DE1231844B

DE1231844B - Ion pump

Info

Publication number: DE1231844B
Application number: DE1963J0023449
Authority: DE
Inventors: Philo Taylor Farnsworth
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1962-03-29
Filing date: 1963-03-28
Publication date: 1967-01-05
Also published as: CH439571A; BE630302A; GB1031766A; NL290849A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

F04fF04f

Deutsche Kl.: 27 d - 5/02German class: 27d - 5/02

Nummer: 1231 844Number: 1231 844

Aktenzeichen: J 23449 VIII c/27 dFile number: J 23449 VIII c / 27 d

Anmeldetag: 28. März 1963 Filing date: March 28, 1963

Auslegetag: 5. Januar 1967Opened on: January 5, 1967

Die Erfindung befaßt sich mit einer Ionenpumpe, Ionenpumpe bei der die Gasbewegung in einer gewünschten Richtung durch die Bewegung von Ionen in einem elek- The invention relates to an ion pump, an ion pump in which the gas moves in a desired direction by the movement of ions in an elec-

irischen Feld bewegt wird.Irish field being moved.

Bei einer derartigen Ionenpumpe wird die Gasbewegung nach der Erfindung dadurch erreicht, daß in einem Innenbereich eine Potentialverteilung erzeugt wird, die ein Minimum im zentralen Teil des Innenbereiches und ein Maximum an der diesen Zentralbereich umgebenden Oberfläche ist, und daß in einem äußeren, diese Oberfläche umgebenden Bereich eine zweite Potentialverteilung erzeugt wird, die von dieser Oberfläche radial nach außen auf einen vorbestimmten niederen Wert abnimmt, und daß aus dem Außenbereich Ionen entfernt werden.In such an ion pump, the gas movement is achieved according to the invention in that a potential distribution is generated in an interior area, which is a minimum in the central part of the interior area and is a maximum at the surface surrounding this central area, and that in one outer area surrounding this surface a second potential distribution is generated by this Surface decreases radially outward to a predetermined low value, and that from the outer region Ions are removed.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgesehen, daß dieser vorbestimmte Wert zwischen dem Potentialmaximum und -minimum liegt.In a further development of the invention it is provided that this predetermined value is between the maximum potential and minimum is.

Weiterhin wird es als vorteilhaft angesehen, daß erste Elektroden zur Erzeugung einer virtuellen Ka- ao thode in einem Bereich vorgesehen sind, und die diesen Bereich umgebenden zweiten Elektroden eine ringförmige Kammer definieren, in die Ionen eintreten können, und an den zweiten Elektroden ein Potential liegt, welches diese Ionen anzieht, und Mittel zur Entfernung der Ionen aus der Kammer vorgesehen sind.Furthermore, it is considered advantageous that first electrodes for generating a virtual kao method are provided in a region, and the second electrodes surrounding this region a define annular chambers into which ions can enter and at the second electrodes Potential is which attracts these ions, and means are provided for removing the ions from the chamber are.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß eine Anode mit einem offenen Bereich vorgesehen ist, und diese Anode von Mitteln zur Erzeugung einer virtuellen Kathode in diesem offenen Bereich umschlossen ist, und an dieser Anode ein vorbestimmtes Potential liegt, und Elektroden zur Beschleunigung der Ionen, benachbart zu diesem Bereich, vorgesehen sind und an diesen Beschleunigungselektroden ein Potential von einem vorbestimmten Betrag liegt, der kleiner als das ersterwähnte Potential ist, und ferner Mittel vorgesehen sind, um zu verhindern, daß durch diese Elektroden angezogene Ionen wieder in den offenen Bereich eintreten.Another advantageous embodiment is that an anode is provided with an open area and this anode is enclosed by means for generating a virtual cathode in this open area and a predetermined potential is applied to this anode, and electrodes for acceleration of the ions adjacent to this area are provided and on these accelerating electrodes Potential of a predetermined amount which is smaller than the first-mentioned potential, and further Means are provided to prevent ions attracted by these electrodes from re-entering the enter open area.

Weiterhin wird es als vorteilhaft erachtet, daß die einen offenen Bereich aufweisende Anode von elektronenoptichen Mitteln umschlossen ist, die Elektronen erzeugen und gegen einen gemeinsamen Punkt in diesem offenen Bereich fokussieren, so daß eine Raumladung erzeugt wird, die ein Potentialminimum an diesem Punkt und ein Potentialmaximum an einer diesen Punkt in einiger Entfernung umgebenden Oberfläche darstellt und Ionenbeschleunigungsmittel, um in einem zweiten, diesen offenen Bereich umschließenden Bereich eine Potentialverteilung zu erzeugen, die allmählich vom Maximum auf dieser Anmelder:Furthermore, it is considered advantageous that the anode, which has an open area, is electron-optical Means that generate electrons and move towards a common point focus in this open area, so that a space charge is generated which has a minimum potential at this point and a potential maximum at some distance surrounding this point Represents surface and ion accelerator in order in a second, this open area enclosing To generate a potential distribution that gradually increases from the maximum on this area Applicant:

International Standard Electric Corporation,International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Philo Taylor Farnsworth,
Fort Wayne, Ind. (V. St. A.)Named as inventor:
Philo Taylor Farnsworth,
Fort Wayne, Ind. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 29. März 1962 (183 440)V. St. v. America March 29, 1962 (183 440)

Oberfläche zu einem vorbestimmten niedrigeren Wert radial nach außen von dieser Oberfläche abnimmt und Mittel zur Entfernung der Ionen aus diesem zweiten Bereich vorgesehen sind.Surface decreases to a predetermined lower value radially outward from this surface and means for removing the ions from the second Area are provided.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß sie aus einer Anode besteht, die zwei mit Öffnungen versehene Elemente, die entfernt voneinander angeordnet sind, aufweist, und an den entgegengesetzten Enden dieser Elemente zwei Kathoden vorgesehen sind und diese Kathoden und diese Elemente die Elektronen auf einen Punkt zwischen den beiden Elementen fokussieren, so daß zwischen den beiden Elementen eine Potentialverteilung erzielt wird, die an diesem Punkt ein Minimum und ein Maximum an der Oberfläche, die diesen Punkt in einiger Entfernung nach außen umgibt, hat und zwischen diesen Elementen eine den Raum zwischen diesen umschließende Beschleunigungselektrode vorgesehen ist, und diese Beschleunigungselektrode eine Kammer definiert, in welche Gasteilchen eintreten können, und schließlich Stromkreise vorgesehen sind und an diese Anodenelemente ein gemeinsames Potential, an die Ionenbeschleunigungselektrode ein vorbestimmtes geringeres Potential und an diese Kathoden ein Bezugspotential gelegt werden kann. Another advantageous embodiment of the arrangement according to the invention is that they consists of an anode which has two apertured elements spaced apart from each other are, and two cathodes are provided at the opposite ends of these elements and these cathodes and these elements focus the electrons on a point between the two elements, so that a potential distribution is achieved between the two elements, which at this Point a minimum and a maximum on the surface following this point some distance away surrounds the outside, and between these elements has an acceleration electrode enclosing the space between them is provided, and this acceleration electrode defines a chamber into which gas particles can enter, and finally Circuits are provided and a common potential is applied to these anode elements, to the ion acceleration electrode a predetermined lower potential and a reference potential can be applied to these cathodes.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist eine Anode vorgesehen, die aus zwei kegelstumpfförmigen, rohrförmig ausgebildeten Elementen,In another advantageous embodiment, an anode is provided, which consists of two frustoconical, tubular elements,

609 750/104609 750/104

3 43 4

die symmetrisch zu einer gemeinsamen Achse an- radial an den äußeren bzw. inneren Enden des Durchgeordnet sind, besteht, deren Enden mit dem kleine- ganges 11 befestigt. Die Ringe eines jeden Ringpaares ren Durchmesser in einigem Abstand voneinander sind axial voneinander entfernt und parallel zueinaneinander gegenüber angeordnet sind, und deren Enden der angeordnet und beanspruchen nur einen vernachmit dem größeren Durchmesser Kathoden gegenüber- 5 lässigbaren Teil des Durchganges 11. Die äußeren stehen, die zusammen mit diesen Elementen die Ringe 13 sind leitend mit dem leitenden Belag 12 der Elektronen gegen einen Punkt im Bereich zwischen Kammer 6 verbunden. Am inneren Umfang der zwei diesen Elementen fokussieren, und zwischen den bei- Ringe 14 ist ein ringförmiges, metallisches Maschenden Anodenelementen zwei diesen Bereich umschlie- gitter 18 befestigt, welches konvex ausgebildet ist. Das ßende Ionenbeschleunigungsringe vorgesehen sind, so io Maschengitter 18 ist in der F i g. 1 teilweise entfernt daß zwischen den beiden Anodenelementen eine wiedergegeben, um die Ringe 14 klar zu zeigen. Das Kammer entsteht und sowohl die Anodenelemente als Maschengitter 18 verbindet die zwei Ringe 14 leitend auch die Ringe elektrisch miteinander verbunden sind, miteinander.which are arranged symmetrically to a common axis radially at the outer and inner ends of the through are, the ends of which are attached to the small aisle 11. The rings of each pair of rings Ren diameters at some distance from each other are axially apart and parallel to each other are arranged opposite, and the ends of which are arranged and claim only one neglect opposite to the larger diameter cathodes - 5 permeable part of the passage 11. The outer stand, together with these elements, the rings 13 are conductive with the conductive coating 12 of the Electrons connected to a point in the area between chamber 6. On the inner circumference of the two These elements focus, and between the two rings 14 is an annular, metallic mesh end Anode elements attached to this area enclosing grid 18, which is convex. That ßende ion acceleration rings are provided so that the mesh 18 is shown in FIG. 1 partially removed that between the two anode elements one is reproduced in order to clearly show the rings 14. That Chamber is created and both the anode elements as a mesh grid 18 connects the two rings 14 in a conductive manner also the rings are electrically connected to each other.

und Mittel zur Entfernung von Gaspartikeln aus der Die inneren ringförmigen Umfange sind an denand means for removing gas particles from the. The inner annular peripheries are attached to the

Kammer vorgesehen sind. 15 konisch geformten, aus rostfreiem Stahl bestehendenChamber are provided. 15 conical shaped, made of stainless steel

Bei der soeben beschriebenen Anordnung wird es Elementen 16 bzw. 17 befestigt, welche zusammen als vorteilhaft angesehen, die Anodenelemente, die eine Anodenelektrode bilden. Diese Anodenelemente Kathoden und die Ringe mit einer Umhüllung zu um- 16 und 17 sind, wie gezeigt, hohl und sind im bevorgeben, die einen Eingangsstutzen und einen Ausgangs- zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung Segmente stutzen, der mit dieser Kammer verbunden ist, auf- 20 von rechtwinkligem Konus. Die Enden 20 bzw. 21 der weist. Elemente 16 und 17 sind in einem Abstand zueinan-In the arrangement just described, it is fastened to elements 16 and 17, which together considered advantageous, the anode elements that form an anode electrode. These anode elements Cathodes and the rings with a covering to 16 and 17 are, as shown, hollow and are given in the one inlet nozzle and one outlet segmented exemplary embodiment of the invention nozzle, which is connected to this chamber, on a right-angled cone. The ends 20 and 21 of the shows. Elements 16 and 17 are at a distance from one another

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Aus- der gegenüber und koaxial zur Achse 4 angeordnet,In the following, the invention is arranged on the basis of the exterior opposite and coaxially to the axis 4,

führungsbeispiele der Zeichnungen näher erläutert. Die Verbindung zwischen den zwei Konussen 16 undmanagement examples of the drawings explained in more detail. The connection between the two cones 16 and

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungs- 17 und den Wänden 9 und 10 ist vorzugsweise dicht,F i g. 1 is a longitudinal section through an embodiment 17 and the walls 9 and 10 is preferably tight,

beispiel der Erfindung; 25 um zu vermeiden, daß Gas dazwischen hindurchtritt.example of the invention; 25 to prevent gas from passing between them.

F i g. 2 zeigt die Potentialverteilungskurve, die bei Die Ringe oder Winkel 22 dienen der Befestigung derF i g. 2 shows the potential distribution curve, which is used at The rings or angles 22 are used to attach the

der Erklärung der Arbeitsweise der Anordnung der Konusse an den Wänden 9 und 10. Die Ringe 22 kön-the explanation of the operation of the arrangement of the cones on the walls 9 and 10. The rings 22 can

F i g. 1 benutzt wird; nen mit den Konussen 16 und 17 verschweißt und mitF i g. 1 is used; NEN welded to the cones 16 and 17 and with

F i g. 3 zeigt eine andere Potentialverteilungskurve, einem aufgedampften Metallüberzug auf den WändenF i g. 3 shows another potential distribution curve, a vapor deposited metal coating on the walls

die bei der Erklärung der Arbeitsweise der Erfindung 30 9 und 10 verlötet sein. Die Verbindung zwischen denwhich are soldered in the explanation of the operation of the invention 30 9 and 10. The connection between the

benutzt wird; Konussen 16 und 17 sollte sicher und stabil sein, sois used; Cones 16 and 17 should be secure and stable so

F i g. 4 zeigt einzelne Teile der F i g. 1 zwecks Er- daß die Konusse in ihrer Lage gehalten werden. DaF i g. 4 shows individual parts of FIG. 1 for the purpose of er- that the cones are held in their position. There

läuterung der Arbeitsweise dieser Teile; der Teil 5 die Konusse trägt, ist es nötig, daß dieserclarification of the operation of these parts; the part 5 carries the cones, it is necessary that this

F i g. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Teil innerhalb der Umhüllung 1 gehaltert ist. DiesF i g. FIG. 5 shows a diagram for explaining the part held within the case 1. this

Ionenkonzentration im Mittelteil des ersten Bereiches. 35 wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der äußereIon concentration in the middle part of the first area. 35 is preferably achieved in that the outer

In F i g. 1 ist mit 1 eine hermetisch verschlossene Umfang der Pumpkammer 6 mit der inneren Ober-Glasumhüllung bezeichnet, an deren entgegengesetz- fläche der Umhüllung 1 verschmolzen ist. Die Enden ten Enden 2 α und 3 α zwei Kathoden oder Dynoden 23 bzw. 24 der Konusse 16 und 17 sind gegenüber den (d. h. Elektroden, die Sekundärelektronen emittieren) entsprechenden Dynoden 2 und 3 angeordnet.
2 und 3 fest angeordnet sind. Die Kathoden oder Dy- 40 Der Eingangsstutzen 25 der Umhüllung 1 hat einen noden sind Kugelsegmente und sind vorzugsweise aus rohrförmigen Ansatz zwecks Verbindung mit dem zu einem geeigneten Sekundäremissionsmaterial wie z. B. evakuierenden Gefäß. Der Eingangsstutzen 25 ist in Kupfer, rostfreiem Stahl u. dgl. geformt. Die bis jetzt der Nähe des Teiles 5 angeordnet,
beschriebene Anordnung ist im wesentlichen von Der Ausgangsstutzen 27 führt von der Pumpzylindrischer Form und symmetrisch zu der Längs- 45 kammer 6 durch die Umhüllung 1, mit der er vaachse 4. kuumdicht verschmolzen ist.In Fig. 1, 1 denotes a hermetically sealed circumference of the pump chamber 6 with the inner upper glass envelope, on the opposite surface of which the envelope 1 is fused. The ends 2 α and 3 α two cathodes or dynodes 23 and 24, respectively, of the cones 16 and 17 are arranged opposite the dynodes 2 and 3 (ie electrodes which emit secondary electrons), respectively.
2 and 3 are fixed. The cathode or Dy- 40 The inlet connection 25 of the casing 1 has a node are spherical segments and are preferably made of tubular extension for the purpose of connection with the to a suitable secondary emission material such as. B. evacuating vessel. The inlet port 25 is formed in copper, stainless steel and the like. The so far arranged near the part 5,
The arrangement described is essentially of The outlet nozzle 27 leads from the pump-cylindrical shape and symmetrically to the longitudinal chamber 6 through the envelope 1, with which it is vaachse 4. fused vacuum-tight.

Innerhalb der Umhüllung 1 ist ein ringförmiger Die Anodenkonusse 16 und 17 sind durch denInside the envelope 1 is an annular The anode cones 16 and 17 are through the

Teil 5 koaxial befestigt. Dieser ringförmige Teil 5 be- Draht oder Leiter 28 elektrisch miteinander verbun-Part 5 attached coaxially. This ring-shaped part 5 be wire or conductor 28 electrically connected to one another

steht aus einer äußeren ringförmigen Pumpkammer 6 den. Die zwei Dynoden 2 und 3 sind miteinanderstands from an outer annular pumping chamber 6 den. The two dynodes 2 and 3 are with each other

und dicht benachbarten, parallelen Seitenwänden 7 50 durch den Leiter 29 verbunden, welcher geerdet ist.
und 8 und inneren, nach außen verlaufenden Wänden Die metallischen Fokussierungsringe 30 und 31and closely adjacent, parallel side walls 7 50 connected by conductor 29 which is grounded.
and 8 and inner, outwardly extending walls The metallic focus rings 30 and 31

9 und 10. Die Seitenwände 7 und 8 bestimmten einen sind axial zwischen den entsprechenden Dynoden und9 and 10. The side walls 7 and 8 defining one are axially between the respective dynodes and

relativ engen ringförmigen Durchgang 11, welcher Anodenkonussen 2, 26 bzw. 3, 17 angeordnet. Dierelatively narrow annular passage 11, which anode cones 2, 26 and 3, 17 are arranged. the

sich zur Pumpkammer 6 und ebenso in den Raum Ringe 30 und 31 haben einen etwas größeren Durch-to the pumping chamber 6 and also in the space rings 30 and 31 have a slightly larger diameter

zwischen den zwei Wänden 9 und 10 öffnet. Der ganze 55 messer als die Anodenkonusse 16 und 17, aber einenbetween the two walls 9 and 10 opens. The whole 55 meters than the anode cones 16 and 17, but one

Teil 5 kann aus Glas oder Keramik hergestellt sein. etwas kleineren Durchmesser als die Dynoden 2 und 3.Part 5 can be made of glass or ceramic. slightly smaller diameter than dynodes 2 and 3.

Die Pumpkammer 6 kann auch aus leitendem Ma- Eine Anzahl am Umfang angeordneter metallischerThe pumping chamber 6 can also be made of conductive material

terial bestehen. Wenn der ganze Teil 5 aus Glas oder Stäbe 32 ist mit dem Ring 30 und der Umhüllung 1material exist. If the entire part 5 is made of glass or rods 32 with the ring 30 and the casing 1

Keramik besteht, ist die innere Oberfläche der Pump- fest verbunden, um den Ring 30 in seiner Lage fest-Ceramic, the inner surface of the pump is firmly connected to hold the ring 30 in place.

kammer 6 mit einem leitenden Material, z. B. Kohle 60 zuhalten. In ähnlicher Weise sichern die Stäbe 33 diechamber 6 with a conductive material, e.g. B. hold coal 60. Similarly, the bars 33 secure the

oder Zinnchlorid, belegt. Wenn die Pumpkammer 6 Lage des Ringes 31. Ein Leiter 34 verbindet die Ringeor tin chloride. When the pumping chamber 6 position of the ring 31. A conductor 34 connects the rings

aus Metall gebildet ist, ist dieser leitende Überzug 30 und 31 miteinander und führt gleichzeitig zu demis formed of metal, this conductive coating 30 and 31 is with each other and leads at the same time to the

nicht nötig. negativen Pol der Batterie 35, deren positiver Pol, wienot necessary. negative pole of the battery 35, the positive pole of which, such as

An den inneren Oberflächen der zwei Wände 7 gezeigt, mit den Dynoden 2 und 3 verbunden ist.
und 8 sind in geeigneter Weise (durch Kleben oder 65 Der negative Pol der Gleichspannungsquelle 36 ist Löten auf einem aufgedampften Metall) zwei Paar geerdet, und deren positiver Pol mit dem Leiter 28 Ringe oder Elektroden 13 und 14, die aus Platin oder über einen geeigneten Hochfrequenzinduktor 37 verähnlichem bestehen, befestigt. Diese Ringpaare sind bunden. Ein Leiter 38 verbindet einen Kontakt derShown on the inner surfaces of the two walls 7 to which dynodes 2 and 3 are connected.
and 8 are suitably grounded (by gluing or 65 The negative pole of the DC voltage source 36 is soldering on a vapor-deposited metal) two pairs, and their positive pole with the conductor 28 rings or electrodes 13 and 14, which are made of platinum or via a suitable High frequency inductor 37 exist similarly attached. These pairs of rings are tied. A conductor 38 connects a contact of the

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Stromquelle 36 mit niedrigerem Spannungswert mit innerhalb des Anodenraumes keine geschwindigkeits-Current source 36 with a lower voltage value with no speed limit inside the anode compartment

dem Leiter 15 und dem Ring 14, während ein anderer ändernde Kraft. Die Elektronen oszillieren diametralthe conductor 15 and the ring 14 while another changing force. The electrons oscillate diametrically

Leiter 39 einen Kontakt der Spannungsquelle 36 von durch die Röhre zwischen den Dynoden 2 und 3. SoConductor 39 makes contact of voltage source 36 from through the tube between dynodes 2 and 3. So

noch niedrigerem Spannungswert mit dem leitenden kann z. B. angenommen werden, daß das Elektron, Belag auf der Oberfläche 12 und dem Ring 13 ver- 5 das seine Wanderung bei der Dynode 2 beginnt, gegeneven lower voltage value with the conductive can e.g. B. be assumed that the electron Coating on the surface 12 and the ring 13, which begins its migration at the dynode 2, against

bindet. das Anodenelement 16 beschleunigt wird und mitbinds. the anode element 16 is accelerated and with

Bei einem praktisch ausgeführten Beispiel der Er- konstanter Geschwindigkeit durch den AnodenraumIn a practically executed example of the constant velocity through the anode compartment

findung lieferte die Stromquelle 36 eine Spannung wandert und dann durch das Anodenelement 17 gegenFinding the power source 36 supplied a voltage and then migrates through the anode element 17 against

zwischen 10 000 und 12 000 V. Der Abgriff 38 lie- die Dynode 3 verlangsamt wird, so daß die Geschwinferte eine Spannung, die ungefähr 200 bis 1000 V ge- ίο digkeit des Elektrons kurz vor dem Erreichen derbetween 10,000 and 12,000 V. The tap 38 let the dynode 3 be slowed down, so that the speed a voltage that approximately 200 to 1000 V dura- tion of the electron just before it reaches the

ringer war. Die Spannung des Abgriffes 39 war un- Dynode 3 Null ist. Dieses Elektron wird seine oszil-was wrestler. The voltage of the tap 39 was un- Dynode 3 is zero. This electron will be its oscil-

gefähr 200 bis 1000 V geringer als die des Abgriffes lierende Wanderung fortsetzen, bis es von einer derContinue hiking about 200 to 1000 V lower than that of the tap until one of the

38. Die zwei Anodenelemente 16 und 17 lagen bei Anoden 16 oder 17 eingefangen ist. Es ist wünschens-38. The two anode elements 16 and 17 were located when anodes 16 or 17 were captured. It is desirable-

einem Beispiel an einer Spannung von 10 000 V, wäh- wert, daß das Elektron eine so große Anzahl von rend die Ringe 14 eine Spannung von 9000 bis 9800 V 15 Wanderungen als möglich ausführt, bevor es aufan example at a voltage of 10,000 V, worth the fact that the electron has such a large number of rend the rings 14 a voltage of 9000 to 9800 V 15 walks as possible before it runs on

und die Ringe 13 eine um 200 bis 1000 V geringere diese Art verlorengeht.and the rings 13 a 200 to 1000 V less this type is lost.

Spannung als die der Ringe 14 aufweisen. Die Batte- Die Bedeutung dieser Betrachtung für ein einzigesTension than that of the rings 14. The Batte- The importance of this consideration for a single one

rie oder Stromquelle 35 lieferte ein Potential, das Elektron ist zweifach. Sie ergibt erstens, daß das Po-rie or current source 35 provided a potential, the electron is twofold. First, it shows that the po-

zwischen den Grenzen —1000 V und +1000 V ge- tential innerhalb des Anodenraumes, der den Mitteländert werden konnte. so punkt 40 ergibt, gleich dem Anodenpotential ist, sobetween the limits -1000 V and +1000 V potential within the anode space, which changes the mean could be. so point 40 results, is equal to the anode potential, so

Im folgenden sei nun die Arbeitsweise einer er- daß ein Elektron durch den Anodenstrom mit gleicherIn the following, the mode of operation will be that an electron is generated by the anode current with the same

findungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Die Geschwindigkeit und Energie wandert und zweitens,inventive arrangement explained in more detail. The speed and energy wanders and secondly,

Dynoden 2 und 3 liefern eine große Anzahl von Elek- daß das Elektron innerhalb der zwei Dynoden 2 und 3Dynodes 2 and 3 provide a large number of electrons, the electron within the two dynodes 2 and 3

tronen. Es oszilliert dann mehrmals eine Elektronen- eine relativ große Anzahl von Schwingungen ausführt, wolke durch die Röhre, bis sie durch die Anoden 16 25 bevor es durch Einfangen durch die Anode verloren-trone. An electron then oscillates several times - executes a relatively large number of oscillations, cloud through the tube until it passes through the anodes 16 25 before it is lost by being captured by the anode-

und 17 eingefangen wird. Wenn geeignete Potentiale geht.and 17 is captured. When there is suitable potential.

an allen Elektroden liegen, konvergieren die durch Als nächstes seien nur zwei Elektronen betrachtet, die Dynoden emittierten Elektronen im wesentlichen die gleichzeitig von diametral entgegengesetzten Punkradial gegen den Mittelpunkt 40 der Röhre. Die Kon- ten der zwei Dynoden 2 bzw. 3 starten. Die beiden vergenz der Elektronen wird durch das an die Ringe 30 Elektronen fliegen radial gegen den Mittelpunkt 40 30 und 31 angelegte Potential erzielt. Das Anoden- des Anodenraumes, so daß diese ohne gegenseitige element 16, die Dynode 2 und der Fokussierungsring Abstoßungskräfte kollidieren. Da die zwei Elektronen 30 sowie das Anodenelement 17, die Dynode 3 und negativ geladene Teilchen sind, üben sie aufeinander der Fokussierungsring 31 bilden Elektronenlinsen, die gegenseitige Abstoßungskräfte in dem Augenblick die von den Dynoden emittierten Elektronen gegen 35 aus, in dem der Anodenraum durchdrungen ist, so den Mittelpunkt beschleunigen oder fokussieren. All- daß ihre Geschwindigkeiten allmählich verringert gemeiner gesagt, die an den verschiedenen Elektroden werden, bis die Elektronen sehr nahe am Mittelpunkt angelegten Potentiale sowie deren physikalische Ab- 40 sind. An diesem Punkt werden ihre Geschwindigmessungen und Abstände rufen den soeben beschrie- keiten Null. In der Praxis stoßen die Elektronen jebenen elektronenoptischen Effekt hervor. 40 doch nicht aufeinander, sondern sie passieren ein-Der Elektronenfluß gegen die Anoden 16 und 17 ander mit einem Minimum an Geschwindigkeit anwird durch das elektrische Feld zwischen den Anoden statt zu stoppen. Nachdem die Elektronen einander und den zwei Dynoden 2 und 3 beschleunigt, so daß passiert haben, werden sie nach außen beschleunigt, die Elektronen, wenn sie die Nachbarschaft der Nach dem Verlassen der Anodenelemente 16 und 17 Anoden 16 und 17 erreicht haben, mit hoher Ge- 45 führt die weitere Bewegung zu Geschwindigkeitsschwindigkeit fliegen. Da die Anoden 16 und 17 im verlust der Elektronen, bis diese in der Nähe der zwei wesentlichen offen sind, kann angenommen werden, Dynoden 2 bzw. 3 stoppen, worauf der Kreislauf sich daß sie ein Gleichpotential, also eine elektronendurch- wiederholt.are on all electrodes, they converge through Next, consider only two electrons, the dynodes emitted electrons essentially the same time from diametrically opposed points radially towards the center 40 of the tube. The accounts of the two dynodes 2 and 3 start. The two Vergence of the electrons is caused by the electrons flying at the rings 30 radially towards the center point 40 30 and 31 applied potential achieved. The anode of the anode compartment, so that these without mutual element 16, the dynode 2 and the focusing ring repulsive forces collide. Because the two electrons 30 and the anode element 17, which are dynode 3 and negatively charged particles, practice them on each other the focusing ring 31 form electron lenses, the mutual repulsive forces at the moment the electrons emitted by the dynodes about 35, in which the anode space is penetrated, see above accelerate or focus the center point. All- that their speeds gradually decreased In other words, those on the different electrodes will be until the electrons are very close to the center point applied potentials and their physical ab- 40. At this point your speed measurements are made and distances call the just described zero. In practice, the electrons hit jebenen electron-optical effect. 40 not on top of each other, but they happen to one another Electrons flow against anodes 16 and 17 at a minimum of speed by the electric field between the anodes instead of stopping. After the electrons each other and the two dynodes 2 and 3 accelerated, so that happened, they are accelerated outwards, the electrons when they are the neighborhood of After leaving the anode elements 16 and 17 Having reached anodes 16 and 17, further movement leads to high speed to fly. As the anodes 16 and 17 lose electrons until these are close to the two are essentially open, it can be assumed that dynodes 2 or 3 stop, whereupon the cycle itself that it repeats an equal potential, that is, an electron through-.

lässige Oberfläche bilden, welche auf die von den Es sei bemerkt, obwohl das gleichförmige Potential Dynoden emittierten Elektronen eine beschleunigende 50 innerhalb der Anodenelemente 16 und 17 keine Kraft Wirkung ausübt. Wenn die Elektronen die Teile 23 auf ein einzelnes Elektron, welches durch diese und 24 der Anoden erreicht haben, haben sie eine Anodenelemente fliegt, ausübt, erfahren zwei Elek-Geschwindigkeit, die dem Potential entspricht, das sie tronen, die sich einander längs eines diametralen durchlaufen haben und wandern radial gegen den Weges nähern, Coulombsche Abstoßung und GeMittelpunkt 40. 55 schwindigkeitsänderung, wodurch ein elektrisches Wenn man nun annimmt, daß in dem Zwischen- Feld im Anodenraum erzeugt wird. Dieser Vorgang raum zwischen den zwei Dynoden 2 und 3 nur ein kann als Raumladungseffekt betrachtet werden, einziges Elektron existiert, wandert dieses Elektron Bei der Annahme, daß eine reichliche Anzahl von diametral durch diesen Zwischenraum und durch den den Dynoden 2 und 3 emittierte Elektronen die Bereich zwischen den Enden 20 und 21 der Anoden 60 Anoden 16 und 17 durchdringen, folgen die Elektro- und 17. Dieser Bereich, der mit Anodenraum be- nen diametralen Wegen, die sich in der Nähe des zeichnet werden soll, wurde bereits beschrieben; er Mittelpunktes 40 kreuzen. Diese Elektronen konversoll vorzugsweise frei sein. gieren gegen den Mittelpunkt mit sich allmählich ver-Die Geschwindigkeit der Elektronen wird zwar ringernden Geschwindigkeiten, bis sie ein Geschwindurch die Potentialdifferenz, die zwischen den Dyo- 65 digkeitsminimum erreichen und danach nach außen den und den Anoden besteht, beeinflußt. Jedoch auf im wesentlichen längs derselben Durchmesser diver-Grund der Tatsache, daß das Potential innerhalb des gieren. Die Elektronen werden dabei so lange be-Anodenraumes konstant ist, erfahren die Elektronen schleunigt, bis sie die Anodenelemente 16 und 17 pas-It should be noted, although the uniform potential Dynodes emitted an accelerating 50 electrons within the anode elements 16 and 17 with no force Has an effect. When the electrons pass the parts 23 to a single electron, which by this and have reached 24 of the anodes, they have an anode element flies, exercises, experienced two elec-speed, which corresponds to the potential that they trone each other along a diametrical have traversed and wander radially against the path approaching, Coulomb repulsion and Ge center 40. 55 change in speed, whereby an electrical If one now assumes that is generated in the intermediate field in the anode space. This process space between the two dynodes 2 and 3 only one can be considered as a space charge effect, only electron exists, this electron migrates Assuming that an abundant number of diametrically through this gap and through the electrons emitted by dynodes 2 and 3 die Area between the ends 20 and 21 of the anodes 60 penetrate anodes 16 and 17, the electrical and 17. This area, which is diametrically opposed to the anode compartment, which is near the should be drawn has already been described; he center point 40 cross. These electrons converse preferably be free. They gradually lose their greed towards the center The speed of the electrons will be slower speeds until they reach a speed the potential difference that reaches between the dyodicity minimum and then to the outside and the anodes is affected. However, on essentially the same diameter diver-ground the fact that the potential is within the yaw. The electrons remain in the anode space for so long is constant, the electrons experience accelerated until they pass the anode elements 16 and 17

i 231 844
7 8 i 231 844
7 8

sieren und sich den Dynoden 2 und 3 nähern. Wenn es im folgenden nur noch nötig, zu betrachten, was die Elektronen den den Mittelpunkt 40 umgebenden innerhalb der Röhre erfolgt.and approach dynodes 2 and 3. If in the following it is only necessary to consider what the electrons surrounding the center point 40 occurs within the tube.

Anodenraum passieren, tragen sie zu einer negativen Wenn Gasatome in die Röhre und also auch in diePassing through the anode compartment, they contribute to a negative If gas atoms enter the tube and therefore also into the

Ladung dieses Raumes bei, so daß das Raumladungs- Anoden 16,17 und in den Anodenraum diffundieren, potential mit der Annäherung an den Mittelpunkt 40 5 erfolgen Kollisionen der Elektronen mit den neuallmählich verringert wird. Auf diese Art und Weise tralen Atomen, wodurch positive Ionen erzeugt werkann im Anodenmittelpunkt eine virtuelle Kathode den. Wie bereits ausgeführt, besteht eine Potentialerzeugt werden, die im wesentlichen das Gleichpoten- verteilung im Anodenraum von nahezu Null Potential tial wie die Dynoden 2 und 3 hat. Der auf die eben im Mittelpunkt 40 und ein maximales positives Potengeschilderte Art erzeugte Raumladungsstrom schwingt io tial an der Oberfläche 42 (benachbart den inneren durch die durchlässige Anode vor und zurück, da er Enden 20 und 21 der Anodenelemente). Die positiven nicht wieder in die Dynode eintritt, von der er emit- Ionen werden gegen den Mittelpunkt 40 gezogen und tiert wurde. Dieser zirkulierende Raumladungsstrom werden eine Geschwindigkeit haben, die dem Potenbildet sich zu wesentlich höheren Werten als der tial entspricht, welches sie von ihrem Entstehungs-Anodenstrom aus, weil sowohl die Durchlässigkeit 15 punkt bis zum Mittelpunkt 40 durchlaufen haben, der Anode als auch die Elektronenoptiken nur das F i g. 5 ist ein Querschnitt des Teiles des Anoden-Einfangen eines sehr geringen Teiles des Raum- raumes innerhalb der Kugel 43. Durch die Punkte soll ladungsstromes erlauben. die Ionenkonzentration angedeutet werden.Charge of this space so that the space charge anodes 16, 17 and diffuse into the anode space, potential with the approach to the center point 40 5, collisions of the electrons with the new is gradually reduced. In this way neutral atoms, whereby positive ions can work a virtual cathode in the center of the anode. As already stated, there is a potential generated which essentially equipotential distribution in the anode compartment of almost zero potential tial like dynodes 2 and 3. The one just described in the center of 40 and a maximum positive potential The type of space charge current generated oscillates io tially on the surface 42 (adjacent to the inner back and forth through the permeable anode as it ends 20 and 21 of the anode elements). The positive ones does not re-enter the dynode from which it emit- ions are drawn towards the center 40 and was bated. This circulating space charge flow will have a velocity that will make the pot to significantly higher values than the tial which it corresponds to its origin anode current off, because both the permeability 15 point to the center point 40 have passed, the anode as well as the electron optics only the F i g. Figure 5 is a cross section of the part of the anode trap of a very small part of the space within the sphere 43. Through the points should allow charge current. the ion concentration are indicated.

Die Entstehung der Raumladung im Anodenraum Unter der Annahme, daß ein Ion in einem TeilThe formation of the space charge in the anode compartment Assuming that an ion is in a part

wird im Zusammenhang mit der grafischen Darstel- 20 des Anodenraumes entsteht, wo die Potentialdiffelung der F i g. 2 verständlicher, in welcher die Abszisse renz in bezug auf den Mittelpunkt 40 5 kV beträgt, die Längsachse der Röhre und die Ordinate die Po- wird das Ion gegen den Mittelpunkt gezogen. Bei tentialverteilung innerhalb der Röhre darstellen. seinem Flug gegen den Mittelpunkt gewinnt das Ionis created in connection with the graphic representation of the anode space, where the potential diffusion the F i g. 2 more understandable, in which the abscissa with respect to the midpoint 40 is 5 kV, the long axis of the tube and the ordinate the po- the ion is drawn towards the center. at represent potential distribution within the tube. the ion wins its flight towards the center

Die Potentialverteilung in Richtung der Röhren- genügend Bewegungsenergie, um über den Mittellängsachse auf Grund einer großen Anzahl von Elek- 25 punkt hinausgetragen zu werden. Danach wird seine tronen, die an den Dynoden 2 bzw. 3 starten, vermin- Geschwindigkeit verringert, bis das Ion einen Punkt dert sich ein wenig und wächst dann gegen das An- erreicht, welcher wiederum eine Potentialdifferenz odenpotential an. Innerhalb der Anodenelemente 16 von ungefähr 5 kV in bezug auf den Mittelpunkt 40 bzw. 17 bleibt das Potential im wesentlichen kon- hat. Das Ion wird nun eine Rückstoßkraft erfahren, stand, während die Verteilung sich innerhalb des An- 30 auf Grund derer es wieder gegen und durch den odenraumes zwischen den beiden Anodenelementen Mittelpunkt fliegt. Daraus ist ersichtlich, daß ein Ion, 16 und 17 auf beinahe Null im Mittelpunkt 40 ver- das im Anodenraum an einer Stelle mit positivem ringert. Die Potentialverteilung in einem dem Mittel- Potential in bezug auf den Mittelpunkt 40 entstanden punkt 40 dicht benachbarten Bereich weist eine kugel- ist, längs ungefähr radialen Wegen durch den Mitteiförmige Symmetrie auf, aber außerhalb dieses Be- 35 punkt 40 oszilliert. Die Länge des Schwingungsweges reiches ändert sie sich elliptisch mit der Hauptachse wird bestimmt durch das Raumladungspotential an oder Achsen der Ellipsen mit Gleichpotential, die mit dem Ort, an dem das Ion entstanden ist. der kleinen Achse 41 der Röhre zusammenfallen Die in den den Enden 20 und 21 der Anoden-The potential distribution in the direction of the tubes - enough kinetic energy to move over the central longitudinal axis To be carried out due to a large number of elections. After that his trons that start at dynodes 2 or 3, reduce the speed until the ion reaches a point changes a little and then grows against the approach, which in turn reaches a potential difference ground potential. Inside the anode elements 16 of approximately 5 kV with respect to the center point 40 or 17, the potential remains essentially con. The ion will now experience a repulsive force stood, while the distribution took place within the other on the basis of which it was again against and through the odenraumes flies midpoint between the two anode elements. From this it can be seen that an ion 16 and 17 to almost zero in the center point 40, this in the anode compartment at one point with a positive wrestles. The potential distribution in one of the medium potentials in relation to the center point 40 was created The area closely adjacent to point 40 has a spherical, approximately radial path through the center-shaped symmetry, but oscillates outside of this point 40. The length of the oscillation path rich it changes elliptically with the main axis is determined by the space charge potential or axes of ellipses with equal potential that correspond to the location where the ion was formed. coincide with the minor axis 41 of the tube, those in the ends 20 and 21 of the anode

(F i g. 4). Die weiter vom Mittelpunkt 40 entfernten elemente benachbarten Bereichen entstandenen Ionen Äquipotentialoberflächen ändern sich gemäß den 40 fliegen gegen das Nullpotential des Mittelpunktes 40 Linien 42 der Fig. 4. mit extrem hoher Beschleunigung und Geschwindig-(Fig. 4). The ions that are adjacent to the elements further away from the center point 40 are produced Equipotential surfaces change according to FIG. 40 when they approach the zero potential of the center point 40 Lines 42 of Fig. 4. with extremely high acceleration and speed

Zwecks Erklärung der Arbeitsweise der Anordnung keit und wandern auf einem diametralen Weg zu sind das innere kugelförmige Feld in der F i g. 4 mit einem entgegengesetzten Punkt des Anodenraumes, 43 und die elliptischen Felder mit 44 bezeichnet. Die bis das ursprüngliche Energieniveau erreicht ist. Bedeutung der besonderen Form dieser Felder wird 45 Dann kehren sie gegen den Mittelpunkt zurück und durch die folgende Beschreibung augenscheinlich. wiederholen ihre Schwingung. Diese IonenbewegungIn order to explain the operation of the arrangement speed and wander on a diametrical path are the inner spherical field in FIG. 4 with an opposite point of the anode compartment, 43 and denoted by 44 the elliptical fields. That until the original energy level is reached. The meaning of the particular shape of these fields is 45 Then they return to the center and apparent from the following description. repeat their vibration. This ion movement

Es soll nun abgeschätzt werden, daß es ohne jeg- ist durch die Doppelpfeile in den F i g. 4 liehe physikalische Mittel außer dem Raumladungs- und 5 wiedergegeben, in denen der Pfeil 45 den strom möglich ist, eine nicht gleichförmige Potential- Schwingungsweg eines in der Nähe der Anodenenden verteilung in einem Raum, der durch ein durch- 50 20 und 21 entstandenen Ions bezeichnet, während lässiges Äquipotentialelement oder -oberfläche (An- der Pfeil 40 den Schwingungsweg eines dichter beim ode 16, 17) umgeben ist, zu erzeugen. Mittelpunkt entstandenen Ions wiedergibt, undIt should now be estimated that it is without any- through the double arrows in FIGS. 4th Borrowed physical means other than space charge and 5 reproduced, in which the arrow 45 denotes current is possible, a non-uniform potential oscillation path of one near the anode ends distribution in a space denoted by an ion created by 50 20 and 21 while permeable equipotential element or surface (at the arrow 40 the oscillation path of a closer to ode 16, 17) is surrounded. The center of the resulting ions, and

Bei dem nächsten Schritt der Arbeitsweise sei an- schließlich der Pfeil 47 des Schwingungsweg eines in genommen, daß eine übliche Vakuumpumpe mit dem unmittelbarer Nachbarschaft des Mittelpunktes 40 Ausgangsstutzen 27 verbunden ist, und ein zu 55 entstandenen Ions aufzeigt. Alle diese Elektronen evakuierendes Gefäß mit dem Eingangsstutzen 26 ge- tragen, da sie durch den Mittelpunkt gehen, zu der kuppelt ist. Die mit dem Ausgangsstutzen 27 ver- hohen Ionendichte im Mittelpunkt bei. Der Bereich bundene Vakuumpumpe reduziert den Druck inner- der großen Ionendichte kann einen Radius von halb der Umhüllung 1 und auch innerhalb des zu etwa 1 mm aufweisen.In the next step of the procedure, let the arrow 47 of the oscillation path of an in taken that a conventional vacuum pump with the immediate vicinity of the center point 40 Output port 27 is connected, and shows an ion formed to 55. All of these electrons evacuating vessel carried with the inlet port 26, since they go through the center point to the is coupled. The ion density increased with the outlet nozzle 27 in the center. The area Bound vacuum pump reduces the pressure inside the large ion density can have a radius of half of the envelope 1 and also within about 1 mm.

evakuierenden Gefäßes auf einen Druck von 10~² 60 Einige der langsam fliegenden Elektronen rekombis 10"⁴ mm Hg. Die soeben beschriebene Arbeits- binieren mit einem Elektron in der Nähe des Mittelweise in Verbindung mit der Errichtung einer Poten- punktes, wodurch neutrale Atome entstehen, die tialverteilung im Anodenraum erfolgt derart, daß der keine Bewegungsenergie erfahren. Derartige Atome nächste Schritt, der bei der Arbeitsweise der Röhre wandern nach außen und werden entweder wiedr betrachtet werden muß, die weitere Reduktion des 65 ionisiert mit der Möglichkeit, wiederum als Ionen Druckes des zu evakuierenden Gefäßes ist. Da die von höherer Energie zu erscheinen,, oder sie werden Gase in dem zu evakuierenden Gefäß in die Um- von dem Anodenraum eingefangen und sind verloren, hüllung 1 strömen, wenn der Druck reduziert wird, ist Wenn sie in Richtung des Ausgangsstutzens 27 ver-evacuating vessel to a pressure of 10 ~ ² 60. Some of the slow-flying electrons recombis 10 " ⁴ mm Hg. The just described work with an electron near the middle mode in connection with the establishment of a point, which creates neutral atoms The tial distribution in the anode compartment takes place in such a way that there is no kinetic energy. Such atoms, in the next step in the functioning of the tube, migrate to the outside and must either be considered again, the further reduction of the 65 ionized with the possibility, again as ion pressure Since those of higher energy appear, or gases in the vessel to be evacuated are trapped in the vicinity of the anode compartment and are lost, envelope 1 will flow when the pressure is reduced when it is in Direction of the outlet connection 27

loren sind, werden sie durch die Vakuumpumpe entfernt. Die Teilchenkonzentration innerhalb des Anodenraumes und besonders innerhalb des Kugelfeldes, das durch die Oberfläche 43 begrenzt wird, ist graphisch durch die Kurven der F i g. 5 dargestellt. Die Ionendichte wird durch die zwei Kurven 48 aufgezeigt. are lost, they are removed by the vacuum pump. The particle concentration within the anode space and especially within the spherical field, bounded by surface 43 is graphically represented by the curves of FIG. 5 shown. The ion density is shown by the two curves 48.

Wie bereits ausgeführt, schwingen die Ionen mit hoher Energie radial durch den Anodenraum. Diese Schwingungen werden so lange fortgesetzt, bis eine der zwei Möglichkeiten eintritt:As already stated, the ions vibrate radially through the anode space with high energy. These Vibrations are continued until one of the two possibilities occurs:

1. Der Weg des Ions wird durch einen Streuprozeß geändert oder1. The path of the ion is changed or by a scattering process

2. das Ion fängt ein Elektron ein und wird ein neu- ¹S trales Atom.2. the ion captures an electron and becomes a newly ^1S trales atom.

Unter Streuprozeß wird der Rückstoßungseffekt verstanden, den zwei gleiche Teilchen ausüben, z. B. zwei Ionen, die sich aus verschiedenen Richtungen einander nähern. Als Beispiel sei angenommen, daß ein Elektron im Mittelpunkt stationär ist und ein anderes Ion radial nach innen gegen dieses zentrale Ion wandert. Wenn dieses wandernde Ion den Mittelpunkt erreicht, übt es eine Coulombsche Abstoßungskraft aus, welche das zentrale Ion in Bewegung setzt und die Geschwindigkeit des auftreffenden Ions vermindert. Auf diese Art findet eine Energieübertragung von dem sich bewegenen Ion auf das stationäre Ion statt. Die Geschwindigkeit des sich bewegenden Ions wird herabgesetzt. An Stelle eines schnellen Ions und eines ruhenden Ions werden zwei Ionen mittlerer Geschwindigkeit erzeugt.The scattering process is understood to mean the repulsion effect exerted by two identical particles, e.g. B. two ions approaching each other from different directions. As an example, assume that one electron in the center is stationary and another ion radially inwards towards this center Ion wanders. When this wandering ion is the focus reached, it exerts a Coulomb repulsive force, which sets the central ion in motion and reduces the velocity of the impacting ion. In this way there is an energy transfer from the moving ion to the stationary ion. The speed of the moving Ions is discounted. Instead of one fast ion and one resting ion become two Medium velocity ions generated.

Im Falle des Einfangens erhält ein Ion ein Elektron von einem neutralen Atom, welches ein Ion von kleinerer Energie als das ursprüngliche Ion wird. Dadurch wird die Gesamtanzahl der Ionen nicht geänert. Das Ion muß danach auf eine höhere Energie beschleunigt werden, wie in dem obenerwähnten Fall.In the case of trapping, an ion receives an electron from a neutral atom, which an ion from a smaller one Energy than the original ion becomes. This does not change the total number of ions. The ion must then be accelerated to a higher energy, as in the above-mentioned case.

Bei genauer Betrachtung des Verhaltens der in F i g. 4 gezeigten Ionen durchdringen Ionen, die längs der durch den den Doppelpfeil 45 bezeichneten diametralen Wegen wandern, die Äquipotentialoberfläche 43, und wenn durch den Streuprozeß ein Ion von dem diametralen Weg 45 in eine Richtung näher der kleinen Achse 41 der Röhre abgelenkt wird, wird dieses Ion nicht mehr mit einer Äquipotentialoberfläche, die es gegen den Mittelpunkt stößt, zusammentreffen, sondern es wird unter dem Einfluß des durch die Ionenbeschleunigungsringe 13 und 14 erzeugten elektrischen Feldes nach außen transportiert. Wenn die Elektronen einmal unter dem Einfluß der Felder dieser Ringe gekommen sind, werden sie durch den ringförmigen Durchgang 11 radial nach außen transportiert in die Pumpkammer 6, von der sie durch den Ausgangsstutzen 27 nach außen gelangen. Sie werden aus der Pumpkammer 6 durch die Vakuumpumpe entfernt, die mit dem Ausgangsstutzen 27 verbunden ist. Auf diese Weise finden die Ionen mit höherer Energie, wenn sie durch einen Streuprozeß abgelenkt sind, ihren Weg aus dem Anodenraum heraus und in das Anziehungsfeld der Ionenbeschleunigungsringe 13 und 14.Upon closer inspection of the behavior of the in F i g. Ions shown in Fig. 4 penetrate ions that are longitudinal which migrate by the diametrical paths indicated by the double arrow 45, the equipotential surface 43, and if by the scattering process an ion from the diametrical path 45 is closer in one direction the minor axis 41 of the tube is deflected, this ion will no longer have an equipotential surface, which it hits against the center point, but it becomes under the influence of the electric field generated by the ion acceleration rings 13 and 14 is transported to the outside. Once the electrons have come under the influence of the fields of these rings, will they are transported through the annular passage 11 radially outward into the pump chamber 6, from which they get through the outlet nozzle 27 to the outside. They are through from the pumping chamber 6 the vacuum pump, which is connected to the outlet port 27, is removed. This is how they find Ions with higher energy, when deflected by a scattering process, make their way out of the anode compartment out and into the field of attraction of the ion acceleration rings 13 and 14.

Auf Grand der Potentialdifferenz der Ringe 13 und 14 und der Tatsache, daß die inneren Oberflächen der Wände 7 und 8 nichtleitend oder nur vernachlässigbar leitend sind, werden die Ionen, die in den Durchgang 11 gelangt sind, durch das Feld von den Ringen 14 gegen das Feld von den Ringen 13 und in die Pumpkammer 6 transportiert, da die Kammer einen leitenden Überzug auf ihrer inneren Oberfläche 12 hat, die das gleiche Potential wie die Ringe 13 hat. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, hat die Kammer 6 vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt, so daß Ionen, welche durch Auftreffen auf den leitenden Überzug der Oberfläche 12 neutralisiert werden, durch Streuung oder auf andere Weise in die Kammer diffundieren und nicht durch den Durchgang 11 zurückgelangen.On Grand the potential difference of the rings 13 and 14 and the fact that the inner surfaces of the walls 7 and 8 are non-conductive or only negligibly conductive, the ions that have entered the passage 11, through the field of the rings 14 against the field of the rings 13 and transported into the pumping chamber 6, since the chamber has a conductive coating on its interior Surface 12 has the same potential as the rings 13. As shown in FIG. 1 shows the Chamber 6 preferably has a circular cross-section, so that ions, which by impinging on the conductive coating of the surface 12 can be neutralized, by scattering or otherwise in the Diffuse chamber and not come back through passage 11.

Es sei bemerkt, daß der Schirm 18 auch weggelassen werden kann; seine Verwendung ist jedoch vorteilhaft, da er eine Äquipotentialoberfläche vorsieht, die den Ionenflug gegen und in den Durchgang 11 richtet.It should be noted that the screen 18 can also be omitted; however, its use is advantageous since it provides an equipotential surface that prevents ions from flying towards and into passage 11 directs.

Wie bereits ausgeführt, werden die Ionen höherer Energie, die durch Streuprozeß abelenkt sind, eventuell ihren Weg aus dem Anodenraum heraus und in die Pumpkammer 6 finden.As already stated, the higher energy ions, which are deflected by the scattering process, eventually become find their way out of the anode compartment and into the pump chamber 6.

Die Ionen niedrigerer Energie (in der F i g. 4 durch die Pfeile 46 und 47 dargestellt) entwickeln nicht mehr genug Energie, um den Anodenraum zu entkommen. Ihre Anwesenheit ist jedoch wichtig, da sie die nötige Ionenkonzentration im Mittelpunkt zur Ablenkung der Ionen hoher Energie, wie bereits ausgeführt, erzeugen. Ein geeignetes Gleichgewicht zwischen Ionen hoher Energie und niedriger Energie ist nötig, um einen günstigen Betrieb sicherzustellen. Dieses geeignete Gleichgewicht wird durch die verschiedenen Spannungen aus den verschiedenen Elektroden erreicht, insbesondere die Spannung an den Ringen 13 und 14 durch die Zuführungen 38 und 39 zu der Batterie 36, um ein Optimum des Pumpverhältnisses zu erreichen.The lower energy ions (shown in Figure 4 by arrows 46 and 47) do not evolve more enough energy to escape the anode compartment. However, their presence is important as they the necessary ion concentration in the center to deflect the high energy ions, as already stated, produce. There is a suitable balance between high energy and low energy ions necessary to ensure cheap operation. This appropriate balance is established by the various Voltages from the various electrodes reached, in particular the voltage across the Rings 13 and 14 through the feeds 38 and 39 to the battery 36 to obtain an optimum pumping ratio to reach.

Einige neutrale Atome kollidieren im Anodenraum mit einem Ion, wodurch das neutrale Atom Bewegungsenergie empfängt, die von dem sich bewegenden Ion übertragen wird. Wenn diese Bewegungsenergie in Richtung der kleinen Achse 41 der Röhre verläuft, wird das Atom über den Ausgangsstutzen 27 durch die Vakuumpumpe abgepumpt. Die in der F i g. 3 graphisch dargestellte Potentialverteilung zeigt die Kräfte, die auf Ionen ausgeübt werden, die den Weg in den Durchgang 11 finden oder, mit anderen Worten, in das Feld der Ionenringe 13 und 14. Einige Ionen, welche die positive Potentialsperre (die mit dem Bezugszeichen 49 bezeichnet ist und die dem Potential der Oberfläche 44 entspricht) passieren, werden gegen den Schirm 18 und die Ionenringe 14 gezogen, weil sie negativer sind als die Äquipotentialflächen im Anodenraum.Some neutral atoms collide with an ion in the anode space, creating kinetic energy for the neutral atom that is transmitted by the moving ion. When this kinetic energy is in the direction of the minor axis 41 of the tube runs, the atom is pumped out via the outlet nozzle 27 by the vacuum pump. The one in the F i g. 3 shows the potential distribution graphed, the forces exerted on ions that cause the Find a way into passage 11 or, in other words, into the field of ion rings 13 and 14. Some Ions which the positive potential barrier (which is denoted by the reference numeral 49 and which the Potential of the surface 44) pass against the screen 18 and the ion rings 14 drawn because they are more negative than the equipotential surfaces in the anode compartment.

Da die Ringe 13 negativer als die Ringe 14 sind, werden die Ionen durch den ringförmigen Durchgang 11 gezogen, bis sie in die Pumpkammer 6 gelangen. Von dort werden sie durch die mit dem Ausgangsstutzen 27 verbundene Vakuumpumpe abgesaugt. Obgleich dem ringförmigen Durchgang 11 der Vorzug gegeben wird, kann die Verbindung der Pumpkammer 6 mit dem Mittelpunkt der Röhre auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise können die Zugänge z. B. wie die Speichen eines Rades den Anodenraum umgeben. Bisher wurde nur das Gas betrachtet, welches ionisiert wurde und in den Anodenraum zwischen den Anodenenden 20 und 21 gelangt. Es muß nun das Gas, das in den Raum zwischen den Dynoden 2 bzw. 3 und den Anodenelementen 16 und 17 ionisiert wird, betrachtet werden.Since the rings 13 are more negative than the rings 14, the ions will pass through the annular passage 11 pulled until they get into the pump chamber 6. From there they are through the one with the outlet port 27 connected vacuum pump sucked off. Although the annular passage 11 is preferred is given, the connection of the pumping chamber 6 with the center of the tube can be different Way done. For example, the accesses z. B. like the spokes of a wheel surround the anode compartment. So far only the gas has been considered which has been ionized and in the Anode space between the anode ends 20 and 21 arrives. It must now be the gas that is in the space between the dynodes 2 and 3 and the anode elements 16 and 17, respectively, are ionized.

609 750/104609 750/104

Jedes ζ. B. zwischen dem Anodenelement 17 und der Dynode 3 erzeugte Ion wird gegen die Dynode 3 gezogen, und wenn die Dynode aus einem Material besteht, welches das Ion absobiert, wird es von der Dynode eingefangen und dadurch aus der Röhre entferrit. Every ζ. B. ion generated between the anode element 17 and the dynode 3 is drawn towards the dynode 3, and if the dynode is made of a material that will absorb the ion, it will be absorbed by the Dynode captured and thereby removed from the tube.

Die Röhre nach der Erfindung arbeitet fortlaufend als Vakuumpumpe, und weil die Elektronen miteinander in Wechselwirkung treten, können Drücke von unendlich niedrigem Wert erzeugt werden.The tube according to the invention works continuously as a vacuum pump, and because the electrons with each other interact, pressures of infinitely low values can be generated.

Da die Röhre im wesentlichen aus einer Anode und zwei Dynoden an entgegengesetzten Enden der Anode besteht, arbeitet sie als Vervielfacher. Wenn ein Elektron während seiner Laufzeit zwischen den zwei Dynoden 2 und 3 auf einen Wert beschleunigt wird, der genügt, um auf der Dynode aufzutreffen, v/erden Sekundärelektronen emittiert. Es ist daher wünschenswert, daß die Dynoden 2 und 3 aus einem Material bestehen, das einen Sekundäremissionsfaktor größer als 1 hat, so daß jedes auftreffende Elektron eine Anzahl von Sekundärelektronen erzeugt. Der Elektronenstrom wird auf diese Weise vervielfacht, bis ein Gleichgewicht des Stromes erreicht wird. Durch die Vervielfachung kann die Potentialverteilung innerhalb des Anodenraumes in einem geeigneten Gleichgewicht zu der durch die Ionenkonzentation erzeugten Raumladung gehalten werden. Bei einer Art der Betriebsweise ist die Vervielfachung durch die an der Spule 37 liegende Hochfrequenzspannung gesichert, deren Amplitude und Frequenz von der Elektronenlaufzeit zwischen den beiden Dynoden abhängt.Since the tube consists essentially of an anode and two dynodes at opposite ends of the Anode, it works as a multiplier. If an electron is between the two dynodes 2 and 3 are accelerated to a value that is sufficient to hit the dynode, Secondary electrons are emitted. It is therefore desirable that the dynodes 2 and 3 from one Material that has a secondary emission factor greater than 1, so that every electron that hits it generates a number of secondary electrons. The electron flow is multiplied in this way, until an equilibrium of the current is reached. By multiplying the potential distribution within the anode space in a suitable equilibrium to that caused by the ion concentration generated space charge are held. One type of operation is multiplication secured by the high frequency voltage applied to the coil 37, its amplitude and frequency depends on the electron transit time between the two dynodes.

Wenn der Elektronenstrom durch andere Mittel als durch Vervielfachung erzeugt wird, fällt die Anzahl der neutralen Atome auf einen solch kleinen Wert, daß eine ungenügende Anzahl von Ionen erzeugt wird, um die Pumpwirkung aufrechtzuerhalten. Diesen Mangel kann man überwinden, indem man die Röhre als Vervielfacher, wie soeben beschrieben, arbeiten läßt oder durch die Verwendung einer Kaltkathode, z.B. aus Wolfram oder Rhenium in Verbindung mit den Dynoden 2 und 3, wodurch ein Elektronenstrom erreicht wird, dessen Größe die Pumpwirkung sicherstellt. Bei der Verwendung von großen Elektronenströmen haben die relativ wenigen neutralen Atome eine größere Möglichkeit, ionisiert zu werden als bei kleinen Stromwerten.When the electron current is generated by means other than multiplication, the number falls of the neutral atoms to such a small value that an insufficient number of ions is generated to maintain the pumping action. This deficiency can be overcome by lets the tube work as a multiplier, as just described, or by using a cold cathode, E.g. made of tungsten or rhenium in connection with the dynodes 2 and 3, whereby a Electron flow is achieved, the size of which ensures the pumping effect. When using large electron currents, the relatively few neutral atoms have a greater chance of being ionized than with small current values.

Wenn die Röhre als Vervielfacher arbeitet, ist der hohe Elektronenstrom gesichert. Wenn die Röhre als Vervielfacher arbeitet, sind die an den Anoden 16 und 17 liegende Spannung, der Abstand zwischen den Dynoden 2 und 3 und die an der Spule 37 liegende Hochfrequenzspannung derart gewählt, daß durch die Elektronenschwingungen zwischen den Dynoden Vervielfachung eintritt. Die Frequenz der Hochfrequenzspannung ist auf einen solchen Wert eingerichtet, daß eine ganze Periode ungefähr gleich der Elektronenlaufzeit zwischen den beiden Dynoden bei einer vorgegebenen Spannung an den Anoden 16 und 17 ist.When the tube works as a multiplier, the high electron flow is assured. If the tube is a Multiplier works, the voltage across the anodes 16 and 17, the distance between the dynodes 2 and 3 and the high frequency voltage applied to the coil 37 are selected such that by the electron oscillations between the dynodes multiplication occurs. The frequency of the High frequency voltage is set to such a value that a whole period is approximately equal the electron transit time between the two dynodes at a given voltage at the anodes 16 and 17 is.

Diese Beziehung kann am besten erklärt werden, wenn man die Arbeitsweise der Röhre, ohne daß die Hochfrequenzspannung angelegt ist, betrachtet. Ursprünglich von der Dynode 2 startende Elektronen werden gegen und durch die Anoden 16 und 17 und auf Grund des Fokussierungsfeldes durch den Mittelpunkt 40 beschleunigt und fliegen gegen die Dvnode 3. Während ihres Fluges werden die Elektronen bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie die Anoden 16,17 erreichen, beschleunigt, während sie von diesem Punkt an abgebremst werden, bis sie die Dynode 3 mit der Geschwindigkeit Null erreichen.This relationship can best be explained by looking at the operation of the tube without the High frequency voltage is applied, considered. Electrons originally starting from Dynode 2 are against and through the anodes 16 and 17 and due to the focus field through the center 40 accelerates and fly against the Dvnode 3. During its flight, the electrons until they reach the anodes 16, 17 accelerated while they are from At this point they are decelerated until they reach Dynode 3 with zero speed.

Wenn die Hochfrequenzspannung Null angelegt ist, kommen die sich der Dynode 3 nähernden Elektronen nicht mit der Geschwindigkeit Null dort an, sondern haben eine endliche Geschwindigkeit, die bewirkt, daß das Elektron auf der Dynode 3 auftrifft und Sekundärelektronen auslöst. Während der Laufzeit der Elektronen zwischen der Dynode 2 und der Dynode-3 werden die Anoden 16,17 durch die Hochfrequenzspannung abwechselnd positiv und negativ in bezug auf die Dynoden. Ein Elektron, das von der Dynode 2 in dem Augenblick startet, in dem eine positive Halbperiode der Hochfrequenzspannung an den Anoden 16,17 beginnt, wird zusätzlich zu der Beschleunigung auf Grund der Gleichspannung der Batterie 36 beschleunigt.When the high frequency voltage zero is applied, the electrons approaching the dynode 3 come not at zero speed, but have a finite speed that causes that the electron hits the dynode 3 and releases secondary electrons. During the term of the Electrons between the dynode 2 and the dynode 3 are the anodes 16,17 by the high frequency voltage alternately positive and negative with respect to the dynodes. An electron produced by dynode 2 starts at the moment in which a positive half cycle of the high frequency voltage at the anodes 16.17 starts, is in addition to the acceleration due to the DC voltage of the battery 36 accelerated.

Am Ende der positiven Halbwelle der Hochfrequenzspannung erreicht dann das Elektron den Mittelpunkt 40 mit einer höheren Geschwindigkeit, als dies ohne die Hochfrequenzspannung der Fall wäre. Das seinen Weg zur Dynode 3 fortsetzende Elektron geht durch den Anodenkonus 17 m, und die Hochfrequenzspannung an den Anoden 16,17 durchläuft die negative Halbwelle. Das Elektron erhält eine geringere Geschwindigkeitsverminderung durch die Anoden 16 und 17, als es Geschwindigkeitsbeschleunigung während der ersten Halbperiode erfahren hat, wodurch das Elektron an der Dynode 3 mit einer endlichen Geschwindigkeit ankommt. Beim umgekehrten Weg (von der Dynode 3 zur Dynode 2) erfahren sowohl dieses Primärelektron als auch die ausgelösten Sekundärelektronen die gleichen Beschleugungs- und Verzögerungskräfte, wodurch diese Elektronen an der Dynode 2 mit einer endlichen Geschwindigkeit ankommen, die ausreicht, um Sekundärelektronen auszulösen. Die Hin- und Hergänge der Elektronen wiederholen sich, wodurch der Totale Elektronenstrom erzeugt wird. Andererseits wird, wenn die Elektronendichte zu hoch wird, die sich von den Dynoden ausbildende Raumladung einige Sekundärelektronen zurückstoßen, wodurch die Abgabe von Sekundärelektronen reduziert wird. Daher erreicht der Gesamtelektronenstrom einen Gleichgewichtswert, bei dem die Anzahl der durch die Anoden 16,17 eingefangenen Elektronen gerade gleich der durch die Dynoden erzeugten Elektronen ist. Auf Grund dieser Vervielfachung ist ein angemessener Elektronenstrom für eine genaue Arbeitsweise gesichert.At the end of the positive half-wave of the high-frequency voltage, the electron then reaches the Center 40 at a higher speed than would be the case without the high frequency voltage were. The electron continuing its way to the dynode 3 goes through the anode cone 17 m, and the High-frequency voltage at the anodes 16, 17 runs through the negative half-wave. The electron receives one less deceleration by the anodes 16 and 17 than there is acceleration has experienced during the first half period, whereby the electron at the dynode 3 with a finite speed matters. Find out when you go the other way (from dynode 3 to dynode 2) both this primary electron and the triggered secondary electrons have the same acceleration and retardation forces, causing these electrons to hit the dynode 2 at a finite speed sufficient to trigger secondary electrons. The back and forth of the electrons repeat themselves, creating the total electron flow. On the other hand, if the electron density becomes too high, the space charge that forms from the dynodes is reduced Repel secondary electrons, thereby reducing the release of secondary electrons. Therefore the total electron current reaches an equilibrium value at which the number of electrons through the Anodes 16,17 captured electrons just equal the electrons generated by the dynodes is. Because of this multiplication, there is adequate electron flow for accurate operation secured.

Claims

Patent claims:

1. Ion pump, in which the gas moves in a desired direction through the movement caused by ions in an electric field, characterized in that in a potential distribution is generated in an inner area, which is a minimum in the central part of the inner area and a maximum of the surface surrounding this central area, and that in an outer region surrounding this surface a second potential distribution is generated, the radially outward from this surface to a predetermined low

Value decreases, and that ions are removed from the outer region.

2. Ion pump according to claim 1, characterized in that one in an inner region Potential distribution is generated that has a minimum in the central part of the interior and is a maximum at the surface surrounding this central area, and in one, this Inner area surrounding outer area a second potential distribution is generated by this surface decreases radially outward to a predetermined value between the Potential maximum and minimum lies.

3. Ion pump according to claim 1 and / or 2, characterized in that first electrodes are provided for generating a virtual cathode in an area, and the second electrodes surrounding this area define an annular chamber into which ions can enter, and at the second Electrodes have a potential which attracts these ions, and means for removing the ions from the chamber are provided.

4. ion pump according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that an anode with an open area is provided, and this anode is provided with means for generating a virtual cathode is enclosed in this open area, and at this anode predetermined potential is, and electrodes for accelerating the ions, adjacent to this open area, and a potential of at this ion accelerating electrode a predetermined amount which is smaller than the first-mentioned potential, and further means are provided in order to prevent ions attracted by this electrode from re-entering the enter open area.

5. Ion pump according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the anode, which has an open area, is enclosed by electron-optical means which generate electrons and focus them towards a common point in this open area, whereby a space charge is generated , which represents a potential minimum at this point and a potential maximum at a surface surrounding this point at some distance and ion accelerating means in order to generate a potential distribution in a second area surrounding this open area which gradually increases from the maximum on this surface to a predetermined lower value decreases radially outward from this surface and means are provided for removing the ions from this second region.

6. ion pump according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that It consists of an anode that has two apertured elements that are spaced apart from each other are arranged, and two cathodes at the opposite ends of these elements are provided and these cathodes and these elements bring the electrons to a point between focus the two elements so that there is a potential distribution between the two elements is achieved, which at this point is a minimum and a maximum on the surface, which surrounds this point at some distance to the outside and between these elements an acceleration electrode surrounding the space between them is provided, and this acceleration electrode defines a chamber into which gas particles can enter, and finally circuits are provided and a common potential is applied to these anode elements, a predetermined lower potential to the ion acceleration electrode and to this Cathodes a reference potential can be placed.

7. ion pump according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that an anode is provided, which consists of two frustoconical, tubular elements, which are arranged symmetrically about a common axis, the ends with the smaller diameter are arranged opposite each other at some distance from each other, and the ends of which are opposite with the larger diameter cathodes, which together with these elements focus the electrons against a point in the area between these elements, and two ion acceleration rings surrounding this area are provided between the two anode elements, see above that a chamber is created between the two anode elements and both the anode elements as well as the rings are electrically connected to one another, and means for removing gas particles are provided from the chamber.

8. ion pump according to claim 7, characterized in that these anode elements, these Cathodes and these rings are surrounded by a casing that has an inlet connection and an outlet port which is connected to this chamber.

Considered publications:
French Patent No. 1 246 669.

1 sheet of drawings