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Aussendung von Elektronen und Strahlsteuer- und Formgebungselektrodenelemente umfasst, die mehrere Reihen mit mehreren durchgehenden Löchern besitzen, wobei die Strahlsteuerplatte aus einer rechteckigen
Substratplatte besteht, deren Löcher mit elektrisch leitendem Material ausgekleidet sind und einzeln durch
Leiterstreifen mit Kantenanschlüssen zur Zuführung gewählter Potentiale mit dem Auskleidungsmaterial verbunden sind sowie eine Anodenanordnung zur Beschleunigung der Elektronen in Richtung auf die
Schirmfläche vorgesehen ist.
Die Verwendung von Kathodenstrahlröhren für Rechneranzeigen ergab die Forderung nach
Schreibgeschwindigkeiten von Kathodenstrahlröhren, die wesentlich höher sind als jene, die ohne weiteres mit bisherigen Kathodenstrahlröhren erreichbar sind. Es soll eine Zeichenwiedergabe bis zu 1200 Baud möglich sein.
Eine Möglichkeit zur Erreichung derartiger höherer Schreibgeschwindigkeiten bestand in der Verwendung von
Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhren mit einem einzigen Strahlerzeugungssystem. Beispielsweise weist eine im Handel erhältliche Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhre sieben Elektronenstrahlen auf, und es wurden mehrere experimentelle
Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhren geschaffen, die eine noch grössere Zahl von steuerbaren Elektronenstrahlen aufwiesen.
Zwei Hauptfaktoren, die schwerwiegende Entwurfsprobleme für Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhren ergaben, sind niedrige einzelne Strahlströme und das Auftreten einer Strahldivergenz, die sich aus der gegenseitigen Abstossung durch Ladungen mit gleicher Polarität ergab.
Es ist auch eine Mehrstrahlröhrenkonstruktion vorgeschlagen worden, die ein Kathodenstrahlerzeugungs- system zur Erzeugung von zwei oder mehr Elektronenstrahlen besitzt, eine konventionelle Kathode und zwei
Elektroden zur elektrostatischen Steuerung der Strahlen aufweisen. Diese Elektroden haben jeweils mehrere
Blechstreifen mit mehreren Löchern für den Durchtritt der Elektronenstrahlen, wobei die Bänder der beiden aufeinanderfolgenden Elektroden gekreuzt angeordnet sind. Durch Anlegen entsprechender Potentiale an die
Bänder können einzelne Punkte eines Rasters angesteuert werden. Anschliessend ist im Strahlengang die
Hauptanode angeordnet. Zwischen der zweiten Zuganode und der Hauptanode bilden sich im Betrieb Linsen aus, die die Elektronenstrahlen auf sehr kleine Öffnungen in einer weiteren Elektrode, der sogenannten
Lochrasterplatte fokussieren.
Eventuell werden die einzelnen Elektroden noch durch metallische Röhrchen miteinander verbunden, um schräglaufende Elektronen abzufangen. Im weiteren Verlauf des Strahlenganges sind elektronenoptische Linsen vorgesehen, die das Lochraster der Lochrasterplatte am Leuchtschirm abbilden.
Ein weiterer Vorschlag hat eine Kathodenstrahlröhre zur Wiedergabe graphischer Daten mit einem
Kathodenstrahlerzeugungssystem mit einer Kathode, einem Steuergitter und einer ersten Anode zum Gegenstand.
In der Bahn des Elektronenstrahls sind Schaltmittel vorgesehen, die zur wahlweisen Ausblendung von Teilen des
Strahlquerschnittes dienen, d. h. als Strahlsteuerelektroden wirksam sind. Sie bestehen aus einer Lochanordnung in einem für Elektronen undurchlässigen Körper, wobei die Löcher mit leitenden Ringen ausgekleidet sein können, die an Leitungen liegen über die elektrische Signale zur Steuerung der Elektronendurchlässigkeit der
Elektroden zugeführt werden können. Ferner sind in der Strahlrichtung hinter der ersten Anode Fokussierungs- und Ablenkmittel (z. B. eine Fokussierungs- und Ablenkspule) vorgesehen. Eine Nachbeschleunigungsanode und ein Auffangschirm ergänzen die Anordnung.
Ferner ist eine Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhre vorgeschlagen worden, die zwei oder mehrere
Kathodenstrahlerzeugungssysteme mit getrenntem Aufbau besitzt und elektrostatische Ablenkmittel für die getrennte Ablenkung jedes Strahls aufweist. Für die Beschleunigung der Elektronen auf ihrer Bahn zwischen den Ablenkelektroden und dem Schirm sind weitere Mittel vorgesehen. Diese Nachbeschleunigungseinrichtung kann aus einem schraubenförmigen Belag auf der Röhrenwand bestehen, der zwischen den Ablenksystem und dem Schirm angebracht ist und an ein Potential gelegt wird, das höher ist als das der letzten Anode.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhre zur Erzielung erhöhter Schreibgeschwindigkeiten zu schaffen, bei der durch eine neuartige Kathodenkonstruktion eine gleichförmige Elektronenemission mit maximalem Widerstand gegen Wärmeverwerfungen vorgesehen ist und bei der die niedrigen Leistungsdichten der herkömmlichen Mehrkathodensysteme vermieden werden. Dabei soll sich eine leicht herstellbare Kathodenstrahlröhrenkonstruktion ergeben, die die Nachteile der bekannten Kathodenstrahlröhren nicht aufweist.
Gemäss der Erfindung ist eine eingangs erwähnte Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhre dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode aus zwei auf die Elektrodenelemente und die Schirmfläche gerichteten, miteinander verbundenen Blechteilen besteht, die eine Vielzahl von Kanälen besitzen, welche Trapezquerschnitt aufweisen, die in Richtung auf die Schirmfläche hervorragen und mehrere ebene Flächen definieren, die die Breite der Kathode in paralleler, jeweils miteinander ausgerichteter Beziehung mit den Reihen der Löcher und Strahlen überspannen, wobei ferner die Kanäle Heizdrähte entlang ihrer Länge umgeben und wobei die ebenen Flächen jeweils einen überzug aus elektronenemittierendem Material aufweisen, das thermisch aktiviert wird,
um Elektronen zur Bildung der Strahlen auszusenden und die Strahlsteuer- und Formungselektroden mit den mehreren Reihen mit den mehreren durchgehenden Löchern jeweils parallel zu den ebenen Flächen der Kathode
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in zwei parallelen Ebenen liegen, und die als erste Anode geschaltete Formungselektrode aus einer rechteckigen
Substralplatte besteht, die auf der der Schirmfläche zugewendeten Seite mit einer in die Löcher reichenden
Metallschicht versehen ist, und die an sich bekannte schraubenförmig ausgebildete Gradientenfeldanode aus einem schmalen Band aus Widerstandsmaterial besteht, sich auf einer Schraubenlinie entlang des langgestreckten zylindrischen Halsabschnittes erstreckt und die Elektronenstrahlen über den grösseren Teil ihrer Bahnen von den
Elektrodenelementen zur Schirmfläche umgibt.
Der Aufbau der Kathode gemäss der Erfindung sichert grössere mechanische Festigkeit und thermische Widerstandsfähigkeit und einen günstigeren Wärmehaushalt gegenüber den konventionellen Ausführungen. Durch die streifenförmigen, ebenen, emittierenden Flächen der Kathode, die mit den Lochreihen der Elektroden ausgerichtet sind, wird eine höhere Leistungsdichte in der Elektronenströmung erreicht als bei den bisher bekannten Anordnungen. Ein weiteres Merkmal ist die auf der schirmseitigen Fläche der Formungselektrode angebrachte Metallschicht, die in die Löcher dieser Elektrode reicht. Diese Anordnung besitzt einerseits einen einfachen Aufbau und bringt anderseits durch diese Art der Kombination von Substrat und Metallbelag wesentliche Vorteile für die Formung der Elektronenstrahlen.
Durch die spezielle Ausbildung und Anordnung der Beschleunigungs-Anode wird die Strahldivergenz beseitigt, die sich sonst aus der Abstossung gleicher Ladungen der Elektronenstrahlen ergibt. Dadurch ist die störungsfreie Verwendung einer so grossen Zahl von Strahlen in einer Kathodenstrahlröhre ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Verwendung von Gold für die Auskleidung der Löcher und für die Leiterstreifen auf dem Steuergittersubstrat.
Dies ist vom vakuumtechnischen Standpunkt vorteilhaft, da bei der Vorfertigung und bei der Herstellung der Röhre keine störenden Oxydschichten auftreten können. Auch die Sekundäremission ist durch die Verwendung von Gold auf ein Minimum beschränkt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist durch die Verwendung von Keramik als Substrat für die Steuer- und Formungselektroden gegeben. Gegenüber den bekannten Substratmaterialien wie Glas und Glimmer bietet die Keramik wesentliche Vorteile. Die mechanische Stabilität ist grösser und sie ist für das Hochvakuum besser geeignet. Glimmerplatten könnten in der geforderten Stärke kaum hergestellt werden und die Aufbringung der Goldschicht in den Löchern würde auf Schwierigkeiten stossen. Glas als Einbauteil hat Nachteile bei der Entgasung, hinsichtlich der Genauigkeit und mechanischer Festigkeit.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung bietet die Kombination der schraubenförmigen Anode (28) mit einer Anode (30), zwecks Korrektur von Verzerrungen, wobei die Korrektur-Anode (30) an einem Gleichspannungspotential von etwa-10000 V liegt, während die Kathode an etwa-24000 V liegt. Diese Verbindung einer schraubenförmigen Anode mit einer Korrekturanode stellt eine wesentliche Verbesserung für die Aufzeichnung dar, ohne dass zu aufwendigen elektronenoptischen Mitteln gegriffen werden muss.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhre, wobei Teile des Ablenkjoches und der Fokussierungsspule weggebrochen dargestellt sind und Teile in dem Halsteil der Kathodenstrahlröhre durch den gläsernen Halsteil sichbar sind ; Fig. 2 eine ausführlichere Querschnittsansicht mit vergrössertem Massstab, die die wabenförmige Kathodenkonstruktion zur Erläuterung des Aufbaues des Kathodenelements zeigt ; Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Kathodenstrahlröhre entlang der Linie 111-111 nach Fig. l ; Fig. 4 eine Vorderansicht der Kathode ; Fig. 5 eine vergrösserte Seitenansicht der mit dem Steuergitter zusammengebauten Kathode ;
Fig. 6 eine etwas schematische Vorderansicht des Steuergitters mit den hiefür vorgesehenen Verbindungen und Fig. 7 eine vergrösserte Querschnittsansicht durch eines der Löcher des Steuergitters entlang der Linie VII-VII nach Fig. 6.
In den Zeichnungen sind gleiche Bezugsziffern für gleiche Teile verwendet. Die in den Zeichnungen
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Frontplattenabschnitt--12--mit grösserem Querschnitt als der Halsabschnitt einschliesst, wobei der Frontplattenabschnitt--12--in der Stirnfläche --13-- endet, die den Phosphorschirm trägt, der in seinen Umrissen mit--13A--bezeichnet ist. Der Glas-Halsteil--11--der Kathodenstrahlröhre--10--ist in der Nähe der Verbindung mit dem Frontplattenabschnitt--12--durch das übliche Ablenkloch--14--und die Fokussierungsspule--15--umgeben. Im hinteren Teil des Glas-Halsabschnittes--11--befindet sich die Elektronenstrahlquelle-16--. Die Elektronenstrahlkanone besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine
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der Fertigung eingesetzt werden.
Die niedrigen Stromdichten von Mehrkathodensystemen, die in einigen Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhren verwendet werden, werden beim dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch überwunden, dass eine neuartige Nickel-Kathodenkonstruktion für die Kathode --17-- verwendet wird, bei der die Kathode das Aussehen eines
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Segments einer Honigwabe aufweist, wenn sie von einem Ende aus oder im Querschnitt betrachtet wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
Wie es aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Kathode--17--aus zwei Nickelblechteilen --23, 24--gebildet, die jeweils eine Reihe von fünf mit Abstand angeordneten, nach aussen ragenden Rippenoder Kanalanordnungen--23A, 24A--aufweisen, die nach aussen konvergierende, in gleicher Weise geneigte Seiten-23b, 24b-und ebene Aussenwände-23c, 24c-parallel zur Hauptebene der Kathode aufweisen, wodurch die Kanäle eine Trapezform aufweisen. Die ebenen Aussenwände--23C und 24C--der Rippen-oder
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zusammengesetzt, wodurch sich eine sehr steife und stabile Kathodenkonstruktion ergibt. Die Heizwicklungen sind aus spiralförmigen, mit --25-- bezeichneten Wolfram-Heizfäden gebildet, die durch eine Isolierschicht aus Hochtemperatur-Keramik wie z. B. Tonerde oder Aluminiumoxyd isoliert sind.
Die wabenförmige Konstruktion ergibt einen maximalen Widerstand gegen Wärmeverwerfungen auf Grund der Erhitzung der Kathode auf Betriebstemperaturen, wodurch sichergestellt wird, dass die Kathode parallel zum Steuergitter bleibt, so dass ein maximaler Wirkungsgrad der Elektronenemission erzielt wird. Die rechtwinkeligen und parallelen Kathodenoberflächen --23C--, auf denen das Kathodenmaterial abgelagert ist, wie es bei --26-- angedeutet ist, weisen eine ausreichende axiale Länge auf, die sich von einem Ende der Kathode zur andern erstreckt, um eine maximale Elektronenströmung durch die sieben steuerbaren Gitteröffnungen mit einer Stromdichte
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durch Aufsprühen, Bestreichen oder elektrophoretische Abscheidungen eines üblichen Kathodenmaterials überzogen.
Dieser Kathodenüberzug ist gegen eine atmosphärische Vergiftung durch eine Schicht eines organischen Lackes geschützt, bis die Kathodenstrahlröhre in den abschliessenden Herstellungsschritten aktiviert wird. Die vorstehend beschriebene wabenförmige Anordnung eignet sich auf Grund ihrer Eigenschaften für eine schnelle Herstellung und leichte Fabrikation mit Hilfe eines maschinellen Stanz- oder Prägeverfahrens oder eines Gesenk-Walzverfahrens. Wenn die Kathode mit Hilfe eines Punktschweissverfahrens an den Enden der Bleche --22, 23--und jedem ebenen Abschnitt der Kathode zusammengesetzt ist, ergibt sich eine stabile und starre Katho denkonstruktion.
Das durch die Bezugsziffer --18-- bezeichnete und in den Fig. 6 und 7 gezeigte Steuergitter ergibt eine Steuermöglichkeit für jede einzelne Strahlintensität und den Strahlstrom. Das Steuergitter--18--weist im bevorzugten Ausführungsbeispiel die allgemeine Form einer rechteckigen Platte auf und besitzt ferner eine Vielzahl von Löchern oder Öffnungen--18A--die in Reihen entlang von Achsen angeordnet sind, die parallel zu den Mittelachsen der fünf ebenen, das Kathodenmaterial--26--tragenden Abschnitten--23C--der Kathode angeordnet und mit diesen ausgerichtet sind.
Zur Erzielung der 35 Elektronenstrahlen sind fünf Reihen
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einen anfänglichen oder unplattierten Durchmesser von beispielsweise 0, 3 mm aufweisen, wobei jede Öffnung ein abgestuftes Eingangs- und Ausgangsende aufweist, das durch einen ringförmigen Öffnungsteil mit geringfügig grösserem Querschnitt am Eingangs- bzw. Ausgangsende gebildet ist. Das keramische Substrat--18B--ist mit einer Goldplattierung versehen, die mit--18C--bezeichnet ist, die dadurch gebildet wird, dass zunächst eine Goldschicht mit einer anfänglichen Dicke von ungefähr 1000 A (oder ungefähr zehn Tausendstel eines Millimeters) durch ein Vakuumverfahren aufgebracht wird, das als "Zerstäubungsverfahren" bekannt ist.
Diese aufgesprühte Goldschicht wird auf beide Oberflächen des Substrats--18B--und auf die Innenwände der Gitteröffnungen --18A-- aufgetragen, um ein festes Anhaften des metallischen Goldes am keramischen Substrat sicherzustellen. Das Steuergittersubstrat wird dann auf elektrischem Wege galvanisiert oder plattiert, um die Dicke des Goldes auf 0, 025 mm zu erhöhen. Alternativ kann zuerst Kupfer auf das keramische Substrat aufgetragen werden, worauf das Substrat dann mit Nickel galvanisiert wird, um eine Dicke von ungefähr 0, 025 mm zu erreichen. Nach der Galvanisierung oder Elektroplattierung des Steuergitters wird ein überzug aus einem photoempfindlichen Ätz-Abdecklack aufgetragen.
Dieser photoempfindliche Ätz-Abdecklack wird dann mit Hilfe einer präzisen photographischen Glasplatte belichtet, die ein negatives Bild der Steueröffnungen und ihrer Befestigungs-Metallpfade aufweist, und der Abdecklack wird dann entsprechend der Empfehlungen des jeweiligen Herstellers verarbeitet, und die Platte wird in einer Königswasser-Lösung geätzt, die aus einem Teil Chlorwasserstoffsäure besteht, die mit 3 Teilen Salpetersäure gemischt ist, um das ungewünschte metallische Gold abzuätzen. Alternativ kann das ungewünschte metallische Gold durch eine Lösung aus Wasserstoffsuperoxyd enthaltenden Natriumcyanid oder mit Hilfe eines elektrolytischen Ätzverfahrens mit alkalischen Cyanid-Lösungen und einer Stahlkathode unter Verwendung einer Gleichspannung von 6 V fortgeätzt werden.
Die erste Anode--19--ist im wesentlichen gleich dem Steuergitter--18--, und das keramische Substrat--19B-kann eine identische Grösse und einen identischen Aufbau aufweisen wie das Substrat des Steuergitters und ist in gleicher Weise mit 35 Öffnungen--19A--versehen.
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Während das Steuergitter --18-- jedoch 35 getrennte leitende Anschlusspfade --18C-- aufweist, die zu Gitteranschlüssen an den Kanten des Steuergitters führen, ist die vom Steuergitter fort bzw. auf den Schirm gerichtete Oberfläche der ersten Anode--19--mit einer Schicht aus Gold versehen, ähnlich der, wie sie auf dem Steuergitter vor dem Ätzen vorgesehen ist, wobei die Goldschicht auf der ersten Anode lediglich durch die Strahlöffnungen-19A-unterbrochen ist. Die andere Oberfläche der ersten Anode-19--, die auf das Steuergitter gerichtet ist, weist keine Goldauflage mit der Ausnahme eines Randes mit einer Breite von 0, 025 mm um die Öffnungen auf.
Sowohl das Steuergitter --18-- als auch die erste Anode --19-- können eine Dicke von ungefähr 1, 5 mm haben.
Zur Vermeidung der sonst auftretenden Strahldivergenz durch die Abstossung der Elektronenstrahlen ist die Kathodenstrahlröhre mit einer schraubenförmigen Gradientfeld-Anode-28-versehen, die im Halsabschnitt - zwischen der üblichen rechteckigen rohrförmigen Beschleunigungsanode-20-und dem vorderen Ende des Halsabschnittes vorgesehen ist. Die schraubenförmige Gradientfeld-Anode--28--ist als 2 mm breiter leitender Pfad ausgebildet, der sich schraubenförmig entlang der Innenwand des Glashalses--11--der Kathodenstrahlröhre erstreckt und die Elektronenstrahlen umgibt und einen derartigen Widerstand und eine derartige Zusammensetzung aufweist, dass sich ein Potentialabfall von ungefähr 14000 V über die gesamte Länge
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auf.
Das der Kathode am nächsten liegende Ende der schraubenförmigen Anode ist in einem Ausführungsbeispiel mit-24000 V Gleichspannung verbunden, wobei die erste Anode-19-mit ungefähr-24000 bis-24500 V
Gleichspannung und die Kathode mit ungefähr -24000 V Gleichspannung verbunden ist. Die graduelle Intensität der negativen Hochspannung, die die Elektronenstrahlpfade durch die Kathodenstrahlröhre von der Kathode bis zum Schirm umgibt, beseitigt die normale Strahldivergenz, die sich von der Abstossung gleicher Ladungen des
Strahles ergibt. Das Potential der schraubenförmigen Anode weist ein maximales negatives Potential am kathodenseitigen Ende der Schraubenlinie auf, wo die Elektronengeschwindigkeit jedes Strahles am niedrigsten ist und die Strahldivergenz maximal ist.
Dieses negative Potential der schraubenförmigen Anode--28-- vermindert sich graduell in Richtung auf die Schirmfläche, und gleichzeitig wächst die Elektronengeschwindigkeit an, um ein weniger negatives Potential zur Beibehaltung der Strahlausrichtung zu benötigen. Die schraubenförmige Anode endet mit einem Verbindungspunkt mit einer metallischen Verzerrungs-Korrekturanode, die schematisch mit --30-- in Fig. 3 bezeichnet ist und die mit einem Potential von ungefähr -10000 V Gleichspannung verbunden ist, um kissen- oder tonnenförmige Verzeichnungen zu beseitigen, die typisch für
700-Ablenksysteme sind.
Durch die vorstehend beschriebene Konstruktion unter Verwendung der wabenförmigen Kathodenstruktur, die fünf langgestreckte ebene und das Kathodenmaterial tragende Kathpdenabschnitte ergibt und zusammen mit dem Steuergitterelement und dem ersten Anodenelement mit fünf Reihen von sieben Öffnungen, die jeweils mit den ebenen Abschnitten des Kathodenmaterials der Kathode ausgerichtet sind, ergibt sich eine vorteilhafte Konstruktion für eine Kathodenstrahlröhre mit beispielsweise 35 steuerbaren Strahlen. Auf Grund der 35 unabhängig gesteuerten Elektronenstrahlen im Kathodenstrahlröhrenkolben gibt die Kathodenstrahlröhre maximal die 35fache Gesamtgeschwindigkeit einer üblichen Einstrahl-Elektronenstrahlröhre und die 5fache Schreibgeschwindigkeit vorhandener Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhren.
Die wabenförmige Kathodenkonstruktion ergibt eine gleichförmige Elektronenemission und eine minimale Verbiegung der Kathode durch die Heizwirkung des Heizfadens. Das Steuergitter--18--und die erste Anode--19--unter Verwendung von Gold ergeben einen nicht-oxydierenden metallischen Leiter, der eine ausgezeichnete Leitfähigkeit über feine Linien beibehält und frei von einer Oxydation vor der Fertigung ist und der bei Temperaturen bei der Röhrenherstellung oder bei Betriebstemperaturen stabil bleibt. Die schraubenförmige Gradienten-Beschleunigungsanode-98-ergibt eine Möglichkeit zur Beseitigung der sonst üblichen Divergenz der vielen Elektronenstrahlen, die sich aus der Abstossung gleicher Ladungen ergibt.
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