen bei gleichem
Abstande, SO ist die Anapruchsspannung etwas hijher d e bei
den einzelnen Spitzen, vorausgesetzt, da6 alle Spitzen gleich
beschaffen Bind. Die StromstLke steigt aber dafur urn so
starker an. Dies ist auch einleuchtend, denn die Kraftlinien,
die die Elektronen aus dem Metalle losen, miissen sich jetzt
auf Kosten ihrer Dichte auf mehrere Spitzen verteilen, dafiir
werden aber auch d a m , nach Erreichung des kritischen
Potentialgradienten, mehr Elektronen in Freiheit gesetzt.
Die Entladung bei verschiedenen AbatLinden
Bei verschiedenen Abstanden kann gesagt werden, wie j a
selbstverstindlich ist, da6, unter sonst gleichen Umstanden, bei
kurzerer Entfernung die Entladung eher auftritt.
Der EinfluB des Vakuums bzw. des GP.sgehalte6 der Spitze
auf die Entladung
Ein sehr wesentlicher Faktor fur die Entladung scheint
das Vakuum bzw. der Gasgehalt der Spitze zu sein. Schon
beirn PumpprozeB, und zwar beim Bewerfen der Antikathode
mit Elektronen, welcher Vorgang sich j a im Prinzip nicht von
einer normalen Rontgenentladung unterscheidet, bemerkte ich,
da6 anfangs die Entladung zeitiger einsetzte als spater bei
besserem Vakuum und besserer Entga.sung der Spitze. Oft
trat der Fall ein, daB plijtzlich die Entladung ausblieb und
auch bei hoherer Spannung nicht wieder auftrat. Hr. Prof.
Dr. L i l i e n f e l d bezeichnete dann die Spitze als vergiftet
(uberzogen mit einer Oxyd- oder Gasschicht). Es wurde des-
168
K. Cunradi
halb die Spitze hoch ausgegluht und die Entladung setzte
wieder ein. Als aber die Spitze im hachsten Grade entgast
war, trat das Aussetzen wieder auf und auch ein wiederholt
energisches Ausgliihen der Kathode konnte eine Entladung
nicht wieder hervorrufen.
E s wurde deshalb nach Erkalten der Spitze etwas Gas
in die Riihre eingelassen, auch dies anderte den Zustand nicht,
wie iiberhaupt freies Gas der Entladung hinderlich zu sein
scheint. - Damit erklart sich auch das Verhalten der KurveIV,
Taf. I, indem angenommen werden kann, daB bei der Aufnahme der ersten Kurve mit wachsender Spannung Gas frei
wird , welches d a m bei der anschlie8end mit abnehmender
Spannung erhaltenen Kurve die Entladung stirend beeinflu8t,
zulnal bei dem abgeschmolzenen Rohr das Gas nicht beseitigt
werden konnte. - Nachdem aber in diesem Zustande die
Rohre einen Tag stehen gelassen wurde, trat die Entladung
bei sehr niedriger Spannung ein, zeigte ganz die normalen
Erscheinungen und entsprach der Entladung bei Anwesenheit
von Alkdium. Eine Erklarung koniite man darin suchen, da8
sofort nach Einlassen von Gas der Zustand der Kathode nicht
geandert wird, daB aber nach Verlauf von mehreren Stunden
die Oberfliiche der Spitze das freie Gas absorbiert (da die
Spitze kalt sein muB, um eine Oxydation zu verhindern, tritt
die Absorption nur langsam ein). Es hat also den Anschein,
31s ob zur Entladung ein gewisser Gasgehalt der Spitze notwendig sein muB. Un ter Berucksichtigung dieser Annahme
erklart sich auch der Umstand, da8 mit fortschreitender Entgasung die Anspruchsspannung immer hahere Werte annimm t.
Mit derselben Annahme kann man auch verschiedene andere
spiiter zu besprechende Formen der Kurven erklaren.
Das Auftreten mehrerer Brennflecke und ihr Wandern
Ein anderes charakteristisches Merkmal der autoelektronischen Entladung ist das Wandern, uberhaupt das Auftreten mehrerer Brennflecke. Die Photographie auf Taf. I,
Fig. 4 zeigt den Antikathodenspiegel der Kammrohre bei
einer Belastung von 4,5 Milli-Ampere und einer Dauer von
6 Minuten. Die Knmmrohre hatte, wie schon erwiihnt,
'
Beitrage zur autoelehtronischen Entladung
169
10 Spitzen, von denen sich etwa nur 5-6 an der Entladung
beteiligten ? wiihrend die iibrigen Spitzen vielleicht eine etwas
groflere Entfernung hatten und deshalb versagten. Die Photographic zeigt uns eine groBe Anzahl von Brennflecken. Die
verschiedene Schwarzung derselbeii kann man dadurch erklaren, daB all diese Brennflecke nicht auf einmal vorhanden
waren, sondern daB sie vielmehr gewandert sind. J e schwarzer
nun ein Brennfleck ist, urn so langere Zeit hat er auf der
betreffenden Stelle verweilt. Die GroBe der Brennflecke ist
fast uberall dieselbe.
Wie kann sich nun das Wandern der Brennflecke, iiberhaupt das Auftreten mehrerer erklaren ? Betrachten wir einmal
eine Kttthodenspitze unter dem Mikroskop Fig. 5 , Taf. I, so
sehen wir, da6 die Spitze keine einheitliche Form besitzt,
sondern sich aus vielen kleinen Nebenapitzen zusammensetzt.
Die Entladung geht also in Wirklichkeit nicht von einer einheitlichen Spitze aus, sondern es sind eine gauze Anzahl kleiner
Nebenspitzen daran beteiligt. Da nun der Austritt der Elektronen immer senkrecht zur Oberflache stattfindet, so werden
die von den verschiedenen Spitzen ausgehenden Elektronen
die Antikathode an verschiedenen Stellen treffen, da j a die
kleinen Nebenspitzen nicht alle die gleiche Richtung besitzen.
Man konnte ferner annehmen, daB der Brennfleck dort auftreten miilte, wo sich die kurxeste Entfernung zwischen den
Elektroden befindet. Aber auch dies trifft nicht immer zu.
Es zeigt sich sogar oft, daB z. B. bei dem Rohre I11 sich der
Brennfleck auf der aua Tantal bestehenden Schutzscheihe, die
sich mehrere Zentimeter hinter dem Antiksthodenspiegel befand, bildete. Da nun der gr6Bte Potentialabfall zwischen den
Elektroden in unmittelbarer Nahe der Kathode stattfindet, ist
dnrch diesen hauptsachlich die Richtung der Elektronen bestimmt, wahrend das kleine Potentialgefalle in der Nahe
der Antikathode keine groBere Wirkung mehr darauf ausuben kann.
Das Wandern der Brennflecke kiinnte man sich dadurch
erklaren, daB von den vielen Nebenspitzen bald diese, bald
jene anspricht, oder auch, da6 sich die feinen Spitzen schnell
entgast haben, die zur Entladung notwendige Gasmenge nicht
mehr besitzen, also ,,verarmt" sind, und sich an der Entladung
170
2% Cunradi
nicht mehr beteiligen kijnnenl), bis sie sich nach einiger Zeit
wieder regeneriert habon. Somit laDt sicli auch eine wiederholt auftretende Kurvenform erkliiren : Eine zur Entladung
wesentlich beitragende Spitze verarmt langsam, die Kurve
strebt einer scheinbaren Saltigung zu, bis bei hoherer Spannung
bisher an der Entladung unbeteiligte, entferntere Spitzen
herangezogen werden und infolge ihres noch unverbrauchten
Gasvorrates wieder einen normalen Entladungsvorgang hervorrufen. Die Sprunge der Kurven XI und XII, Taf. I11 bei
Bestimmung der Anspruchsspannung ist ebenfalls auf obige
Erscheinung zuriickzufuhren.
Die Entladung bei gluhender Spitzo
Es wiire mbglich, da8 die Entladung sich giinstiger
ge-
stalte bzw. eher auftritt, wenn man die Kathode zum Gluhen
bringen wurde. Ein derartiger, mit der Thermoelementspitze
angestellter Versuch zeigte aber, da6 im Gegenteil die Entladung sich bedeutend verschlechterte und es uberhaupt nicht
inijglich war, Ergebnisse zu halten, die die Aufnahme einer
Kurve erm8glichten. Au6erdem setzte die Entladung spater
ein, als im kalten Zustande. In der Kombination, Hilfsspitze
und Thermoelement geheizt, war es moglich, eine Kurve zu
erhslten. Die Anspruchsspaunung liegt um einige Tausend Volt
hoher als bei derselben Anordnung mit kalter Thermoelementspitze. Ein W h e n der Spitze ist also der Entladung hinderlich.
Die Scintillation
Eine weitere Merkwurdigkeit ist die vor allem bei
kleineren Abstanden auftretende ,,Scintillation". Sie zeigt das
Qegenteil der Erscheinung einer ,,vergifteten" Spitze. Wahrend
dort die Entladung fast aussetzt und die Spannung stark ansteigt ist es hier geiade umgekehrt der Fall; die Spannung
geht plijtzlich zuruck und die Stromstarke steigt rasch, oft
uber den doppelten Betrag. Die Scintillation macht sich
au6erlich dadurch bemerkbar, daS auf der Antikathode an der
Stelle des Brennfleckes plijtzlich ein, den Ort nicht wechselnder,
grell aufleuchtender Fleck und zwischen den Elektroden kurze
1) R. A. Millikan and C. F. Eyring, The pulling of electrons
out of metals by intense electrical fields, Phye. Rev. 22. XI-.
5. S. 525. 1923.
Beilrage zur autoelektronischen Entladuny
171
Funkenubergange auftreten. Betrachtet man diese Stelle mit
einem Mikroskop, so hat derselbe das Aussehen eines brennenden
Punktes. Ebenso plotzlich wie die Scintillation auftritt, verschwindet sie wieder, vor allem d a m , wenn der Brennfleck
sich verlagert. Oft aber ist es mit groBer Muhe verbunden
und gelingt erst n x h langerer Zeit, durch dauerndes Ausund Einschalten der Spannung die Erscheinung zu beseitigen.
Dieselbe konnte man vielleicht dadurch erklaren, daB der
Brennfleck auf ein Oxyd- oder auch Staubteilchen der Antikathode trifft und dies durch die Energie der auftreffenden
Kathodenstrahlen verdampft. Uberhaupt macht sich bei der
autoelektronischen Entladnug infolge der Konzentration der
Kathodenstrahlen auf einen kleinen Punkt eine starke Zerstaubung des Antikathodenmaterials bemerkbar, die sich meiner
Ansicht nach auch nicht durch ausgezeichnet hohes Vakuum
beseitigen la6t.I)
Zusammenhssnng
Die Untersuchung der Spitzenentladung hat folgende Ergebnisse gezeigt :
I m allgemeinen steigt die Stromstirke mit wachsender
Spannung stark an. Ob die Entlagung einer Siittigung zustrebt, konnte nicht festgestellt werden, zumal bei starkerer
Belastung eine starke Zerstkubung auftrat. Die Entladung
wird begiinstigt durch Anmesenheit von Alkali (Bestaubung
sowie such Dampfdruck). J e spitzer die Kathode ist, um so
eher tritt die Entladnng ein, ebenso auch, je geringer der
Elektrodenahstand ist. Besitzt die Kathode mehrere gleiche
Spitzen, so nimmt zwar die Anspruchsspannung einen hoheren
Wert an, die Stromstarke zeigt aher dafiir um so steiler an.
Ein Gluhen der Spitze f6rdert die Entladung nicht, sondern
erschwert sie. Der Elektronenaustritt ist wahrscheinlich abhangig von dem Gasgehalt der Spitze; ist derselbe erschopft,
1) Nach L i l i e n f e l d (ZtEChr. f. Phye. 1923. s. 49) iet experimentcll und technisch ohne Riicksicht auf den Elektrodenabstand zu
beachten, da5 nur die von ihm verwirklichte Einffihrung des Hochvakuums und beste Elektrodenentgaaung ea exmiiglichen, nennenswerte
Stromuberg&nge mit Konstanz und ohne Zeretiirong der Elektroden zu
ver wirklichen.
172 6
: Cunradi. Beitrage zur auloelektronischen Entladung
die Spitze also verarmt, so geht die Entladung sichtbar zuriick.
Freies Gas scheint die Entladung starend zu beeinflussen. Die
Inkonstanz der Entladung und dns Wandern der Brennflecke
beruht sicherlich darauf, dal3 die Kathodenspitze mehrere submikroskopische Nebenspitzen besitzt, die sich an der Entladung beteiligen. Da diese kleinen Spitzen schnell verarmen,
iindert sich nach und nach die Zahl der zur Entladung beitragenden Nebenspitzen. Eine Scintillation ruft ein plStzliches Ansteigen der Stromstiirke hervor. Diese Erscheinung
ist wabrscheinlich auf ein Gliihen auf der Antikathode befindlicher Staub- und Oxydteilchen zuriickzufiihren, die bei diesem
Gliihen verdampfen.
Hrn. Prof. Dr. L i l i e n f e l d bin ich fur die Anregung zu
dieser Untersuchung zu Dank verpflichtet. Auch Hrn. Geheimrat Prof. Dr. W i e n e r und Hm. Dr. H o f m a n n mochte
ich an dieser Stelle fiir das stete Interesse am Fortgang
meiner Arbeit bestens danken.
L e i p z i g , Physikalisches Institut, Sommersemester 1925.
(Eingegangen 13. Jaui 192C)
Annaloz rler Pliysik: 1 V. Folge,
BniitE S1
Brennflecksufnahine (nat. Gr8Oe)
Fig. 4
Wo-Spitze O,3 m m Durcbinesser, 500fache Vergr66erung
Fig. 6
I(. Cnnradi
Tnfel I
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
784 Кб
Теги
autoelektronischen, beitrge, zur, entladung
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа