Emissionseigenschaften von Elektroden und deren Auswirkung im Betrieb einer Quecksilber-Edelgas- Niederdruckentladungslampe

Beschreibung

Der Arbeit liegt folgende Gliederung zugrunde: Zunächst werden Grundlagen von Niederdruck-Entladungslampen dargestellt (Kap. 2) und verschiedene Aspekte der Lampenelektrode betrachtet (Kap. 3), die für das Verständnis der nachfolgenden Untersuchungen ichtig sind. Nach diesen beiden einführenden Kapiteln folgen die beiden zentralen Kapitel der vorliegenden Arbeit: Kapitel 4 ist der Untersuchung der thermischen Emission von Elektronen aus Oxidkathoden gewidmet. Zunächst werden die theoretischen Grundlagen der Austrittsarbeit dargelegt, insbesondere wie die einzelnen Beiträge hierzu entstehen. Dabei wird stets ein enger Bezug zu der allgemeinen Beschreibung von Oxidkathoden aus Kapitel 3 aufrechterhalten. Danach wird erklärt, wie verschiedene Emissionsmechanismen beim realen Lampenbetrieb zusammenwirken. Dies ist grundlegend, um anschließend die Herausforderungen an das verwendete Messverfahren zu verstehen, mit dem die rein thermische Emission in einer realen Lampe ermittelt wird. Bei dieser Messung mittels der Richardson-Geraden-Methode wird auch der Temperaturkoeffizient der Austrittsarbeit berücksichtigt. Letzterer wurde in vorausgehenden Arbeiten [Pau10; Bau10] nicht betrachtet und führte zu unrealistisch kleinen Werten für die Austrittsarbeit. Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der hergestellten Proben und der erhaltenen experimentellen Ergebnisse. Bei der abschließenden Diskussion wird das angewandte Messverfahren kritisch beurteilt und hinterfragt, inwieweit damit bei den Bedingungen in einer Lampe eine physikalische Bedeutung der gemessenen Größen gewährleistet ist. Im Kapitel 5 sollen schließlich die gewonnenen Ergebnisse mit den Fabry-Perot-Messungen in Verbindung gebracht werden. Nach einer Beschreibung des Aufbaus wird gründlich auf die Auswertung eingegangen, bei der der größte Aufwand darin besteht, die zusätzliche Linienverbreiterung durch den Aufbau herauszurechnen. Hierzu wurde ein numerischer Algorithmus zur Berechnung der komplexen Fehlerfunktion [Wei94] erstmalig auf die Auswertung von Interferometerdaten angewendet. Bei der Fehlerdiskussion wird auf die Grenzen des optischen Aufbaus und der Interpretation der erhaltenen Daten eingegangen. Im Laufe der Arbeit haben sich viele interessante Aspekte ergeben. Deswegen bilden den Abschluss einige Vorschläge, das altbekannte Material der Oxidkathoden mit modernen Methoden der Festkörperphysik zu untersuchen.
Der Arbeit liegt folgende Gliederung zugrunde: Zunächst werden Grundlagen von Niederdruck-Entladungslampen dargestellt (Kap. 2) und verschiedene Aspekte der Lampenelektrode betrachtet (Kap. 3), die für das Verständnis der nachfolgenden Untersuchungen ichtig sind. Nach diesen beiden einführenden Kapiteln folgen die beiden zentralen Kapitel der vorliegenden Arbeit: Kapitel 4 ist der Untersuchung der thermischen Emission von Elektronen aus Oxidkathoden gewidmet. Zunächst werden die theoretischen Grundlagen der Austrittsarbeit dargelegt, insbesondere wie die einzelnen Beiträge hierzu entstehen. Dabei wird stets ein enger Bezug zu der allgemeinen Beschreibung von Oxidkathoden aus Kapitel 3 aufrechterhalten. Danach wird erklärt, wie verschiedene Emissionsmechanismen beim realen Lampenbetrieb zusammenwirken. Dies ist grundlegend, um anschließend die Herausforderungen an das verwendete Messverfahren zu verstehen, mit dem die rein thermische Emission in einer realen Lampe ermittelt wird. Bei dieser Messung mittels der Richardson-Geraden-Methode wird auch der Temperaturkoeffizient der Austrittsarbeit berücksichtigt. Letzterer wurde in vorausgehenden Arbeiten [Pau10; Bau10] nicht betrachtet und führte zu unrealistisch kleinen Werten für die Austrittsarbeit. Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der hergestellten Proben und der erhaltenen experimentellen Ergebnisse. Bei der abschließenden Diskussion wird das angewandte Messverfahren kritisch beurteilt und hinterfragt, inwieweit damit bei den Bedingungen in einer Lampe eine physikalische Bedeutung der gemessenen Größen gewährleistet ist. Im Kapitel 5 sollen schließlich die gewonnenen Ergebnisse mit den Fabry-Perot-Messungen in Verbindung gebracht werden. Nach einer Beschreibung des Aufbaus wird gründlich auf die Auswertung eingegangen, bei der der größte Aufwand darin besteht, die zusätzliche Linienverbreiterung durch den Aufbau herauszurechnen. Hierzu wurde ein numerischer Algorithmus zur Berechnung der komplexen Fehlerfunktion [Wei94] erstmalig auf die Auswertung von Interferometerdaten angewendet. Bei der Fehlerdiskussion wird auf die Grenzen des optischen Aufbaus und der Interpretation der erhaltenen Daten eingegangen. Im Laufe der Arbeit haben sich viele interessante Aspekte ergeben. Deswegen bilden den Abschluss einige Vorschläge, das altbekannte Material der Oxidkathoden mit modernen Methoden der Festkörperphysik zu untersuchen.

Autor*in

Reinhard Langer

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