DE1114944B

DE1114944B - Anordnung zur gebuendelten Fuehrung eines Elektronenstrahles

Info

Publication number: DE1114944B
Application number: DES28907A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Otto Zinke; Dr Rer Nat Josef Deutsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-06-13
Filing date: 1952-06-13
Publication date: 1961-10-12

Description

Anordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahles Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahles über eine größere Wegstrecke unter Verwendung eines im wesentlichen homogenen, in Richtung der Strahlachse verlaufenden Magnetfeldes eines Permanentmagneten für Wanderfeldröhren mit an den Enden ihrer Verzögerungsleitung gelegenen Koppelvorrichtungen.
Derartige Anordnungen werden bei manchen Elektronenröhren zur Erzielung einer Fokussierung des Elektronenstrahles benötigt, wozu bisher eine stromdurchflossene Spule verwendet wurde, deren magnetisches Feld in geeignete Lage zum Elektronenstrahl gebracht ist. Bekanntlich sollen in solchen Anordnungen die die Erregerspule durchfließenden Ströme in weiten Grenzen konstant gehalten werden, wozu bei einer normalerweise erforderlichen Erregerleistung von z. B. 150 Watt ein erheblicher Aufwand an Strom-Konstanthaltungsmitteln notwendig ist. Außerdem bedeutet der Leistungsverbrauch dieser Erregerspule einen zusätzlichen Energieverbrauch, der wesentlich höher liegt als der zur Speisung der Elektronenröhre notwendige Anteil. Weiterhin kommt hinzu, daß in der Erregerspule störend viel Wärme erzeugt wird, wenn nicht zu völlig unhandlichen Abmessungen übergegangen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem eine Lösung dieses Problems möglich ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß die Bündelungsanordnung aus wenigstens einem rohrförmigen Permanentmagneten besteht, der den Elektronenstrahl über den größten Teil seiner Wegstrecke umschließt, und daß zur Kompensation des am kathodenseitigen Ende des Permanentmagneten auftretenden, entgegengesetzt gerichteten magnetischen Feldverlaufes ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet vorgesehen ist. Dieser Permanentmagnet kann ferner in Verbindung mit wenigstens einer stromdurchflossenen Spule verwendet werden, wodurch sich der Vorteil der Regelbarkeit bei sehr geringem Leistungsverbrauch dieser verhältnismäßig kleinen Magnetspulen ergibt. Der Permanentmagnet kann teilweise in der Mitte oder an den Enden durch Weicheisenjochstücke ersetzt werden.
Die Verwendung eines rohrförmigen Permanentmagneten auch in Verbindung mit einer stromdurchflossenen Spule zur Fokussierung eines Elektronenstrahles ist für Braunsche Röhren und Elektronenmikroskope an sich durch die USA.-Patentschrift 2 259 531 bekannt. Hierbei liegt jedoch eine wesentlich vom Erfindungsgegenstand verschiedene Problem-Stellung vor, da nämlich dort nicht eine gebündelte Führung des Elektronenstrahles über eine große Wegstrecke, sondern eine Konzentration aller Elektronen in einem Punkt, d. h. eine ausgeprägte Linsenwirkung, gefordert wird. Auch ist bei diesen bekannten Anordnungen der Teil des Elektronenweges, auf dem ein Magnetfeld auf den Elektronenstrahl einwirkt, gering gegenüber dessen Gesamtlänge.
Es ist an sich bekannt, zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahles einen Permanentmagneten zu verwenden. Bei dieser in den Unterlagen der bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung 11716 VIII c/ 21g beschriebenen Anordnung ist der Permanentmagnet zusammen mit an seinen Enden vorgesehenen Polschuhen etwa U-förmig ausgebildet. Diese bekannte Anordnung ist demnach im Vergleich zum Erfindungsgegenstand grundsätzlich andersartig ausgebildet; denn für diesen ist wesentlich, daß der Permanentmagnet rohrförmig ausgebildet ist und den Elektronenstrahl über den größten Teil seiner Weglänge umschließt und daß weiterhin am Eingang des Permanentmagneten die erwähnte besondere Spule oder der erwähnte besondere Permanentmagnet vorgesehen ist. Es ist durch die erfindungsgemäße Lösung möglich, den Durchmesser der gesamten Anordnung wesentlich geringer zu halten; denn die U-förnüge Ausbildung des Permanentmagneten nach den Angaben in der vorerwähnten Patentanmeldung erfordert wegen des unvermeidbaren Streuflusses eine relativ große radiale Erstreckung der Polschuhe.
Durch die britische Patentschrift 476 567 ist außerdem die Verwendung eines rohrförmigen Permanentmagneten bei einer Magnetronröhre bekannt. Hierbei dient der rohrförmige Permanentmagnet, jedoch unterschiedlich zum Erfindungsgegenstand nicht einer gebündelten Führung der Elektronen, sondern der Bewegung der Elektronen auf Kreisbahnen um die dort in der Achse des Permanentmagneten verlaufende Fadenkathode.
In Weiterbildung der Erfindung kann ferner noch wenigstens an einer der beiden Stirnseiten des Permanentmagneten eine stromdurchflossene Spule angeordnet werden, die zusammen mit dem Permanentmagneten als magnetische Linse wirkt. Die Spule kann dabei durch den Elektronenstrahl der Elektronenröhre, bei Wanderfeldröhren z. B. durch den Strom der Auffangelektrode, erregt werden. Auf diese Weise kann eine bestimmte gegenseitige Beeinflussung des Erregerstromes durch den Strom an der Auffangelektrode ausgenutzt werden, z. B. zu einem Ausgleich zwischen der Stromstärke in der Magnetspule und den Spannungen an Elektroden, welche die Elektronengeschwindigkeit bestimmen.
Die Permanentmagneten können beispielsweise durch einzelne Ringe oder Rohre mit verschiedenem Durchmesser und Abständen gebildet werden. Eine andere Bauform besteht z. B. in einer ringförmigen Anordnung von Stabmagneten oder halb- bzw. viertelzylindrischen Permanentmagneten. Ein solcher Aufbau ermöglicht es, in einfacher Weise Permanentmagneten beliebiger Form zu verwenden, um eine gewünschte Feldverteilung längs des Strahlweges zu erzeugen. Als Magnetmaterial benutzt man zweckmäßigerweise Materialien mit hoher Remanenz und Koerzitivkraft.
Die Erfindung hat besondere Bedeutung für den Bau von Wanderfeldröhren. Wie bereits erwähnt, kann durch den Wegfall der verhältnismäßig großen Magnetfeldspulen viel Erregerenergie und das gesamte hierzu notwendige Stromversorgungsgerät eingespart werden. Ein Ausführungsbeispiel für eine mit einem Dauermagneten ausgerüstete Wanderfeldröhre ist in der Fig. 1 dargestellt. Die Wanderfeldröhre besteht aus den nicht gezeichneten Einrichtungen, wie Elektronenquelle, Auffangvorrichtung für die Elektronen und z. B. schraubenlinienförmig verlaufenden Wellenleiter (Wendel), der in einem Vakuumgefäß 1 untergebracht ist. Über dieses Gefäß oder den Raum, in dem die bündelnde Wirkung benötigt wird, ist der Permanentmagnet 2 geschoben. Um den Raum, in dem die Elektronenquelle angeordnet ist, gegen magnetische Felder abzuschirmen, ist über diesen ein Weicheisenschirm 3 gelegt. Zur Konzentrierung des Elektronenstrahles ist bekanntlich ein homogenes magnetisches Feld notwendig. Bei einem zylindrischen Permanentmagneten dagegen hat das magnetische Feld nicht den gewünschten Verlauf; denn dieser besitzt an seinen Enden ein magnetisches Feld, das dem im Innern des Dauermagneten entgegengesetzt gerichtet ist. Diese Feldverzerrungen können jedoch beispielsweise durch eine entsprechende Formung der Enden der Magneten vermindert werden. Schneller kann man zum Ziele kommen, wenn man zur Korrektur der Randzonen des Feldlinienverlaufes an den Permanentmagneten2 eine stromdurchflossene Spule 4 anschließt, die nur eine relativ geringe Erregerleistung benötigt..
In der Nähe der Kathode ist anschließend an die Spule 4 eine weitere stromdurchflossene Spule 5 angeordnet, die zusammen mit dem Permanentmagneten 2 eine magnetische Linse bildet. Zur Korrektur des Feldverlaufes am anderen Ende des Permanentmagneten 2 kann ein weiteres magnetisches Feld beitragen, das z. B. durch den Permanent- oder Elektromagneten 6 erregt wird. An den Stellen 7 und 8 erfolgt die Ein- bzw. Auskopplung der elektromagnetischen Wellen.
Die in dem Beispiel angegebenen stromdurchflossenen Spulen können auch durch geeignet geformte Permanentmagneten ersetzt werden. Es kann aber vorteilhaft sein, wenigstens kleine Hilfsspulen vorzusehen, die eine nachträgliche Korrektur des Verlaufes des magnetischen Feldes und der Linsenwirkung ermöglichen.
Eine andere Ausführungsform einer Wanderfeldröhre, bei der zur Erzeugung eines magnetischen Feldes ein Permanentmagnet verwendet wird, ist in Fig. 2 dargestellt. An denPermanentmagnet 2 schließt sich bei dieser Anordnung ein senkrecht zur Wanderfeldröhrenachse verlaufender Hohlleiter 9 an, der von einem Weicheisenjoch 10 umfaßt wird. Zur Erzeugung des erwünschten Feldlinienverlaufes in der Umgebung des Hohlleiters ist noch der Permanent- oder Elektromagnet 11 vorgesehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahles über eine größere Wegstrecke unter Verwendung eines im wesentlichen homogenen, in Richtung der Strahlachse verlaufenden Magnetfeldes eines Permanentmagneten für Wanderfeldröhren mit an den Enden ihrer Verzögerungsleitung gelegenen Koppelvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelungsanordnung _ aus wenigstens einem rohrförmigen Permanentmagneten besteht, der den Elektronenstrahl über den größten Teil seiner Wegstrecke umschließt, und daß zur Kompensation des am kathodenseitigen Ende des Permanentmagneten auftretenden, entgegengesetzt gerichteten magnetischen Feldverlaufes ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet vorgesehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem rohrförmigen Permanentmagneten abgewandten Seite der von einem Weicheisenjoch umfaßten Auskoppelvorrichtung der Verzögerungsleitung ein weiterer Permanent- oder Elektromagnet vorgesehen ist, der an dieser Stelle den entgegengesetzt gerichteten magnetischen Feldverlauf kompensiert.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Regelbarkeit des Magnetfeldes das Permanentmagnetsystem mit wenigstens einer stromdurchflossenen Spule versehen ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung von dem Strom durchflossen wird, der auf eine Elektrode der Wanderfeldröhre auftrifft.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten aus einzelnen Ringen oder Rohren mit verschiedenen Durchmessern und Abständen bestehen.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Permanentmagneten) aus rohrförmig zusammengefügten Einzelstäben, Halb- oder Viertelzylindern besteht (bestehen).
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein ringförmiges ferromagnetisches Jochstück in Verbindung mit dem oder den Permanentmagneten. B.
Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch wenigstens ein ferromagnetisches Jochstück an wenigstens einem Ende des Permanentmagnetsystems.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Permanentmagneten zueinander, daß eine gewünschte Linsenwirkung erzielt ist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des kathodenseitigen Endes des Rohrmagneten anschließend an die der Kompensation des entgegengesetzt gerichteten Feldverlaufes des Permanentmagneten dienende Spule (4) eine weitere stromdurchflossene Spule (5) angeordnet ist, die zusammen mit dem Permanentmagneten eine magnetische Linse bildet. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 850 878, 869 416, 951092, 954 407; USA.-Patentschriften Nr. 2 259 531, 2 305 884; britische Patentschrift Nr. 476 567; deutsche Patentanmeldung 11716 VIII c / 21 g (bekanntgemacht am 6. 3. 1952).