DE1271844B - Magnetisches Fokussierungssystem zur gebuendelten Fuehrung eines Elektronenstrahls, insbesondere fuer Lauffeldroehren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche KI.: 21g-13/17

Nummer: 1271 844

Aktenzeichen: P 12 71 844.4-35 (G 25694)

Anmeldetag: 12. November 1958

Auslegetag: 4. Juli 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Fokussierungssystem zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke mittels eines magnetischen Längsfeldes, insbesondere mit Lauffeldröhren, bei dem zwischen zwei, einander mit gleichen Stirnflächen gegenüberstehenden, rotationssymmetrischen Polschuhen rotationssymmetrische ferromagnetische Gebilde koaxial zur Achse des Fokussierungssystems angeordnet sind, die im Strahlbereich einen praktisch parallelen Feldlinienverlauf zwischen den Polschuhen bewirken.

Eine übliche Methode, einen Elektronenstrahl gebündelt zu führen, besteht in der Verwendung eines mehr oder weniger homogenen magnetischen Längsfeldes. Ein solches axiales magnetisches Gleichfeld kann beispielsweise mittels einer Spule, die die Röhre umgibt, erzeugt werden. Als nachteilig wird bei der Verwendung von Spulen der zum Betrieb erforderliche zusätzliche Leistungsverbrauch angesehen.

Aus der USA.-Patentschrift 2 807 743 ist ein permanentmagnetisches Fokussierungssystem zur gebündelten Führung des Elektronenstrahls einer Lauffeldröhre bekannt, das ein die Röhre umgebendes und die Pole der Magneten verbindendes ferromagnetisches Rohr unterschiedlicher Wandstärke aufweist, welches das Magnetfeld im Elektronenstrahlbereich homogenisieren soll. Mit einem solchen Rohr ist jedoch die gewünschte Feldbeeinflussung nur verhältnismäßig umständlich, nämlich durch Bearbeiten des Rohres, erzielbar.

Aus der britischen Patentschrift 756 370 ist ein permanentmagnetisches Fokussierungssystem für Lauffeldröhren bekannt, bei welchem zwischen den Magnetpolschuhen Ringscheiben aus ferromagnetischem Material angeordnet sind, um Radialkomponenten des magnetischen Feldes zu eleminieren. Diese Ringscheiben sind eben ausgebildet und weisen zur Erzielung des gewünschten Effektes einen störend großen Durchmesser auf.

Ein anderes Mittel zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls besteht in der Anwendung eines in der Richtung alternierenden, periodischen magnetischen Feldes. Das dieses Feld erzeugende Fokussierungssystem kann aus Spulen oder besonders ausgebildeten Dauermagneten bestehen. Da hierbei das magnetische Feld im Strahlbereich stets größere Radialkomponenten besitzt, wird die gewünschte gleichmäßige Fokussierung des Elektronenstrahls nachteilig beeinflußt.

Die Erzeugung eines magnetischen Längsfeldes, dessen Feldlinien im Strahlbereich praktisch achs-

Magnetisches Fokussierungssystem

zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls, insbesondere für Lauffeldröhren

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
3000 Hannover, Göttinger Chaussee 76

Als Erfinder benannt:
Wilson Reese Turner,
Mountain View, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. November 1957
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parallel verlaufen, ist die Aufgabe, mit der sich die vorliegende Erfindung befaßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Fokussierungssystem der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die paarweise untereinander gleichen ferromagnetischen Gebilde kegelstumpfmantelförmig ausgebildet und einander mit ihren kleineren Stirnflächen gegenüberstehend angeordnet sind.

Als besonderer Vorteil wird es dabei angesehen, daß die gewünschte Beeinflussung des Magnetfeldes auch bei Verwendung von Magneten mit stark streuenden Eigenschaften in einfacher Weise dadurch vorgenommen werden kann, daß man lediglich die Lage und die Anzahl der kegelstumpfmantelförmigen Gebilde ändert.

An Hand des in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, hat der felderzeugende Dauermagnet 10 die Form eines medizinballähnlichen Hohlkörpers, der an zwei gegenüberliegenden Längsseiten Ausschnitte 8 und 9 besitzt, um das Durchführen eines Wellenleiters (nicht gezeigt) zu gestatten. Der dargestellte Dauermagnet 10 eignet sich besonders gut zur Illustration der Erfindung. Es

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ist aber selbstverständlich, daß die Erfindung nicht außen. Durch die Konen 15 und 16 (Fig. 3) wird

auf dieses spezielle Magnetgebilde beschränkt ist. dieses Auswölben unterbunden und die Feldlinien

Die an den abgeflachten Enden des Dauermagne- zur Systemachse hin verschoben,

ten vorgesehenen rotationssymmetrischen Polschuhe Die ferromagnetischen Konen 15 und 16 erfüllen

11 und 12 sind dicke Teile aus ferromagnetisehem 5 dabei eine doppelte Funktion. Einmal konzentrieren Material, die einander mit gleichen Stirnflächen sie die Feldlinien und zum anderen reduzieren sie gegenüberstehen. "Der Polschuh 12 ist ein Südpol die Abweichungen des magnetischen Feldes zwischen (s. Fig. 2) und besitzt eine zentrisch angebrachte den Polschuhen 11 und 12 vom gewünschten homoBohrung 13 zur Aufnahme des auffängerseitigen En- genen Feldverlauf. Die konzentrierte Wirkung erhöht des einer Lauffeldröhre. Der das strahlerzeugerseitige io die Flußdichte zwischen den Polschuhen und die die Ende der Lauffeldröhre aufnehmende Polschuh 11 Abweichungen reduzierende Wirkung vermindert den ist ein Nordpol (s. Fig. 2). defokussierenden Effekt bezüglich des Elektronen-

Wie bekannt, wölben sich die von dem Dauer- Strahls, der durch das Auswölben der Feldlinien her-

magneten 10 zwischen den Polschuhenil und 12 vorgerufen wird.

erzeugten magnetischen Feldlinien stark nach außen, 15 Die Konen 15 und 16 erfüllen die oben angegeda die Durchmesser der Polschuhe 11 und 12 kleiner benen Funktionen deshalb, weil sie aus einem Matesind als die Entfernung zwischen ihnen. Dieser Effekt rial hoher magnetischer Permeabilität hergestellt ist durch die magnetischen Feldlinien 14 in F i g. 2 sind, beispielsweise aus kaltgewalztem Stahl. Da das dargestellt. Die äußeren Feldlinien sind besonders hochpermeable Material einen Weg niedrigen Widerstark gebogen. Um die Feldlinien 14 auszurichten 20 stands für die magnetischen Feldlinien darstellt, wer-(und damit die defokussierende Wirkung auf den den die Feldlinien von diesem Material in sich Mn-Elektronenstrahl zu reduzieren) sowie auch um den eingezogen, wobei die magnetischen Feldlinien an zur Verfugung stehenden magnetischen Fluß zwi- der Oberfläche des magnetischen Materials immer sehen den Polschuhen 11 und 12 zu vergrößern, sind im rechten Winkel zur Oberfläche verlaufen. Auf erfindungsgemäß ein Paar untereinander gleiche, 25 diese Weise werden, wie in F i g. 3 dargestellt, die kegelstumpfmantelförmige ferromagnetische Teile 15 magnetischen Feldlinien 14 α zwischen den Polschu- und 16 (F i g. 1 und 3) vorgesehen. Jedes der den hen 11 und 12 durch die Konen 15 und 16 »gesammagnetischen Feldlinienverlauf korrigierenden Teile melt«; die in die Konen eintretenden Feldlinien wer-15 und 16 ist koaxial zur Magnetachse (Systemachse) den in den Konen zur Konenspitze hingelenkt und angeordnet. In Anbetracht ihrer konischen Form 30 verlassen die Konen näher der Achse des Fokussiewerden die Teile 15 und 16 hinfort als »Konen« be- rungssystems als sie eingetreten sind. Die Wände der zeichnet. Konen 15 und 16 macht man vorzugsweise so dick,

In der Anordnung der Fig. 1 sind die Konen 15 daß sie sich nicht nennenswert sättigen. In besonde-

und 16 auf einem zwischen den Polschuhen 11 und ren Fällen kann es wünschenswert sein, die Stärke

12 sich erstreckenden Hohlzylinder 17 aus nicht- 35 der Konenwände zu variieren.

magnetischem Material, beispielsweise Messing, ge- Bei Fokussierungssystemen, bei denen verhältnishaltert. Der Hohlzylinder 17, der so angebracht ist, mäßig kleine Magnetpolschuhe 11 und 12 verwendet daß seine Längsachse mit der Systemachse zusam- werden und/oder bei denen die Magnetpolschuhe 11 menfällt, ist mit seinen Enden in Absätzen 19 und 12 weiter voneinander entfernt sind als dies in (F i g. 5) der Polschuhe 11 und 12 eingeschoben, wo- 40 den F i g. 2 und 3 gezeigt ist, kann es wünschenswert durch er in seiner Lage fixiert wird. Eine Verdickung sein, mehr als nur ein Konenpaar zu verwenden, ist längs des Mittelabschnittes des Zylinders 17 vor- Dies macht man aus zwei Gründen: Der erste Grund gesehen, so daß die Konen 15 und 16 über die Enden besteht darin, daß dann die Feldlinien dazu neigen, des Zylinders 17 gestülpt und dann auf dem Zylinder sich im Bereich zwischen den Konen wieder auszu-17 in festem Anschlag gehalten werden können. Da- 45 wölben, es deshalb notwendig ist, dieses Wiederausdurch werden die Konen in koaxialer Lage mit der wölben durch Vorsehen eines weiteren Konenpaares Achse des Zylinders 17 gehalten. Die kleineren Stirn- zu verhindern. Der zweite Grund ist der, die Feldflächen der Konen 15 und 16 (»Konenspitzen«) ste- linien zusätzlich zu sammeln und in den Elektronenhen dabei einander gegenüber, sind also einander zu- Strahlbereich zwischen den Polschuhen 11 und 12 gewendet. 50 zurückzuführen.

Wie dargestellt, bildet die Wandung der Konen 15 Die F i g. 4 zeigt eine solche Anordnung, bei der

und 16 mit der Konenachse einen Winkel von unge- ein zusätzliches Konenpaar 20 und 21 verwendet

fähr 45°. Es hat sich gezeigt, daß Winkel zwischen wird. Die Polschuhe U und 12 und die Konen 15 und

30 und 60° am günstigsten sind; für das dargestellte 16, die in der Nähe der Polschuhe vorgesehen sind,

besondere Ausführungsbeispiel hat sich eine optimale 55 haben die gleiche Funktion wie in F i g. 3. Wie aus

Wirkung bei einem Winkel von 45° herausgestellt. der Fig. 4 zu ersehen ist, sind die zwei zusätzlichen

Bei diesem Winkel ergab sich eine praktisch kon- Konen 20 und 21 ebenfalls koaxial zur Achse des

stante Stärke des magnetischen Feldes in dem Gebiet, Fokussierungssystems und mit ihren Konenspitzen

das bezüglich des Elektronenstrahls zwischen den einander gegenüberstehend angeordnet. Die zusätz-

Polschuhen 11 und 12 interessiert. Dabei hat sich 60 liehen Konen 20 und 21 haben Grundflächen, die

herausgestellt, daß ohne die Konen die Feldstärke beachtlich größer sind als die Grundflächen der Ko-

zwischen den Polschuhen 11 und 12 um ±25 Vo nenlS und 16, um die magnetischen Feldlinien, die

variiert; durch den Einbau der erfindungsgemäßen von dem Konenpaar 15 und 16 nicht erfaßt werden,

Konen verringert sich dieser Wert auf + 3 %. in Richtung der Spitzen der Konen 20 und 21 zu

Die die Feldlinien ausrichtende Wirkung der Ko- 65 lenken. Aus F i g. 4 kann man ersehen, wie die zu-

nen 15 und 16 ist aus den in F i g. 2 und 3 schema- sätzlichen Konen 20 und 21 die sich auswölbenden

tisch dargestellten Ansichten ersichtlich. Wie darge- Feldlinien sammeln und zur Achse des Fokussie-

stellt, wölben sich in F i g. 2 die Feldlinien stark nach rungssystems hindrücken.

Auf diese Weise vermindern die Konen 15, 16, 20 und 21 weitgehend Abweichungen des magnetischen Feldes zwischen den Polschuhen 11 und 12 von dem gewünschten homogenen Feldverlauf. Es ist offensichtlich, daß man noch weitere solcher Konenpaare verwenden kann, wenn es notwendig ist, und daß man die relative Größe der Konen variieren kann. Weiterhin können die Konen auch so ausgelegt sein, daß ihre Wandstärke sich ändert und in einigen Konenteilen eine magnetische Sättigung auftritt. Diese Variationen der Erfindung sind abhängig vom jeweiligen Verwendungszweck. Um präzise Angaben für eine besondere Anwendung zu erhalten, kann man den Feldlinienverlauf in bekannter Weise mittels det elektrolytischen Trogmethode feststellen.

In der F i g. 5 ist die Verwendung des vorstehend beschriebenen magnetischen Fokussierungssystems bei einer üblichen Lauffeldwendelröhre gezeigt. In dieser Figur ist nur ein Teil des Dauermagneten 10 dargestellt.

Die Lauffeldwendelröhre besitzt eine zylindrische Vakuumhülle 23, mit einem erweiterten Endteil 25, in welchem die Elektronenkanone 26 angeordnet ist. Der langgestreckte zylindrische Teil 27 enthält die wendeiförmige Verzögerungsleitung 28 und — an seinem rechten Ende — die Auffangelektrode 37. Die Lauffeldröhre steckt so in den zentrischen Bohrungen 13 und 24 der Polschuhe 12 und 11, daß die Längsachse der Röhre (Strahlachse) mit der Längsachse des Fokussierungssystems übereinstimmt, so daß durch das magnetische Feld, das längs dem Achsenbereich des Fokussierungssystems erzeugt wird, der Elektronenstrahl wirksam gebündelt geführt wird.

Übliche Hohlleiter 40 und 42, die durch die Ausschnitte8und9 (Fig. 1) des Magneten 10 hindurchragen, dienen zum Zuführen der zu verstärkenden bzw. zum Abführen der verstärkten elektromagnetischen Wellen. Der Eingangshohlleiter 40 ragt durch eine öffnung 41 des die Konen 15 und 16 tragenden nicht magnetischen Hohlzylinders 17 am elektronenkanonenseitigen Ende der Röhre der Ausgangshohlleiter 42 in entsprechender Weise durch eine Öffnung 43 des Hohlzylinders 17 am auffangelektrodenseitigen Röhrenende. Die Verstärkung erfolgt in der dem Fachmann wohlbekannten Weise.

Das in F i g. 5 benutzte, erfindungsgemäße Fokussierungssystem erzeugt längs der Strahlachse ein praktisch homogenes magnetisches Feld, das genügend stark ist, um zu verhindern, daß der Elektronenstrahl aufspreizt bzw. die Strahlelektronen sich aus dem Wechselwirkungsbereich der Röhre entfernen und auf die Wendel 28 treffen.

Bei einem erfindungsgemäßen Fokussierungssystem ist es überflüssig, den Magneten 10 besonders zu formen. Auch kann ein wesentlich leichterer Magnet verwendet werden als beispielsweise bei einem Fokussierungssystem mit einem Magneten mit wesentlich größeren Polschuhen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Magnetisches Fokussierungssystem zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke mittels eines magnetischen Längsfeldes, insbesondere für Lauffeldröhren, bei dem zwischen zwei, einander mit gleichen Stirnflächen gegenüberstehenden, rotationssymmetrischen Polschuhen rotationssymmetrische ferromagnetische Gebilde koaxial zur Achse des Fokussierungssystems angeordnet sind, die im Strahlbereich einen praktisch parallelen Feldlinienverlauf zwischen den Polschuhen bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise untereinander gleichen ferromagnetischen Gebilde kegelstumpfmantelförmig ausgebildet und einander mit ihren kleineren Stirnflächen gegenüberstehend angeordnet sind.

2. Fokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpfmantel mit der Kegelstumpfachse einen Winkel von 30 bis 60°, vorzugsweise 45°, einschließt.

3. Fokussierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Gebilde eine gleichmäßige Wandstärke besitzen.

4. Fokussierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Gebilde eine ungleichmäßige Wandstärke besitzen.

5. Fokussierungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Polschuhe verbindendes, nichtmagnetisches rohrförmiges Teil koaxial zur Achse des Fokussierungssystems vorgesehen ist, an dem die ferromagnetischen Gebilde fixiert sind.

6. Fokussierungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß es als Dauermagnetsystem ausgebildet ist.

7. Fokussierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Elektromagnetsystem ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 756 370;
USA.-Patentschrift Nr. 2 807 743.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

S09 568/434 6. 68 © Bundesdruckerei Berlin