CS259976B1

CS259976B1 - Cathode for electron gun with cooling periphery

Info

Publication number: CS259976B1
Application number: CS871022A
Authority: CS
Inventors: Josef Podbrdsky
Original assignee: Josef Podbrdsky
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1988-11-15
Also published as: CS102287A1

Abstract

Účelem řešení je obvod tepla z míst na vysokém potenciálu, například z katody elektronové trysky. Podstatou Je, že chladicí nádoba a nevodivou kapalinou je spojena izolačními trubicemi s chladičem, například kondenzační nádobou.The purpose of the solution is the perimeter of the heat from the places high potential, for example, from a cathode electron guns. The essence of it is that a cooling vessel and a non-conductive liquid is connected by insulating tubes with cooler, for example a condensation vessel.

Description

Vynález se týká katody elektronová trysky s chladicím obvodem, zejména pro elektronové mikroskopy a jiné elektronově optické přístroje, vyžadující odvod tepla z míst na vysokém a velmi vysokém potenciálu.The present invention relates to a cooling circuit electron gun cathode, in particular for electron microscopes and other electron optical devices requiring heat dissipation from locations of high and very high potential.

Moderní elektronové mikroskopy a jiné elektronově optické přístroje jsou vybavovány elektronovými tryskami, v jejichž katodové části vzniká ztrátové teplo nejen v důsledku žhavení emitujícího vlákna, ale i v budicích cívkách magnetické katodové čočky, které často nahrazuje dříve používané'čočky elektrostatické. Přitom konstrukční díly katodové části trysky jsou obvykle umístěny na vysokém, případně velmi vysokém potenciálu a ve vysokém vakuu. Ztrátový výkon rozptýlený v katodě elektronové trysky se z podstatné části odvádí pouze vyzařováním, nebot izolační nosné prvky katody mají zákonitě velmi malou tepelnou vodivost. Pouze u katodových systémů pro poměrně malé urychlovací napětí^ cca do 5 <& 10 kV_f lze pro částečný odvod tepla z katody využít speciální keramické materiály s poměrně vysokou tepelnou vodivostí. Účinný způsob chlazení katod elektronových trýsek pro elektronově optické přístroje, pracující s urychlovacím napětím desítky až stovky kV, dosud nebyl popsán. Nevýhodou dosavadních konstrukčních řešení katod elektronových trysek je proto jejich poměrně vysoká pracovní teplota, snižující spolehlivost a přinášející nebezpečí teplotních driftů, a v případě použití magnetické katodové čočky její omezené buzení a značné nároky na prostor pro umístění dostatečně dimenzovaného budicího vinutí.Modern electron microscopes and other electron optical instruments are equipped with electron guns in which the cathode part generates heat loss not only due to the emitting filament but also in the excitation coils of the magnetic cathode lens, which often replaces the electrostatic lenses previously used. The components of the cathode part of the nozzle are usually located at a high or very high potential and under a high vacuum. The power dissipation dissipated in the cathode of the electron gun is largely dissipated by radiation, since the insulating support elements of the cathode have inherently very low thermal conductivity. Only in cathode systems for relatively low acceleration voltages up to about 5 < 10 kV _f , special ceramic materials with relatively high thermal conductivity can be used for partial heat dissipation from the cathode. An efficient method of cooling cathode electron jets for electron optical devices operating at accelerating voltages of tens to hundreds of kV has not been described. The disadvantages of the prior art electrode nozzle cathode designs are therefore their relatively high operating temperature, reducing reliability and the risk of temperature drifts, and in the case of using a magnetic cathode lens, its limited excitation and considerable space requirements for accommodating a sufficiently sized excitation winding.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje katoda elektronové trysky s chladicím obvodem, jejíž podstatou je, že chladicí obvod sestává z chladicí nádoby, které je spojena s katodou elektronové trysky, přičemž chladicí nádoba je opatřena nevodivou kapalinou, například éterem, a spojena jednou nebo několika izolačními trubicemi s chladičem, například kondenzační nádobou.These previous drawbacks are overcome by a cooling circuit electrode with a cooling circuit, which consists in that the cooling circuit consists of a cooling vessel connected to the cathode of the electron gun, the cooling vessel being provided with a non-conductive liquid, for example ether, and connected by one or more a condenser vessel.

Hlavní předností elektronové trysky této konstrukce je skutečnost, že z katody trysky umístěné na vysokém potenciálu lze odvést podstatně vyšší množství ztrátového tepla při minimálním rozdílu teplot systému katody a chladiče, a tím zcela vyloučit nebezpečí teplotních driftů systému, zvýšit spolehlivost funkce, umožnit dosažení vyšších hodnot buzení magnetické katodové čočky a snížit rozměry katody. Tím je umožněna konstrukce elektronových trysek s optickými parametry, běžným poslopem nedosažitelnými.The main advantage of the electron gun of this design is the fact that from the cathode of the nozzle placed at a high potential it is possible to dissipate significantly higher amount of heat loss with minimal temperature difference of the cathode and cooler system, thereby completely eliminating the risk of system thermal drifts. excitation of the magnetic cathode lens and reduce the dimensions of the cathode. This makes it possible to design electron guns with optical parameters that are not achievable by a conventional stroke.

Vynález blíže objasní na přiloženém výkresu schematický řez katodou elektronové trysky s magnetickou katodovou čočkou. Emitující vlákno 2» obklopené magnetickým obvodem katodové čočky 6 s budicí cívkou 8, je spojeno s chladicí nádobou 2 částečně naplněnou nevodivou kapalinou 2» například éterem. Chladicí nádoba 2 je dutou izolační trubicí případně několika trubicemi spojena é chladičem, například kondenzační nádobou 2· Izolační trubice £, chladicí nádoba 2 a kondenzační nádoba 2 tvoří vakuově těsný systém, oddělující chladicí kapalinu 2 oů obklopujícího evakuovaného prostoru. Budicí cívka 8 může být případně umístěna uvnitř chladicí nádoby 2, nebo chladicí nádoba 2 může být konstrukční částí magnetického obvodu katodové čočky 6.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in a schematic cross-section through a cathode of an electron gun with a magnetic cathode lens. The emitting fiber 2 'surrounded by the magnetic circuit of the cathode lens 6 with the excitation coil 8 is connected to a cooling vessel 2 partially filled with a non-conductive liquid 2', for example with ether. The cooling vessel 2 is connected to a condenser by a hollow insulating tube or several tubes, for example a condensation vessel 2. The insulating tube 6, the cooling vessel 2 and the condensation vessel 2 form a vacuum-tight system separating the cooling liquid 2 o surrounding the evacuated space. The excitation coil 8 may optionally be located inside the cooling vessel 2, or the cooling vessel 2 may be a component of the magnetic circuit of the cathode lens 6.

Průtokem proudu vláknem 2, případně budicí cívkou 8, vzniká ztrátové teplo, které je odváděno do nevodivé kapaliny 2· Nevodivá kapalina 2 se při zahřívání vypařuje, její pá. ry procházejí izolační trubicí 4 do kondenzační nádoby 2» ^najejíchž stěnách kondenzují a vzniklý kondenzát se vrací po stěnách trubice 4 do chladicí nádoby 2. Chladicí systém působí tedy na principu tepelné trubice, přičemž použití izolační trubice £ vyrobené z materiálu o vysokém izolačním odporu, například z korundové keramiky, a použití nevodivé chladicí kapaliny J dovoluje připojení zdroje £ vysokého, případně velmi vysokého napětí mezi uzemněnou kondenzační nádobu £ a chlazený katodový systém elektronové trysky, aniž by funkce chlazení byla narušena.The flow of current through the fiber 2 or the excitation coil 8 generates heat loss, which is dissipated into the non-conductive liquid 2. The non-conductive liquid 2 evaporates during its heating, its steam. The pipes pass through the insulating tube 4 into the condensation vessel 2, ^on whose walls they condense, and the resulting condensate is returned along the walls of the tube 4 to the cooling vessel 2. Thus, the cooling system operates on the heat tube principle, using an insulating tube 6 made of a material of high insulation resistance. for example, corundum ceramic, and the use of a non-conductive coolant J permits the connection of a high or very high voltage source 6 between a grounded condensation vessel 8 and a cooled electron gun cathode system without disturbing the cooling function.

Katoda elektronové trysky s chladicím obvodem je určena zejména pro elektronové mikroskopy a jiné elektronově optické přístroje, případně může nalézt uplatnění tam, kde je nutno odvádět teplo z míst ležících na vysokém potenciálu vzhledem k chladiči.The electrode of the electron gun with cooling circuit is intended especially for electron microscopes and other electron optical devices, or it can find application where it is necessary to dissipate heat from places with high potential relative to the heatsink.

Claims

Electron gun electrode with a cooling circuit, characterized in that the cooling circuit consists of a cooling vessel (2) which is connected to the cathode of the electron gun (1), wherein the cooling vessel (2) is provided with a non-conductive liquid (3), e.g. and connected by one or more insulating tubes (4) to a cooler, for example a condensation vessel (5).

2. The electron gun cathode according to claim 1, characterized in that the high or very high voltage source (9) connected to the electrode of the electron gun (1) is connected to the condensation vessel (5) by ground potential.