DE1439883A1 - Elektronenstrahlerzeugungssystem - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. H. KLAUS BERNHARDT 1439883

8000 MÖNCHEN 23 -MAINZER STRASSE5 V1 P12 D

VARIAN ASSOCIATES | T>... '..·„* \ Palo Alto / California
V. St. ν. Amerika

Elektronens trahlerz eugunga ays tem

Priorität! Vereinigte Staaten von Amerika vom 22. Januar I963 Ser. No. 253 178

Die Erfindung betrifft allgemein Hochfrequenz-Elektronenröhren und insbesondere ein Elektronenatrahlerzeugungasyatem für eine solche Röhre, bei dem magnetisch begrenzter konvergierender Elöktronenfluß verwendet wird. Solohe Elektronenstrahlerzeugungsaysteme oder Elektronenspritzen werden für Superleigtungsröhren, wie Klystronverstärker mit mehreren Hohlräumen, Wanderfeldröhren und dergleichen benötigt.

Bisher wurden bei Hochleistungs-Hochfrequenzröhren zwei verschiedene Systeme zur magnetischen Konvergenz und Fokussierung des Strahls verwendet. Das

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erste System zur magnetischen Fokussierung wird als Brillouin-Fluß und das zweite System als magnetisch begrenzter Fluß bezeichnet.

Beim Brillouin-Fluß ist die Emissionsfläche der Kathode in einen magnetfeldfreien Bereich angeordnet. Elektronen werden von der Emissionsfläche der Kathode in einen magnetfeldfreien Bereich gezogen und allein durch ein elektrostatisches Feld konvergiert, bis der konvergierende Elektronenfluß abrupt in ein konvergierendes Magnetfeld dicht an einer mit Öffnung versehenen Anode eintritt. Im allgemeinen bildet beim Brillouin-Fluß die Anode einen Polschuh des Magnetkreises. Brillouin-Fokussierung erfordert in der Praxis ein kritisches Gleichgewicht zwischen der Elektronengeschwindigkeit, der Magnetfeldstärke und den Baumladungskräften.

Brillouin-Fluß ist für Superleistungs-Strahlen in der Begel nicht geeignet, weil leichte Abweichungen von den optimalen elektrischen und magnetischen Konstruktionsbedingungen der Bohre das kritische elektrisch-magnetische Gleichgewicht stören, das für Brillouin-Fluß erforderlich ist, so daß sich erhebliche unerwünschte Störungen ergeben, wobei der Strahl abgefangen wird. Bei Superleistungs-Pegeln kann sogar ein geringfügiges Abfangen katastrophale Folgen haben und deshalb wird Brillouin-Fluß-Fokussierung allgemein bei oder unter mittleren Strahlleistungspegeln von im Mittel größenordnungsmäßig 10 kW" verwendet. Ein Vorteil des Brillouin-Flusses gegenüber begrenztem Fluß liegt darin, daß beim Brillouin-Fluß eine gegebene Magnetfeldstärke wirksamer ausgenutzt wird, so daß bei Verwendung des Brillouin-Flusses ein kleiner und leichter Fokussierungsmagnet verwendet werden kann. In einigen Anwendungsfällen, wo Größe und Gewicht des Magneten klein gehalten werden

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müssen, wie bei ferngesteuerten Gesohosaen, wird deshalb Brillouin-Fluß

Terwendet.

Beim Begrenzten-Pluß-Pokussieren liegt die Emissionsfläche der Kathode in einem axial gerichteten konrergierenden Magnetfeld, wobei sich die elektrostatischen Feldlinien des Strahlerzeugungssystems der Form der Magnetfeldlinien anpassen, die durch die Emissionsfläche der Kathode hindurchtreten. Begrenzte-Fluß-FokuBsierung hat den Vorteil, daß sie gegen leichte Abweichungen von den optimalen Magnetischen und elektrischen Konstruktionswerten des Strahlerzeugungssystems weniger empfindlich ist, es ist jedoch eine höhere magnetisch· Feldstärke erforderlich und deshalb ein größerer Magnet als für Strahlerzeugongesysteee Bit Brillouin-Fluß. Strahlerzeugungssysteme mit begrenztem Fluß werden bei Superleistungen vorgezogen, wo die mittlere Strahlleistung in der Größenordnung von 100 kW oder mehr liegt, weil größere Abweichungen in den elektrischen und magnetischen Konstruktionswerten der Höhre zulässig sind, ohne daß der Strahl in der Bohre übermäßig abgefangen wird.

Erfindungsgemäß wird eine hohlzylindriache magnetische Scheibe dicht um die Emissionsfläche der Kathode herum angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet diese Scheibe einen Teil der Kathoden-Fokussierungselektrode des Strahlsystems. Sie zylindrische magnetische Scheibe dient dazu, das axial gerichtete magnetische Strahlfokussierungsfeld im Bereich der Emissionsfläohe der Kathode örtlich zu stören, um die Konvergenzrate der durch die Emissionsfläche tretenden magnetischen Feldlinien zu erhöhen und damit die Konvergenzrate des Strahls gegenüber der ohne eine solche Scheibe erhaltenen zu vergrößern.

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J Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein zylindrisches magnetisches Element, . welohes die Emissionsfläche der Kathode eng umgibt» bei Strahlerzeugungssystemen mit Brillouin-Fluß zu verwenden, vgl. US-Patentschrift 2,974,246. Die Wirkungaireisa des zylindrischen magnetischen Elementes bei einem Strahlerzeugungssyetem mit Brillouin-Fluß ist jedoch vollständig verschieden von der der zylindrischen Scheibe nach der Erfindung. Das magnetische Element

; bei dem Strahlerzeugungssystem mit Brillouin-Fluß dient dazu, die Emisaionsfläohe der Kathode vollständig gegen das magnetische Strahlfokussierungsfeld

ι abzuschirmen! so daß die Emissionsfläche der Kathode in einem magnetfeldfreien ! Bereich liegt. Erfindungsgemäß dient die zylindrische magnetische Scheibe

dazu, das durch die Kathode tretende magnetische Strahlfokussierungsfeld in der Weise zu stören, daß seine Konvergenzrate vergrößert und dabei auch die Konvergtnzrate des Strahle im System vergrößert wird. Duroh Vergrößerung der Konvergsnzrate kann die Strahlbelastung dtr Emissionsfläche der Kathode herabgesetzt werdtnj wodurch die Lebensdauer der Emissionsfläche der Kathode und damit der ganzen Elektronenröhre erhöht wird.

Es ist auch bereits bei Strahlereeugungssystemen mit begrenztem Fluß vorgeschlagen worden, ein· die Emissionsfläche der Kathode umgebende Magnetanordnung Ba verwenden, vgl. US-Patantachrift 2,905,847* Biese ältere Magnet" struktur bestand aus einem zylindrischen magnetischen Element, das an einem Ende offen, as gtroEabwärts liegenden Ende aber durch eine magnetische Querwand sit zentraler öffnung im wesentlichen verschlossen war. Dieses Magnetelaaeni ujwehloß sowohl Kathode als auch Anode. Das zylindrische liagnetele-■ent und die ein Ende abschließende Querwand hatten einen geringen Abstand voneinander, eo daß ein konvergierendes magnetisches Feld gebildet wurde,

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das duroh die Emissionsfläche der Kathode trat. Es war nioht vorgesehen, daß das zylindrische Element oder die Endwand allein für diesen Zweck verwendet wurde. Biese Magnetanordnung aus zwei Elementen ist für Superleistungs-Elektronenstrahlerzeugungssysteme nioht geeignet, vor allem nioht für Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit Modulationsanoden. Ein Grund dafür liegt darin, daß eine Magnetanordnung, die sowohl Anode als auch Kathode umfaßt, in'geringer Entfernung sowohl von der Kathode als auch von der Anode angeordnet sein und auf Anodenpotential arbeiten muß. Für Superleistungsröhren stehen jedooh zwisohen Anode und Kathode extrem hohe Spannungen in der Größenordnung von 10 bis über 100 kV. Geringe Abstände der Kathode oder Modulationsanode von der sie umgebenden Magnetanordnung führen dann zu Überschlägen im Betrieb und damit zur Zerstörung der Bohre.

Die erfindungsgemäße zylindrische Magnetscheibe, die lediglich die Kathode umfaßt, kann eng um die Kathode herum angeordnet werden, so daß sie auf oder in der Nähe des Kathodenpotentials liegen kann und trotzdem die gleiche Aufgabe erfüllt wie die bekannte Anordnung aus zwei Elementen, die sowohl die Anode als auch die Kathode umfaßten. Die erfindungsgemäße zylindrische Magnetscheibe aus nur einem Element ist also besonders für Hochleistungssweoka geeignet, für die die bekannte Anordnung mit zwei Magnetelementen nioht anwendbar war.

Erfindungsgenäß soll also ein verbessertes Elektronenatrahleraaugungssyttta mit magnetisch begrenztem konvergierenden Fluß für hohe Leistung·» verfügbar gemacht werden, das besonders für Superleistunge-Elektronen«ntladungs«in· riohtungen geeignet ist.

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, Ein Merkmal der Erfindung liegt darin, daß eine magnetisch· Scheibe dia Emissionsfläche der Kathode eines Strahlerzeugung!systeme mit magnetisoh begrenztem FIuS umfaßt, wobei die Magnetscheibe hauptsächlich aua einen hohlzylindrisohen magnetischen Element besteht» wodurch die Formungsanordnung für das Magnetfeld vereinfacht wird, so daß die Konvergenzrate das Magnetfeides durch die Emissionsfläche der Kathode vergrößert wird·

Weiterhin kann die Magnetscheibe erfindungsgemäß einen Teil der Kathoden-Fokussierungselektrode bilden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Magnetscheibe mit einer Auskleidung aus einem Werkstoff mit höherer Wärmeleitfähigkeit als die Scheibe selbst ausgekleidet sein, wobei die Auskleidung eng anliegend in dar zylindrischen Magnetscheibe angeordnet ist, um den W&rmewiderstand im Wärmeweg von der Magnetscheibe zur Außenseite des RÖhrengefäßes zu verringern, so daß die Scheibe im Setrieb gekühlt werden kann·

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird das den Strahl begrenzende Magnetfeld von einen elektrischen Solenoid nit einem ringförmigen, das Strahlerzeugungssysten außerhalb des Takuumgefäßes umfassenden Magnetpolschuh erzeugt, wobei der Polschuh axial auf gleicher Höhe wie die zylindrische Scheibe angeordnet ist.

Weitere Merkmale ttnd Torteila dar Irfindtasg ergaben sioh ans der folgenden Besohreieung la Tarbindung alt dar Seichxmngi en seigern

rig, 1 eine verkürzte, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Hoch-

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frequensentls4ungeeinriohtung mit Merkmalen der Erfindung}

Fig. 2 einen SehematisOhen Teil-Längssohnitt eines llektronenstrahl- Erseugungssystems mit sohematisoher Darstellung der Arbeitsweisel

Fig. 3 einen Sohnitt duroh den in Fig. 1 von der Linie 3*3 umsohlossenen Teil.

In Fig. 1 ist eine Hoohfreq.uens-Elektronenentladungsro'hre mit Merkmalen der Erfindung dargestellt. Diese Röhre besteht aus einem evakuierten rohrförmigen öefäfl 1» das über eine angehängte Ionenpumpe 2 auf einen geeigneten

-9 niedrigen Druok von beispielsweise 10 ' mm Quecksilbersäule evakuiert ist, die fiber ein geeignetes Rohrsystem 3 mit dem Inneren des Röhrengefäßes 1 in Oasverbindung steht·

litte Hektronenapritse 4t die später im einseinen beschrieben wird, ist an einem lade das RShrengefäSes 1 angeordnet und dient dasu, einen Elektronenstrahl am fcildee, und fiber einen vorgegebenen Weg axial und longitudinal duroh das Ruhreagefli 1 au richten, lin Strahlkollektor 5 Ut *■ Absohlufiaada des längliohen liektronenstrahlweges sum Auffangen des llektronenstrahls angeordnet. ZIa Ktfhlmlttel wie beispielsweise Wasser sirkuliert duroh geeignete, »loht dargestallte Leitungen in Kollektor 5. Das Kühlmittel wird dea Kollaktor über Anschlüsse 6 angeführt.

Sine Reihe von mehrfach susammenhängenden Hohlraumresonatoren 7 und 8 sind längs des Strahlweges" axial voneinander entfernt angeordnet, um mit dem

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hindurchführbaren Elektronenstrahl in elektromagnetische Wechselwirkung zu treten. Zu verstärkende Eingangswellenenergie wird dem Eingangsresonator 7 über eine Eingangsschleife 9 und Koaxleitung 11 zugeführt. Verstärkte Ausgangs-Wellenenergie wird in der üblichen Weise vom Strahl über den Ausgangsresonator θ abgenommen und einer geeigneten, nicht dargestellten Last über eine Ausgangsblende und einen Ausgangs-Wellenleiter 12 zugeführt, der in geeigneter vakuumdichter Weise über ein wellendurchlässiges vakuumdichtes Fenster angeschlossen ist.

Ein elektrisches Solenoid umfaßt das längliche Vakuumgefäß koaxial und liefert ein axial gerichtetes magnetisches Strahlfokussierungsfeld von beispielsweise 500 Gauss, um den Strahl auf seinen vorgegebenen Weg zu begrenzen. Ein hohlzylindrischer Magnetschirm 14t beispielsweise aus Weicheisen, umfaßt die Außenseite des Solenoids 13t um Streufelder auf ein Minimum herabzusetzen. Am Elektronanspritzenende der Röhre 1 liegt der Schirm 14 Auf einer mit Offnungen versehenen Platte 15t beispielsweise aus Weicheisen, auf, die die Oberseite eines Eisentanks bildet, der ein Ölbad 16 enthält, in das das Elektronenspritaenende der Röhre einschließlich des Solenoids 13 eingetaucht ist. Bas Eisen des Tanks bildet einen Teil des Hagnetschirms und das ölbad, das eine höhere dielektrische Stärke hat als Luft, setzt die Wahrscheinlichkeit eines Überschlags «wischen den isolatoren der Elektronenspritze 4 herab.

Ringförmige Beinetpolsohuhe 17 und 18, die beide auf Hauptanodenpotential liege«« wtrde» Ut wesentlichen an den »»den des lbgnetsohinte 14 gehaltert, si« formen das den ftrahl begrensende Magnetfeld im Solenoid 13.

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Im Betrieb werden Eingangssignale über Koaxleitung 11 an den Eingangsresonator 7 geliefert. Die Signale werden in folgenden Resonatoren verstärkt und das verstärkte Ausgangssignal wird von der Röhre 1 über den Ausgangahohlleiter 12 abgeleitet. Eine Modulationselektrodenanordnung 20 iet in der Elektronenspritze 4 angeordnet. Die Modulationaanode 20 -yird weiter unten im einzelnen beschrieben, sie ist vom lichtabfangenden Typ» so daß sie'von Kathodenpotential positiv gegenüber Kathode zum Anodenpotential von I4O kV zur Einleitung des Strahlstroms getastet werden kann. Weil die Modulationsanode in der Zeit, in der der Strahl an ist, einen vernachlässigbaren Strom zieht, kann die Modulationsanode durch eine Hochspannungs-Modulationaquelle niedriger Leistung gaspeist werden.

Eine typische Röhre der beschriebenen Art arbeitet mit einer Strahlspannung von etwa 140 kV und mit einer mittleren Strahlleistung in der Größenordnung von Megawatt, so daß mehrere hundert Kilowatt mittlerer Leistung und Wahrere zehn Megawatt UHF-Spitzenausgangsleistung erzeugt werden.

In solchen-Superleistungsröhren mit mittlerer Strahlleistung von einem Megawatt oder mehr muß die Elektronenstrahlfoku3sierung sehr genau sein, weil beim Abfangen selbst kleinste Prozentsätze des Strahles durch die verschiedenen Röhrenelemente, wie Driftröhren, außerordentlich hohe Leistungen abgeführt werden müßten. Beim Abfang von nur einem Prozent der Strahlleistung auf der Driftröhre ergibt sich bei einem Strahl von 1 Megawatt mittlerer Leistung eine Vernichtung von 10 kW mittlerer Energie an dem Punkt, an dem der Strahl abgefangen wird.

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Erfindungsgemäß wird unerwünschtes Abfangen des Strahls ohne HF auf dem Strahlι auf den Bereich von 0,25 $ über den ganzen Strahlweg kontrolliert. Normalerweise kann das Abfangen mit angelegter HF-Energie bei Anwendung der Merkmale der Erfindung unter 0,5 % auf die ganze Länge des Strahls gehalten werden«

In Fig. 3 is* das neue Elektronenstrahlerzeugungssystem nach der Erfindung im einzelnen dargestellt.

Ein Kathodenemitterkörper 21, beispielsweise aus imprägniertem Wolfram, ist mit einer konkaven, im wesentlichen sphärisch geformten Emissionsfläche 22 versehen. Der Kathodenamitterkörper 21 wird über eine Hei33draht-Heizanordnung 23 auf seine Betriebstemperatur von etwa 1050° C aufgeheizt.

Eine Anodenstruktur 24 ist axial vom Kathodenemitter 21 in Strahlrichtung entfernt. Die Anodenstruktur besteht au3 einer Hauptanode 25 und einer Modulationsanode 20. Die Hauptanode 25 besteht aus einer kreisförmigen Querwand 26, beispielsweise aus rostfreiem Stahl und hat eine Mittelöffnung. Eine axial gerichtete zylindrische Röhre 27» beispielsweise aus Kupfer, wird im wesentlichen an einem Ende vom Rand der Mittelöffnung in der Anodenwand 26 gehalten. Die Hauptanode 25 wird vom Mittelteil des rohrförmigen Vakuumgefäßes 1 gehalten und arbeitet auf dem gleiohen Potential wie der mittlere und der Kollektorteil des Röhrengefäßes 1.

Die Modulationsanode 20 ist zwischen dem Kathodenemitter 21 und der Hauptanode 25 angeordnet. Die Modulationsanodenanordnung 20 besteht aus einer kreisfor- · migen, quergerichteten und mit einer zentralen Öffnung versehenen Modulations-

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anodenwand 28, beispielsweise aus Kupfer. Ein rohrförmigs Anodensegment 29» beispielsweise aus Kupfer, wird an einem Punkt seiner Länge von der Zentralöffnung in der Anodenwand 26 getragen. Die Modulationsanodenwand 28 wird vom Mittelteil des Röhren-Vakuumgefäßes 1 über einen rohrförmigen Hoohspannungsisolator 31» beispielsweise aus Aluminiumoxyd-Keramik, gehalten. Mit Flanschen versehene ringförmige Rahmenelemente 32» beispielsweise aus Kovar, sind an den Isolator 31» die Modulationsanodenwand 28 und das Gefäß 1 angelötet, so daß sie einen Teil des gasdichten Röhrengefäßes 1 bilden.

Eine Kathoden-Fokuesierunga-Anordnung 33 umfaßt den Kathodenemitter 21 und arbeitet auf oder nahe Kathodenpotential, wobei "nahe" innerhalb 10 fc bedeutet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet die Fokussierungselektrode auf Kathodenpotential· Die Fokussierungselektrodenanordnung 3? besteht aus einer sich nach außen erweiternden Fokussierungselektrode 34» beispielsweise aus 0,76 ma rostfreiem Stahl, die den Außenumfang des Kathodenemitters 21 dicht umfaßt, und ragt axial in Richtung auf die Modulationsanode 20 in die Röhre hinein. Me Fokussierungselektrode 34 wird vom Kathodenemitterkörper 21 über zylindrische Wärmesohinne 35» beispielsweise aus 0,23 mm starkem Molybdän, getragen«

line zylindrische magnetische Scheibe 36 bildet einen Teil der Fokussierungselektrodenanordnung 33. Die magnetische Scheibe 36 besteht aus einer äußeren hohlzylindrieohen magnetischen Scheibe 37» beispielsweise aus 9,5 nt starkes Üsen, von 17,25 ca Länge und einem Innendurchmesser von etwa 17,25 am· line zylindrische Auskleidung 36, beispielsweise aus 4,8 mm starkem tupfer, lieft auf der Innenseite des zylindrischen Xagnetelenentes 37 und ist. eng an die

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zylindrische magnetische Scheibe 37 anliegend angeordnet. Die Auskleidung 38 besteht vorzugsweise aus einem gut thermisch und elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer.

Die Auskleidung 38 dient zwei Zweoken, nämlich die Wärmeableitung von der Magnetscheibe 37 an die Wand des rohrförmigen Gefäßes zu verbessern und eine glatte elektrisch leitende Oberfläche auf der Innenseite der Fokussierungs-Elektroden-Anordnung in dem Bereich zu bilden, in dem die Fokussierungselektrode hohen elektrischen Feldgradienten ausgesetzt ist. Es wurde festgestellt, daß ein typisches llagnetmaterial, wie beispielsweise Eisen, eine gewisse Porosität und Oberflächenverunreinigungen aufweist, die dazu neigen, elektrische Durchbrüche zwischen diesen Elementen und benachbarten Gegenständen in der Gegenwart hoher elektrischer Feldgradienten einzuleiten, wie sie in Hochspannungs-Superleistungsröhren der beschriebenen Art auftreten. In gleicher Weise ist ein ringförmiger Kupferkanal 39 mit J-förmigem Querschnitt aus dünnem Material über das abgerundete freie Ende der magnetischen Scheibe 37 befestigt, unreinen elektrischen Durchbruch im Betrieb zu verhindern.

Der Kathodenkörper 21 und die Fokussierungselektrode 34 werden von der magnetischen Scheibe 36 über eine Reihe am Umfang im Abstand voneinander angeordneten dünnen Drahtfedern 41» beispielsweise aus 0,76 mm starkem rostfreiem Stahl gehaltert, welche dazu dienen, die Fokussierungselektrode 34 zu tragen und die Kathode mit Bezug auf die magnetische Scheibe 36 zu zentrieren. Darüberhinaus dienen die dünnen Dräh'te als Wärmeweg hohen Widerstandes, um eine

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übermäßige Wärmeabfuhr vom Kathodenemitter und von der Fokussierungselektrode 34 zur Magnetscheibe 37 zu verhindern, durch die sonst die erwünschten magnetischen Eigenschaften der Scheibe verschlechtert werden könnten·

Ein zylindrischer Hochspannungsisolator 42, beispielsweise aus Aluminiumoxyd-Keramik dient als Teil des rohrförmigen Vakuumgefäßea und gleichzeitig zu den Zweok, die Hochspannung von beispielsweise 142 kV zwischen der Kathode 21 und der Modulationsanodenanordnung 20 während der Zeit, in der die Röhre Strahlstroni zieht, abzuhalten. Ringförmige Rahmenelemente 43» beispielsweise aus Kovar, sind an den Hochspannungsisolator 42 angelötet und dienen als Teile des Vakuumgefäßes 1.

Der Kathodenemitterkörper 21 und die Heizanordnung 23 werden ebenfalls in dem Röhrengefäß 1 über ein rohrförmiges, axial gerichtetes Tragelement 44 gehaltert, welches von der Endabschlußwand des Vakuumgafäßes 1 über eine Anzahl Sohrauben 45 getragen wird. Das rohrförmige Tragelement 44 dient auch als Rüokheizerkopf für die Heizanordnung 23»

Ein Paar Heizleitungen 46 liegen parallel und liefern Heizstrom an die Heizanordnung 23· Die Heizleitungen 46 sind an einen Anschluß 47 angeschlossen, der vom Röhrengefäß 1 durch einen ringförmigen Isolator 48 isoliert ist.

Ein Paar axial gerichtete ringförmige Koronaschirme 49» beispielsweise aus Kupfer, werden von der Modulationsanodenwand 28 in der Nähe der ringförmigen Isolator-Rahmenteile 32 und 43 gehalten, so daß elektrischer Durchbruoh in der Nähe der gelöteten Rahmenteile 32 und 43 verhindert wird. Ein zylin-

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SAU GFMGINAL

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drischer Schirm 5^> beispielsweise aus Kupfer, schützt den Isolator gegen Zerstäubung und liegt in axialer Richtung im Hochspannungsisolator 31, um zerstäubtes Anodenmaterial von der rohrförmigen Anode 27 daran zu hindern« den Isolator 31 zu erreichen, das sonst einen elektrischen Durohbruch über den Hochspannungsisolator 31 verursachen würde.

Die Arbeitsweise des Strahlerzeugungssystems 4 nach Fig. 3 wird anhand Fig. 2 erläutert. Die obere Hälfte des Diagramms nach Fig. 2 zeigt schematisch und qualitativ die elektrischen und magnetischen Teile des Systems. Genauer, wenn die Röhre Strahlstrom zieht, bilden die von der Modulationsanode 20 und der JiOkussierungselektrode 33 erzeugten elektrischen Feldlinien ein die Emissionsfläche 22 der Kathode an der Steahlkante verlassendes Feld, das durch die unterbrochene Linie E angedeutet-ist. Die elektrischen Feldlinien konvergieren durch die rohrförmige Durchtrittsöffnung 29 der Modulationsanode. Bei Fehlen der magnetischen Scheibe 37 sorgt das Solenoid 13 gemeinsam mit dem. Polschuh 17 dafür, daß das Magnatfeld im wesentlichen entsprechend der mit EL bezeichneten unterbrochenen Linie durch die Kathode verläuft. Für diesen Fall ist zu erkennen, daß die magnetischen Feldlinien H₀ nicht so schnell konvergieren wie die elektrischen Feldlinien, die aus der Emissionsfläche der Kathode austreten und deshalb der Form der elektrischen Feldlinien S nicht angepaßt sind. In diesem Fall würde der Elektronenstrahl unstabil und auch nicht den erwünschten Konvergenzgrad haben, so daß auf der ganzen Länge des Strahles dieser in unervrünschter Weise abgefangen würde.

Wenn eine zylindrische magnetische Scheibe 37 vorgesehen wird) die die Emissionsfläohe 22 der Kathode umfaßt, wird das Magnetfeld in der Nähe der

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fiBiesionsflache 22 der Kathode gestört, wie durch die ununterbrochene Linie H angedeutet wird. Die τοη der Scheibe 37 im Feld hervorgerufene Störung sorgt dafür, daß die Bagaetiachen Feldlinien H schneller konvergieren und im vesentliohen der Form der elektrischen Feldlinien angepaßt sind, die die Emi88ionsfläohe 22 der Kathode verlassen. In diesem Falle wird der Elektrodenstrahl schneller konvergiert und hat die erforderliche Stabilität mit einem Minima an unerwünschten Abfangerscheinungen·

Die untere Hälfte des Diagramms Fig. 2 zeigt die gesamte Magnetfeldintensität mit und ohne die Magnetische Scheibe 37· Die mit B bezeichnete unterbrochene Linie zeigt die Intensität der Axialkomponente des Magnetfelds an der Strahlkante der Elektrodenspritze ohne die Scheibe 37 in Abhängigkeit von der Entfernung längs der Strahlrichtung. Die mit B_ bezeichnete ununterbrochene Linie zeigt die Stärke der Axialkomponente des Magnetfeldes an der Strahlkante bei "Vorhandensein der Magnetscheibe 37* Die Wirkung der Magnetscheibe ist leicht erkennbar und zeigt, daß diese die Magnetfeldstärke örtlich stört, so daß sich die Feldstärke schneller erhöht, wenn die Magnatfeldlinien durch die Emissionsfläche der Kathode in Richtung zur Beschleunigungselektrode oder , -anode hindurchtreten.

Bei einem typischen Beispiel verengt die Magnetscheibe 37 nach der Erfindung den Strahldurohmeaser Von der Kathodenebene zur Ebene der Hauptanode um einen Faktor so groß wie 5*1» während der abgefangene Prozentsatz des Strahls bei 0»5 $ über die ganze Länge des Strahlweges mit voll angelegter HP-Leistung auf des Strahl gehalten wird. Dieser Konvergenzgrad ermöglicht es, daß der

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JAV'itJ'.-r

Kathodenemitterkörper 21 bei relativ niedriger Strombelastung von nur

2 1 Ampere pro cm arbeitet, so daß die Kathode eine lange Lebensdauer in der Größenordnung von mehreren Tausend Stunden hat, trotzdem Strahlleistung in der Größenordnung von Megawatt im Mittel geliefert wird.

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   Ö0 9-8 35/033A BAD

   Scheibe auf einem bestimmten Potential liegt* das näher am Kathodenpotential als am Anodenpotential liegt, wenn die Anode Strahlstrom von der Emissionsfläche der Kathode zieht.

   3. System nach Anspruch 1 mit einer koaxial zur Emissionsfläche der Kathode angeordneten Fokussierungselektrode zur Fokussierung des Strahls durch die Anodenöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Scheibe etwa auf dem Potential der Fokussierungselektrode liegt. '■ ■

   4. System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Scheibe einen Teil der Fokussierungselektrode bildet.

   5. System nach einem der Ansprüche 1 - 4» gekennzeichnet durch eine metallische röhrenförmige Auskleidung in der zylindrischen magnetischen Scheibe, die aus einem Werkstoff mit höherer Wärmeleitfähigkeit als die Magnetscheibe besteht.

   6. System nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Scheibe axial in den Raumbareieh zwischen der Anode und der Kathode ragt und dort ausläuft»

   7. System nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß. die Anode au3 einer Hauptanode mit Mittelöffnung und einer Modulationsanode mit Mittelöffnung besteht, die dan Strahl praktisch nicht abfängt und zwischen der Emissionsfläche der Kathode und der Hauptanode zur Modulation des Strahls angeordnet ist, daß die Modulationsanode einen axial gerichteten

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   rohrförmigen Teil umfaßt, der von einer querliegenden Wand getragen wird, daß ein rohrförmiges Vakuumgefäß die Anode und die Kathode umgibt, und daß rohrförmige Isolierelemente einen Teil des Vakuumgefäßes bilden und die Hodulationsanode zwischen der Kathode und der Hauptanode tragen.

   8· Systee nach einem der Ansprüche 1-7 mit einem Fokussierungssolenoid, dadurch gekennzeichnet, daß das Solenoid einen Magnetpolaohuh aufweist, der ran der nagnetischen Scheibe radial entfernt, aber axial auf gleicher Höhe angeordnet ist und diese umfaßt.

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