DE1098107B - Elektronendurchlaessige Fenster - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein elektronendurchlässiges Fenster für ein eine Elektronenemissionsquelle enthaltendes evakuiertes Gefäß, wobei das Fenster aus einem dünnen gasundurchlässigen Film besteht, der durch eine mit mindestens einer Öffnung ausgestatteten, in die Gefäßwand eingefügten Trägermatrix gestützt ist.

Bekannt ist, als dünnes, gasundurchlässiges Material eine Metallfolie aus Molybdän, Nickel, Kupfer oder Aluminium oder einen dünnen Film aus Glas oder Celluloseabkömmlingen zu verwenden, da diese Stoffe für Elektronen verhältnismäßig durchlässig sind.

Diese Metallfolien und Filme aus den genannten Stoffen haben jedoch den Nachteil, daß sie dazu neigen — unter der Zusammenwirkung von Hitze einerseits, die infolge des starken Elektronenbombardements, das erforderlich ist, damit eine genügende Elektronenmenge durch die genannten Stoffe dringt, und des Druckunterschiedes andererseits, der auf der Folie bzw. auf dem Film lastet —, zu zerreißen oder zu zerbrechen.

Dieses gasdichte Fenster ist für energiearme Elektronen, z. B. in der Größenordnung von 20 000 Volt und weniger, durchlässig und hält sowohl der durch das Elektronenbombardement entstehenden Hitze als auch der Druckdifferenz in der Größenordnung von 0,5 bis 1 at bei verhältnismäßig großem Querschnitt stand. Ein solches Fenster kann z. B. mit Vorteil für einen Ultraschnelldrucker verwendet werden, bei dem dann die umständliche Handhabung der Papierfördermittel in einer evakuierten Kammer wegfällt, wie sie bei Kammern mit bekannten elektronendurchlässigen Fenstern notwendig ist.

Als ein weiteres Beispiel für die Zweckmäßigkeit eines Fensters der beschriebenen Art sei seine Anwendung in einem Gerät zum »elektronischen« Photographieren erwähnt. In diesem wird ein optisches Bild eines außen befindlichen Gegenstandes auf eine in einer Hochvakuumkammer liegende Photokathode gebündelt und die Elektronenmission dann von der Photokathode her auf eine photographische Platte gerichtet. Praktische Erwägungen machen es in diesem Zusammenhang erforderlich, daß der Elektronenstrahl durch ein zwischen der Photokathode und der photographischen Platte liegendes, aus einem dünnen Überzug bestehendes Fenster fällt, wobei dieser Überzug jedoch gegen jeden nennenswerten Druckunterschied gut geschützt sein muß. Der genannte Überzug wird daher eingangs in dem Hochvakuumgefäß angebracht und durch eine abnehmbare Kappe geschützt, die erst dann entfernt wird, wenn eine die photographische Platte enthaltende Kammer auf Hochvakuum gebracht wurde. Bei dieser Einrich-

Elektronendurchlässige Fenster

Anmelder:

The National Cash Register Company,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt,
Düsseldorf, Feldstr. 80

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Dezember 1957

tung dient das Fenster hauptsächlich dazu, eine Verunreinigung der Photokathode durch von der Platte und ihrer Beschichtung entwickelte Stoffe zu verhindern, und das Gerät kann nicht wieder verwendet werden.

Diese Nachteile werden bei einem elektronendurchlässigen Fenster für ein eine Elektronenemissionsquelle enthaltendes evakuiertes Gefäß, wobei das Fenster aus einem gasundurchlässigen Film besteht, der durch eine mit mindestens einer öffnung ausgestatteten, in die Gefäßwand eingefügten Trägermatrix gestützt ist, dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß der gasundurchlässige Film aus einem keramischen Material besteht.

Ein Einführungsbeispiel der beschriebenen Einrichtung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung einer Kathodenstrahlröhre mit dem beschriebenen Fenster, Fig. 2 einen Teil einer Schnittansicht eines Fenster, wie es in einem »Drucker« zur Verwendung gelangt, Fig. 3 eine Ansicht der wichtigsten Teile des beschriebenen Fensters,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines kleinen rechteckigen Ausschnittes einer Matrix mit Überzug, wobei ein Teil des Überzuges weggelassen ist, um die Matrix genauer zu zeigen, und

Fig. 5 eine Ansicht eines anderen Gerätes, bei welchem das elektronendurchlässige Überzugsfenster verwendet wird.

Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Form eines mit einem dünnen Überzug versehenen Fensters großer Abmessung, welches einem Druckunterschied

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in der Größenordnung von mindestens 1 at standzu- 6. Nach Abkühlung werden die am Umfang befindhalten vermag und energiearme Elektronen durchläßt. liehen Bereiche des Fensters noch vakuumdicht Unter großer Abmessung ist zu verstehen, daß die tat- verschlossen, was mit einem geeigneten Wachs, sächliche Fensteröffnung mindestens 2 cm lang und z. B. Picein oder Apiezonwachs, erreicht werden 2 cm breit ist oder einen Durchmesser von 2 cm hat. 5 kann, so daß zwischen Ring 31 und Halterung 27

Fig. 1 zeigt ein beschriebenes Fenster, das in den kein Gas mehr hindurchdringt.
Schirm der Kathodenstrahlröhre 20 eingelassen ist. Am besten wird das Fenster in den Schirm 21 α Der evakuierbare Kolben 21 der Röhre enthält eine in der Weise eingesetzt, daß es teilweise in die darin Elektronenquelle, wie beispielsweise einen Glühfaden vorgesehene Öffnung eingesteckt wird, wobei, wie bei 22, bekannte Elektronenbeschleunigungs- und Strah- io 32 gezeigt, ein härtendes Isoliermittel verwendet wird lenformmittel, wie bei 23 gezeigt, sowie Strahlab- (Fig. 2) und der Flansch der Halterung so gegen die lenkplattenpaare 24 und 25. Die Ablenkplattenpaare Außenfläche des Schirms gedrückt wird, daß ein sind mit isolierten Leitern 24 a bzw. 25 a versehen, fester und gasdichter Einbau gewährleistet ist. Daran welche strahlenablenkende Spannungen angelegt aufhin wird dann die Röhre evakuiert, was beispielswerden. Außerdem kann die Röhre mit weiteren be- 15 weise durch den Pumpstützen 29 (Fig. 1) erfolgen kannten Steuermitteln, wie beispielsweise nicht ge- kann.

zeigten Bündelungs- und Ablenkmitteln, ausgestattet Wie aus Fig. 4 hervorgeht, in welcher ein Teil einer sein. Der Koben 21 weist einen Schirm 21 α auf, der fertigen Einrichtung vergrößert und unter Wegaus Metall oder aus mit einer leitfähigen Schicht ver- lassung eines Teiles des Überzuges gezeigt ist, hat sehenem Glas bestehen kann. Der Schirm besitzt eine 20 die Trägermatrix 30 einen durchbrochenen, blattähnentsprechende öffnung, in der das elektronendurch- liehen, durch Elektroformung erhaltenen Aufbau mit lässige Fenster in geeigneter Weise befestigt ist. einer Anzahl von öffnungen 30 a. Durch diese Öffnun-

In den Fig. 2, 3 und 4 werden Einzelheiten des gen, die ungefähr quadratisch sind, treten die energie-

Aufbaues der bevorzugten Form des Fensters armen Elektronen vor ihrem Durchgang durch den

erläutert. Der elektronendurchlässige Teil des Fensters 25 sich über die Öffnungen der Matrix erstreckenden

besteht im wesentlichen aus einer dünnen, jedoch dünnen Überzug. Die Matrix kann auch anders als

festen Trägermatrix 30, die vorzugsweise aus einem die gezeigte ausgeführt sein. Vorzugsweise ist sie

festen, wärmeleitenden Material, wie z. B. Metall, jedoch als ein im wesentlichen ebener Träger für den

besteht und auf die ein sehr dünner Überzug aus Überzug ausgebildet, der bei 33 in Fig. 4 gezeigt ist.

elektronendurchlässigem Stoff aufgebracht ist. Die 30 Dieser Überzug hat eine Dicke in der Größenordnung

Trägermatrix kann jede beliebige Form haben, be- von 2 μ.

steht jedoch vorzugsweise aus einem sehr feinen, Es ist verständlich, daß immer einige Elektronen gewobenen Metallgitter. Der elektronendurchlässige eines auf das Fenster gerichteten Strahles auf die Überzug, der von der Matrix getragen wird und bei- Matrix auffallen und nicht durch eine ihrer Öffnungen spielsweise etwa 2 μ stark sein kann, ist im wesent- 35 hindurchtreten. Deshalb wird die Matrix vorzugslichen undurchlässig für atmosphärische Gase und weise enweder aus elektrisch leitendem Material hervermag mit Hilfe seiner Trägermatrix einem Druck- gestellt oder mit einer leitfähigen Beschichtung verunterschied in der Größenordnung von 1 at standzu- sehen, so daß die darauf auftreffenden Elektronen halten. Die bevorzugte Herstellungsart für ein Fenster abfließen können. Wie nachstehend im Zusammenhang nach Fig. I umfaßt folgende Schritte: 40 mit Fig. 2 noch beschrieben wird, kann eine Ein-

1. Die Trägermatrix 30, die die Form einer Scheibe richtung verwendet werden, die den Durchgang der hat (Fig. 3), wird von einen metallischen Innen- Elektronen durch die Öffnungen der Matrix begunring 31 in eine geflanschte, elektrisch leitende stigt. Der hintere Teil der Röhre, wie beispielsweise Halterung 27 gepreßt. Wie in Fig. 2 gezeigt, Schirm 21 α, ist von der Anodenspannung der Röhre paßt dieser Ring 31 genau zu dem Gitter in der 45 isoliert. Der Teil des Elektronenstrahles, der durch Halterung. Das Anbringen erfolgt analog dem den Überzug hindurchtritt, kann so weit verstärkt Einspannen eines Tuches in einen Stickrahmen. werden, daß er gewünschte Wirkungen erzielt. Zu Das Gitter wird also an seinem Umfang festge- diesem Zweck kann ein kräftiger Strahl erzeugt halten und ist straffgespannt. werden, der eine beträchtliche Heizwirkung in Über-

2. Das gespannte Gitter wird sorgfältig gereinigt, 50 zug und Matrix hervorruft und diese Elemente tatwozu Trichloräthylen und anschließend ein sächlich zu einem dunklen Rotglühen bringt. Da der Reinigungsmittel verwendet werden kann. Hier- Überzug jedoch aus keramischem Material besteht, auf folgt dann ein Bad in heißem und destil- vermag er einer derartigen Behandlung ohne weiteres liertetn Wasser in einem Ultraschall-Reinigungs- standzuhalten. Besteht die Trägermatrix aus vergerät. Abschließend wird die ganze Anordnung 55 nickeltem Kupfer, dann wird die Hitze auf den getrocknet. Schirm der Röhre — der metallisiert sein kann —

3. Eine handelsübliche 3 "/«ige wäßrige Dispersion abgeleitet und ein beträchlicher Teil davon ausgevon Natriumbentonitgel wird mittels destillierten strahlt. Die Matrix führt also drei verschiedene Wassers auf 0,4% verdünnt. Diese Dispersion Funktionen aus: Sie trägt den keramischen Überzug, wird sehr sorgfältig über den zugänglichen Teil 60 läßt aufgefangene Elektronen abfließen und wirkt als des Gitters verteilt, wobei besonders darauf ge- Wärmeableiter, während der Überzug trotz der hohen achtet wird, daß alle Öffnungen des Gitters einen Temperatur nicht nur Elektronen duchläßt, sondern Dispersionsüberzug erhalten. auch Gas mit dem Druck der äußeren Umgebung von

4. Nunmehr wird die eingebaute und überzogene der Röhre abhält.

Matrix unter Verschluß sorgfältig getrocknet. 65 Wie in Fig. 2 gezeigt, kann das Fenster einen

Für ausreichendes Trocknen ist eine Zeitspanne Elektronenstrahl entweder in einer verhältnismäßig

von etwa 40 Stunden erforderlich. konstanten Form oder wenn an Platten, wie beispiels-

5. Halterung, Matrix und Überzug, werden dann weise 24, 25 der Röhre 20 (Fig. 1) Spannungen angebeispielsweise 8 Stunden lang in einem Ofen legt werden, in bewegter oder abgelenkter Form einer Temperatur von 315° C ausgesetzt. 7° direkt auf eine in nächster Nähe des Fensters liegende

Fläche hineinleiten. Wie gezeigt, kann der Strahl z. B. durch das Fenster auf einen sich bewegenden, strahlenempfindlichen Film oder auf ein anderes geeignetes Aufzeichnungsmittel 35 gerichtet werden. Der Durchgang von Elektronen durch das Fenster auf die Aufnahmefläche kann auch durch Anlegen eines Anziehungspotentials an die Aufnahmefläche, falls diese leitfähig ist, oder durch Anordnung einer positiv geladenen Platte hinter der Aufnahmefläche, falls letztere nichtleitend ist, beschleunigt werden. So kann beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eine leitfähige Platte 34 dicht hinter der Aufnahmefläche gegenüber dem Fenster vorgesehen und, wie angezeigt, mit einer Spannungswelle verbunden werden. Hierdurch werden dann Elektronen durch das Fenster hindurch angezogen und treffen kräftiger auf den Film oder die Aufnahmefläche auf. Der Deutlichkeit halber ist der Film in einem geringen Abstand von der Fensteroberfläche eingezeichnet. In der Praxis jedoch kann er oder jede andere Aufnahmefläche in Berührung mit dem Fenster vorgesehen werden. Unter gewissen Umständen kann es zweckmäßig sein, den Querschnitt des durch das Fenster geleiteten Strahles zu verringern. Dies geschieht dadurch, daß der Strahl unter Verwendung bekannter Strahlenbündelungsmittel beispielsweise so gebündelt wird, daß er fast ganz durch eine einzige Öffnung der Matrix hindurchtritt. In anderen Fällen, wo beispielsweise ein vorbestimmtes Muster oder eine Spurenform durch den Strahl auf der Aufnahmefläche erzeugt werden soll — wie beispielsweise beim »Drucken« eines besonderen, vorbestimmten Zeichens auf einem strahlenempfindlichen Film —, kann der Strahl schnell quer über das Fenster hin- und hergeführt sowie kurzzeitig unterdrückt werden, während die Aufnahmefläche quer zum Strahl am Fenster vorbeibewegt wird. In solchen Fällen kann der Strahl eine den Umständen entsprechende Dichte haben. In dem in Fig. 2 gezeigten Fall besteht das strahlenempfindliche Aufzeichnungsmittel 35 aus einem Filmstreifen, der durch eine Antriebsrolle 37 über eine Führungsrolle 36 von einer Abwickelrolle 35 s abgezogen wird und von der Rolle 37 aus zu geeigneten Mitteln, wie beispielsweise Aufwickelrolle 38, läuft. Das Aufzeichnungsmittel wird durch die durch das Fenster hindurchtretenden Elektronen belichtet und kann, wenn erforderlich, auf seinem Weg zu Rolle 38 durch ein bekanntes Verfahren und ein nicht gezeigtes Mittel auch entwickelt werden.

Jedes geeignete evakuierbare Gefäß kann mit einem Fenster der beschriebenen Art ausgestattet werden, wobei jede beliebige Art von Elektronenemissionsquelle verwendbar ist. In Fig. 5 ist ein dem

ίο im vorangehenden beschriebenen ähnliches Fenster 40 gezeigt, das in ein dickwandiges, durch einen Auslaß 42 evakuierbares Gefäß 41 eingebaut ist. In diesem Gefäß ist eine Strahlungsquelle in Form einer radioaktiven Masse 43 vorgesehen, die als an der Innenwand des Gefäßes befestigt gezeigt ist. Das Gefäß kann aus einem geeigneten strahlenabsorbierenden Material, wie beispielsweise Blei, bestehen und eine solche Wandstärke besitzen, daß eine Strahlung aus dem Gefäß nur durch das Fenster austreten kann. Desgleichen können Halterung und Ring des Fentsers 40 aus dem gleichen Material hergestellt sein, so daß die Strahlung auf den Bereich des Überzuges und der Matrix beschränkt wird.

In dem Ausführungsbeispiel besitzt das Fenster einen großen kreisförmigen Querschnitt. Es könnte jedoch ebensogut auch eine längliche Form aufweisen.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronendurchlässiges Fenster für ein eine Elektronenemissionsquelle enhaltendes evakuiertes Gefäß, wobei das Fenster aus einem dünnen, gasundurchlässigen Film besteht, der durch eine mit mindestens einer Öffnung ausgestatteten, in die Gefäßwand eingefügten Trägermatrix gestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gasundurchlässige Film (33) aus einem keramischen Material besteht.

2. Elektronendurchlässiges Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material Natriumbentonit ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 578 639, 581 843,
589 810.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen