DE1298646B

DE1298646B - Permanentmagnetisches Fokussierungssystem zur Erzeugung eines wenigstens angenaehert homogenen Magnetfeldes fuer die gebuendelte Fuehrung eines Elektronenstrahls ueber eine groessere Wegstrecke, insbesondere fuer Wanderfeldroehren

Info

Publication number: DE1298646B
Application number: DES81889A
Authority: DE
Inventors: Meyerer Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-10-04
Filing date: 1962-10-04
Publication date: 1969-07-03
Also published as: US3237059A; GB1039576A; NL298777A; SE319241B; DK103681C; NL133615C

Description

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Die Erfindung betrifft ein permanentmagnetisches werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei Fokussierungssystem zur Erzeugung eines wenigstens einem System der eingangs erwähnten Art gemäß der angenähert homogenen Magnetfeldes für die gebün- Erfindung vorgeschlagen, daß das Magnetfeld von delte Führung eines Elektronenstrahls über eine grö- einer Vielzahl von in Längsrichtung des Fokussießere Wegstrecke, insbesondere für Wanderfeldröhren, 5 rungssystems dicht aufeinander folgenden Permanentdas aus in Längsrichtung des Fokussierungssystems magneten erzeugt wird, deren magnetisches Potential hintereinanderliegenden, axialsymmetrisch um die von den Stirnseiten des Fokussierungssystems zu des-Systemachse sich erstreckenden und radial zur sen Mitte hin so abnimmt, daß das erzeugte Magnet-Systemachse magnetisierten Permanentmagneten be- feld im Bereich der Systemachse praktisch homosteht, die im Bereich der einen Systemhälfte alle in io gen ist.

der einen und im Bereich der anderen Systemhälfte Die Erfindung ermöglicht es, für die Permanentalle in der anderen Richtung magnetisiert sind und magnete ein Material zu verwenden, das einen kleinederen außen liegende Pole in Längsrichtung des ren Energieinhalt und sehr hohe Koerzitivkraft Fokussierungssystems magnetisch kurzgeschlossen (H_c> 2000 Oe) hat. Der Grund hierfür liegt darin, sind. 15 daß bei einem erfindungsgemäßen permanentmagne-

Um den Streufluß im Außenraum eines permanent- tischen Fokussierungssystem das Verhältnis des inamagnetischen Fokussierungssystems zu unterdrücken, gnetischen Nutzflusses zum magnetischen Streufluß ist es allgemein bekannt, das Fokussierungssystem aus sehr groß ist und deshalb im wesentlichen nur der radial magnetisierten Permanentmagneten aufzu- Energiebedarf des magnetischen Nutzflusses gedeckt bauen, die jeweils am Anfang und Ende des Systems ao werden muß. Unter einem Material mit hoher Koerzisternförmig um die Systemachse gruppiert sind und tivkraft und geringem Energieinhalt ist ein solches mit ihren äußeren Enden an Weicheisenstücken an- Magnetmaterial zu verstehen, bei dem der Quoliegen, die sich in axialer Richtung erstrecken und die tient μ^ aus der. magnetischen Induktion im Arbeiteaußenliegenden Pole der Permanentmagnete magne- punkte und der magnetischen Feldstärke im Artisch verbinden. Um dabei eine ausreichende Homo- 25 beitspunkt H_A in der Größenordnung einer einstelligenität des Magnetfeldes auf der Systemachse zu er- gen Zahl liegt. Als Magnetmaterialien dieser Art sind zielen, werden die inneren Enden der Permanent- z. B. hartmagnetische Ferrite oder Legierungen auf magnete durch eine rohrförmige Weicheisenhülle ver- der Basis Platin-Kobalt bekannt. Nach den bekannbunden. Infolge der Anwesenheit der rohrförmigen ten Gesetzen der Dimensionierung von Permanent-Weicheisenhülle trägt ein erheblicher Teil der magne- 30 magneten aus einem Material hoher Koerzitivkraft tischen Induktion wieder nicht zur gebündelten und geringen Energieinhaltes folgt, daß solche Per-Strahlführung bei. Zur Vermeidung der rohrförmi- manentmagnete gedrungen sind und sich so ein gegen Weicheisenhülle ist bei einem solchen permanent- ringes Magnetvolumen ergibt. Hinzu kommt, daß bei magnetischen Fokussierungssystem aus der deutschen Verwendung von hartmagnetischen Ferriten an Stelle Patentschrift 1112 790 bekannt, in geringer Entfer- 35 der für permanentmagnetische Fokussierungssysteme nung von den Permanentmagneten, die an den beiden bisher üblichen Alnico-Legierungen das Gewicht eines Stirnseiten des Systems angeordnet sind und parallel erfindungsgemäßen Systems noch geringer wird, weil zu diesen jeweils einen weiteren Satz sternförmig zur Ferrite ein niedriges spezifisches Gewicht haben.
Systemachse angeordneter Magnetstäbe vorzusehen, In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die in der gleichen Richtung wie die an den zugehöri- 40 die Permanentmagnete von den Stirnseiten des Fokusgen Enden des Systems angeordneten Permanent- sierungssystems zu dessen Mitte hin eine immer kleimagnete magnetisiert sind. Diese zusätzlichen Magnet- ner werdende radiale Ausdehnung haben. Die einzelstäbe sollen so bemessen sein, daß in ihrer Umgebung nen Permanentmagnete grenzen dabei möglichst andas fokussierende Magnetfeld homogenisiert wird. einander an. Im Grenzfall ergibt sich ein einheitlicher Eine besonders gute Homogenisierung des magne- 45 Permanentmagnet, der sich von den Stirnseiten des tischen Feldverlaufes über die gesamte Länge des Systems ausgehend zur Mitte hin stufenförmig oder Magnetsystems, wie sie durch ein weichmagnetisches keilförmig verjüngt. Die radial zur Achse des Systems Führungsrohr erzielbar ist, wird damit jedoch nicht magnetisierten Permanentmagnete, die in Längsricherreicht. Der magnetische Feldverlauf weist vielmehr tung des Fokussierungssystems aneinandergereiht noch eine beachtliche Welligkeit auf, so daß das-ge- 50 sind, können ringscheibenförmig ausgebildet sein nannte Permanentmagnetsystem noch nicht hin- oder als Magnetstäbe sternförmig um die Systemachse reichend zur gebündelten Führung eines Elektronen- gruppiert sein.

Strahls über eine größere Wegstrecke (z. B. über An Hand der in den Figuren der Zeichnung dar-

20 cm) geeignet ist. Außerdem hat die genannte Bau- gestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung

art einen erheblichen inneren Streufluß, der von den 55 nachstehend näher erläutert werden,

beiden an den Stirnseiten des Systems angeordneten Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes permanent-

Permanentmagnetsätzen aufgebracht werden muß. magnetisches Fokussierungssystem im Längsschnitt.

Für diese Permanentmagnete sind deshalb wieder In einem zylindrischen ""Weicheisenrohr 1 sind radial

Magnetmaterialien erforderlich, die einen großen magnetisiert© Permanentmagnetringe 2 angeordnet,

magnetischen Energieinhalt haben. 60 die beispielsweise aus hartmagnetischem Ferrit hoher

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koerzitivkraft bestehen sollen. Der Innendurchmes-

permanentmagnetisches Fokussierungssystem zur Er- ser der Ringel, deren der Systemachse zugewandte

zielung eines wenigstens angenähert homogenen Magnetpole jeweils von der Stirnseite des Systems bis

Magnetfeldes für die gebündelte Führung eines Elek- zu dessen Mitte gleichnamig sind, nimmt von den bei-

tronenstrahls über eine größere Wegstrecke, insbeson- 65 den Stirnseiten des Systems ausgehend zur Mitte des

dere für Wanderfeldröhren, zu schaffen, bei dem das Systems hin fortlaufend zu, während der Außen-

Magnetgewicht gegenüber den bekannten Permanent- durchmesser der gleiche ist. Die radiale Ausdehnung

magneten bei gleichem Nutzfluß wesentlich verringert der einzelnen Ringe 2 ist dabei so bemessen, daß ihre

der Systemachse zugewandten Magnetpole ein magnetisches Potential von der Größe haben, daß die magnetischen Potentiallinien im Bereich der Achse des permanentmagnetischen Fokussierungssystems praktisch senkrecht zur Systemachse stehen und praktisch jeweils gleichen Abstand voneinander haben, so daß ein praktisch homogenes Magnetfeld vorliegt. Dieser Potentialverlauf ist in F i g. 1 durch die Linien 3 schematisch angegeben, wobei mit den Zahlen, die (jeweils mit einem positiven oder negativen Vorzeichen versehen) in die der Systemachse zugewandten Magnetpole der Ringe 2 eingetragen sind, ein normierter Wert des magnetischen Potentials bezeichnet ist. Es ergibt sich dann, daß sämtliche Feldlinien im Bereich der Achse im wesentlichen parallel zur Systemachse verlaufen, weil bekanntlich die magnetischen Feldlinien senkrecht zu den magnetischen Potentiallinien stehen. Mit den Linien 4 ist angedeutet, wie die magnetischen Feldlinien im Innern des Fokussierungssystems angeordneten Magnetpolen verlaufen. Die Feldverteilung wird dabei um so gleichmäßiger, je feiner die Abstufung der Permanentmagnete vorgenommen ist. Im Außenraum des Fokussierungssystems ist durch einen, durch den Weicheisenzylinder 1 darstellenden, magnetischen Kurzschluß längs des Magnetsystems (im Gegensatz zu einem bekannten Rohr- oder Tonnenmagnet) überhaupt kein Streufluß vorhanden. Lediglich an den beiden Stirnseiten des Systems ergibt sich ein relativ geringer Streufluß, der mit den Feldlinien 5 angedeutet ist. Es ergibt sich somit, daß für eine bestimmte erforderliche Induktion längs der Achse des Magnetsystems (z. B. eine Induktion von 500 G) auch über eine größere Wegstrecke (z. B. größer als 20 cm) der Energieinhalt der Permanentmagnete wesentlich geringer sein kann als bei den eingangs geschilderten bekannten permanentmagnetischen Fokussierungssystemen.

Unterhalb der F i g. 1 ist in F i g. 2 der Feldverlauf eines Fokussierungssystems nach F i g. 1 dargestellt, wobei die Abszisse des rechtwinkligen Koordinatensystems den Weg ζ in Achsrichtung des Systems und die Ordinate die magnetische Induktion.^ angibt. Die ausgezogene Kurve 6 stellt dann den Wert des Magnetfeldes B₂ längs der Achse des Fokussierungssystems nach Fig. 1 dar. Mit der gestrichelten Kurve 7 soll angedeutet werden, daß bei einem Fokussierungssystem nach Fig. 1 durch entsprechende Verstärkung des magnetischen Potentials auf dei Ausgangsseite des Magnetsystems das Feld zusätzlich verstärkt werden kann, wie es gelegentlich für Wanderfeldröhren großer Leistung benötigt wird.

Die Fig. 3 zeigt von vorn und die Fig. 4 im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes permanentmagnetisches Fokussierungssystem, bei dem an Stelle der ringförmigen Permanentmagnete 2 der F i g. 1 Magnetstäbe 8 verwendet sind, die sternförmig um die Systemachse angeordnet sind und mit ihren außenliegenden Polen an Weicheisenschienen 9 anliegen. Anolog zu Fig. 1 nimmt dabei die radiale Ausdehnung (Länge) der einzelnen Magnetstäbe, die in Längsrichtung des Systems in dichter Folge aneinander gereiht sind, von den beiden Stirnseiten ausgehend zur Mitte des Systems ab. Bei entsprechender Bemessung der Länge der Magnetstäbe 8 ergibt sich dann wieder eine magnetische Potentialverteilung, wie sie in der F i g. 1 (Linien 3) dargestellt ist. Die einzelnen Weicheisenschienen 9 sind durch ein Weicheisenblech 10 untereinander zu einem Abschirmgehäuse verbunden, das das Magnetsystem umgibt. Auf diese Weise wird erreicht, daß (abgesehen vom relativ geringen Streufluß an den Stirn-Seiten) im Außenraum des Systems kein Streufluß auftreten kann. Mit 11 sind Polschuhe bezeichnet, um die die an den beiden Stirnseiten des Systems angeordneten Magnetstäbe gruppiert sind und in die eine Wanderfeldröhre eingeschoben werden kann. Es sei

ίο bemerkt, daß solche Polschuhe auch bei Permanentmagnetsystemen nach der Fig. 1 vorgesehen werden können.

Der Energiebedarf des grundsätzlich nicht vermeidbaren geringen Streuflusses an den beiden Stirn-Seiten des Permanentmagnetsystems kann, falls nötig, dadurch gedeckt werden, daß an den Stirnseiten des Systems ebenfalls radial magnetisierte Zusatzmagnete angeordnet sind, deren Größe dem jeweils zu dekkenden Streufluß entspricht.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Insbesondere ist es nicht notwendig, daß die Permanentmagnete im Innenraum des Fokussierungssystems abgestuft sind. Vielmehr ist es auch möglich, die Permanentmagnete auf der Außenseite des Systems abzustufen, wobei dann der die außenliegenden Pole in Längsrichtung des Fokussierungssystems verbindende magnetische Kurzschluß (Weicheisenschiene) eine der Abstufung entsprechende Form haben muß. Weiterhin können jeweils auch mehr als vier Magnetstäbe in einer Ebene senkrecht zur Systemachse sternförmig um diese gruppiert sein. Schließlich ist es möglich, an Stelle von hartmagnetischen Ferriten irgend ein anderes Material hoher Koerzitivkraft und geringen Energieinhaltes zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Permanentmagnetisches Fokussierungssystem zur Erzeugung eines wenigstens angenähert homogenen Magnetfeldes für die gebündelte Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke, insbesondere für Wanderfeldröhren, das aus in Längsrichtung des Fokussierungssystems hintereinanderliegenden, axialsymmetrisch um die Systemachse sich erstreckenden und radial zur Systemachse magnetisierten Permanentmagneten besteht, die im Bereich der einen Systemhälfte alle in der einen und im Bereich der anderen Systemhälfte alle in der anderen Richtung magnetisiert sind und deren außen liegende Pole in Längsrichtung des Fokussierungssystems magnetisch kurzgeschlossen sind, dadurchgekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einer Vielzahl von in Längsrichtung des Fokussierungssystems dicht aufeinander folgenden Permanentmagneten erzeugt wird, deren magnetisches Potential von den Stirnseiten des Fokussierungssystems zu dessen Mitte hin so abnimmt, daß das erzeugte Magnetfeld im Bereich der Systemachse praktisch homogen ist.

2. Fokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete aus hartmagnetischem Ferritmaterial bestehen.

3. Fokussierungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete

von den Stirnseiten des Fokussierungssystems zu dessen Mitte hin eine immer kleiner werdende radiale Ausdehnung haben.
. 4. Fokussierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der & radialen Ausdehnung der Permanentmagnete stufenförmig erfolgt.

5. Fokussierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete ringscheibenförmig ausgebil- ία det und in Längsrichtung des Fokussierungssystems aneinandergereiht sind.

6. Fokussierungssystem nach eisern der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete sternförmig um die Systemachse angeordnet und in Längsrichtung des Fokussierungssystems aneinandergereiht sind.

7. Fokussierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kurzschluß der außen liegenden Pole der Permanentmagnete durch langgestreckte Weicheisenschienen erfolgt, die untereinander zu einem das Fokussierungssystem ringsum umgebenden Weicheisengehäuse verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen