DE1539639B1

DE1539639B1 - Elektrodenanordnung zum Erzeugen eines Elektronenstrahlbuendels hoher Intensitaet

Info

Publication number: DE1539639B1
Application number: DE19661539639
Authority: DE
Inventors: Bo Breitholtz; Clas Tore Jacobsen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1965-04-12
Filing date: 1966-04-07
Publication date: 1969-10-02
Also published as: SE321533B; CH437547A; US3369142A; GB1136144A

Description

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In Elektronenröhren und ähnlichen Apparaten ,. mittels einer isolierenden Zwischenlage 12 befestigt, wird in der Regel eine Glühkathode als Elektronen- ■' und auch die Kathode ist mit einem solchen Kondenquelle verwendet. Glühkathoden haben jedoch eine sationsschirm versehen, der mit 13 bezeichnet und an verhältnismäßig niedrige Stromdichte und sind des- der die Kathode umgebenden isolierenden Schicht 6 halb in den Fällen nicht geeignet, in denen man eine 5 befestigt ist. Die Aufgabe der Kondensationsschirme

große Stromdichte des Elektronenstrahls wünscht. ist, die neutralen Atome aufzufangen, die vom Katho-

Um einen Elektronenstrahl mit großer Stromdichte denfleck ausgehen, und sie daran zu hindern, sich auf zu erhalten, kann man beispielsweise eine Queck- den Behälterwänden abzusetzen,
silberkathode als Elektronenquelle benutzen. Vom Die Beschleunigungsanode 4 ist zwischen der Kathodenfleck einer solchen Kathode werden auch io Kathode und der Fanganode 3 angebracht. Das elek-Ionen und neutrale Gasatome emittiert, die in gera- ... trische Feld in der Beschleunigungsanode muß eine den Bahnen in allen Richtungen von der Kathode solche Form haben, -daß der größtmögliche Teil des herausgeschleudert werden. Die Ionen kehren jedoch Elektronenstromes direkt durch die Anode strömt verhältnismäßig schnell zur Kathode zurück, aber die und die Fanganode erreicht. Um den Elektronenneutralen Atome, die nicht vom Feld des Lichtbogens 15 strahl zu fokussieren und um seine elektrostatische beeinflußt werden, setzen ihren Weg fort und können Selbstausbreitung zu verhindern, kann ein längsin einem verhältnismäßig großen Abstand von der gehendes Magnetfeld eingeschaltet werden.
Kathode von Elektronen ionisiert werden;, das bedeu- Die Entladung wird dadurch gestartet, daß die tet, daß praktisch überall zwischen Anode und Hilfsanode bis zum Kontakt mit der Kathodenfläche 7 Kathode Ionen auftreten können. Solche Anordnun- ao gesenkt und danach gehoben wird, wobei ein Lichtgen sind in der französischen Patentschrift 1 385 711 bogen zwischen den beiden Elektroden entsteht. Wo und in der USA.-Patentschrift 2 937 300 beschrieben, der Lichtbogen die Kathodenfläche verläßt, entsteht g aber mit diesen Anordnungen erhält man keinen der Kathodenfleck 8. Vom Kathodenfleck werden " Elektronenstrahl, der völlig frei von Ionen und neu- Elektronen, Ionen und neutrale Metallatome emittiert tralen Atomen ist, wie es das Ziel der Erfin- as und bilden ein Plasma oberhalb der Kathode. Die dung ist. Ionen und die neutralen Metallgasatome können sich

Die Erfindung geht von einer Elektrodenanordnung nur in geraden Bahnen bewegen, dies ist die Ursache aus, mit der im Vakuum ein Elektronenstrahlbündel dafür, daß sich das Plasma nur über der geraden hoher Intensität erzeugt werden kann, und zwar Linie A-A in der Figur befindet. Die Elektronen durch Extraktion der Elektronen aus einem durch 30 können dagegen vom Feld von der Hauptspannungseine elektrische Entladung erzeugten Plasma. Eine quelle 14 beeinflußt werden, ihr Potential kann hoch solche Elektrodenanordnung besteht aus einer gewählt werden, wenn man einen hohen Bogenspan-Kathode und einer Anode, zwischen denen das nungsfall und einen Strahl von hochenergiereichen Plasma entsteht, und wenigstens einer weiteren Elek- Elektronen in die ' Fanganode 3 hinein erhalten will, trode, die auf einem relativ zur Kathode positiven 35 Der Elektronenstrahl wird sehr stark, weil ein Katho-Potential liegt und der Extraktion und Bündelung der denfleck als Elektronenquelle benutzt wird und die Elektronen dient. Eine solche Anordnung ist erfin- Größe des Kathodenflecks im großen und ganzen undungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die zwi- begrenzt ist. Was dem Elektronenstrom eine obere sehen der Anode und der oder den weiteren Elek- Grenze setzt, ist, daß bei Stromstärken von der troden angeordnete Kathode mit Ausnahme eines der 40 Größenordnung von 20 oder 40 kA das Plasma ober-Anode zugekehrten Flächenabschnittes von einem halb der Kathode kolüsionsbestimmt wird und neuelektrisch isolierenden Material umgeben ist. Weitere trale Metallatome sich in das Gebiet unter der Linie Merkmale der Anordnung gehen aus den Unter- A-A verbreiten,
ansprächen hervor. Anstatt eine bewegliche Hilfsanode zum Zünden {

Dieser erhaltene xeine und hoehetüergische Elek- 45 des Lichtbogens zu verwenden, kann man eine hochtronenstraU kann für viele verschiedene Zwecke ver- . ohmige Zündelektrode auf der Kathodenfläche anwendet werden, z. B. zum Schweißen, Schmelzen von ordnen. Eine dritte Möglichkeit ist, die Entladung Metallen im Vakuum, um möglichst gasfreie Metalle mit Hilfe eines gegen die Kathode gerichteten gebün- und Legierungen zu erhalten, u. a. m. delten Laserstrahles zu starten.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeich- 50 Wenn die Verhältnisse so sind, daß der plasma-

nung beschrieben, die schematisch einen Schnitt erzeugende Kathodenfleck ohne Hilfe des Licht-

durch eine Ausführungsform der Erfindung zeigt. bogens zwischen der Hilfsanode und Kathode stabil

In einem Vakuumbehälter 1 befindet sich eine ist, kann die Stromquelle 9 abgeschaltet werden, so-

Kathode 2, eine Fanganode 3, eine Beschleunigungs-. bald der Kathodenfleck sich gebildet hat und die Ent-

anode 4 und eine Hilfsanode 5. Die Kathode ist von 55 ladung stabilisiert ist.

einer isolierenden Schicht 6, z. B. aus keramischem Die Kathode muß-aus einem äußerst gasfreien Material, umgeben.. Nur die obere Fläche 7 ist frei Material hergestellt sein, damit die Menge neutralen von einem Belag, und auf dieser Fläche befindet sich Gases, die beim Abschmelzen der Kathode freigeder Ionen und Elektronen emittierende Kathoden- macht wird, so klein wie möglich wird. Das Kathodenfleck 8. Die Hilfsanode5 ist direkt oberhalb der 60 material kann festes oder flüssiges Metall, z. B. Fläche 7 auf der Kathode angeordnet und ist heb- Kupfer oder Quecksilber sein.

und senkbar durch die Wand des Behälters 1 geführt. Die Fanganode kann außerhalb des Behälters ange-Die Kathode und die Hilfsanode sind an einer Hilfs- ordnet sein, und der Elektronenstrahl kann durch ein Spannungsquelle 9 angeschlossen. Ein Schirm 10 ist in der Behälterwand angeordnetes Fenster zwischen zwischen Kathode und Hilfsanode gesetzt, um das 65 der Beschleunigungsanode und der Fanganode entEntstehen eines Stromes im Hilfskreis zu ver- nommen werden. Es ist auch möglich, sowohl die hindern. Beschleunigungsanode als auch die Fanganode außer-

Auf der Hilfsanode ist ein Kondensationsschirm 11 halb des Vakuumbehälters anzuordnen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodenanordnung im Vakuum zum Erzeugen eines Elektronenstrahlbündels hoher Intensität durch Extraktion der Elektronen aus einem mittels einer elektrischen Entladung erzeugten Plasma, bestehend aus einer Kathode und einer Anode, zwischen denen das Plasma entsteht und wenigstens einer weiteren Elektrode, die auf einem relativ zur Kathode positiveren Potential liegt und der Extraktion und Bündelung der Elektronen dient, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Anode (5) und der oder den weiteren Elektroden (4, 3) angeordnete Kathode (2) mit Ausnahme eines der Anode (5) zugekehrten Flächenabschnittes (7) von einem elektrisch isolierenden Material (6) umgeben ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (3) eine Fanganode ist und eine ringförmige Beschleuni- ao gungsanode (4) zwischen der Kathode (2) und der Fanganode angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .daß die weitere Elektrode (3) sowohl die Fanganode als auch die Beschleunigungsanode bildet.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (3) außerhalb des Vakuums angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die weitere Elektrode (3) als auch die Beschleunigungsanode (4) außerhalb des Vakuums angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfselektrode (5) in der Nähe der Kathode angeordnet ist, um die Plasmaemission zu starten.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanode als Halteanode dient, um ein ausreichend starkes Plasma für den Kathodenfleck aufrechtzuerhalten.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schirm (10) aus isolierendem Material zwischen der Kathode (2) und der Hilfsanode (5) eingesetzt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kathode (2) als auch die Hilfsanode (5) mit Schirmen (13 bzw. 11) aus Metall versehen sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem festen oder flüssigen Metall besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen