DE1266888B - Vorrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahlenbuendels hoher Leistung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-21/01

Nummer: 1266 888

Aktenzeichen: S 95524 VIII c/21 g

Anmeldetag: 18. Februar 1965

Auslegetag: 25. April 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahlenbündels hoher Leistung, bei der auf einer gemeinsamen Achse mit gegenseitigem Abstand nebeneinander in einem Gehäuse eine Elektrode zum Auffangen von Ionen, eine mit einer durchgehenden zentralen Öffnung versehene Kathode, eine den Durchtritt der Elektronen gestattende Anode und ein Pumpstutzen angeordnet sind. In einer derartigen Elektronenkanone wird infolge der großen Leistung eine nicht vernachlässigbare Menge von Ionen erzeugt. Diese verbinden sich mit den Gasmolekülen, welche durch den elektronischen Beschüß der Anode frei werden, da letztere im allgemeinen aus einer im Vakuum gegossenen Metallmasse besteht. Diese Moleküle, von denen ein Teil in Ionen übergeht, und die in dieser Form freigesetzten Ionen selbst sind die Ursache für Störungen in den Speisekreisen, da sie große elektronische Leistungen entwickeln. Indem sie rückwirkend wieder auf die Kathode auf treffen, erhitzen sie diese anormal; die überhitzten Punkte senden große Mengen von Elektronen aus, so daß der elektrische Speisestrom großen Schwankungen unterliegt, die sich jeglicher Steuerung entziehen. Die Folge hiervon ist eine häufige Unterbrechung der Zufuhr, ausgelöst durch das Ansprechen der stets vorhandenen Sicherheitseinrichtungen, ζ. B. in Form von Trennschaltern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mängeln abzuhelfen. Sie besteht darin, daß die Ionenfänger-Elektrode mit einer durchgehenden zentralen Öffnung versehen und der Pumpstutzen gegenüber der Ionenfänger-Elektrode angeordnet ist. Auf diese Weise wird durch mechanische Pumpwirkung der größte Teil der Ionen und Moleküle durch den Pumpstutzen abgezogen, so daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Kanone durch die Vakuumpumpe evakuiert ist, beträchtlich ist. Soweit Ionen nicht durch die mechanische Pumpwirkung abgesaugt werden, gelangen sie zum größten Teil an die Ionenfänger-Elektrode, die auf relativ niedrigem Potential gehalten wird. Im ganzen wird auf diese Weise erreicht, daß im Betrieb nahezu keine störenden Ionen mehr in den elektronischen Kreis der Kathode gelangen.

Bei einer bekannten Elektronenkanone (USA.-Patentschrift 2 813 990) der eingangs bezeichneten Art, die allerdings für relativ geringe Leistungen bestimmt ist, befindet sich eine Vorrichtung für den Anschluß einer mechanischen Pumpvorrichtung, von der Kathode aus gesehen jenseits der Anode. Die einzelnen Glieder liegen also in der Reihenfolge: mechanische Saugvorrichtung, Anode, Kathode, elek-Vorrichtung zur Erzeugung eines
Elektronenstrahlenbündels hoher Leistung

Anmelder:

Societe Anonyme Heurtey, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

4000 Düsseldorf, Cecilienallee 76

Als Erfinder benannt:

Yves Langlet,

Boulogne-Billancourt, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 21. Februar 1964 (964 646)

irische Saugvorrichtung. Im Gegensatz hierzu wird bei der Elektronenkanone nach der Erfindung die erstrebte Wirkung gerade durch die umgekehrte Anordnung erreicht, weil dort die Glieder in der Reihenfolge: Anode, Kathode, Saugvorrichtung hintereinander liegen.

Sodann ist aus der britischen Patentschrift 906 043 ein elektronischer Emitter bekannt, der vor allem zur Verwendung in einem Klystron oder in Röhren mit gerichteten elektronischen Strahlen geeignet ist. Die zugehörige Kathode ist konkav und durchlöchert. Die Durchlöcherung ist aber von einer zusätzlichen Elektrode ausgefüllt, deren Oberfläche eine Fortsetzung der Kathodenoberfläche darstellt. Eine Einrichtung, die in der Lage wäre, Ionen oder Moleküle im Sinn der Erfindung zu eliminieren, sei es auf mechanischem Wege durch Pumpen oder auf rein elektrischem Wege, ist nicht vorhanden.

Schließlich ist aus der französischen Patentschrift 1 319 431 eine Elektrone bekannt, bei der sich die von einer Kathode ausgesandten Elektronen in elektrischen und magnetischen Feldern bewegen, zu welchem Zweck vor der Kathode ein Gitter vorgesehen ist, das auf einem mittleren Potential zwischen dem der Kathode und dem der Anode liegt. Kathode und Anode werden von Hohlzylindern in koaxialer Anordnung gebildet. Eine Einrichtung, die es ermöglichen könnte, die durch das Vorhandensein von

809 540/333

Ionen oder von Molekülen in dem Innenraum herrührenden unerwünschten Wirkungen zu unterdrücken, sind auch bei dieser Elektronenkanone nicht vorhanden.

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Durchmesser der Öffnung der Kathode praktisch gleich dem Durchmesser der Austrittsöffnung der Anode. Des weiteren empfiehlt es sich, die Vorrichtung nach der Erfindung so zu gestalten, daß die durch Elektronenbeschuß geheizte Kathode mit Hilfe von an dem Gehäuse befestigten elektrisch isolierenden Aufhängegliedern unter Zwischenschaltung eines gekühlten Mantels von einer diesen Mantel abschließenden Schale getragen wird, in deren Aussparung sie ruht. Dabei ist der Mantel zweckmäßig durch biegsame isolierende Leitungen mit Stutzen zur Verteilung eines stark isolierenden Kühlmittels verbunden, wobei die Stutzen in einem das Gehäuse abschließenden Dom liegen, in welchem außerdem der Pumpstutzen und isolierende Durchführungen für die zur elektrischen Speisung der Elektroden erforderlichen elektrischen Leiter vorgesehen sind. Vorzugsweise ist bei der so gestalteten Vorrichtung der Mantel des Gehäuses und der Boden, durch den das Elektronenstrahlbündel aus dem Gehäuse austritt, doppelwandig ausgeführt und wird innen von einem isolierenden Kühlmittel durchströmt.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel in Form eines schematischen Schnitts durch den Teil einer erfindungsgemäß gestalteten Elektronenkanone großer Leistung und großer Reichweite, in dem ein Elektronenbündel erzeugt wird.

Bei dem dargestellten Beispiel weist die Elektronenkanone einen zylindrischen doppelwandigen Mantel 1 auf, welcher durch den Umlauf eines durch Anschlußstücke 2 zugeführten und durch Anschlußstücke 3 abgeführten Strömungsmittels gekühlt wird. Der Mantel ist von Flanschen 4 und 5 eingefaßt. Der Flansch 5 nimmt unter Zwischenschaltung einer Dichtung 6 den Einfassungskranz 7 eines doppelwandigen Bodens 8 auf, dem durch einen Stutzen 9 eine Kühlflüssigkeit zugeführt wird, die durch einen Stutzen 10 abfließt.

Der doppelwandige Boden 8 weist in seiner Mitte eine Öffnung 11 auf, die in einer gekühlten Buchse ausgebildet ist, welche vom Mantel 1 aus nach innen ragt.

Der Flansch 4 nimmt unter Zwischenschaltung einer Dichtung 12 einen anderen Kranz 13 zur Verbindung mit einem domförmigen Boden 14 auf. Der Kranz 13 ist mit inneren Armen 15 versehen (von denen nur ein einziger dargestellt ist), welche Aufhängeglieder 16 aus Isolierstoff halten.

Der Dom 14 ist seitlich mit einer in einen Flansch auslaufenden Muffe 17 versehen, weiche einen Einsatz 18 aufnimmt, der die elektrischen Leiter 19 zur Speisung einer Hilfselektronenkanone 20 durchläßt, deren Aufgabe weiter unten erläutert ist.

Ferner weist der Dom eine Manschette 21 auf, die abgedichtet ein Anschlußstück 22 durchtreten läßt, das auf einer Seite mit einem Stutzen 23 zur Zufuhr einer Kühlflüssigkeit und auf der anderen Seite innerhalb des Mantels des Doms mit einem Stutzen 24 aus einem biegsamen Isolierstoff verbunden ist.

Es ist eine zweite Manschette vorgesehen, welche der Manschette 21 entspricht und mit gleichen Teilen versehen ist. Diese nicht dargestellte Anordnung vervollständigt die dargestellte, um die Zufuhr und die Abfuhr eines stark dielektrischen Kühlmittels zu ermöglichen.

Der Scheitel des Doms 14 besitzt ebenfalls eine axiale Muffe 25, welche mit einem Flansch versehen und zum Anschluß an die Saugöffnung eines Einzelpumpaggregats für die Kanone bestimmt ist.

Die Arme 15 und die Aufhängeglieder 16, welch letztere durch elektrisch isolierende Halter gebildet werden, halten einen inneren doppelwandigen Mantel 26. An der Oberkante dieses Mantels sind Verbindungsstücke 27 zur Verbindung mit den Rohren 24 vorgesehen.

An der entgegengesetzten Kante des Mantels ist eine Schale 28 befestigt, weiche einen weit ausgesparten Boden und eine Öffnung besitzt, die mit einer umgebogenen Randleiste 29 versehen ist, welche in einer gewissen Entfernung die obere Kante der die Öffnung 11 enthaltenden Buchse umgibt. Der ausgesparte Teil der Schale 28 hält die eigentliche Kathode 30, welche die Form einer Schale hat.

Halter 31 mit isolierenden Belägen 32 halten die Leiter 19 in der Nähe der Kathode 30 sowie die spiraligen Leiter 20, welche in geeigneter Verteilung die Hilfselektronenkanone zur Heizung der Hauptkathode 30 bilden.

Die Scheitelzone der Kathode 30 ist mit einer Öffnung 33 versehen, deren Durchmesser die gleiche Größenordnung wie der Durchmesser der Öffnung 11 hat und auf der gleichen geometrischen Achse wie diese liegt, welche auch die Achse der Muffe 25 ist.

Innerhalb des Doms 14 ist in der Nähe der Öffnung der Muffe 25 eine ringförmige Elektrode 34 angeordnet, die durch einen durch die Wand des Doms in einer Isolierung 36 tretenden Leiter 35 mit einer Klemme eines unabhängigen Generators 37 verbunden ist, dessen andere Klemme bei 38 Erdschluß hat.

Die obige Anordnung arbeitet folgendermaßen: Der Mantel 1 und der Boden 8 sowie der Mantel 26 werden von einem kräftigen Strom eines sehr gut isolierenden Kühlmittels durchströmt, das die Wärme zu einem äußeren Austauscher abführt, der infolge der durch die Stutzen 24 gebildeten isolierenden Verbindungen auf dem Potential Null des Körpers gehalten werden kann.

Die Ionen, welche zufällig axial in dem aus der Öffnung 11 austretenden Elektronenbündel aufsteigen können, treffen nicht mehr auf die Kathode und treten frei durch die Öffnung 33.

Sie können dann unmittelbar in die Nähe der Muffe 25 gelangen und werden dann durch das an diese angeschlossene Pumpaggregat abgeführt. Dieses Pumpaggregät hat eine mäßige Leistung, so daß bei einem plötzlichen Gasausbruch aus der von dem Elektronenbeschuß erreichten Treffstelle die freigesetzten Gase zum größten Teil von anderen Pumpaggregaten absorbiert werden, welche zwischen den auf dem Weg des Beschußbündels liegenden Blenden angeschlossen sind. Wenn nämlich das an die Muffe 25 angeschlossene Pumpaggregat zu kräftig wäre, bestünde die Gefahr, daß Gasmoleküle an diese Stelle gezogen werden, wobei sie durch das elektrische Feld in der Nähe der Kathode 30 laufen, eine Wirkung, die möglichst zu vermeiden ist.

Nach dem Durchgang durch die Öffnung 11 gelangen die Ionen in die Nähe der Kathode 30, und das in dieser Zone herrschende elektrische Feld bremst sie, so daß sie mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit in die Nähe des Eingangs der Muffe

ankommen. Gewisse Ionen können die Geschwindigkeit Null haben, so daß sie dann der Abfuhrwirkung entgehen und zu der Kathode 30 zurückkehren könnten.

Derartige Ionen werden dann von der Elektrode eingefangen, welche auf ein negatives Potential gebracht ist, welches verhältnismäßig niedrig ist, aber ausreicht, um diese Rückkehr zu verhindern.

Der Generator 37 zur Erzeugung dieses negativen Potentials ist vorzugsweise vollständig unabhängig von dem die Kathode 30 speisenden Generator, so daß die Änderungen des Ionenstroms in diesem Generator 37 in keiner Weise die Regelung des Kathodenstroms stören.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahlenbündels hoher Leistung, bei der auf einer gemeinsamen Achse mit gegenseitigem Abstand nebeneinander in einem Gehäuse eine Elektrode zum Auffangen von Ionen, eine mit einer durchgehenden, zentralen Öffnung versehene Kathode, eine den Durchtritt der Elektronen gestattende Anode und ein Pumpstutzen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenfängerelektrode mit einer durchgehenden zentralen Öffnung versehen und der Pumpstutzen gegenüber der Ionenfängerelektrode angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung (33) der Kathode (30) praktisch gleich ist dem Durchmesser der Austrittsöffnung (11) in der Anode (8).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Elektronenbeschuß (20) geheizte Kathode (30) mit Hilfe von an dem Gehäuse befestigten, elektrisch isolierenden Aufhängegliedern (16) unter Zwischenschaltung eines gekühlten Mantels (26) von einer diesen Mantel abschließenden Schale (28) getragen wird, in deren Aussparung sie ruht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (26) durch biegsame isolierende Leitungen (24) mit Stutzen (22) zur Verteilung eines gut isolierenden Kühlmittels verbunden ist, wobei die Stutzen (22) in einem das Gehäuse abschließenden Dom (14) liegen, in welchem außerdem der Pumpstutzen (25) und isoliegende Durchführungen (18, 36) für die zur elektrischen Speisung der Elektroden erforderlichen elektrischen Leiter vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) des Gehäuses und der Boden (8), durch den das Elektronenstrahlenbündel aus dem Gehäuse austritt, doppelwandig ausgeführt sind und innen von einem isolierenden Kühlmittel durchströmt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 813 990;
britische Patentschrift Nr. 906 043;
französische Patentschrift Nr. 1 319 431.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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