AT500917A1

AT500917A1 - Flüssigmetall-ionenquelle

Info

Publication number: AT500917A1
Application number: AT12332004A
Authority: AT
Original assignee: Arc Seibersdorf Res Gmbh
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-04-15
Also published as: AT500917B8; AT500917B1

Description

Patentanspruches 1.
Derartige Flüssigmetall-Ionenquellen finden eine breite Anwendung, z.B. zum Bearbeiten von Gegenständen, zum Auftragen von Schichten oder auch in Massenspektrometern. Derartige Quellen können auch benutzt werden, um eine hochpräzise Schubkraft für Satellitenantriebe zu erzeugen.
In Fig. 1 ist eine Flüssigmetall-Ionenquelle, so wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, schematisch dargestellt. Der Emitter 1 umfasst einen Austrittsbereich bzw. eine Austrittsöffnung 2 und kragt von einem Gehäuse 3 aus, in dem sich das flüssige oder verflüssigte Metall befindet. Das Gehäuse 3 umfasst einen Hohlraum 4 zur Aufnahme des zu verflüssigenden Metalles und fungiert als Speicher. Der Emitter 1 wird üblicherweise von einer Nadel oder einer Kapillare gebildet.

Im dargestellten Fall ist der Emitter 1 von einer Kapillare gebildet, die durch einen entsprechenden Kapillardurchgang 5 das flüssige Metall von dem Hohlraum 4 zum Abstrahlbereich 2 fördert. Typische Treibstoffe bzw. Metalle sind Indium, Gallium oder Caesium.
Gegenüber dem Emitter befindet sich ein Extraktor 6 mit einer Austrittsöffnung 7. Zwischen das Gehäuse 3 bzw. den Emitter 1 einerseits und den Extraktor 6 anderseits ist eine Hochspannungsquelle 8 geschaltet, welche die Extraktorelektrode 6 und den Emitter 1 mit einer entsprechenden Spannung versorgt, um einen lonenstrahl zu erzeugen. Mit einer Heizung 9 kann das Gehäuse 3 erwärmt werden, um das in diesem befindliche Metall 4 zu verflüssigen.
Um höhere Schubkräfte zu erzielen, werden derartige lonenquellen vorzugsweise geclustert.

Um einen Cluster von Metallionenquellen mit nur einer Spannungsquelle ansteuern zu können, so wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, müssen die einzelnen Emitter 1 vorzugsweise eine hohe Impedanz aufweisen. Je höher die Impedanz der einzelnen Quellen ist, desto kleiner sind allfällige Stromschwankungen in Anbetracht der gemeinsamen Hochspannungsquelle. Bisher wurden hohe Impedanzen mit glatten Nadelemittern erreicht (z.B. Mair, G.L.R., "The Effects of Flow Impedance on the Current-Voltage Characteristics of Liquid-Metal Ion Sources", J.Phys.D.: Appl. Phys., 30, 1997, pp. 1945 - 1950). Derartige Nadelemitter zeigen aber keine Langzeitstabilität, insbesondere wie sie für den Einsatz eines Weltraumtriebwerkes benötigt wird.

Auch ihr Benetzungsverhalten ist mangelhaft.
Ziel der Erfindung ist die Erreichung einer entsprechend hohen Impedanz bei Emittern, welche mit Kapillarkräften arbeiten bzw. mit Kapillarkräften das verflüssigte Metall zum insbesondere im Abstrahlbereich, wenig bzw. nicht anfällig sind.
Weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine stabil arbeitende lonenquelle zu erstellen, die betriebssicher bei im Wesentlichen gleichbleibenden Spannungsabfall arbeitet bzw. geringe Schubschwankungen zeigt.
Dieses Ziel wird bei einer lonenquelle der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen erreicht.
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, eine Reduktion des Strömungsquerschnittes für das flüssige Metall bzw.

des Querschnittes der Förderstrecke, insbesondere des Kapillardurchganges, über zumindest einen Abschnitt des Weges vom Hohlraum zum Emissionszentrum bzw. zur Abstrahlöffnung hin zu erreichen. Die erhöhte Impedanz einer derartigen lonenquelle, im Vergleich zu einer nicht erfindungsgemäss ausgestalteten Flüssigmetallionenquelle, ergibt sich einerseits aus dem Querschnitt der Förderstrecke bzw. des Kapillardurchganges und anderseits aus der Länge, über die das flüssige Metall. In diesem definierten Querschnitt fliessen muss. Es zeigte sich dabei, dass der Förderswiderstand bzw. die Länge des Kapillardurchganges, über die das verflüssigte Metall durch einen definierten Querschnitt mit bestimmten minimalen Abmessungen gefördert wird, in eindeutigem Zusammenhang mit der Impedanz der lonenquelle steht.

Es ist also möglich, die Impedanz der Spannungsquelle durch den gewählten reduzierten bzw. engen Querschnitt des zumindest einen Kapillardurchganges und die gewählte Länge, über die dieser gegebenenfalls gegenüber dem restlichen Störungsquerschnitt reduzierten bzw. engen Querschnitt aufrecht erhalten bzw. vorgesehen wird, zu bestimmen. Es sind die für den jeweiligen Einsatzzweck vorteilhaften Werte für die Impedanz vorzugeben bzw. zu wählen und können durch entsprechende Konfiguration eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Merkmale des Patentanspruches 2 verwirklicht.

Diese Ausführungsform wird vor allem dann gewählt, wenn die Kapillardurchgänge im Wesentlichen kreisförmigen oder einen annähernd kreisförmigen oder einen vergleichbaren Querschnitt aufweisen.
Die Merkmale gemäss Anspruch 3 sind dann von Vorteil, wenn das Verhältnis der kürzesten Abmessung zu der längsten Abmessung grösser als 10 ist.

Hingegen sind die Merkmale des Anspruches 4 von Vorteil, wenn als Durchmesser des Kapillardurchganges ein Kreis gewählt wird, dessen Fläche der Fläche des Rechteckes entspricht, das von der insbesondere mittleren, kürzesten Abmessung und der insbesondere mittleren, längsten Abmessung des längsten Abmessung kleiner/gleich 10 ist.
Die Förderstrecke kann über ihre gesamte Länge gemäss den Merkmalen der Ansprüche 2 oder 3 oder 4 aufgebaut sein, oder sie kann einzelne insbesondere bezüglich ihres Querschnittes reduzierte Abschnitte aufweisen, die den Merkmalen der einzelnen Ansprüche 2, 3 und/oder 4 entsprechen und insgesamt bzw. in Summe die gewünschte Impedanz ausbilden.
Der Kapillardurchgang muss somit nicht durchgehend in gleicher Art und Weise ausgebildet sein.

Vorteilhaft kann er beginnend im Abstand von der Abstrahlungsöffnung bis zu dieser Abstrahlungsöffnung hin eine entsprechende Länge L besitzen, über die die erforderlichen Querschnittsverhältnisse ausgebildet sind.
Bei kleinen Innendurchmessern von einigen [mu]m sind akzeptable Längen des Kapillardurchganges im Bereich von einigen mm realisierbar. Wenn grössere Abmessungen bzw. Durchmesser des Kapillardurchganges verwendet werden, so ist die Länge des Kapillardurchganges entsprechend zu vergrössern, wozu der allenfalls von einem Röhrchen gebildete Kapillardurchgang im Inneren eines Gehäuses aufgespult werden kann.
Alternativ zur Verwendung von Röhrchen bzw. Kapillardurchgängen, die in einem Träger ausgebildet sind, können auch Förderstrecken ausgebildet werden, die auf der Oberfläche eines Trägerkörpers ausgebildet sind.

Als Trägerkörper kommen vor allem Nadeln in Frage, in deren Oberflächen Rillen oder Nuten ausgearbeitet sind oder Nadeln, die zusammenwirken bzw. nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich bzw. miteinander die Förderstrecke ausbilden bzw. begrenzen. Für derartige auf Oberflächen ausgebildete Förderstrecken gelten die gleichen Bedingungen bezüglich Länge und Querschnitt, so wie sie für in einem Körper ausgebildete Kapillardurchgänge gelten.
Vorteilhafterweise reichen die Kapillardurchgänge von dem Gehäuse bis zur Austrittsöffnung am Emitter.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Flüssigmetall-Ionenemitters. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Flüssigmetall-Ionenemitters-Clusters mit einer Spannungsversorgung.

Fig. 3 zeigt schematisch ein zu einem Kapillardurchgang aufgewickeltes Röhrchen. Fig. 4 zeigt einen Kapillardurchgang, bei dem im Hohl des Kapillardurchgangs ein Draht angeordnet ist. Fig. 5 zeigte einen schematischen Schnitt Kapillardurchgang. Fig. 7 zeigt schematisch den Endbereich bzw. den Abstrahlbereich einer lonenquelle. Fig. 8 zeigt schematisch voneinander beabstandete Förderstrecken. Fig. 9 und 10 zeigen auf Oberflächen ausgebildete Förderstrecken. Figuren 12 und 13 zeigen Ausführungsformen von Kapillardurchgängen. Fig. 11 zeigt schematisch unterschiedliche Querschnitte von Kapillardurchgängen.

Fig. 14, 15 und 16 zeigen unterschiedliche Ausbildungen von Förderstrecken auf Oberflächen von Trägerkörpern.
Um eine ausreichende Förderung von Flüssigmetall von dem Hohlraum 4 zum Abstrahlbereich 2 zu fördern, ist vor allem die Einstellung der entsprechenden Impedanz der lonenquelle erforderlich. Erfindungsgemäss wird die Impedanz der Quelle auf zumindest 20 M[Omega], vorzugsweise zumindest 40 M[Omega], eingestellt. Zur Einstellung der Impedanz werden der Querschnitt und die Länge zumindest eines Abschnittes der Förderstrecke aufeinander abgestimmt.

Dabei ist es möglich, nicht nur einen Abschnitt bzw. eine bestimmte Länge der Förderstrecke mit einem vorgegebenen, reduzierten Querschnitt auszubilden, sondern es können auch mehrere, getrennte bzw. nicht aufeinander folgende Abschnitte mit unterschiedlichen Längen und reduzierten Querschnitten vorgesehen sein, wobei jedoch die reduzierten Querschnitte und Längen der einzelnen Abschnitte derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Abschnitte in Summe bzw. die ausgebildete vorgesehenen Förderstrecke bzw. die ausgebildeten Kapillardurchgänge die gewünschte Impedanz ergeben.
So ist z.B. in Fig. 2 eine Förderstrecke bzw. ein Kapillardurchgang mit einer Länge L dargestellt, die vom Hohlraum 4 bis zum Abstrahlbereich 2 reicht.

In Fig. 4 ist eine Förderstrecke eingezeichnet, die über einen bestimmten Längenbereich L von einem Ringspalt zwischen einem Röhrchen und einem in diesem Röhrchen angeordneten Drahtstück 11 gebildet wird. In Fig. 9 ist eine Förderstrecke 10 der Länge L auf der Oberfläche eines Trägerkörpers 14 ausgebildet.
Es ist möglich, wie in Fig. 8 dargestellt, über den gesamten Förderweg von dem im Gehäuse 3 befindlichen Hohlraum 4 bis zum Emitter 1 bzw. bis zu dessen Abstrahlbereich 2 eine Anzahl von Förderstrecken auszubilden, die in Fig. 8 schematisch mit I, II, III dargestellt sind.

Jede dieser Förderstrecken I, II, III kann eine bestimmt abgestimmte Länge Li, L2, L3aufweisen, sodass in Summe die Förderstrecke einen Gesamtströmungswiderstand aufweist, der die erfindungsgemäss gewünschte bzw. einzustellende Impedanz ergibt.
Sofern eine Förderstrecke in einem Trägerkö[phi]er, z.B.

in dem Emitter 1 selbst, ausgebildet ist und diese Förderstrecke von einem Röhrchen oder einem kreisähnlichen Querschnitt Hohlraum 4 und dem Abstrahlbereich 2, insbesondere der Abstrahlöffnung, die Förderstrecke 10, insbesondere der Kapillardurchgang, über einen Abschnitt oder über eine Anzahl von gegebenenfalls in Abstand gelegenen Abschnitten I, II, III die Bedingung 1 10<7><L/D<4><1 10<12>, vorzugsweise 1 10<8><L/D<4><1 10<10>, insbesondere 4 10<8>< IJD<4>< 8 10<9>,
erfüllt, wobei
L die Länge des einzigen vorhandenen Abschnittes oder die Gesamtlänge der betrachteten bzw. vorgesehenen Abschnitte I, II, III und D der mittlere Durchmesser des oder der jeweiligen kreisförmigen oder kreisähnlichen
Querschnitt aufweisenden Abschnitte(s) sind.
Eine derartige Bedingung könnte z.B. für die in Figuren 2 und 3 dargestellten Förderstrecken gelten.

In Fig. 3 ist die Förderstrecke 10 von einem Röhrchen gebildet, das zur Erzielung der erforderlichen Länge in Windungen gelegt wurde und in das Gehäuse 3 mit dem Flüssigmetall 4 hineinreicht. Die Gesamtlänge der vorgegebenen Förderstrecke 10 reicht vom Endbereich der Förderstrecke 10 mit der das Röhrchen in das Flüssigmetall 4 hineinragt bis zum Abstrahlbereich 2. Der Durchmesser D und die Länge L des Röhrchens sind aufeinander abgestimmt, um die zuvor angeführte Bedingung zu erfüllen.
Insbesondere für rechteckförmige Querschnitte sind vorteilhafterweise die Bedingungen der Ansprüche 3 oder 4 vorgesehen.

Die Merkmale des Anspruches 4 sind zweckmässig, wenn beispielsweise wie in Fig. 11 rechts dargestellt, der Querschnitt eine etwa langgestreckt rechteckförmige Gestalt aufweist und die insbesondere mittlere, längste Abmessung des Querschnittes mehr als 10 mal so gross ist wie die insbesondere mittlere, kürzeste Abmessung des Querschnittes.
In Fig. 11 links ist ein rechteckförmiger Querschnitt dargestellt, bei dem die insbesondere mittlere, längste Abmessung weniger als 10 mal so gross ist wie die insbesondere mittlere, kürzeste Abmessung;

in diesem Fall sind die Merkmale des Anspruches 3 zur Bestimmung der Länge der Förderstrecke bzw. zur Einstellung der gewünschten Impedanz von Vorteil.
Sofern wie in Fig. 4 dargestellt, die Förderstrecke 10 von einem Ringspalt ausgebildet wird, so ist es gemäss Anspruches 5 von Vorteil, wenn in dem Hohl des Kapillardurchganges 10 ein Füllstück 11 , insbesondere ein Draht, angeordnet ist, wobei vorteilhafterweise die Dicke des gebildeten Schlitzes als Parameter di 0,1 bis 10 [mu]m, vorzugsweise 0,1 bis 2 [mu]m, der Drahtumfang als Parameter d20,01 bis 0,007 mm, vorzugsweise 0,02 bis 0,006 mm, vorzugsweise 0,5 bis 4 mm, betragen.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass bei Kapillardurchgängen, die abschnittsweise bzw.

zumindest über einen Abschnitt oder über die Gesamtlänge der vorgesehenen Abschnitte I, II, IM reduzierten Querschnittes mit verdichtetem, feinkörnigen, gegebenenfalls gesintertem oder kompaktiertem Pulver bzw. Pulvermaterial gebildet bzw. gefüllt sind, der freie Durchgangsquerschnitt für das (die) verflüsssigte Metall bzw. Metalllegierung als Parameter D0angesehen bzw. gewählt ist. In Fig. 6 ist verdeutlicht, dass der freie Durchgangsquerschnitt D0von den Bereichen ausgebildet ist, die nicht von den Pulverkörnern besetzt sind. Durch entsprechende Kompaktierung und/oder Sinterung des Pulvers können der freie Durchgangsquerschnitt und die Länge des derart verengten Kapillardurchganges eingestellt werden.

Anstelle eines Pulvers könnten auch Pakete von Drähten oder Stiften, gegebenenfalls in gequetschter bzw. kompaktierter Form in einem Gehäuse angeordnet einen Kapillardurchgang mit vorgegebenen Durchgangsquerschnitt D0ausbilden.
Eine mögliche Reduktion des Querschnittes des Kapillardurchganges wird auch dadurch erreicht, dass ein z.B. zylindrisches oder eckiges Röhrchen gequetscht und der gequetschte Innenraum auf entsprechende Querschnittsabmessungen gebracht wird, die den Förderwiderstand in entsprechende Weise begrenzen und damit die gewünschte Impedanz ausbilden.
Von Vorteil kann es sein, wenn die Förderstrecke, insbesondere der Kapillardurchgang von zumindest zwei Träger- bzw. Längsteilen 14 begrenzt ist, wobei in zumindest einem Trägerbzw.

Längsteil 14 eine längs verlaufende, das Hohl des Kapillardurchganges 10 definierende Ausnehmung ausgebildet ist oder wobei die Längsteile 14 zur Ausbildung des Hohls mit Zwischenlagen 12 in gegenseitigem Abstand gehalten sind. In Fig. 12 ist eine Förderstrecke dargestellt, bei der zwei Trägerkörper 14 einander gegenüberliegend angeordnet und über Füllstücke bzw. Zwischenlagen 12 oder durch Schweissen miteinander verbunden sind und zwischen sich die Förderstrecke 10 begrenzen.

In Fig. 13 sind zwei Trägerkörper 14 aneinander gelegt, wobei in einem der Trägerkörper 14 die Förderstrecke 10 ausgebildet ist.
Von Vorteil kann es sein, wenn die Förderstrecke 10 bzw. der Kapillardurchgang auf der Oberfläche zumindest eines Trägerkörpers 14, z.B. einer Nadel, eines Stiftes od.dgl., in Form einer die Länge L bzw. die Parameter D bzw. di und d2aufweisenden Vertiefung, z.B. Nut, Rille od.dgl., ausgebildet ist, wobei vorteilhafterweise die Vertiefung in dem zumindest einen oder zwischen zwei benachbart angeordneten Trägerkö[phi]ern 14 vom Hohlraum 4 bis zum Abstrahlbereich 2 bzw. bis zur Abstrahlöffnung geführt ist. Dabei werden die Förderstrecke 10 bzw. ihrer Parameter durch den Querschnittsflächenbereich bzw.

Querschnitt des Förderstromes definiert, über bzw. in dem das verflüssigte Metall durch Kapillarkraft gefördert ist.
Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für diese Vorgangsweise ist in Fig. 9 dargestellt. Auf einem nadeiförmigen Trägerkörper 14 ist von der Oberfläche her eine Förderstrecke 10 vertieft ausgebildet. Dieses Vertiefen kann durch mechanisches, elektrisches oder strahlungstechnisches Abtragen, z.B. mit Laser oder FIB, ausgebildet werden.
In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform von oberflächlich ausgebildeten Förderstrecken 10 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind zwei stab- bzw. nadeiförmige Trägerkörper 14 nebeneinander angeordnet, insbesondere miteinander längs ihrer berührenden Oberflächenbereiche, z.B. durch Schweissen, verbunden. Durch die in den Verbindungsbereichen ausgebildeten Vertiefungen bzw.

Zwickelbereichen 15 wird eine entsprechende Förderstrecke 10 ausgebildet. Die Parameter einer derartig ausgebildeten Förderstrecke 10 haben den oben angegebenen Bedingungen zu entsprechen, um die gewünschte Impedanz zu erreichen.
Oberflächlich ausgebildete Förderstrecken 10 in Form von Vertiefungen 15 sind auch in den Fig. 14 bis 16 dargestellt. In Fig. 14 ist eine Förderstrecke ausgebildet, die den Bedingungen des Anspruches 4 entspricht. Die Förderstrecke gemäss Fig. 15 entspricht den Bedingungen des Anspruches 3.

Die Vertiefung 15 gemäss Fig. 16 kann unter die Bedingungen des Anspruches 2 subsumiert werden.
Bei der Ausführungsform der Fig. 7 ist vorgesehen, dass der Halbwinkel ([alpha]) der äusseren
Oberfläche des Bereichs 2 bzw. der diesen begrenzenden Endwandflächen im Querschnitt gesehen kleiner ist als 50[deg.], vorzugsweise kleiner als 40[deg.], insbesondere kleiner als 35[deg.]. Bei einer derartigen Ausbildung der Endwandflächen des Abstrahlbereiches wird ein Ausbreiten des flüssigen Metalls ausserhalb des Emitters vermieden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Abstrahlbereich 2, insbesondere die Abstrahlöffnung, in einem Emitterkörper 5 ausgebildet ist, der frei auskragt bzw. von der Wand des Gehäuses 3 vorsteht.

Einfach herzustellen sind derartige Quellen, wenn die Förderstrecke 10, insbesondere der Kapillardurchgang, von dem Hohlraum 4 bis zum Abstrahlbereich 2 bzw. bis zur Abstrahlöffnung in gleicher Weise kontinuierlich ausgebildet bzw. geformt ist und über seine Länge L gleiche bzw. vergleichbare Parameter besitzt.

Claims

1 10<7><L/D<4><1 10<12>, vorzugsweise 1 10<8><IJD<4><1 10<10>, insbesondere 4 10<8>< L/D<4>< 8 10<9>, erfüllt, wobei L die Länge des Abschnittes oder die Gesamtlänge der betrachteten bzw. vorgesehenen Abschnitte (I, II, III) und Do der Durchmesser eines Kreises ist, der flächengleich der mittleren

Querschnittsfläche der Förderstrecke (10), insbesondere des Kapillardurchganges, ist, wobei i die, insbesondere mittlere, kürzeste Abmessung und d2die, insbesondere mittlere, längste Abmessung des Querschnittes der

Förderstrecke (10), insbesondere des Kapillardurchganges, sind und das Verhältnis von d2zu d^ kleiner/gleich 10 ist.

1 10<9><L/(d2d,<3>)<1 10<14>, vorzugsweise 1 10<11><L/(d2d[iota]<3>)<1 10<12>, insbesondere 4 10<8>< U (d2di<3>) < 8 10<9>, erfüllt, wobei L die Länge des einzigen vorhandenen Abschnittes oder die Gesamtlänge der betrachteten bzw. vorgesehenen Abschnitte und

NACHGEREICHT d2die, insbesondere mittlere, längste Abmessung des Querschnittes der

Förderstrecke, insbesondere des Kapillardurchganges, sind und das Verhältnis von d2zu di grösser ist als 10, oder zwischen dem Hohlraum (4) und dem Abstrahlbereich (2), insbesondere der Abstrahlöffnung, gelegene, von Kreisform abweichende, insbesondere einen beträchtlich von Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisende Förderstrecke (10), insbesondere Kapillardurchgang, zumindest über einen Abschnitt oder über eine Anzahl von gegebenenfalls in Abstand gelegenen Abschnitten (I, II, III) die Bedingung

1 10<7><L/D<4><1 10<12>, vorzugsweise 1 10<8><UD <1 10<10>, insbesondere 4 10<8>< IJD<4>< 8 10<9>, erfüllt, wobei L die Länge des einzigen vorhandenen Abschnittes oder die Gesamtlänge der betrachteten bzw. vorgesehenen Abschnitte (I, II, III) und D der mittlere Durchmesser des oder der jeweiligen kreisförmigen oder kreisähnlichen Querschnitt aufweisenden Abschnitte(s) sind, oder zwischen dem Hohlraum (4) und dem Abstrahlbereich (2), insbesondere der Abstrahlöffnung, die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, über einen Abschnitt oder über eine Anzahl von gegebenenfalls in Abstand gelegenen Abschnitten (I, II, III) die Bedingung

1. Flüssigmetall-Ionenquelle, insbesondere clusterfähige Flüssigmetall-Ionenquelle, umfassend ein elektrisch leitendes, insbesondere mit einer Heizeinrichtung versehenes Gehäuse (3), vorzugsweise aus Metall, mit einem Hohlraum (4) zur Aufnahme von flüssigem(r) oder verflüssigbarem(r) Metall, vorzugsweise Indium, Caesium, Galllium, oder Metalllegierung, wobei der Hohlraum (4) über eine kapillare Förderstrecke (10), insbesondere Kapillardurchgang, mit einem Abstrahlbereich (2), insbesondere einer Abstrahlöffnung, kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) und der Querschnitt der Förderstrecke (10), insbesondere des Kapillardurchganges, in dem ein Transport des Flüssigmetalls mittels Kapillarkräften erfolgt, abschnittweise bzw.

über einen Abschnitt (I, II, III) oder über eine Anzahl von in Abstand gelegenen Abschnitten aufeinander abgestimmt sind und aufgrund des damit abgestimmten bzw. erreichten Gesamtströmungswiderstandes die Impedanz der Quelle auf zumindest 20 M[Omega], vorzugsweise zumindest 40 M[Omega], eingestellt ist, wozu entweder zwischen dem Hohlraum (4) und dem Abstrahlbereich (2), insbesondere der Abstrahlöffnung, die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, über einen Abschnitt oder über eine Anzahl von gegebenenfalls in Abstand gelegenen Abschnitten (I, II, III) die Bedingung

1 10<7><L/D<4><1 10<12>, vorzugsweise 1 10<8><L/D<4><1 10 ,10 insbesondere 4 10<8>< L/D<4>< 8 10<9>,

erfüllt, wobei

L die Länge des Abschnittes oder die Gesamtlänge der betrachteten bzw. vorgesehenen Abschnitte (I, II, III) und D0der Durchmesser eines Kreises ist, der flächengleich der mittleren Querschnittsfläche der Förderstrecke (10), insbesondere des Kapillardurchganges, ist, wobei di die, insbesondere mittlere, kürzeste Abmessung und d2die, insbesondere mittlere, längste Abmessung des Querschnittes der Förderstrecke

1 10<9><L/(d2d,<3>)<1 10<14>, vorzugsweise 1 10<11><L/(d2d[iota]<3>)<1 10<12>, insbesondere 4 10<8>< U (d2d^) < 8 10<9>,

erfüllt, wobei betrachteten bzw. vorgesehenen Abschnitte und di die, insbesondere mittlere, kürzeste Abmessung und d2die, insbesondere mittlere, längste Abmessung des Querschnittes der Förderstrecke, insbesondere des Kapillardurchganges, sind und das Verhältnis von d2zu d\grösser ist als 10.

1 10<7><L/D<4><1 10<12>, vorzugsweise 1 10<8><L/D<4><1 lO<10>, insbesondere 4 10<8>< IJD<4>< 8 10<9>,

erfüllt, wobei

L die Länge des einzigen vorhandenen Abschnittes oder die Gesamtlänge der betrachteten bzw. vorgesehenen Abschnitte (I, II, III) und D der mittlere Durchmesser des oder der jeweiligen kreisförmigen oder kreisähnlichen

Querschnitt aufweisenden Abschnitte(s) sind.

über einen Abschnitt (I, II, III) oder über eine Anzahl von in Abstand gelegenen Abschnitten aufeinander abgestimmt sind und aufgrund des damit abgestimmten bzw. erreichten Gesamtströmungswiderstandes die Impedanz der Quelle auf zumindest 20 M[Omega], vorzugsweise zumindest 40 M[Omega], eingestellt ist.

2. Quelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer als Ringspalt ausgebildeten Förderstrecke (10) die mittlere Spaltbreite als Parameter d2und der Innenumfang (U) als Parameter di angesehen bzw. gewählt sind.

2. Quelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hohlraum (4) und dem Abstrahlbereich (2), insbesondere der Abstrahlöffnung, die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, über einen Abschnitt oder über eine Anzahl von gegebenenfalls in Abstand gelegenen Abschnitten (l.ll.lll) die Bedingung

3. Quelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kapillardurchgängen, die abschnittweise bzw. zumindest über einen Abschnitt oder die Gesamtlänge der vorgesehenen Abschnitte (I, II, III) mit gegebenenfalls verdichtetem, feinkörnigem, gegebenenfalls gesintertem oder kompaktiertem Pulver bzw. Pulvermaterial gebildet bzw. gefüllt sind, der freie Durchgangsquerschnitt für das (die) verflüssigte Metall bzw. Metalllegierung als Parameter D0angesehen bzw. gewählt ist.

3. Quelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hohlraum (4) und dem Abstrahlbereich (2), insbesondere der Abstrahlöffnung, die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, über einen Abschnitt oder über eine Anzahl von gegebenenfalls in Abstand gelegenen Abschnitten (I, II, III) die Bedingung

4. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapillardurchgang (10) von einem Rohr bzw. Röhrchen mit im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt gebildet ist.

NACHGEREICHT Kapillardurchgang (10) bildendes Röhrchen, insbesondere über die Länge (L) des(r) jeweiligen Abschnitte(s), vorzugsweise über seine Gesamtlänge, aufgewickelt bzw. in Form von Windungen einer Spule angeordnet ist.

4. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Hohlraum (4) und dem Abstrahlbereich (2), insbesondere der Abstrahlöffnung, gelegene, von Kreisform abweichende, insbesondere einen beträchtlich von Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisende Förderstrecke (10), insbesondere Kapillardurchgang, zumindest über einen Abschnitt oder über eine Anzahl von gegebenenfalls in Abstand gelegenen Abschnitten (I, II, III) die Bedingung

5. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer als Ringspalt ausgebildeten Förderstrecke (10) die mittlere Spaltbreite als Parameter d2und der Innenumfang (U) als Parameter di angesehen bzw. gewählt sind.

6. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohl des Kapillardurchganges (10) ein Füllstück (11) , insbesondere ein Draht, angeordnet ist, wobei vorteilhafterweise die Dicke des gebildeten Schlitzes als Parameter di 0,1 bis 10 [mu]m, vorzugsweise 0,1 bis 2 [mu]m, der Drahtumfang als Parameter d20,01 bis 0,007 mm, vorzugsweise 0,02 bis 0,006 mm, insbesondere 0,03 bis 0,05 mm, und die Länge L des(r) Abschnitte(s) 0,3 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 4 mm, betragen.

6. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kapillardurchgängen, die abschnittweise bzw. zumindest über einen Abschnitt oder die Gesamtlänge der vorgesehenen Abschnitte (I, II, III) mit gegebenenfalls verdichtetem, feinkörnigem, gegebenenfalls gesintertem oder kompaktiertem Pulver bzw. Pulvermaterial gebildet bzw. gefüllt sind, der freie Durchgangsquerschnitt für das (die) verflüssigte Metall bzw. Metalllegierung als Parameter D0angesehen bzw. gewählt ist.

7. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, von zumindest zwei Trägerbzw. Längsteilen (14) begrenzt ist, wobei in zumindest einem Träger- bzw. Längsteil (14) eine längs verlaufende, das Hohl des Kapillardurchganges definierende, Ausnehmung ausgebildet ist oder die Längsteile (14) zur Ausbildung des Hohls in gegenseitigem Abstand angeordnet bzw. gehalten sind.

8. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapillardurchgang (10) über die Länge (L) durch Quetschen eines Röhrchens auf die gewünschte Abmessung reduziert ist, wobei vorteilhafterweise die Quetschung (13) des Kapillardurchganges vom Hohlraum (4) bis zum Abstrahlbereich (2), insbesondere im Bereich der Abstrahlöffnung, ausgebildet ist.

8. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Kapillardurchgang (10) bildendes Röhrchen, insbesondere über die Länge (L) des(r) jeweiligen Abschnitte(s), vorzugsweise über seine Gesamtlänge, aufgewickelt bzw. in Form von Windungen einer Spule angeordnet ist.

9. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (10) bzw. der Kapillardurchgang auf der Oberfläche zumindest eines Trägerkörpers (14) oder einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Trägerkö[phi]ern (14), z.B. Nadeln, Stiften od.dgl., in Form einer die Länge (L) bzw. die Parameter D bzw. di und d2bzw. D0aufweisenden Vertiefung (15), z.B. Nut, Rille od.dgl., in oder auf der Oberfläche des(r) ausgebildet ist, wobei vorteilhafterweise Vertiefung, z.B. die Nut bzw. die Rille, in dem zumindest einen oder zwischen den benachbart angeordneten Trägerkörpem (14) vom Hohlraum (4) bis zum Abstrahlbereich (2) bzw. bis zur Abstrahlöffnung geführt ist.

9. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohl des Kapillardurchganges (10) ein Füllstück (11) , insbesondere ein Draht, angeordnet ist, wobei vorteilhafterweise die Dicke des gebildeten Schlitzes als Parameter d^ 0,1 bis 10 [mu]m, vorzugsweise 0,1 bis 2 [mu]m, der Drahtumfang als Parameter d20,01 bis 0,007 mm, vorzugsweise 0,02 bis 0,006 mm, insbesondere 0,03 bis 0,05 mm, und die Länge L des(r) Abschnitte(s) 0,3 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 4 mm, betragen.

10. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen einer auf der Oberfläche zumindest eines Trägerkörpers (14) ausgebildeten Förderstrecke (10) bzw. ihrer Parameter durch den Flächenbereich definiert sind, in dem das verflüssigte Metall durch Kapillarkraft gefördert ist.

NACHGEREICHT Parameter D 0,1 bis 10 [mu]m, vorzugsweise 0,1 bis 5 [mu]m, und die Länge (L) 0,3 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 - 4 mm, betragen.

10. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, von zumindest zwei Trägerbzw. Längsteilen (14) begrenzt ist, wobei in zumindest einem Träger- bzw. Längsteil (14) eine längs verlaufende, das Hohl des Kapillardurchganges definierende, Ausnehmung ausgebildet ist oder die Längsteile (14) zur Ausbildung des Hohls in gegenseitigem Abstand angeordnet bzw. gehalten sind.

,10

Kapillardurchgang (10) von einem Rohr bzw. Röhrchen mit im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt gebildet ist.

(10), insbesondere des Kapillardurchganges, sind und das Verhältnis von d2zu d-[iota] kleiner/gleich 10 ist.

11. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapillardurchgang (10) über die Länge (L) durch Quetschen eines Röhrchens auf die gewünschte Abmessung reduziert ist, wobei vorteilhafterweise die Quetschung (13) des Kapillardurchganges vom Hohlraum (4) bis zum Abstrahlbereich (2), insbesondere im Bereich der Abstrahlöffnung, ausgebildet ist.

12. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, von dem Hohlraum (4) bis zum Abstrahlbereich (2) bzw. bis zur Abstrahlöffnung in gleicher Weise kontinuierlich ausgebildet bzw. geformt ist und über seine Länge (L) gleiche bzw. vergleichbare Parameter besitzt.

12. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (10) bzw. der Kapillardurchgang auf der Oberfläche zumindest eines Trägerkö[phi]ers (14) oder einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Trägerkö[phi]ern (14), z.B. Nadeln, Stiften od.dgl., in Form einer die Länge (L) bzw. die Parameter D bzw. di und d2bzw. D0aufweisenden Vertiefung (15), z.B. Nut, Rille od.dgl., in oder auf der Oberfläche des(r) ausgebildet ist, wobei vorteilhafterweise Vertiefung, z.B. die Nut bzw. die Rille, in dem zumindest einen oder zwischen den benachbart angeordneten Trägerkörpern (14) vom Hohlraum (4) bis zum Abstrahlbereich (2) bzw. bis zur Abstrahlöffnung geführt ist.

13. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich des insbesondere durch Quetschen hergestellten Kapillardurchganges (10) in Form eines Konus abgedreht ist, wobei der Krümmungsradius (R) der die Abstrahlöffnung begrenzenden Endwandbereiche kleiner als 10 [mu]m, vorzugsweise kleiner als 5 [mu]m, ist

13. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen einer auf der Oberfläche zumindest eines Trägerkörpers (14) ausgebildeten Förderstrecke (10) bzw. ihrer Parameter durch den Flächenbereich definiert sind, in dem das verflüssigte Metall durch Kapillarkraft gefördert ist.

14. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlbereich (2), insbesondere die Abstrahlöffnung, in einem Emitterkörper (5) ausgebildet ist, der frei auskragt bzw. von der Wand des Gehäuses (3) vorsteht.

14. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter D 0,1 bis 10 [mu]m, vorzugsweise 0,1 bis 5 [mu]m, und die Länge (L) 0,3 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 - 4 mm, betragen.

15. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der

Halbwinkel ([alpha]) des Abstrahlbereiches (2) bzw. der diesen begrenzenden

Endwandflächen im Querschnitt gesehen, kleiner als 50[deg.], vorzugsweise kleiner 40[deg.], insbesondere kleiner 35[deg.], ist.

15. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrecke (10), insbesondere der Kapillardurchgang, von dem Hohlraum (4) bis zum Abstrahlbereich (2) bzw. bis zur Abstrahlöffnung in gleicher Weise kontinuierlich ausgebildet bzw. geformt ist und über seine Länge (L) gleiche bzw. vergleichbare Parameter besitzt.

16. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich des insbesondere durch Quetschen hergestellten Kapillardurchganges (10) in Form eines Konus abgedreht ist, wobei der Krümmungsradius (R) der die Abstrahlöffnung begrenzenden Endwandbereiche kleiner als 10 [mu]m, vorzugsweise kleiner als 5 [mu]m, ist

17. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlbereich (2), insbesondere die Abstrahlöffnung, in einem Emitterkörper (5) ausgebildet ist, der frei auskragt bzw. von der Wand des Gehäuses (3) vorsteht.

18. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der

Halbwinkel ([alpha]) des Abstrahlbereiches (2) bzw. der diesen begrenzenden

19. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Abschnitte (I, II, III) des Kapillardurchganges (10) unterschiedliche Parameter aufweisen bzw. unterschiedlich ausgebildet sind, dass jedoch die Summe der Impedanzen der einzelnen Abschnitte (I, II, III) zumindest den im Anspruch 1 angegebenen Impedanzwert erreicht.

Wien, am 20. Juli 2004

Dipl.-Ing. Dr. Helmut WILDHACK Dipl.-Ing. Dr. Gerhard JELLINEK

A-1030 Wien, Landstrasser Hauptstrasse 50 <EMI ID=11.1> ARC Seibersdorf research GmbH

P a t e n t a n s p r ü c h e :

16. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Abschnitte (I, II, III) des Kapillardurchganges (10) unterschiedliche Parameter aufweisen bzw. unterschiedlich ausgebildet sind, dass jedoch die Summe der Impedanzen der einzelnen Abschnitte (I, II, III) zumindest den im Anspruch 1 angegebenen Impedanzwert erreicht.

Wien, am 30. November 2005

ARC Seibersdorf research GmbH <EMI ID=15.1> Ausweis Nr.425

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ISACV(c)

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