DE1491515B1

DE1491515B1 - Power klystron

Info

Publication number: DE1491515B1
Application number: DE19641491515
Authority: DE
Inventors: James Marshall Mountain View; Oaks Norman Ernest Portola Valley; Calif. DePue jun. (V.St.A.)
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1961-01-26
Filing date: 1964-07-11
Publication date: 1969-05-22

Description

torflansch elastisch verformbar sind, und bei wel- raumresonators kleiner. Diese induktive Wirkunggate flange are elastically deformable, and smaller in the case of a space resonator. This inductive effect

chem schließlich das Material des Kollektors ge- kann jedoch klein sein, wenn man sie mit derjenigenFinally, the material of the collector can be chemically small if you match it with the one

genüber dem Material des Hauptkörpers einen Frequenzänderung vergleicht, die durch ÄnderungCompared to the material of the main body a change in frequency caused by change

derart niedrigeren thermischen Äusdehnungsko- as des Wechselwirkungsspaltes zwischen den Elektro-such a lower coefficient of thermal expansion of the interaction gap between the electrical

effizienten besitzt und die Abmessungen dieser den hervorgerufen wird. Die Größe des Wechselwir-efficient and the dimensions of this is caused. The size of the inter-

Teile so gewählt sind, daß in einem weiten Be- kungsspaltes nimmt nämlich ab, wenn sich die Elek-Parts are chosen so that in a wide gap, namely decreases when the elec-

triebstemperaturbereich sich die Resonanzfre- troden thermisch ausdehnen und damit langer wer-operating temperature range, the resonance electrodes expand thermally and thus become longer

quenz des Ausgangshohlraumresonators mög- den. Damit wird auch die Kapazität des Wechselwir-frequency of the output cavity resonator possible. This also increases the capacity of the interaction

lichst wenig ändert, nach Patent 1401 500, d a - 30 kungsspaltes größer, was mit einer weiteren Ab-very little changes, according to patent 1401 500, d a - 30 kungsspaltes larger, which with a further

durch gekennzeichnet, daß zwischen nähme der Resonanzfrequenz des Hohlraumresona-characterized in that between taking the resonance frequency of the cavity resonance

dem zur Auffangelektrode (16) gehörenden KoI- tors verbunden ist, die größer als die Frequenzab-is connected to the coiter belonging to the collecting electrode (16), which is greater than the frequency deviation

lektorrohr (41) und dem Hauptkörper (11) ein nähme auf Grund der induktiven Änderungen seinlektorrohr (41) and the main body (11) would be due to the inductive changes

freier Raum gebildet ist, in welchem ein Ausdeh- kann.free space is formed in which an expansion can.

nungskörper (71) eingesetzt ist, dessen eines Ende 35 Gemäß dem Hauptpatent ist die Anordnung so in der Nähe der Resonatorendwand (33) in der getroffen, daß der Kollektor einerseits vakuumdicht Bohrung (12) des Hauptkörpers (11) und dessen an der elastisch verformbaren Resonatorendwand anderes Ende am Außenende des Kollektorroh- und andererseits über einen stabilen, jedoch elastisch res (41) starr befestigt ist, und daß der Ausdeh- verformbaren Kollektorflansch an der Innenwand nungskörper (71) aus einem Material besteht, 40 des Hauptkörpers starr befestigt ist, daß des weiteren dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient der- eine Abstimmeinrichtung vorgesehen ist, mit der auf art größer als die thermischen Ausdehnungskoef- den Kollektor eine axiale Kraft ausübbar ist, durch fizienten des Hauptkörpers (11) und des Kollek- die die Resonatorendwand und der Kollektorflansch torrohres (41) ist, daß bei Erwärmung der gesam- elastisch verformbar sind, und daß schließlich das ten Auffangelektrode (16) die Resonatorend- 45 Material des Kollektors gegenüber dem Material des wand (33) durch die unterschiedliche Ausdeh- Hauptkörpers einen derart niedrigeren thermischen nung der Bauteile in vorgegebenem Ausmaß ela- Ausdehnungskoeffizienten besitzt und die Abmessunstisch verformt wird. gen dieser Teile so gewählt sind, daß in einem weitention body (71) is used, one end of which 35. According to the main patent, the arrangement is so in the vicinity of the resonator end wall (33) in that the collector is vacuum-tight on the one hand Bore (12) of the main body (11) and its on the elastically deformable resonator end wall the other end at the outer end of the collector tube and on the other hand via a stable, but elastic res (41) is rigidly attached, and that the expandable deformable collector flange on the inner wall tion body (71) consists of a material, 40 of the main body is rigidly attached that further the coefficient of thermal expansion of which is provided a tuning device with which on art greater than the thermal expansion coefficient an axial force can be exerted by the collector factors of the main body (11) and the collector- the resonator end wall and the collector flange gate tube (41) is that when heated, the total are elastically deformable, and that finally th collecting electrode (16) the resonator end- 45 material of the collector compared to the material of the wall (33) by the different expansion main body such a lower thermal tion of the components has ela expansion coefficients to a specified extent and the measuring table is deformed. gen of these parts are chosen so that in a wide

2. Leistungsklystron nach Anspruch 1, dadurch Betriebstemperaturbereich sich die Resonanzfregekennzeichnet, daß der Ausdehnungskörper (71) 50 quenz des Ausgangshohlraumresonators möglichst kegelstumpfförmig ausgebildet ist. wenig ändert.2. Power klystron according to claim 1, characterized in the operating temperature range, the resonance frequency, that the expansion body (71) 50 sequence of the output cavity resonator as possible Is frustoconical. little changes.

3. Leistungsklystron nach Anspruch 1, dadurch Nun ist es jedoch häufig notwendig zur Herabsetgekennzeichnet, daß der Hauptkörper (11) aus zung der Empfindlichkeit des Klystrons gegenüber einem ferromagnetischen Material hergestellt ist. äußeren magnetischen Feldern für den Bauteil, der3. Power klystron according to claim 1, characterized Now, however, it is often necessary to downgrade, that the main body (11) is made from the sensitivity of the klystron to a ferromagnetic material. external magnetic fields for the component that

4. Leistungsklystron nach Anspruch 1,2 oder 55 den Kollektor umgibt, ein magnetisches Material zu 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohl- verwenden. Für solche magnetischen Abschirmungen räume (74, 78), in die der freie Raum zwischen sind beispielsweise weiches Eisen oder kaltgewalzter dem Kollektorrohr (41) und dem Hauptkörper Stahl geeignet. Wegen ihrer thermischen Ausdeh-(11) durch den Ausdehnungskörper (71) unter- nungskoeffizienten lassen sie sich jedoch nicht zur teilt ist, mit einer Legierung von niedrigem 60 Kompensation der thermisch bedingten Frequenzän-Schmelzpunkt, vorzugsweise 70° C oder niedri- derungen verwenden. Daher sind zur Kompensation ger, gefüllt sind. des thermischen Frequenzganges in diesem Falle andere Maßnahmen erforderlich, die anzugeben Auf-4. Power klystron according to claim 1, 2 or 55 surrounding the collector, a magnetic material 3, characterized in that the two use hollow. For such magnetic shields spaces (74, 78) in which the free space between are, for example, soft iron or cold-rolled the collector pipe (41) and the main body steel are suitable. Because of their thermal expansion (11) however, they cannot be reduced by the expansion body (71) is divided, with an alloy of low 60 compensation of the thermally induced frequency of melting point, preferably use 70 ° C or lower. Therefore are for compensation ger, are filled. of the thermal frequency response in this case other measures are required to indicate the

gäbe der Erfindung ist. Zur Lösung dieser Aufgabewould be the invention. To solve this problem

65 ist das Leistungsklystron gemäß der Erfindung derart65 is the power klystron according to the invention such

Die Erfindung betrifft ein Leistungsklystron, bei ausgeführt, daß zwischen dem zur AuffangelektrodeThe invention relates to a power klystron, executed when that between the collecting electrode

dem der Elektronenstrahlerzeuger im einen und die gehörenden Kollektorrohr und dem Hauptkörper einthat of the electron gun in one and the associated collector tube and the main body

langgestreckte hohle Auffangelektrode (Kollektor) freier Raum gebildet ist, in welchem ein Ausdeh-elongated hollow collecting electrode (collector) free space is formed in which an expansion

nungskörper eingesetzt ist, dessen eines Ende in der spielsweise weiches Eisen. Weiches Eisen und auch Nähe der Resonatorendwand in der Bohrung des andere magnetische Materialien wie beispielsweise Hauptkörpers und dessen anderes Ende am Auße- kaltgewalzter Stahl haben einen niedrigen thenninende des Kollektorrohres starr befestigt ist, und daß sehen Ausdehnungskoeffizienten,
der Ausdehnungskörper aus einem Material besteht, 5 Wenn man den kegelstumpfförmigen Ausdehdessen thermischer Ausdehnungskoeffizient derart nungskörper 71 aus einem Material wie beispieisgrößer als die thermischen Ausdehnungskoeffizienten weise Kupfer herstellt, das einen höheren thermides Hauptkörpers und des Kollektorrohres ist, daß sehen Ausdehnungskoeffizienten als der Hauptkörbei Erwärmung der gesamten Auffangelektrode die per U und das Kollektorrohr 41 hat, findet die Tem-Resonatorcndwand durch die unteisehiedliche Aus- ίο peraturkompensation auf folgende Weise statt. Wenn dehnung der Bauteile in vorgegebenem Ausmaß sich die Röhrenteile während des Betriebes erwärelastisch verformbar wird. men, nimmt der Spaltabstand ün allgemeinen ab undtion body is used, one end of which is in the soft iron, for example. Soft iron and also the proximity of the resonator end wall in the bore of other magnetic materials such as the main body and its other end on the outer cold-rolled steel have a low end of the collector tube is rigidly attached, and that see expansion coefficients,
the expansion body is made of a material, 5 If you make the frustoconical expansion of its thermal expansion coefficient such expansion body 71 from a material such as for example greater than the thermal expansion coefficient, copper, which is a higher thermal main body and the collector tube, that see expansion coefficients than the main body when the entire body is heated The collecting electrode, which has a U and the collector tube 41, takes place in the Tem-Resonatorcndwand due to the different temperature compensation in the following way. If the components are stretched to a predetermined extent, the tube parts become elastically deformable during operation. men, the gap distance generally decreases and

Vorzugsweise ist der Ausdehnungskörper kegel- das Resonatorvoiumen zu. Um diese beiden Einstumpfförmig ausgebildet und aus Kupfer oder einem flüsse zu kompersieren, ist es notwendig, den Spaltanderen Material hergestellt, das einen größeren 15 abstand gegenüber dem Spaltabstand im kalten Zuthermischen Ausdehnungskoeffizienten als das KoI- stand etwas größer zu machen. Dies wird durch den leitermaterial und die Materialien für den Röhren- Ausdehnungskörper 71 bewirkt, der sich relativ zu körper aufweist. Dadurch ergibt sich ^ine außeror- dem Hauptkörper 11 und dem Kollektorrohr 41 ausdentlich einfache Lösung der obengenannten Schwie- dehnt, das zweckmäßigerweise aus einem Material rigkeiten. ao mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffi-The expansion body is preferably conical to the resonator volume. To these two monotone-shaped formed and made of copper or a flux, it is necessary to make the gap with other material that has a larger 15 distance compared to the gap distance in cold thermal mixing Coefficient of expansion than the KoI stand to make something larger. This is done by the Conductor material and the materials for the tube expansion body 71 causes the relative to body has. This results in an extraordinary main body 11 and the collector tube 41 simple solution of the above-mentioned difficulty, expediently made of one material problems. ao with a low coefficient of thermal expansion

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung zienten wie z. B. Kovar, Invar oder Stahl hergestellt mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. ist. Dadurch entsteht eine Kraftkomponente, die inThe invention is in the following in connection such. B. Kovar, Invar or steel described in detail with the drawing. is. This creates a force component that is in

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Lei- axialer Richtung auf das Kollektorrohr 41 und die stungsklystron gemäß der Erfindung. verbiegbare Querwand 33 einwirkt, so daß der Spalt-The figure shows a longitudinal section through a Lei-axial direction on the collector tube 41 and the stungsklystron according to the invention. bendable transverse wall 33 acts so that the gap

In der Figur ist ein Leistungsklystron gezeigt, das as abstand etwas größer wird. Dieses Größerwerden des als Hauptkörper einen Metallblock 11 aufweist, der Spaltabstandes wird bevorzugt so gewählt, daß es geeine Bohrung 12 hat. Ein Strahlerzeuger 13 ist am rade ausreicht, um die Verstimmung durch die Auseinen Ende der Bohrung angeordnet, um Elektronen dehnung des Resonatorvolumens auszugleichen und durch die Hohlraumresonatoren 14 und 15 äner die Abnahme des Spaltabstandes zu kompensieren, Auffangelektrode 16 zuzuführen, die am anderen 30 die durch die Ausdehnung der Elektroden und der Ende der Bohrung 12 angeordnet ist. zugehörigen Querwände bedingt ist. Es sei noch bein der Bohrung 12 sind zwischen der Auffang- merkt, daß in Fällen, in denen eine extrem gute Freelektrode 16 und dem Strahlerzeuger 13 drei mit Öff- quenzstabilität nicht erforderlich ist, der Spaltabnungen versehene Querwände 31, 32 und 33 an- stand nur insoweit gesteuert zu werden braucht, wie geordnet, die die Hohlraumresonatoren 14 und 15 in 35 es erforderlich ist, um die thermisch bedingte Abdem Grundkürper 11 bilden. Die Querwand 31 bil- nähme des Spaltabstandes zu kompensieren. Die Andet ferner die Anode des Strahlerzeugers. derung des Resonatorvolumens kann in solchen Fä!-In the figure, a power klystron is shown, which is a little larger as the distance. This growing of the has a metal block 11 as the main body, the gap spacing is preferably chosen so that it geeine Has hole 12. A jet generator 13 is sufficient to detune the Auseine Arranged at the end of the bore in order to compensate for expansion of the resonator volume and electrons to compensate for the decrease in the gap distance by means of the cavity resonators 14 and 15, To feed collecting electrode 16, the other 30 by the expansion of the electrodes and the End of the bore 12 is arranged. associated transverse walls is conditional. It is still leg the bore 12 are between the collecting notes that in cases where an extremely good free electrode 16 and the jet generator 13 three with opening stability is not required, the gap openings provided transverse walls 31, 32 and 33 only need to be controlled insofar as ordered, which the cavity resonators 14 and 15 in 35 it is necessary to the thermally caused Abdem Basic body 11 form. The transverse wall 31 would have to compensate for the gap spacing. The Andet also the anode of the beam generator. change of the resonator volume can in such cases!

Die Auffangelektrode 16 enthält ein Kollektor- len vernachlässigt werden.The collecting electrode 16 contains a collector which is neglected.

rohr 41, das von der Querwand 33 getragen wird. Wenn die Kollektorverlustleistung über eine be-tube 41 carried by the transverse wall 33. If the collector power loss is over a

Die Elektronen des Strahles werden auf einer Um- 40 stimmte Grenze ansteigt, also beispielsweise über lenkeinrichtung 42 gesammelt, die in dem Rohr 41 eine Ausgangsleistung von 100 Watt, kann man die angeordnet ist, um das Ende eines abgequetschten Wärmeübertragung vom Kollektorrohr zu seiner Evakuierröhrchens 43 zu schützen, das koaxial am Umgebung hin dadurch verbessern, daß man die äußeren Ende des Rohres 41 angeordnet ist. freien Räume 74 und 78 zwischen dem KollektorrohrThe electrons in the beam will rise to a certain limit, for example above Steering device 42 collected, which in the tube 41 has an output power of 100 watts, one can use the is arranged to the end of a pinched heat transfer from the collector tube to its To protect evacuation tube 43, the coaxial to improve the environment by the fact that the outer end of the tube 41 is arranged. free spaces 74 and 78 between the collector pipe

In den Raum zwischen dem Kollekt&rrohr 41 und 45 41 und dem Hauptkörper 11 mit einer Legierung von der Verlängerung des Hauptkörpers 11 ist ein kegel- niedrigem Schmelzpunkt anfüllt. Eine solche Legiestumpfförmig ausgebildeter Ausdehnungskörper 71 rung kann beispielsweise eine Legierung aus Wismut, mit einem querliegenden Flansch 75 um das Kollek- Blei, Zinn und Kadmium mit einem Schmelzpunkt torrohr 41 herum angeordnet und bei 76 mit ihm von 70° C sein oder auch eine Legierung aus Wisverlötet. Mit dem Hauptkörper 11 ist der Ausdeh- 50 mut, Blei, Zinn, Kadmium und Indium, die einen nungskörper 71 an der Fläche 77 verlötet. Auf bei- Schmelzpunkt von 48° C besitzt. Durch die Legieden Seiten des Ausdehnungskörpers 71 verbleibt da- rung von niedrigem Schmelzpunkt ist der Wärmebei ein freier Raum 74 und 78. Die Aufgabe des übergang zwischen dem Kollektor und dem Haupt-Ausdehnungskörpers 71 besteht darin, eine axial ge- körper durch Wärmeleitung und Konvektion außerrichtete Kraft hervorzurufen, um die Querwand 33 55 ordentlich gut, so daß die Wärme aus dem Röhrenbewegen und damit den Spaltabstand steuern zu kön- block durch Luftkühlung oder auch dadurch abgenen. führt werden kann, daß man die Röhre auf eineIn the space between the collector tube 41 and 45 41 and the main body 11 with an alloy of the extension of the main body 11 is filled with a conical low melting point. Such a stump-shaped leg formed expansion body 71 tion can, for example, an alloy of bismuth, with a transverse flange 75 around the collector lead, tin and cadmium with a melting point gate tube 41 arranged around and at 76 with it at 70 ° C or an alloy of Wisverlötz. With the main body 11 is the expansion 50 courage, lead, tin, cadmium and indium, the one voltage body 71 is soldered to the surface 77. Has a melting point of 48 ° C. Through the Legieden The sides of the expansion body 71 therefore have a low melting point and the heat is at the same time a free space 74 and 78. The task of the transition between the collector and the main expansion body 71 consists in an axially displaced body by conduction and convection Force induce to the transverse wall 33 55 neatly well, so that the heat from the tubes move and thus to control the gap distance by means of air cooling or also narrowing it. can be done that you put the tube on a

Wenn in der Umgebung des Klystrons starke ma- Kühlfalle oder auf ein Kühlblech aufsetzt. Die Vergnetische Felder herrschen, ist es erwünscht, den wendung eines flüssigen Wärmeübertragungsmedi-Einfluß dieser Felder auf das Klystron herabzuset- 60 ums ist in zweifacher Hinsicht vorteilhaft, da ein fezen. Der HauptkÖiper Il ist daher aus einem Mate- stes Wärmeübertragungsmedium m'cht verwendet rial hergestellt, dessen magnetische Permeabilität werden kann. Würde man nämlich ein festes Wärsehr hoch ist, um den Elektronenstrahl vor den äuße- meübertragungsmedium benutzen, so könnte der ren magnetischen Feldern abzuschirmen. Ein Mate- Temperaturkompensationsmechanismus gemäß der rial mit hoher magnetischer Permeabilität ist bei- 65 Erfindung nicht richtig arbeiten.If in the vicinity of the klystron a strong ma- cold trap or on a cooling plate touches down. The potting tables When fields prevail, it is desirable to use a liquid heat transfer medium To lower these fields to the klystron is advantageous in two respects, as a fezen. The main body II is therefore used from a material heat transfer medium rial made whose magnetic permeability can be. You would become a solid warmth is high to use the electron beam in front of the external transmission medium, the shielding from other magnetic fields. A Mate temperature compensation mechanism according to rial with high magnetic permeability does not work properly with the invention.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

in the other end of a massive hollow cylindrical patent claim: metal body (main body) is arranged and in which the output cavity resonator is on the collector side

1. Power klystron, in which the electron egg is stable but extremely deformable end jet generator in one and the elongated 5 wall has on the inner wall of the main body The collecting electrode (collector) is rigidly attached to the other person in a vacuum-tight manner. The invention End of a solid hollow cylindrical metal refers to a further development of a power body (main body) is arranged in which klystrons are marked in the main patent 1491500 Output cavity resonator on the collector side Neten design.

a stable, but elastically deformable io. The main patent aims to solve the problem

Has resonator end wall, which on the inner wall, the klystron in a structurally simple way

of the main body is rigidly attached in a vacuum-tight manner, to form that both a mechanical tuning

in which the collector on the one hand flattening of the output resonator and a thermal

if vacuum-tight on the elastically deformable see compensation of the resonance frequency of the

Resonatarendwand and on the other hand via a * 5 aisle resonator is achieved.

stable, but elastically deformable collector- If one is used as the material for the electrodes and

gate flange on the inner wall of the main body uses the main body copper, the thermal

is rigidly attached, in which, furthermore, a mixed expansion of these components to an enlargement

Tuning device is provided with the on ßerung of the cavity volume and thus on a

an axial force can be exerted on the collector, 20 increasing the inductivity of the cavity resonator,

through which the resonator end wall and the collector