DE1198942B - Verfahren zum Erzeugen eines pulsierenden Ionenstrahlbuendels - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIj

H05h

Deutsche KL: 21g-21/01

Nummer: 1198 942

Aktenzeichen: C 26539 VIII c/21 g

Anmeldetag: 20. März 1962

Auslegetag: 19. August 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines pulsierenden Ionenstrahlbündels, bei dem in einer Hochfrequenz-Ionenquelle mit zeitlich konstantem Ionenabsaugfeld das Hochfrequenzfeld im Ionenerzeugungsraum impulsförmig erzeugt wird.

Die bekannten Verfahren zur Erzeugung eines pulsierenden Ionenstrahlbündels gehören im wesentlichen zu zwei Grundtypen. Bei der einen wird das Ionenbündel erst nach dem Verlassen der Erzeugerquelle für die Ionen im Sinne einer Pulsationserzeugung be- ίο einflußt, bei der anderen Type dagegen wird die Ionenquelle selbst und unmittelbar moduliert.

Ein bekanntes Beispiel für ein Verfahren der ersten Art liefert die Ablenkung des Ionenstrahls vor einem sehr engen Schlitz. Die so erzielbaren Ionenimpulse haben jedoch nur eine sehr kurze Dauer.

Ein bekanntes Beispiel für ein Verfahren der zweiten Art besteht in der Unterbrechung des Ionenbündels mittels Unterbrechung oder Aufhebung der Absaugspannung, die zur Herausführung der Ionen aus dem Erzeugerraum dient, mittels einer klassischen elektrischen Einrichtung. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens liegt in dem erheblichen Leistungsverbrauch der Spannungsquelle, die zur Lieferung der Absaugspannung für die Ionen dient, in den Zeiträu- <men, in denen diese Spannung aufgehoben bzw. abgeschaltet ist, die Ionenquelle also keine Ionen liefert.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren dieser Art wird impulsförmig in einer Hochfrequenz-Ionenquelle mit zeitlich konstantem Ionenabsaugfeld ein Hochfrequenzfeld im Ionenerzeugungsraum erzeugt. Dazu wird die periodische Entladung eines Kondensators über eine Funkenstrecke und eine Selbstinduktionsspule hervorgerufen und das von dieser Spule hervor- gerufene elektromagnetische Feld zur Einwirkung auf den Ionenerzeugerraum gebracht. Dieses Feld hat jedoch als zeitliche, Einhüllende einen gedämpften Schwingungszug. Dadurch ist es aber nur schwer möglich, den Zeitpunkt festzulegen, an dem die Ionisierung endet, das Ionenstrahlbündel also unterbrochen wird. Erschwerend .wirkt sich dabei aus, daß die Dämpfung des hochfrequenten Schwingungszuges im Betrieb meist nicht konstant ist, da sie von einerReihe von Faktoren, wie beispielsweise temperaturbedingten Änderungen des Widerstandes im Entladungskreis des Kondensators, beeinflußt wird. Ebenso liegt wegen der statistischen Streuung des Ansprechens der Funkenstrecke der Zeitpunkt des Einsatzes der Ioni_r.. sierung und damit des Anfanges des Ionenstrahlbündels nicht genau fest, und schließlich ist auch eine voneinander unabhängige Regelung von Intensität, Verfahren zum Erzeugen eines pulsierenden
Ionenstrahlbündels

Anmelder:

Commissariat ä TEnergie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz

und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Roger Gariod,

Georges Grunberg, Grenoble, Isere (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. März 1961 (857 270)

Dauer und Frequenz der Impulse des lonenbündels bei den bekanten Verfahren nur schwer möglich.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren zu umgehen und außerdem ein Verfahren zu entwickeln, das sich mit besonders einfach aufgebauten Vorrichtungen durchführen läßt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zufuhr der elektrischen Hochfrequenzenergie zum Ionenerzeugungsraum durch Amplitudenmodulation der Hochfrequenzschwingungen des Hochfrequenzoszillators mit Rechteckimpulsen unterbrochen wird, deren Impulsdauer und Impulspausen unabhängig voneinander verändert werden.

Die Wirkungsweise des Verfahrens nach der Erfindung und zugleich der Aufbau einer zu seiner Durchführung besonders günstigen Vorrichtung sind im folgenden an Hand der Zeichnungen näher veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema einer bekannten Vorrichtung zur Erzeugung eines pulsierenden Ionenbündels, das von einer Ionenquelle ausgeht und einem elektrischen Hochfrequenzfeld ausgesetzt ist,

F i g. 2 ein Schaltschema zur Erläuterung des vorliegenden Verfahrens,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfah

509 657/315

In F i g. 1 ist eine bekannte Vorrichtung zur Erzeugung eines pulsierenden Ionenbündels dargestellt. Die Absaugspannung zur Herausführung der Ionen wird von der Spannungsquelle 1 geliefert und zwischen die Klemme 2 und Masse gelegt. Diese Spannung wird periodisch mit Hilfe einer Modulatorröhre 3 aufgehoben. Der Modulatorröhre 3 werden die Impulse eines Generators 4 zugeführt, dessen Impulsdauer und -frequenz regelbar ist.

Die wesentlichen Nachteile dieser in F i g. 1 veranschaulichten Vorrichtung liegen darin, daß man zur Begrenzung der Zeitkonstante des Schaltkreises auf einen Wert, der die Erzielung eines steilen Spannungsanstiegs an den Klemmen der Ionenquelle gestattet — diese ist in elektrischer Hinsicht der Par- allelschaltung eines Widerstandes 5 und eines Kondensators 6 äquivalent —, gezwungen ist, einen Ladewiderstand 7 der Modulatorröhre von hinreichend geringem Wert zu wählen. Daraus folgt, daß dann, wenn durch die Modulatorröhre 3 der Sättigungsstrom fließt, d. h. sobald keine Ionen herausgeführt werden, die Spannungsquelle 1 eine erhebliche Leistung in den Widerstand 7 liefert.

Im Schema nach F i g. 2 weist die Ionenquelle das Gehäuse 8 auf, ferner eine Kathode 9, die Elektronen aussendet und im Innern des Gehäuses 8 angeordnet ist; weiterhin eine Elektrode 10, die mit einem Durchbruch 11 versehen ist, durch den die Ionen aus dem Gehäuse 8 austreten können. Am Umfang des Gehäuses 8 sind ferner zwei Ringe 12,13 vorgesehen, die in der Bewegungsbahn der Elektronen das zur Vergrößerung der Ionisationswahrscheinlichkeit dienende elektrische Hochfrequenzfeld erzeugen. Die beiden Ringe sind an einen HF-Oszillator 14 angeschlossen. Die von der Spannungsquelle 15 gelieferte, zur Herausführung der Ionen dienende Gleichspannung liegt ständig zwischen den Elektroden 9 und 10. Der Oszillator 14 wird durch einen Modulator 16 gesteuert, der die Impulse eines Generators 17 aufnimmt, die in ihrer Dauer und Frequenz regelbar sind. In den Zeitintervallen, in denen der Oszillator 14 freigegeben ist, ist die Ionisation infolge des elektrischen HF-Feldes im Innern des Gehäuses 8 sehr groß; das durch den Durchbruch 11 tretende Ionenbündel besitzt daher seinen maximalen Wert. In den Zeiträumen dagegen, in denen der Oszillator 14 gesperrt ist, wird die Ionisation sehr gering, so daß durch den Durchbruch 11 praktisch keine Ionen austreten.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält der Oszillator eine Ditetrode 18, deren zwei Anoden durch eine Induktivität 19 verbunden sind; die Kondensatoren 20,21 sind jeweils zwischen der Anode des einen Tetrodensystems und dem Steuergitter des anderen Tetrodensystems eingeschaltet. Die Verbindung des Oszillators mit der Ionenquelle erfolgt über zwei Leiter, die an die Enden der Induktivität 19 angeschlossen und an zwei Ringe 12,13 geführt sind, die das Gehäuse der Ionenquelle umgeben. Der von der Modulatorröhre 24 ausgehende Freigabeimpuls wird den Schirmgittern 25, 26 der Oszillatorröhre zugeführt, die von der Hochspannungsquelle über den Widerstand 27 ihre Vorspannung erhalten. Um den Oszillator zu sperren, wird den Schirmgittern der Oszillatorröhren ein leicht negatives Potential zugeführt, das durch eine gegenüber der Kathode der Modulatorröhre negative Vorspannungsquelle 28 geliefert wird. Das Steuergitter 29 der Modulatorröhre ist mit einem Impulsgenerator 17 verbunden, dessen Impulse nach Dauer und Frequenz regelbar sind. Der Impulsgenerator ist von üblicher Bauart und wird daher im folgenden nicht näher erläutert. Er kann beispielsweise durch einen monostabilen Multivibrator gebildet werden, dessen Kippvorgang durch einen zweiten Multivibrator gesteuert wird. Die Zeitkonstanten der beiden Multivibratoren sind unabhängig voneinander regelbar; die des monostabilen Multivibrators bestimmt die Impulsdauer und die des zweiten Multivibrators die Frequenz.

Die Wirkungsweise der pulsierenden Ionenquelle ist folgende: Die zur Herausführung der Ionen aus dem Erzeugerraum dienende Absaugspannung der Spannungsquelle 15 bleibt ständig an die beiden Elektroden angeschlossen. Ein vom Generator 17 geliefertes Signal 32 wird dem Gitter der Modulatorröhre 24 zugeführt; diese Röhre liefert einen Impuls 33 an die Schirmgitter der Oszillatorröhre 18. Bei positiven Werten dieses Signals werden die durch den Oszillator erzeugten elektrischen Schwingungen auf die Ionenquelle übertragen und erzeugen im Innern des Gehäuses dieser Ionenquelle ein elektrisches HF-Feld, das die Ionisation bestimmt. Bei negativen Werten des Signalimpulses 33 wird der Oszillator gesperrt. Die lonisationserscheinungen hören auf, wenn das elektrische HF-Feld fehlt. Obwohl die zur Herausführung der Ionen aus dem Erzeugerraum dienende Gleichspannung weiterhin vorhanden ist, geht der Ionenstrahl praktisch auf Null zurück. Die elektrische Leistung, die die Hochspannungsquelle während der Zeiträume zu liefern hat, in denen der Ionenstrahl praktisch gleich Null ist, ist sehr gering; die Zeitkonstante des Kreises besitzt andererseits einen wesentlich geringeren Wert, als dies bei den bekannten Pulsations-* vorrichtungen der Fall ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Erzeugen eines pulsierenden Ionenstrahlbündels, bei dem in einer Hochfrequenz-Ionenquelle mit zeitlich konstantem Ionenabsaugfeld das Hochfrequenzfeld im Ionenerzeugungsraum impulsförmig erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der elektrischen Hochfrequenzenergie zum Ionenerzeugungsraum durch Amplitudenmodulation der Hochfrequenzschwingungen des Hochfrequenzoszillators mit Rechteckimpulsen unterbrochen wird, deren Impulsdauer und Impulspausen unabhängig voneinander verändert werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 1210 346.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   509 657/315 8.65 © Bundesdruckerei Berlin