DE1539676A1 - Neutronengenerator - Google Patents

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66 031 Bu/Sohm/Sch

■ :,. ■ . ' 9. März 1966

Herr John Eil-ery Bound en, 251 _r Icknield Way,, Letchworth, Hertfordshire, England,

Herr Leslie Noel Large, 31, lewlands, Letchworth, Hertfordshire, England

I¹Ur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung JTr₀ 10 314/65 vom 11. März 1965 "beansprucht,

Heutronengenerator

Die Erfindung bezieht sich auf Neutronengeneratoren und ins- ,λ besondere auf Generatoren, die eine Hülle aufweisen, die normalerweise abgedichtet ist und in der Deuterium- und/oder Tritium-Ionen von einer Ionenquelle her beschleunigt werden, um auf ein Target bzw» eine Antikathode /target/ zu treffen, welche Deuterium und/oder Tritium beinhaltet, um so 'neutronen durch D-D- und/oder D-T-fieaktio- nen zu erzeugen, wobei der Gasdruck-in der Ionenquelle und dem Beschleuniger teil s tück der Hülle gleich ist. "Ein Generator dieser

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Art ist in der britischen Patentschrift 961 297 beschrieben*

Der in dieser Patentschrift beschriebene Generator umfaßt eine röhrenförmige Glashülle, wovon ein Teil die Ionenquelle bildet und die mit einer HF- (Hochfrequenz) /R.F./-Wicklung umgeben ist, um in derselben ein Plasma zu- erzeugen. Eine kegelstumpfförmige Ausstrahlungselektrode /extractor electrode/, die in der Mitte eine Öffnung hat, ragt in das Plasma hinein, wobei ein Ionenstrahl durch die Öffnung entzogen oder abgenommen und gegen eine Antikathode' beschleunigt wird, die an einem Ende der Hülle sitzt. Die eigentlicne Antikathode wird von dem Beschleunigungsfeld abgeschirmt, und zw.~.r durch

10 eine Abschirmelektrode. Ein Ausgang bis zu 10 Neutronen pro Sekunde kann entweder in ununterbrochener oder pulsierender Arbeitsweise erreicht werden.

Um einen höheren Ausgang aus diesen uenerator zu erzielen, müßte der lonenatrom, der der Ionenquelle dux'ch die Öffnung in der Ausstrahlungeelektrode entzogen, wird, erhöht werden. Theoretisch könnte das entweder durch Erhöhung der HP-Energie zur Vergrößerung der Dichte dea erzeugten Plasmas oder durch Vergrößerung des Durchmessers der Öffnung erreicht werden. Das erste Verfahren ist unerwünscht, weil es leicht zu einer Überhitzung der Glashülle führt_f während beim zweiten zwei Einwände vorzubringen sind. Erstens wird der lonenstrahldurchmeeser entsprechend erhöht, was bedeutet, daß auch der öffnungadurch-

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messer in der ATdschirmelektrode entsprechend erhöht werden muß j das ist, wie später erläutert, vom Gesichtspunkt der Unter drückung der aus dem Antifcathodenbereich ausgestrahlten üleictroren unerwünscht. Zweitens würde die Vergrößerung des Ausstrahlungsdurchmessers es dem Beschleunigungsfeld ermöglicnen, weiter in den Eereich der Ionenquelle vorzudringen, was das Rieiko von elektrischen langstrecken-Zusainmentirüciien zwischen der Abschirmung und dem Inneren der Ionenquelle mit sich bringen kann. .

Es hat sich herausgestellt, daß durch eine erfindungsgemäße Form des iJeutronengenerators der lonenstrahistroia um etwa eine Größenordnung erhöht werden kann, wobei der Strahldurchmesser auf einem Wert gehalten wird, der keine unerwünschte Erhöhung des Durchmessers dar J&lektrodeneffnung erforderlich macht.

Gemäß der "vorliegenden Erfindung testeht ein lieutronengenerator aus einer Hülle, aus Hilf emit fceln sur erzeugung eines Plasmas in &as innerhalb eines Teiis^iicks besagter Hülle, aus einer Abgrenzungseiektrode, die besagtes TeilstücK von einem weiteren Teilstück besagter Hülle abgrenzt und die eine öffnung zur*Ausstrahlung von Ionen aus besagtem Plasma hat, aus einer Ausstrahlungselektrode und ε-us einer AntikathodenabschiriDun;f, die aufeinanderfolgend von besagter Abgrenzungs- elektrode "innerhalb besagten v.-eitex'en 'ieilatücKS ahständlich .

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angeordnet ist und eine öffnung in Flucht mit der öffnung in dieser hat, um den Durchtritt eines Ionenstrahle eü ermöglichen» weiterhin aus Hilfsmitteln zur Erzeugung eines axialen magnetischen Feldes im Bereich der öffnung in der Abgrenzungselektrode und aus einer Antikathode (Target), die hinter besagter Antikathodenabschirmung angebracht ist.

^ Das Hilfsmittel zur Erzeugung des Plasmas umfaßt vorzugsweise eine HF-Wicklung, die besagtes Teilstück der Hülle umgibt, und das Hilfsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes umfaßt eine Solenoidspule (schraubenförmige Spule), welche besagte Hülle zwischen besagter HF-Wicklung und besagter Abgrenzun^selektrode umgibt. ·

Es wurde auf die Unterdrückung der Seicundär-Elektronen, die von der Antikathode ausgestrahlt werden, hingewiesen. Es ist sehr fe wichtig, daß die Rückstreuung dieser Elektronen und der Elektronen, die durch die Ionisation durch den Gasstrahl in der Antikathodenabschirmung gebildet werden, zur Ionenquelle hin so weit wie möglich wegen der großen Hitze, die durch diesen Elektronenstrom· erzeugt wird, reduziert wird. In dem in der oben erwähnten Patentschrift beschriebenen Generator wurde das dadurch erreicht, daß die Antikathode in Bezug auf die Antikathodenabschirmung etwas positiv gehalten wurde, so daß Elektronen, die von der Antikathode ausgestrahlt wurden, von der Antikathode angezogen wurden. Btim vorliegenden Generator hat sich die letztere Anordnung als

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unzulänglich herausgestellt, sobald der Strom nur zwei- oder dreimal so hoch wurde wie in dem früheren Generator, so daß der rückfließend* Strom stark genug wurde, um das Rohr zu zerstören. Eine Alternativanordnung wurde dazu /benutzt, diese Beschränkung bei Erhöhung des Ionenstroms zu beseitigen, wobei dieser etwa um das zehnfache erhöht werden konnte·

Dementsprechend ist die Öffnung- in der Antikathodenabechirmung des vorliegenden Generators vorzugsweise von kanalartiger Form, und ein am Ende offenes röhrenförmiges Glied ist innerhalb besagter Abschirmung, jedoch davon elektrisch isoliert, angeordnet, wobei ein Ende des besagten Gliedes die Antikathode umfaßt und das andere Ende das Antikathodenende ' des Kanals in der Antikathodenabsqhirmung anstoßend begrenzt.

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeicnnung ^_m besehrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht 'eines iieutronengeneratora gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die potentionelle Verteilung zwischen der Ausstrahlungselektrode und der Antikathode nach Figur 1, während

^ΤΛ-"~, 3 eine geschnittene Ansicht einer weiteren Ausfünrungsmögliehkeit der Erfindung zeigt. ·

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Aus dieser Zeichnung ist ersichtlich, daß ein Ende einer abgedichteten röhrenförmigen Glashülle 1 von einer HF-Wicklung 2 UBgeben ist, damit ein Plasma im Gas innerhalb der Hülle erregt bzw.'erzeugt wird. Dieses Teiletüok der Hüllt bildet die Ionenquelle und ist durch eine Abgrenzungselektrode 3 abgegrenzt, die als flache Scheibe mit einer mittigen öffnung 4 ausgebildet und die gegen die Hülle 1 abgedichtet ist. Die Elektrode 3 ist zur guten Wärmeleitung aus Molybdän hergestellt. Zwischen Wicklung 2 und Elektrode 3 umgibt eine spiralförmige Spule 5 die Hülle, um ein axialmagnetisches Feld im Bereich der öffnung 4 herzustellen und so das hieran angrenzend· Plasma su verstärken. Dies erhöht die Dichte des Ionenstroms, die aus der Plasmaabgrenzung bei einer vorgegebenen HP-Erregerenergie zu gewinnen ist. Die

Oberfläche der Elektrode 3, die das Plasma umgibt, ist mit einer dünnen glasartigen Emaille 6 bis etwa 0,127 mm /0,005"/ Ton der Kante der ujffnung bedeckt, wobei ein «einliefreier Bereich 30 verbleibt, um das Metall vom Plasma abzuschirmen» damit einjSprttdeln verhindert und auch die Rekombination^ (Wiederverbindung} hydrogen«* iaotopischer atomarer Ionen in molekulare Ionen auf ein Minimum gehalten wird. Das Sprudeln kann auch einen Gasabsorptione-Effekt nach sich ziehen, der selbstverständlich in einem abgedichteten Rohr mit einem begrenzten (Jasinhalt unerwünscht ist. In die Öffnung 4 ist ein Aluminiumeinsatz 34 ,geschraubt, der einen Rand aufweist, der über den Bereich 30 hinausragt, wobei Aluminium

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einen bedeutend geringeren atomaren flekombinationskoeffizient als Molybdän oder NiIo-K /ITiIo-X/ und auch ein viel kleineres SprudelVerhältnis /sputtering ratio/ (d.h. ausgestrahlte Atome pro einfallendes Ion) aufweist. Der Hand des Einsatzes 34 berührt das Plasma, hält es somit auf dem Potential der Elektrode

3 und "paßt¹" /"keying¹¹/ das Plasma an den Rand an.

Jenseits der Abgrenzungselektrode 3 ist eine kegelstumpfförmige Ausetrahlungselektrode 7 abständlich befestigt, die an einen kreisförmigen ßing 8 an- bzw. hartgelötet ist, der mit der Hülle 1 dicht schließt und die eine Öffnung 9 hat, in die ein Anti-Sprudel-Einsatz 35 aus Aluminium ähnlicn dem Einsatz 34 geschraubt ist. Wach innen ist im Abstand zur -EleKtrcde 7 eine Antikathodenabschirmung 10 an einen» Metallrohr 11 befestigt, das dichtend mit der Hülle 1 verbunden ist und eine kanalähnliehe Öffnung 12 hat. Die öffnungen 9 und 12 sind entsprechend Öffnung

4 angebracht bzw. mit ihr in Flucht.

Voia Bohr 11 durch ein röhrenförmiges Glasteils tue Jc 13 isoliert befindet sich ein Metallrohr 14, ari dessem Ende ein Plansch 15 ist, der die Antikathode 16 trägt, die aus Erbium besteht, das auf einem Molybdänpreßling aufgedampft ist, wodurch ein Widereintritts-Hohlraum 29 hinter der Antikathode gebildet

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wird. Die Erbiumschicht ist zuerst ,mit Deuterium gesättigt, aas während des Betriebs zu einer ungefähr 50/50 Deuterium-/Tritium-Mischung wegen des Ergänzers 19 umgewandelt wird.» der zuerst mit einer Deuterium-ZTritium-Mischung geladen ist, die einen Überschuß an Tritium hat, der ausreicht, den gesamten Gasinhalt der Hülle (d.h. sowohl den Ergänzer als aucn die Antikathode eingescnlossen) zu einer etwa iO/50 Mischung zu machen. Während des Betriebs wird die Antikathode- in der bekannten Art und Weise durch die Wirkung des gemischten Ionenfitroms aufgefüllt. Außerdem ist am Flansch 15 koaxial innerhalb der Abschirmung 10 ein röhrenförmiges Hemmungsglied 17 ' angebracht," dessen eines Ende die Antikathode 16 umgibt und dessen anderes Ende das Antikathodenende des Kanals 12 fast anstoßend begrenzt. Während des Betriebs wird ein geeignetes Kühlmittel, z.B. ICI-Arctcn 113 oder Monsanto TAS 130, über die hintere Oberfläche der Antikathode 16 zirkuliert, um die durch den Ionenstrom ausgestrahlte Wäm£e su entfernen.

An dem anderen Ende der Hülle 1 ist dient scnlieisend ein Metallrohr-1ö angebracnt, das eine Kopfplatte 21 trägt, an aer der liasergänzer 19, ein Verschluörohr 20 und ein Pirani-Messer (hinter Rohr 20 verdeckt) befestigt sind, die in aer Ausführung ähnlich den entsprechenden Komponenten sind, die in der oben-

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erwähnten Patentschrift beschrieben sind. Ebenfalls an der Platte 21 mittels eines Stützrohre 22 ist eine Kupferplatte ■befestigt, die mit verdampftem Aluminium beschichtet ist, um ein Sprudeln durch den Kontakt mit dem Plasma zu verhüten.

Die Scheibe 23, die durch eine Öffnung 24 in der Platte 21 gekühlt wird, dient als Auffang, für zurückströmende Elektronen, die sowohl dureχι Ionenbescnuß der Auswerferelektrode entstanden sind als auch der .Elektronen, die aus dem Bereich, der Antikathodenabschirmung 10 stammen. Die Scheibe 22 hat einen großen Durchmesser, weil der -Elektroiienstrom zu e,iner Vergrößerung durcn den Streuungs-Effekt /defocussing effect/ des divergierenden magnetischen Feldes neigt, aats durcn die Spule 5 erzeugt wird.

Die Zeichnung ist in etwa maBstab^etreu, so daß der Außendurcnmesser der Rohrs 18, 11 und.14 bO,ß am/2 inches/ beträgt. Wie schon erwähnt, -bestehen die Elektrode 3 und die Antikathode 16 aus Molybdän. Die Rohre 22, 11, 18 und 14, der Flansch 15, das Ronr 17, die Abschirmung 10 und-die Ausstrahlungsanordnung 7/6 sind aus einer ivilo-K-Legierung hergestellt, iiie Hülle 1 besteht aus Kodial-G-lae.

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Mhrungs ringe 25 und 26 aus einer Aluminiumlegierung sind jeweils auf der Scheibe 8 und dem Rohr 11 arretiert oder aufgeklemmt, um hohe elektrische Beanspruchungen zu verhindern., wie sie dort entstehen» wo diese Teile an der Hülle 1 "befestigt sind. Per Bereich der Ionenquelle der Hülle 1 ("bis zur Scheibe 8) inklusive der Wicklung 2 und de'r Spule 5 ist vonv einem ersten Mantel aus Methyl-Methaeifylat (nicht"gezeigt) umschlossen, durch den Eühlöl zirkuliert wird, und der Bereich zwischen dem Sing 25 und dem Plansch 15 ist von einem zweiten ähnlichen Mantel (nicht gezeigt) umschlossen, der ein hochgradiges IsolationsÖl enthält.

Beim Betrieb wird die Hülle 1 mit dem Beuterium-/Tritium-· G-as-Gemiseh gefüllt, das von dem Ergänzer 19 geliefert wird, wobei der Gasdruck auf etwa 15 χ 10 mm/lg, gemessen mit dem Pirani-Messer, gehalten wird. Ein Plasma wird in diesem Gas durch Anlegen einer HI-Energie von 15 MIz an die Wicklung 2 erregt. Die Ionen werden durch die öffnung 4 in der Äbgren-^ zungeelektrode 3 aus dem Plasma durch eine Spaimungsdifferemzi Τ« von bis zu 5 kY, die zwischen, der Elektrode 3 und der Aus.^ Strahlungselektrode T angelegt wird, ausgestrahlt» wobei die letztere Erdpotential hat. Das Plasma nimmt die Spannung dgr Elektrode 3 und des llsktronenauffängers 23, die ai^ep miteinander verbunden sind, auf, wobei eine KLasmabegrenzung odLer- -kappe über der Plasmageite der öffnung 4 gebildet wi.rd« Die „

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Spule 5 erzeugt ein axiales, magnetisches Feld von etwa 100 G-auß im Bereich der Öffnung 4» um das Plasma wie schon beschrieben zu verstarken.

Bei relativ niedrigen Werten Vg stößt ein £eil des Ionenstroms auf die Auswerferelektrode 7 J wenn jedoch T~ erhöht wird (wobei die Plasmadichte konstant gehalten wird), dann wird der ganze Strom gebündelt durch die Öffnung 9 gegeben, weil die Plasmaabgrenzung oder -kappe durch das angrenzende durch T„ erzeugte elektrische I"eld zurückgestoßen wird. Der anfängliche Ionenbeschuß der Elektrode 7 erzeugt Sekundär-Elektronen, die zurück in die Ionenquelle durch die Öffnung 4 beschleunigt, jedoch wie beschrieben von der Scheibe 23 aufgehalten werden.

Der die Ausstrahlungselektrode 9 verlassende Ionenstrom wird weiter durch das Hauptbeschleunigungsfeld beschleunigt, das durch die Spannungsdifferenz T„ von 110 - 120 kT erzeugt wird, die zwischen der Elektrode 9 und der Antikathodenabgrenzung 10 angelegt wird, und prallt auf die Antikathode '16 auf. Die Antikathode 16 und das Hemmungsglied 17 werden auf einer Spannung T-^ von etwa +400 T im Bezug auf die Antikathodenaogrenzung 10 gehalten. ELg. 2 zeigt mittels Mnien gleichen Potentials die Spannungsverteilung an, wobei die Elektroden 7, 10 und 17 jeweils auf 0,-100 kT und -99,6 kT gehalten werden, mittels der elektrolytischen Tankteehnik graphisch ■ dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Anordnung einen Strömungsraum 27 vor? relativ gleichDleiöendem Potential liefert,

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der von der Antikathode (in Fig. 2 nicht gezeigt) bis nahezu zum Ende des Gliedes 17 reicht, von wo die Spannung schnell auf eine Spannungsspitze von etwa -99,85 kV im Bereich des Punktes 28 anwächst, bevor sie stetig auf O V zu fällt. Diese Spitze oder dieser "Hocker" /"hump"/ von etwa 250 V um den Punkt 28 dient als Sperrkreis für die Elektronen, die innerhalb der Abschirmung 10 entweder durch Ionenbeschuß oder durch Ionisation der Gasmoleküle durch die Ionen des Stroms gebildet werden, und verhindert ihr Entweichen in das Hauptbeschleunigungsfeld.

Die Verwendung eines verhältnismäßig engen Kanals 12 in- der Abschirmung 10 hat im Vergleich zu den einfachen Öffnungen 4 und 9 in den beiden anderen Elektroden den Vorteil, daß die Eindringung des Hauptbeschleunigungsfeldes in die Abschirmung verringert wird. Diese Rückführung erlaubt es, daß ein Elektronensperr-"Hocker" von vorgegebener Höhe mit einer niedrigeren Speisespannung V_B erzeugt wird, als es andernfalls der Fall sein würde, was vorteilhaft ist, weil die Speisespannung der Hauptbeschleunigungsspannung von >100 kV überlagert werden muß und daher so leicht wie möglich zu erzeugen sein sollte. Es bewirkt ebenso, daß der' "Hocker" 28 dichter an die Ausstrahlungselektrode 7 gebracht wird als es andernfalls der Fall sein würde, was die Länge des Ionenstrahlpfades zwischen der Elektrode 7 und dem "Höcker" verringert, wobei keine Sperrung stattfindet. Die Verwendung eines zu hohen Wertes V_x, kann auch dazu führen, daß eine unerwünschte Entladung zwischen dem Hemmungsrohr und

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der Antikathodenabschirmung auftritt, was ein Sprudeln der letzteren zur Folge haben kann.

Wie schon erwähnt, erlaubt es der relativ dünne, hochdicht* Ionenstrahl, der in diesem Generator erzeugt wird, daß die Öffnung 9 klein gehalten werden kann, was das Bindringen des Hauptbeschleunigungsfeldes hinter der Elektrode 7 in den Bereich der Ionenquelle reduziert oder hintanhält und somit auch die Gefahr eines längstrecken-ZuSammenbruchs vermindert. (Es sei darauf hingewiesen, daß Generatoren der vorliegenden Art in demjenigen Bereich der Paschen-Kurve arbeiten, in welchem für konstanten Druck die Unterbrechungsspannung«um soviel abnimmt wie die Spaltlänge zunimmt.) Der dünne Strahl macht es außerdem möglich, vergleichsweise lange, enge Kanäle in der Antikathodenabschirmung zu verwenden, was, wie oben besprochen, die Elektronenabsperrung erleichtert.

Ein"ander-er Vorteil des dünnen Ionenstrahls ist der, daß sein kleinex Divergenzwinkel beim Eindringen in die Antikathode nab schirmung es zuläßt, daß die Antikathode relativ weit hinter die Abschirmöffnung¹ gelegt werden kann, ohne-daß der Strahlquerschnitt den Antikathodendurchmesser überschreitet, wenn der Strahl auf die Antikathode auftrifft„ Das bedeutet, daß die Neutronen an einer weiter" von der Hauptbeschleunigungszone und seiner entsprechenden hochwertigen Isolation entfernten Stelle erzeugt werden, was den Zugang zur Antikathode wesentlich verbessert. Ein Vergleich mit dem in der britischen

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Patentschrift 981 297 beschriebenen Generator zeigt, daß bei dem vorliegenden Generator die Antikathodenbauweise viel weniger einspringend ist, was es entsprechend einfacher macht, Proben in der hoch-stromdiehten Zone unmittelbar hinter der Antikathodenoberfläche 16 zu bestrahlen (z.B. zur Aktivierungsanalyse). Weil die einspringende Höhlung auch die Antikathoden-Kühlrohre tragen muß, ist dies ein wichtiger Faktor, besonders wenn ein mit komprimierter Luft betriebener Förderer zur schnellen Übermittlung von Proben eingebaut werden muß.

Bei der in Figo 3 gezeigten Ausführungsart ist die zurückspringende Bauart der Antikathode durch eine Antikathode ersetzt, deren Oberfläche mit dem Ende des Rohres, wie nachfolgend beschrieben, in einer Ebene liegt bzw. bündig ist.

Ein weiterer Vorteil einer derartigen Ionenquelle,/ wie sie bei dem erfindungsgemäßen Generator verwendet wird, ist der, daß der Neutronenausstoß leicht und genau durch Veränderung des Wertes V_ff gesteuert werden kann, leichter als dies bei dem in der vorher erwähnten Patentschrift beschriebenen Generator bei einer Veränderung der HF-Energie, die an die Plasma-Erreg-er-Wicklung gegeben wird, der Fall ist. Das letztere System ist mehr, von Gasdruckschwankungen abhängig, die. schwieriger genau zu steuern sind. Die Befreiung von der Ausstoß-Steuerung ist besonders in Fällen, die einen modulierten Neutronenstoß, z.B. bei nuklearen Reaktorexperimenten, erfordern, vorteilhaft.

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Ein Ertrag von 9 χ 10 Neutronen pro Sekunde wurde mit dem zuvor beschriebenen Gerät, das nur mit Deuterium gefüllt war, unter den folgenden Arbeitsbedingungen erzielts

Antikathodenspannung (Vm) * = 120 kV HF-Energie, im Plasma verloren gegangen = etwa 380 'W

Antikathodenabschirm-Strom (Ig) = 6 mA

Antikathoden-Strom (I_T) = 5 mA

Gesamter Strom im Rohr (Ia) = 11 mA

Speisespannung in der Sperre (V-g) = 440 V A

Magnetisches Feld . = etwa 100 Gauß

Ausstrahlungsspannung (V_&) = 3,3 kV

Ausstrahlungsstrom (I«) = 11 mA

Auffangsstrom (Lg) = O mA

Der Wert des Antikathodenstroms I_m, der oben angegeben ist, ist nicht gleich dem lonenstrahlstrom, der auf die Antikathode auftrifft und der unter den obigen Bedingungen mindestens mit mA angenommen werden muß, weil die Antikathoden-Sperr-Vorrichtung ebenfalls Elektronen sammelt, was auf die Ionisation des ™ Gases durch den energiereichen Ionenstrahl zurückzuführen ist.

Der erwähnte Neutronenausstoß wird etwa um das Hundertfache durch ein füllen des Rohres mit einer 50/50 Deuterium-/!Eritium-Mischung, anstelle von reinem Deuterium, erhöht.

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In Fig. 3, die eine andere erfindungsgemäße Ausführung darstellt, beziehen sich die zweiten und dritten Ziffern der Bezugszahlen auf. Teile, die entsprechend der Fig. 1 nume-riert sind. Das Teilstück des Generators links vom Ring.108 ist das gleiche wie in Fig. 1, der übrige Teil des Rohres ist wie gezeigt abgewandelt. ,

Es hat sich herausgestellt, daß, wenn man unter Hochspannungs-Bedingungen arbeitet, die Tendenz zum elektrischen Zusammenbruch besteht, welcher zwischen der Antikathodenabschirmung 10 (Fig. 1) und der Ausstrahlungselektrode 7 entlang der inneren Oberfläche 37 der Glashülle 1, die sich zwischen dem Ring 8 und dem Rohr 11 erstreckt, auftreten kann. Es besteht ein Grund zur Annahme, daß ein derartiger Zusammenbruch durch Bestrahlung der Glasoberfläche entweder durch geladene Teilchen, die durch den Ionenstrahl oder durch elektromagnetische Strahlung (ζ„Β. ultravialettes Licht von der Ionenquelle) entsteht oder durch Röntgenstrahlen infolge ψ energiereicher Elektronen, die auf den Ausstrahler oder die Fangvorrichtung und auf die Wände der Ionenquelle auftraffen, hervorgerufen wird. Eine andere Ursache ist eine Ablagerung irgendeines Materials auf dem Glas, das durch den Strahl von der Außenzone der Abschirmung 10, die das Ende des Kanals 12 umgibt, versprüht wird.

Was immer der Grund sein mag, so hat es sich doch herausgestellt, daß die Tendenz zu einer Unterbrechung durch eine

_f Anordnung der Ausstrahlungs- und Abschirmelektroden reduziert

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wird, die dazu dient, die G-lasoberfläche gegen derartige Bin-, flüsse abzuschirmen. In Fig. 3 umfaßt die Abschirmung 110 ein zylindrisches Teilstück 151, das in ein entsprechendes zylindrisches Teilstück 132 der Elektrode 107 hineinragt, so daß eine wirksame Überlappung entsteht. Der Drosseleffekt, der aus dieser Anordnung resultiert, schützt das Teilstück 137 der Glasoberfläche 101, das sich zwischen diesen beiden Elektroden erstreckt, Tor einem "Wahrnehmen" /"seeing"/ des Ionenstrahls oder die Öffnungen in den Elektroden 107 und 103 (und somit das Plasma in der Ionenquelle) oder das Ende des Kanals 112.

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TJm die Elektronensperrungs- und lonensicht-Merkmale von Fig. 1 mit derAusstrahlungs-/Abschirmungs-Anordnung von Fig. zu erhalten, hat das dem Kanal 112 zugewandte Ende des Hemm-Rohres 117 eine konische Spitze 136. Das bewirkt, daß der Hemm-"Höcker" in etwa der gleichen Entfernung von dem Ausstrahler wie in Fig. 1 bleibt und daher die ungehemmte Lange des Ionenstrahls auf ein Mnimum bringt. Ein konisch endendes Hemm-Rohr bewirkt, daß die Höhe des "Höckers" (bei vorgegebenen·Υ_Β,) reduziert wird, diesem Effekt wird jedoch durch die erhöhte Effektivlänge des Kanals 112 begegnet und der Hein-Effekt ist ein "Hocker" von genügend großer Höhe zur effektiven Hemmung bei V_B = 400 V.

Die Tendenz zum Zusammenbruch zwischen den Elektroden 110.

andere

und 107 wird weiterhin durch zwei/Abänderungen verkleinert.

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Erstens hat das rechte Ende des Teilstücks 132, das die Abschirmung 110 umfaßt, einen im Vergleich zu Fig. T vergrößerten Krümmungsradius, um die Bildung von örtlichen stark-elektrischen Feldern zu verhindern. Zweitens ist das Teilstück 132 bei 133 abgestuft, um den Abstand zwischen.dem Ausstrahler und der Hülle zu vergrößern, was das Spannungsgefälle entlang der Innenfläche 137 der Hülle verkleinert. Eine ähnliche Abstufung kann an der Außenfläche der Abschirmung in der Nähe der Hülle vorgesehen werden.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß das Maß der Einspringung der Antikathode 116 vorteilhaft reduziert wird,, damit die Bestrahlung von Proben erleichtert wird. Aus der Ausführung nach Fig. 3 ersieht man, daß die Antikathode eine flache Scheibe ist, die hinter dem Flansch 115 liegt.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der' gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind. ■

Patentansprüche ·

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Claims (1)

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   Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner StraBe 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

   Postfach 325

   66 051 Bü/da

   9.o März 1966

   Patentansprüche

   U Neutronengenerator, bestehend aus einer Hülle, aus Hilfsmitteln zur Erzeugung eines Plasmas in Gas innerhalb eines Teilstückes besagter Hülle, aus einer Abgrenzungseiektrode,. die besagtes Teilstück von einem weiteren Teilstück besagter Hülle abgrenzt und die eine Öffnung zur Ausstrahlung von Ionen aus besagtem Plasma, aus einer Ausstrahlungseiektrode und einer Antikathodenabschirmung, die aufeinanderfolgend von besagter Abgrenzungselektrode innerhalb besagtem weiteren Teilstück abständlich angeordnet sind sind und Öffnungen in Übereinstimmung mit der Öffnung darin aufweist, um einen Durchtritt des Ionenstrahls zu gestatten, weiterhin bestehend aus Hilfsmitteln zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes im Bereich der Öffnung in der Abgrenzungselektrode und aus einer Antikathode, die hinter besagter Ani&athodenabschirraung .an^curacht ist.

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   2ο Neutronengenerator nach Anspruch 1, wobei-besagtes Hilfsmittel zur Erzeugung des Plasmas eine HF-Wicklung umfaßt, die besagtes Teilstück der Hülle umgibt und wobei. besagtes Hilfsmittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes eine schraubenförmige Spule 'umfaßt, die besagte Hülle zwischen besagter HF-Wicklung und besagter Abgrenzungselektrode umgibto

   P 3o Neutronengenerator nach Anspruch 1 bis 2, wobei die Öffnung in der Antikathodenabsehiriaung des vorliegenden Generators'" von kanalartiger Form ist und ein of f en-endendes" röhrenförmiges Hemmglied in besagter Abschirmung angebracht, jedoch elektrisch von dieser isoliert ist, wobei ein Ende besagten Gliedes die Antikathode umgibt und das andere das Antikathodenende des Kanals in der Antikathodenabschirmung angrenzend bestimmte

   fc 4oNeutronengerierator nach einem der vorangegangenen

   Ansprüche, wobei die Öffnung zumindest in besagter Abgrenzungselektrode mit einem Einsatz versehen ist, der aus Metall hergestellt ist, das einen geringen Sprühbetrag und einen niedrigen atomaren Rekombinationskoeffizient hat₀

   5 α Neutronengene rat o,r nachjeinem der vorangegangenen Ansprüche, wobei besagte AuBstrahlungselektrode ein hohl-

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   zylindrisches Teilstück umfaßt, in das ein zylindrisches Teilstück besagter Antikathodenabsch^imung in konzentrisch überlappender Relation hineinragt, wobei besagte Relation so ausgelegt ist, daß das Teilstück besagter Hülle, das sich¹ zwischen der Ausstrahlungselektrode und der Antikathodenabschirmung erstreckt, davor bewahrt ist, in direkter Sicht des Ionenstrahls und der Öffnung in besagter Elektrode und der Abschirmung zu sein.

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