DE1539998A1

DE1539998A1 - Elektronenstrahlerzeuger

Info

Publication number: DE1539998A1
Application number: DE19661539998
Authority: DE
Inventors: Stauffer Lynn Hughes
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-05-28
Filing date: 1966-04-27
Publication date: 1970-01-22
Also published as: US3414702A; GB1132536A

Description

Anmelder: General Electric Company, Schenectady, New York, N.Y. USA

Elektrone ns trahlerzeuger

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlerzeuger, in dem der Strahl in einem Gas oder Plasma nichtthermisch erzeugt wird, insbesondere für ein Bestrahlungsgerät.

Einrichtungen zur Erzeugung von Elektronenstrahlen durch eine Wärmequelle, die die thermische Elektronenemission aus einer Kathode bewirkt, sind bekannt. Es sind ferner Gasentladung seinrichtungen wie das Thyratron bekannt, die eine Entladung mit Diffusion in einem Gas entweder auf thermischem oder nichtthermischem Wege erzeugen. Diese Entladung kann so ausgebildet werden, daß sie einen Strahl kleiner Leistung ergibt, indem eine geeignete Geometrie von Fokussierungsöffnungen zusammen mit elektromagnetischen oder elektrostatischen Elementen verwendet wird.

Es wurde bereits ein nichtthermischer Elektronenstrahlerzeuger vorgeschlagen, der einen hohlen Kathodenaufbau aufweist, der nichtdurchlöcherte Seitenwände und eine einzelne Austrittsöffnung in einer Endwand hat, durch die ein Elektronenstrahl emittiert werden kann, und der ferner eine elektrisch leitende Abschirmung aufweist, die im wesentlichen die Kathode umgibt. Der Elektronenstrahlerzeuger (kurz Strahlerzeuger genannt) be-

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findet sich in einem Gehäuse, in dessen Innerem sich ein ionisierbares Niederdruckgas befindet. Eine negative Hochspannung wird zwischen der Kathode und dem Gehäuse angelegt, und die Wechselwirkung zwischen dem Gas und der·negativen Spannung erzeugt ein Plasma im Kathodenraum. Die Abschirmung wird auf der Spannung des Gehäuses gehalten (im allgemeinen auf Erdpotential). Ein Steuerelektrodenaufbau kann in die Kathode eingesetzt werden und ist von ihr elektrisch isoliert. Eine derartige Steuerelektrode ändert die Intensität eines Elektronenstrahls, das vom Plasma abgegeben wird, durch eine automatische oder manuelle Steuerung einer niedrigen Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode. Obwohl die"Steuerelektrode eine befriedigende Steuerung der EleKtronenstrahlintensität (des elektrischen Gesamtstroms des Elektronenstrahls) ermöglicht, hat sich herausgestellt, daß der Strahlmodus sich im normalen Betriebsbereich des Strahlstroms von einem gewünschten Strahlmodus mit Konvergenz und anschließender Divergenz au einem parallelen Strahl ändern kann, der anschließend nicht in üblicher V/eise durch eine äußere elektromagnetische oder elektrostatische Linse fokussiert werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung für die Erzeugung eines Elektronenstrahls auf nichtthermischem Wege bei einem hohem Wirkungsgrad anzugeben. Ferner soll eine derartige Einrichtung den -üleKtronenstrahl in einem gewünschten Modus innerhalb eines großen Bereichs der Strahlintensität unterhalben. Weiter soll ein neuer Elektronenstrahlerzeuger für die Elektronenstrahleinrichtung angegeben werden. Weiter soll ein neuer Elektrodenaufbau in dem Elektronenstrahlerzeuger angegeben werden.

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Gemäß der Erfindung ist ein Doppelkathodenaufbau im wesentlichen von einer elektrisch leitenden Abschirmung umgeben, um eine Elektronenstrahlerzeugereinheit (Elektronenstrahlquelle) der Elektrodenstrahleinrichtung zu bilden. Der Doppelkathodenaufbau weist einen inneren Hohlkathodenaufbau auf, der nichtdurchlöcherte Seitenwände und eine einzige Öffnung in einer Endwand hat, durch die ein Elektronenstrahl emittiert werden kann, und weist weit.r einen äußeren, hohlen (Elektroden-) Aufbau auf, der konzentrisch zum inneren Aufbau liegt, von diesem elektrisch isoliert ist und eine einzige Öffnung in einer Endwand hat, die mit der Öffnung der inneren Kathode fluchtet. Die Abschirmung umgibt die Doppelkathode konzentrisch, ist von ihr elektrisch isoliert und liegt vorzugsweise auf Erdpotential. Der Elektronenstrahl wird durcn Einstellung einer relativ niedrigen Spannung zwiscaen der inneren Kathode und der äußeren ^lektrocie zur Veränderung des elektrischen Felds innerhalb und außerhalb aer öffnung der inneren Katnode gesteuert, wodurch die Betriebsbedingungen geändert werden und dadurch ein gewünschter Strahlmodus (mit Konvergenz und anschließender Divergenz) in einen großen Bereich der .blektronei.strahlintensität aufrechterhalten wird. ■——r*-

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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufriß einer nichtthermisch emittierenden » Plasma-Elektronenstrahlquelle mit einer Doppelkathode gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt eines Ausführungsbeispiels einer derartigen Quelle und der elektrischen Schaltung für die Änderung der Spannung zwischen der inneren Kathode und der äußeren Elektrode.

bereits

Diel'vorgeschlagene nichtthermisch emittierende Plasma-Elektronenstrahlquelle (im folgenden auch Strahlerzeuger genannt) weist einen Hohlkathodenaufbau auf, der im wesentlichen von einer elektrisch leitenden Abschirmung umgeben ist, die die gleicher Gesamt form aufweist, zu ihr konzentrisch liegt und von ihr elektrisch isoliert ist. Der Hohlkathodenaufbau hat nichtdurchlöcherte Seitenwände und eine einzige Öffnung in einer Endwand, durch die ein Elektronenstrahl emittiert werden kann. Im Kathodenhohlraum kann eine Steuerelektrode angebracht werden, die von der Kathode elektrisch isoliert ist und eine mit der Kathodenöffnung fluchtende Öffnung hat. Der Strahlerzeuger befindet sich in einer verschlossenen Kammer oder einem Gehäuse, das ein ionisierbares Niederdruckgas(mit einem Druck Λτοη 0 - ca. 20Ox 10 Torr (mikron) was vom speziellen Gas abhängt) enthält, und eine negative Hochspannung wird an der Kathode gegen das Gehäuse angelegt (0 - ca. 30 kV, für manche Anwendungen bis zu 200 kV), während die umgebende Abschirmung auf der Spannung des Gehäuses gehalten wird, die im allgemeinen gleich dem Erdpotential ist. Eine Änderung

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des Gasdrucks oder der Kathodenspannung beeinflußt die Elektronenstrahlintensität. Ein steuerbares, niedriges Potential (0 - ca. 200 V) zwischen der Kathode und der Steuerelektrode erlaubt eine weitere Steuerung der Elektronenstrahlintensität (des Elektronenstrahl-Gesamtstroms) in einem großen Strahlstrombereich. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der gewünschte Elektronenstrahlmodus oft bei höheren Strahlintensitäten verlorengeht. Unter dem Strahlmodus werden hier die Eigenschaften des aus der Hohlkathode austretenden Strahls verstanden. Bei manchen Anwendungen wie beim Schweißen wird ein Elektronenstrahl mit hoher Stromdichte benötigt und auf einen sehr kleinen Brennfleck am Werkstück fokussiert, so daß der aus der Hohlkathode austretende Strahl sich so verhalten soll, als wenn er aus einer sehr kleinen Quelle austreten würde, um über eine geeignete äußere,(elektromagnetische oder elektrostatische)Linse die scheinbare Quelle auf eine kleine Fläche am Werkstück abzubilden, das bestrahlt werden soll. Daher muß der gewünschte Strahlmodus eine Konvergenz aufweisen, d.h. einen Überkreuzungspunkt (innerhalb oder außerhalb der Kathode) und eine nachfolgende Divergenz. Es hat sich herausgestellt, daß ein paralleler Elektronenstrahl, der von der Hohlkathode abgegeben wird, nicht leicht auf einen genügend kleinen Fleck fokussiert werden kann, während ein divergierender Strahl leicht durch ein einfaches äußeres Linsensystem fokussiert werden kann.

bereits

Die Verwendung desfvorgeschlagenen Strahlerzeugers hat gezeigt, daß der Durchmesser der Kathodenöffnung, die Dicke der die Öffnung aufweisenden Endwand (öffnungsplatte), der Abstand der Abschirmung von der Kathode und die positiven Ionen- und

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Elektronen-Raumladungsfelder in der Nähe der Kathodenöffnung kritisch die Strahldivergenz und seine Fokussierungsfähigkeit beeinflussen. Das ist offensichtlich darauf zurückzuführen, daß sich die Öffnung und ihre unmittelbare Umgebung wie eine elektrostatische linse verhalten. Es ist offensichtlich unpraktisch, diese Parameter zu variieren, um sich den verschiedenen Betriebsbedingungen anzupassen, zum Beispiel, wenn der Gasdruck oder die Spannung geändert werden, um die Strahlintensität zu ändern. Durch die Erfindung wird eine elektrostatische Linse von einstellbarer Feldstärke angegeben,um die Änderung der oben beschriebenen Parameter und dadurch die Unterhaltung des gewünschten Elektronenstrahlmodus in einem größeren Strahlintensitätsbereich zu ermöglichen.

Bevor der Strahlerzeuger gemäß der Erfindung beschrieben wird, soll eine kurze Zusammenfassung der Theorie zur Erklärung des Prinzips der Eiektronenstrahlbildung und der Emission aus der Hohlkathode gegeben werden. Es ist bekannt, daß relativ hohe Spannungen angelegt werden müssen, um einen elektrischen Durchschlag (Entladung) in Räumen zu ergeben, die verglichen mit der mittleren freien Weglänge der Elektronen kurz sind, um bei dem im Zwischenraum vorhandenen Gasdruck eine Ionisation zu bewirken» In derartigen kurzen Räumen kann eine Vervielfachung von Ionen und Elektronen wegen der kleinen Wahrscheinlichkeit von Ionisationsstößen bei niedrigen Gasdrücken nicht stattfinden. Daher neigen die Entladungen bei kleinem Druck dazu, lange Entladungswege anstelle von kurzen auszubilden, wie es bei höheren Drücken der Pail ist, und dieses Phänomen wird verwendet, um eine radiale Elektronenemission von der Hohlkathode.

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(zu den Gehäusesextenwänden) zu unterdrücken, indem eine konzentrische Abschirmung sich in unmittelbarer Hahe der Kathode erstreckt. Irgendeine Entladung, die im Zwischenraum (zwischen der geerdeten Abschirmung und der Kathode) stattfindet, erstreckt sich entlang des langen Entladungswegs zwischen der Außenfläche der Abschirmung und der Innenfläche der Kathode oder der Nähe der Strahlaustrittsöffnung. Unter diesen Umständen wird das Aufprallen der positiven Ionen vor allem auf die innere Kathodenfläche und auf die Außenfläche der Kathodenöffnungsplatte beschränkt. Ein geeigneter Abstand des Endes der Abschirmung von der Ebene der Kathodenöffnungsplatte führt zu Fokussierung der meisten Ionen auf die Kathodenöffnung, wodurch eine Sekundärelektronenemission innerhalb des Kathodenhohlraums auftritt. Infolgedessen bildet sich Plasma innerhalb des Kathodenhohlraums aus. Der Innenraum einer Kathode 7 in Pig. 1 weist daher eine glühende Masse 11 von Plasma oder ionisiertem Gas auf, das durch Wechselwirkung eines Niederdruckgases mit einer an der Kathode angelegten, gegen das Gehäuse negativen Hochspannung erzeugt wird. Dieses Plasma ist von den Kathodenwänden durch eine weniger stark leuchtende Schicht getrennt, die durch die Kathodenwände begrenzt ist. Ein Bereich hoher Feldstärke (Kathodendunkelraum) umgibt das üffnungsende der Kathode von außen. Der kombinierte Effekt der Potentialverteilung im Innern der Kathode und im Kathodendunkelrauin erlaubt das Austreten von Elektronen aus dem Plasma und die Auslösung der Elektronenstrahlbildung. Die Abschirmung 9 dient ferner zur Erzeugung einer geeigneten elektrischen Feldverteilung für den Betrieb bei einem be-

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stimmten Strahlmodus, da es schwierig ist, die Kathode für einen derartigen Modus ohne Abschirmung zu verwenden. Gut leitendes Gas außerhalb des Kathodendunkelraums wirkt als virtuelle Anode, und die Elektronen im Strahl gewinnen die meiste Energie, wenn sie im Raum zwischen der Kathode und dem Rand des Dunkelraums beschleunigt werden. Wenn der Gasdruck erhöht wird, schrumpft der ■Dunkelraum zusammen, und der Elektronenstrahlstrom steigt infolge eines entsprechenden Anwachsens von einströmenden positiven Ionen an. Eine Erhöhung der Kathodenspannung führt zu einem nichtlinearen Anwachsen des Strahlstroms. Daher kann der Strahlstrom durch Änderung entweder der Kathodenspannung oder des Gasdrucks gesteuert werden.

Für eine gewünschte Strahlintensität müssen der Gasdruck und die Kathodenspannung jeweils innerüalb eines kritischen Bereichs sein, um den gewünschten Strahlriiodus zu erreichen und zu unterhalten. Der kritische ^ereich, in dem der Strahlrnodus existiert, hängt primär vom verwendeten Gas und sekundär von der Kathodenspannung und der Geometrie ab. Der für den Strahlmodus typische kritische Druckbereich beträgt für Argon, eine Kathodenspannung von 20 kV und einen zylindrischen Kathodenaufbau mit einer Lange von 7,62 cm (3 Zoll), einem Außendurchmesser von 5,4 cm (2 1/8 Zoll), einem Innendurchmesser von 5,08 cm (2 Zoll), einer Offnungswanddicke von 0,127 cm (0,05 Zoll) und einem Öffnungsdurchmesser von 1,59 cm (5/8 Zoll) 5 - TO χ 10™ Torr (mikron) Es wurde bereits vorgeschlagen, daß die JBlektronenstrahlintensität durch eine Steuerelektrode oder -gitter im Kathodenhohlraum gesteuert wird. Eine negative Gitter-Kathoden-Spannung unterdrückt den Elektronenstrom von der Innenseite der — —

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Kathode zum Plasma, und eine positive Spannung verhindert das Austreten von langsameren Elektronen aus dem Plasma zur Kathodenaustrittsöffnung. Eine relativ kleine Gitter-Kathoden-Spannung hat einen großen Einfluß auf den Strahlstrom. Wenn daher eine Spannung von 20 - 40 V angelegt wird, so wird dadurch in vielen Fällen der Strahlstrom um 50$ reduziert.

Der obere Grenzwert des Stroms wird für jede Kathode durch denjenigen Strom bestimmt, der eine übermäßige Erwärmung des Öffnungsendes durch Ionenaufprall bewirkt. Es hat sich herausgestellt, daß die Gittersteuerung diese obere Grenze erreichen kann, wenn aber diese Grenze erreicht ist, ändert sich der Elektronenstrahlmodus von einer gewünschten konvergenten und nachfolgenden divergenten Form, die zum Schweißen und für andere Anwendungen bevorzugt wird, die einen sehr kleinen Brennfleck und eine hohe Stromdichte benötigen, in eine nahezu parallele Form, die schwierig auf einen kleinen Brennfleckfokussiert werden kann. Daher muß in dem abgeschirmten Strahlerzeuger mit einer einzigen Kathode und mit oder ohne ein inneres Gitter eine größere Kathode verwendet werden, um den gewünschten Strahlmodus für höhere Ströme aufrechtzuerhalten.

In Fig. 1 ist der Strahlerzeuger gemäß der Erfindung abgebildet. Der Strahlerzeuger besteht aus einem Hohlkathodenaufbau 7, der vorzugsweise die Form eines Zylinders hat, obwohl andere Formen wie die eines Parallelepipeds oder einer Kugel verwendet werden können, und nichtdurchlöcherte Seitenwände sowie eine einzige Öffnung 8 in der Mitte seiner Bodenendwand aufweist, aus der der Elektronenstrahl nichtthermisch emittiert

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wird.'Die Hohlkathode besteht aus einem elektrisch leitenden Material, das einen relativ hohen Schmelzpunkt hat, um ein Schmelzen bei den Temperaturen, denen die Kathode einer hohen Strahlintensität ausgesetzt sein kann, zu verhindern, obwohl an sich keine Wärmequelle verwendet wird, und es darf vorzugsweise keine größeren Gasmengen bei dieser Temperatur abgeben. Ein geeignetes Ausführungsbeispiel der Kathode für die Verwendung bei hohen Temperaturen ist so aufgebaut, daß die Seitenwände, die untere und die obere Endwand aus einem Molybdänblech b estehen, obwohl die obere Endwand aus rostfreiem Stahl oder Kupfer bestehen kann» Die Kathode wird zweckmäßigerweise durch Schweissen oder Löten der Endwände" an die Seitenwände zur Ausbildung eines einstückigen Aufbaus hergestellt.

Eine elektrisch leitende Abschirmung 9» die durchlöcherte oder nichtdurchlöcherte Seitenwände hat, umgibt konzentrisch die Kathode 7 und ist von ihr elektrisch isoliert. Die Abschirmung 9 hat den gleichen Aufbau wie die Kathode, daher ist sie vorzugsweise zylinderförmig und hat eine offene Bodenendwand. Die Abschirmung 9 kann aus einem Metallblech wie rostfreiem Stahl bestehen, und der Abstand zwischen der Kathode und der Abschirmung wird genügend klein gehalten, um eine Glimmentladung in diesem Zwischenraum zu vermeiden. Der Abstand zwischen der Kathode und der Abschirmung hängt von der Kathodenspannung, dem Gasdruck und der Geometrie von Kathode und Abschirmung ab. Eine Kombination der oben beschriebenen Kathode mit einer Länge von 7,62 cm (3 Zoll), einer äußeren Kathode, die später beschrieben werden soll, sowie einer Abschirmung mit einem Außendurchmesser von 7,62 cm (3 Zoll) und einem Innendurchmesser von

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7,3 cm ( 2 7/8 Zoll) hat sich als befriedigend herausgestellt. Der Aufbau der Abschirmung 9 weist vorzugsweise eine Einrichtung für die axiale Justierung der Abschirmung 9 relativ zur Kathode ' 7 auf. Vorzugsweise befindet sich das untere Ende der Abschirmung 9 etwas oberhalb des Öffnungsendes der äußeren Kathode, wobei etwa 0,8 mm ( i/32 Zoll) zufriedenstellend sind.

Der Strahlerzeuger, der die Kathode 7 und die Abschirmung 9 aufweist, ist in einem Gehäuse 1 untergebracht, das vorzugsweise zylindrisch ist, obwohl auch andere Formen verwendet werden können. Das Gehäuse 1 weist eine obere Endplatte 2, eine Hohlzylinderwand 3 und eine untere Endplatte 4- auf, die in bekannter Weise miteinander verbunden sind. Die Endplatten 2 und 4- bestehen aus einem elektrisch leitenden Material wie Metall, und die Wand 3 kann ebenfalls aus einem derartigen Material bestehen oder wahlweise vollständig oder teilweise aus einem nichtporösen, durchsichtigen, hitzebeständigen Material hergestellt sein, um eine visuelle Beobachtung d-es erzeugten Elektronenstrahls und seiner Einwirkung auf ein zu bestrahlendes Material oder Werkstück 5 zu beobachten. Das Werkstück 5 wird mit dem Elektronenstrahl mittels eines beweglichen Halterungsteils 6 ausgefluchtet, das an der unteren Endplatte 4 angebracht ist und aus Kupfer oder einem anderen geeigneten, gut elektrisch und wärmeleitenden Material besteht. Die Anode des Strahlerzeuger besteht im wesentlichen aus der.i Gehäuse 1, der Abschirmung 9 und dem Halteruhgsteil 6. Eine (nicht gezeigte) geeignete Einrichtung ist für die Rückführung des Teils 6 aus dem Gehäuse 1 vorhanden, wodurch das Einsetzen und Ruckführen des dort zu bearbeitenden Materials erleichtert wird.

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Die Kathode 7 wird im Gehäuse 1 von einem Kathodenstab getragen, der von der oberen Endplatte 2 durch eine Hochspannungs-Isolationsdurchführung 17 elektrisch isoliert ist. Der Stab 16 ist ein elektrisch'leitendes, volles oder hohles Teil, das zylindrisch und aus rostfreiem Stahl sein kann. Die volle Form wird verwendet, wenn kein innerer Kanal für ein Kühlmittel benötigt wird, um die im Kathodenaufbau 7 durch das Plasma 11 innerhalb des Kathodenhohlraums erzeugte Wärme abzuleiten. Die Kathode ist mit dem Stab durch eine geeignete Einrichtung wie einer Schweiß-, Lot- oder Schraubenverbindung verbunden. Die Abschirmung 9 ist mit der oberen Endplatte 2 durch eine geeignete Einrichtung wie ein metallisches, rohrförmiges Teil 49 verbunden, wodurch die Abschirmung 9 auf dem gleichen Potential relativ, zur Kathode wie die obere Endplatte 2 liegen kann. Eine übliche Einspanneinrichtung 10 erlaubt die axiale Justierung der Abschirmung 9 relativ zur Kathode 7.

Der Ausgang einer Hochspannungs-Gleichstromversorgung (nicht gezeigt) liefert eine geregelte Ausgangsspannung und ist mit den Anschlüssen 14 und 15 verbunden, wobei das Gehäuse für viele Anwendungen auf -^rdpotential gehalten wird. Die Ausgangsspannung der Stromversorgung kann von 0 bis etwa 30 kV eingestellt werden, für manche Anwendungen sogar bis zu 200 kV. Die Leistungsabgabe der Stromversorgung hängt von der speziellen Anwendung ab und kann größenordnungsg«mäßig 30 kW für Anwendungen wie Schweißen, Löten, Schmelzen und Glühen von Materialien wie Stahl, Aluminium, Kupfer und schwer schmelzbaren Metallen wie Niobium und Molybdän betragen. Der negative Anschluß

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14 der Stromversorgung ist mit dem Kathodenstab 16 verbunden, wodurch die Kathode gegenüber der Anode auf einer relativ hohen negativen Spannung gehalten werden kann.

Ein geeignetes Gras wie Argon, Helium, Stickstoff oder Wasserstoff wird in das Innere des Gehäuses 1 durch den Kanal 18 eingeführt, der durch irgendeine Uand des Gehäuses 1 verlaufen kann und zur Erläuterung in der Zeichnung durch die obere Endplatte 2 verläuft. Der Kanal 18 ist mit einer Gasquelle (nicht gezeigt) über ein Drosselventil 19 verbunden, das die Gasströmung in das Gehäuse 1 reguliert. Ein zweiter Kanal 20 ist vorzugsweise in einer Wand des Gehäuses 1 in größerem Abstand vom Kanal 18 vorhanden, und ist durch die untere Endplatte 4 verlaufend abgebildet. Eine Auspumpeinrichtung (nicht gezeigt) ist mit dem Kanal 20 über ein Regulierungsventil 21 verbunden und dient zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Gasdrucks im Gehäuse 1. Daher wird eine mögliche Vergiftung der Kathode durch unerwünschte Gase, die vom bestrahlten Material 5 abgegeben werden, im wesentlichen durch ein derartiges Auspumpaystem verhindert. .

Gemäß der Erfindung ist eine elektrostatische Linse mit einstellbarer Seidstärke vorgesehen, um das elektrische Feld innerhalb und außerhalb der Kathodenöffnung 8 zu ändern und dadurch den gewünschten Elektronenstrahlmodus in einem größeren Strahlintensitätsbereich aufrechtzuerhalten. Die elektrostatische Linse besteht aus dem Öffnungsende der Kathode und einer Hilfsöffnungsplatte oder Elektrode 22, die sich außerhalb und in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung 8 befindet, wobei die beiden Öffnungen fluchten. Es ist ersichtlich, daß die Abschirmung 9 unü das Öffnungsende der Kathode eine zusätzliche elektro-

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statische Linsenwirkung haben. Die Hilfsöffnüngsplatte 22 kann im Gehäuse 1 in irgendeiner zweckmäßigen V/eise getragen werden und wirkt als elektrostatische Linse, deren Feldstärke durch eine von außen einstellbare Spannung zwischen der Hilfsöffnungsplatte und der Kathode eingestellt werden kann. Der Einfachheit wegen ist die Hilfsöffnüngsplatte 22 in Fig. 1 mit einem zweiten negativen Anschluß 23 der Stromversorgung über eine elektrische Leitung 24 verbunden, die auch zur Halterung der Hilfsplatte 2 in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung 8 dient. Die Leitung 24 ist in ihrem Durchgang durch die obere Endplatte 2 geeignet elektrisch isoliert. Infolge dessen wird die elektrostatische Linsenwirkung der Öffnung 8", die allein nicht ausreichend die Divergenz und die Fokussierungsfähigkeit des Elektronenstrahls, besonders bei höheren Strahlintensitäten, beeinflussen kann, durch die Hilfsöffnüngsplatte 22, im folgenden Hilfselektrode 22 genannt, die eine einstellbare Spannung aufweist, geeignet geändert. Die Überlagerung der veränderlichen elektrostatischen Linsenwirkung der Öffnung 8 und der einstellbaren Wirkung der Elektrode 22 nach der genauen Einstellung der Spannung zwischen der Hilfselektrode 22 und der Kathode unterhalt den Elektronenstrahl im gewünschten Strahlmodus mit Konvergenz (mit einem Überkreuzungspunkt) und nachfolgender Divergenz innerhalb eines größeren Strahlstrombereichs, als es ohne eine derartige Hilfselektrode möglich wäre.

Eine äußere, strahlfokussierende Linse 25, die elektrostatisch oder elektromagnetisch sein kann, befindet sich etwa auf halber Höhe zwischen dem Boden der Kathode 7 und dem Werkstück 5. Die Hilfselektrode 22 ist im allgemeinen von der Kathode

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innerhalb des Abstands eines Kathodendurchmessers getrennt, während sich die äußere Fokussierungslinse 25 im Abstand von ungefähr 5-10 Durchmessern von der Kathode befindet. Die Fokussierungslinse 25 wird in der Kammer 1 von einem Rohr 26 getragen, durch das geeignete elektrische Leitungen 27 zur Stromversorgung der Fokus sierungslinse verlaufen. Es ist aus ¹¹Ig. 1 ersichtlich, daß die Öffnung 8 und die Hilfselektrode 22 zusammen eine gewünschte Elektronenstrahldivergenz bewirken, so daß der Elektronenstrahl mittels der Fokussierungslinse 25 leicht auf einen sehr kleinen Brennfleck am Werkstück 5 fokussiert werden kann.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Strahlerzeugers gemäß der Erfindung abgebildet. Die Hilfsöffnungsplatte oder Elektrode 22 von Fig. 1 ist als ein äußerer Hohlelektrodenaufbau ausgeführt, der sich zwischen der inneren Kathode 7 und der Abschirmung 9 dazu konzentrisch, räumlich getrennt und elektrisch isoliert befindet. Die äußere Elektrode 22 hat die gleiche Form wie die Kathode 7, die Seitenwände der Elektrode 22 haben ebenfalls die gleiche Form wie die Abschirmung 9. Die Elektrode 22 hat eine Öffnung 28, die nicht die gleiche Größe wie die Öffnung 8 aufzuweisen braucht, aber mit ihr fluchtet. Die zylindrischen Seitenwände der Elektrode 22 (im Fall einer zylindrischen Kathode 7) können durchlöchert oder nicht durchlöchert sein, ein nichtdurchlöcherter Aufbau wird zur Erreichung eines starren Aufbaus bevorzugt. Die Seitenwände der Elektrode 22 können im Gegensatz zur Kathode 7 durchlöchert sein, da der Aufprall der positiven Ionen auf die Innenseite der Kathode 7 und auf die Außenseite der üffnungs^latte der Elektrode 22 beschränkt ist.

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Das aktive Element der Elektrode 22 ist die Austrittsoffnungs-Endwand (Öffnungsplatte), die zylindrische Seitenwand und die anderen Teile der Elektrode 22 sind nur Einrichtungen für die Halterung der Öffnungswand und für das Anlegen einer Spannung daran. Diese Öffnungsendwand der Elektrode 22 ist mit Ausnahme der zentral gelegenen Öffnung 28 nichtdurchlöchert. Für die hier beschriebene spezielle Kathode mit einer Länge von 7»62 cm (3 Zoll) und einem Außendurchmesser von 5>4 cm ( 2 1/8 Zoll) und die Abschirmung mit einem Außendurchmesser von 7,62 cm (3 Zoll) hat sich eine äußere Elektrode mit folgenden Abmessungen als zufriedenstellend herausgestellt: Länges12,07 cm (4,75 Zoll), Außendurchmessers 6,35 cm (2,5 Zoll), Innendurchmesser: 6,03 cm (2 3/8 Zoll), Dicke der Öffnungswand! 0,127 cm (0,05 Zoll) und Durchmesser der Öffnung 1,43 cm ( 9/i6 Zoll).

Obwohl der Strahlerzeuger in der BeStrahlungskammer, die aus dem Gehäuse 1 besteht, mittels Imrchführung durch die obere Endplatt·.. 2 gemäß Fig. 1 angebracht werden kann, ist es üblicher, den Strahlerzeuger als eine einstückige Einheit mit einem Flansch 29 wie in Fig. 2 auszubilden,, Die Verwendung des Flansches erlaubt ein einfacheres Ein- und Ausbauen des Strahlerzeugers aus dem Gehäuse 1 im Gegensatz zum Gehäuse von Fig. 1, wo die ganze obere Endplatte 2 entfernt werden muß. Der Flansch 29 kann mit der oberen Endplatte 2 durch eine gasdichte Abdichtung wie eine 0-Ringdichtung 30 verbunden werden. Eine Schraubenanordnung 31 wird vorzugsweise verwendet, um die Ausfluchtung des Strahlerzeugers in der oberen Platte 2 und einen kontinuierlichen elektrischen Übergang zwischen der Platte 2 und dem Flansch 29 auf-

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rechtzuerhalten. Eine Abstandsjustierung zwischen den Öffnungsenden der inneren Kathode 7 und der äußeren Elektrode 22 kann durch Verwendung einer gleitenden Vakuumdichtung wie eines 0-Rings 32 in den elektrischen Isolatoren 33 vorgenommen werden, die den Stab 16 der inneren Kathode tragen.

Die Kathode 7 und die äußere Hilfselektrode 22 werden von ihren entsprechenden Stäben 16 und 34 durch Schraubenanordnungen getragen, um sie davon leicht lösen zu können; es ist ersichtlich, daß andere Verbindungen einschließlich nichtlösbarer (geschweißter oder gelöteter) verwendet werden können. Der Stab 16 kann voll oder hohl (wie abgebildet) sein, was davon abhängt, ob ein Kathodenkühlmittel wie Wasser oder Gas darin" zirkulieren soll. Ein koaxialer Kühlmittelkreislauf 47 ist ebenfalls vorhanden. Der Stab 34 der äußeren Elektrode muß unbedingt hohl sein, um vorzugsweise konzentrisch zum inneren Stab 16 und von ihm getrennt zu liegen. Ein Kühlmittel kann auch durch den Stab 34 zur Kühlung der äußeren Elektrode 22 zirkulieren, wenn es gewünscht ist. Im allgemeinen wird die innere Kathode 7 und nicht die äußere Elektrode 22 gekühlt, wie abgebildet ist, da nur die Innenseite der Kataode 7 und die Außenseite der Öffnungsplatte der Elektrode 22 einem Aufprall positiver Ionen ausgesetzt sind. Eine elektrisch leitende Manschette 35, die mit dem äußeren Elektrodenstab 34 und einer Hochspannungs-Isolationsdurchführung 17 verbunden ist, stellt eine Halterung für die Anordnung der beiden Stäbe 16 und 34 im Abstand vom Isolator 17 dar, um den langen Entladungsweg entlang den Oberflächen davon aufrechtzuerhalten.

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Zwei zweciimäßige Verfahren für die Änderung der Spannung zwischen der inneren Kathode 7 und der äußeren Elektrode 22 sind in Fig. 2 erläutert. Da sowohl die Kathode als auch die Elektrode einen Elektronenstrom ziehen, obwohl der Strom zur äußeren Elektrode viel kleiner als der Strom zur inneren Elektrode ist, erhöht ein in Serie mit jeder Kathode oder Elektrode geschalteter Widerstand ihre Spannung gegenüber Erde. Daher wird durch die Schaltung von Regelwiderständen in Serie mit der Kathode und der Hilfselektrode ein Bereich von Spannungen zwischen der inneren Kathode und der äußeren Elektrode erhalten, um das elektrische PeLd in der unmittelbaren Umgebung der Öffnung 8 zu steuern. Dieses erste Verfahren der .änderung der Spannung zwischen der inneren Kathode und der äußeren Elektrode wird über Regelwiderstände wie die Rheostaten 40 und 41 durchgeführt, deren Verbindungspunkt mit deiu negativen Anschluß 14 der :iociispannungs-Stromversorgung verbunden ist. Durch Regelung der Widerstände 40 und 41 wird eine Spannung änderung in beiden Richtungen zwischen der Kathode und der Hilfselektrode in einem Bereich von etwa 0 - 1000 V erhielt. Es ist ersiehtlic, daß ctiese Spannung auch durch eine zusätzliche Gleichstromversorgung erhielt werden kann. Die Verwendung von Regelwiderständen 40,41 bewirkt auch eine Selbstregelung oder automatische Stabilisierung des Elektronenstrahlstroms, da eine Änderung des Strahlstroms infolge kleiner Änderungen der an den Anschlüssen 14 und 15 angelegten Hochspannung oder infolge Änderungen des Gasdrucks im Gehäuse 1 automatisch durch Änderungen der Spannungsabfälle an den Widerständen 40,41 korrigiert werden, die von den durchfließenden Strömen erzeugt

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werden. Die resultierende Änderung dieser Spannungsabfälle ist so gerichtet, daß der Elektronenstrahlstrom auf seinen gewünschten Wert zurückgebracht wird.

Ein zweites Verfahren für die Änderung der Spannung zwischen der inneren Kathode und der äußeren Elektrode "besteht in der Verwendung einer Gleichstromversorgung, die in Serie mit jedem dieser Elemente geschaltet ist. Daher werden gemäß Fig. 2 Gleichstromquellen 42 und 43 in Serie mit der inneren Kathode bzw. der äußeren Elektrode geschaltet, wobei jede Batterie durch einen geeigneten Spannungsteiler überbrückt wird. Ein Verbindungspunkt der beiden überbrückten Batteriekreise ist mit dem negativen Anschluß 14 verbunden. Die Nennspannung der Batterien 42,43 und die Lage der beweglichen Arme der Potentiometer 44 und 45, die jeweils damit verbunden sind, bestimmen die Polarität und die Größe der Spannung zwischen der Kathode und der Hilfselektrode. Es ist ersichtlich, daß jeweils nur eines der beiden Verfahren zuv Änderung der Spannung zwischen der Katnode und der Hilfselektrode verwendet wird; das erste Verfahren, das die Serienwiderstände 40,41 benutzt, wird bevorzugt, da keine zusätzlichen Bpannun?:squellen erforderlich sind und eine automatische Stabilisierung des Elektronenstrahlstroms erreicht wird.

Es hat sich Herausgestellt, daß beim Anlegen einer gegen die äußere Elektrode positiven Spannung an der inneren Kathode ein heilerer Wirkungsgrad bei der Unterhaltung des gewünschten Strahlmodu3 mit einer Straftlkonverf.renz (nit einem tatsächlichen Überi-:reuzun_t;i\; un..-:t de3 Strahls) in unmittelbarer N^;lhe der Kathodenöifnung und mit einer nachfolgenden iitr-ihldiverr-enz er-

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halten wird_s als es oei umgekehrtem* Polarität der Fall ist. Mit einem Strahlerzeuger mit den oben angegebenen Abmessungen wurden folgende Ergebnisse erreicht; der Betrieb in einer Stickstoffatmosphäiu mit einem "Bi'iiQk von 5_s2x 10™ Torr (mikron) und einer Spannung zwischen Kathode und Sshäuge τon 10 Ic? (Strahlstrom gleich O₅15 A) fülirt aus gewünschten Strahlmodus sowohl für eine Eintel- als aueii Itoppelfc.tiiode, Wenn jedoch die Spannung zwischen Kathode nnd ^eMu-¹O s smf 20 kV (bei einem Druck von 4,5 x 10"' Torr (mikrcn) νίΛ siaeiB Strahlstrom von 0^19 A) erhöht wird, geht der StrahlmodUii' für die iiinzelkathode in einen paralleleren Strahl üösi'j ö.e;v nicht durch öle Fokussierungslinse 25 auf einen gewüiischi'Oii !deinen Brennfleok folaissiert werden kann» wobei der Brennfleckdurohmesser ca« 0,25 cm (0,1 Zoll) beträgt, Bei Verwendung einer Doppelkathode mit 20 kV wird der gewünschte Strah-lmodus auf recht erhalt Sn₅, und der Strahl wird auf einen Brennfleckdurchmesser von etwa 0,075 om (0,029 Zoll) fokussiert, wobei die Spannung zwischen Kathode und Hilfselektrode 500 V beträgt.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß ein verbesserter Strahlerzeuger sur Erzeugung von Elektronenstrahlen durch eine nichtthermiaiche Einrichtung angegeben wird. Die verbesserte Elektronenquelle ist ein Strahlerzeuger, der einen Hohlkathodenaufbau mit einer einzigen Öffnung aufweist, der bei einer relativ hohen Spannung betrieben werden kann, und weiter eine im wesentlichen die Kathode umgebende Abschirmung aufweist, wobei eine Öffnungsplatte vorgesehen ist, die außerhalb eines Öffnungsendes der Kathode angebracht ist und an der eine Spannung zwischen Kathode und öffmmgsplatte angelegt werden kann. Um zur

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Erreichung eines starren Aufbaus eine einstüekige Anordnung zu erhalten, hat die Öffnungsplatte die Form eines zweiten Hohlelektrodenaufbaus mit einer einzigen Öffnung, der sich zwischen der Kathode und der Abschirmung konzentrisch zu diesem und elektrisch von diesen isoliert befindet. Die Einstellung einer positiven Spannung zwischen der inneren Kathode und der äußeren Elektrode führt zu einer Änderung des elektrischen Feldes in der unmittelbaren Umgebung der Kathodenöffnung, wodurch der Elektronenstrahl in einem gewünschten Modus von Konvergenz und nachfolgender Divergenz innerhalb eines größeren Strahlstrombereichs unterhalten wird, als es mit einer Anordnung von Kathode und Abschirmung allein möglich ist. Ferner kann beim hier beschriebenen Strahlerzeuger auch die Größe des Strahlstroms durch Änderung der Spannung zwischen der Kathode und der Elektrode gesteuert werden, jedoch in geringerem Maße, als es bei der durch ein inneres Gitter gesteuerten Kathode der Pail ist, was oben erwähnt wurde.

Obwohl ein allgemeines und ein spezielles Ausführungsbeispiel des Strahlerzeugers gemäß der Erfindung beschrieben worden ist, das in einem Gerät für die Erzeugung eines Elektronenstrahls verwendet wird, sind viele Abänderungen der Ausführungsbeispiele möglich. So können verschiedene Formen der Kathode, der äußeren Elektrode und der Abschirmung verwendet werden, wobei die speziellen Formen der drei Elemente vorzugsweise die gleichen sind. Ferner können der Aufbau der Isolatoren und des Kathoden- und Elektrodenstabs für die Halterung des Strahlerzeuger im Gehäuse verschiedene Formen aufweisen, die spezielle Beschreibung und Abbildung von Fig. 2 stellt keine Begrenzung dar. Insbesondere · können zur Erleichterung der Montage und Demontage dee Strahl-

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erzeugers die innere Kathode und die äußere Hilfselektrode und zu diesem Zweck auch die Abschirmung einen Aufbau mit offenem Ende wie Zylinder haben, der jeweils am oberen Ende durch eine geeignete Einrichtung befestigt-wird. Schließlich ist ersichtlich, daß das Gehäuse eelbet oder eine Aussparung darin die Funktion der Abschirmung 9 übernehmen kann, so daß die Abschirmung 9 als solche weggelassen werden kann und ein Teil des Gehäuses ist.

Pat entansprü ehe

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Claims

2 2. April 1966 Meine Aktes 1590

Pat ent ans prü ehe

Elektronenstrahlerzeuger in einem Elekti'onen'oeatrahluiigsgerät, gekennzeichnet durch einen elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau (7) mit einer einzigen Öffaimg (8) in einer seiner Endwände, durch eine die Kathode umgebende und elektrisch von ihr isolierte, elektrisch leitende Abschirmung (9), und durch eine sich außerhalb der Kathode in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung befindende Einrichtung (22) für die Steuerung eines elektrischen Felds, das in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung durch eine relativ hohe negative Spannung zwischen der Kathode und der Abschirmung erzeugt wird, wobei sich der Strahlerzeuger in einem ionisierbaren Niederdruckgas befindet, um einen Elektronenstrahl mit einem gewünschten Modus innerhalb eines großen Bereichs der Elektronenstrahlintensität zu erzeugen, und der Elektronenstrahl durch Wechselwirkung der negativen Spannung mit dem"Gas erzeugt wird und aus der Kathodenöffnung austritt. 2« Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch (einen elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau) mit nichtdurchlocherten Seitenwänden. (und einer einzigen öffnung in einer seiner Endwände, durch eine die Kathode) konzentrisch (und elektrisch isoliert von

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ihr umgebende, elektrisch leitende Abschirmung, und durch eine sich außerhalb der Kathode,) elektrisch isoliert von ihr (und sich in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung befindende Einrichtung für die Steuerung eines elektrischen Pelds, das in unmittelbarer Nähe der- Kathodenöffnung durch eine relativ hohe' negative Spannung zwischen der Kathode und der Abschirmung erzeugt wird5 trofeei sich der Strahlerzeuger in einem ionisierbaren Gas mit relativ niedrigem Druck befindet und dadurch ein Elektronenstrahl aus der Kathodenöffnung in einem gewünschten Modus von Konvergenz und nachfolgender Divergent innerhalb eines relativ großen Bereichs der Elektronenstrahlintensität austritt.)

3. Strahlerzeuger nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch (einen elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau mit nichtdurchlöcherten Sei^enwänden und einer einzigen Öffnung in einer Bndwand, durch eine die Kathode konzentrisch und elektrisch isoliert von ihr umgebende, elektrisch leitende Abschirmung, ) durch eine sich außerhalb der Kathode in unmittelbarer Nähe und elektrisch von ihr isoliert befindende Hilfsöffnungsplatte (22), die eine mit der Kathodenöffnung fluchtende Öffnung (28) aufweist, und durch eine Einrichtung (14,23) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Kathode und der Hilfsöffnungsplatte, um ein in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung (durch eine negative Hochspannung zwischen der Kathode und der Abschirmung erzeugtes) elektrisches leid zu steuern, (wobei sich der Strahlerzeuger in einem ionisierbaren Niederdruckgas befindet, um dadurch einen Blektronen-

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strahl aus der Kathodenöffnung in einem gewünschten Modus innerhalb eines großen Bereichs des Elektronenstrahlstroms austreten zu lassen.)

4. Strahlerzeuger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch (einen elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau mit nichtdurchlöcherten Seitenwänden und einer einzigen Öffnung in einer Endwand, durch eine im wesentlichen die Kathode konzentrisch und von ihr elektrisch isoliert umgebende, elektrisch leitende Abschirmung,) deren Seitenwände die gleiche Form wie die Seitenwände der Kathode haben, (durch eine sich außerhalb der Kathodenendwand in unmittelbarer Nähe und elektrisch isoliert von ihr befindende, elektrisch leitende Hilfsöffnungsplatte,) deren Öffnung (28) mit der Öffnung (8) der Kathode zum Durchlaufen eines Elektronenstrahls fluchtet, (und durch eine Einrichtung für das Anlegen einer) veränderlichen (Spannung zwischen der Kathode und der Hilfsöffnungsplatte zur Steuerung eines elektrischen Felds, das in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung durch eine negative Hochspannung zwischen der Kathode und der Abschirmung erzeugt wird, wobei sich der Strahlerzeuger in einem ionisierbaren Gas mit relativ niedrigem), regelbarem (Druck befindet, um dadurch einen gewünschten Modus eines Elektronenstrahls zu erzeugen, der aus der Kathodenöffnung innerhalb eines großen Bereichs der Elektronenstrahlintensität austritt.)

5. Strahlerzeuger nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch (einen elektrieoh leitenden Hohlkathodenaufbau mit nichtdurchlöcherten Seitenwänden und einer einzi-

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gen Öffnung in einer ersten seiner Endwände, durch eine die Kathode konzentrisch und elektrisch isoliert von ihr umgebende, elektrisch leitende Abschirmung, deren Seitenwände die gleiche Form wie die Seitenwände der Kathode haben, durch eine sich außerhalb und in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung befindende, elektrisch leitende Hilfsöffnungsplatte, die von der Kathode isoliert ist und eine Öffnung hat, die mit der Kathodenöffnung fluchtet,) und durch eine Einrichtung (2,14,23,16,17,24,34) für die Halterung der Kathode, der Abschirmung und der Hilfsöffnungsplatte in festem Abstand voneinander (und für das Anlegen einer veränderlichen Spannung zwischen der Kathode und d er Hilfsöffnungsplatte für die Steuerung eines elektrischen Felds, das in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung durch eine negative Hochspannung zwischen der Kathode und der Abschirmung erzeugt wird, wobei der Strahlerzeuger in einem ionisierbaren Gas mit relativ niedrigem Druck gehalten wird, um dadurch einen gewünschten Modus eines Elektronenstrahls aufrechtzuerhalten, der aus der Kathodenöffnung innerhalb eines großen Bereichs der Eiektronenstrahlintensität austritt.)

6. Strahlerzeuger nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch (einen) ersten (elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau mit nichtdurchlöcherten Seitenwänden und einer einzigen Öffnung in einer Endwand, durch eine die erste Kathode elektrisch isoliert von ihr umgebende, elektrisch leitende Abschirmung,) und durch einen zweiten elektrisch leitenden, hohlen Aufbau (22), der sich zwischen

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der Kathode und der Abschirmung befindet, davon elektrisch isoliert ist und eine einzige mit der Kathodenöffnung fluchtende Öffnung (28) in einer Endwand hat, (um ein in unmittelbarer Nähe der Kathodenöffnung durch eine negative Hochspannung zwischen der ersten Kathode und der Abschirmung erzeugtes elektrisches Feld zu steuern, wobei sich der Strahlerzeuger in einem ionisierbaren Gas mit relativ niedrigem BrWck befindet, um dadurch einen Elektronenstrahl aus der Kathodenöffnung in einem gewünschten Modus innerhalb eines großen Bereichs der Elektronenstrahlintensität austreten zu lassen). (Fig. 2)

7. Strahlerzeuger nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch (einen ersten elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau mit nichtdurchlöcherten Seitenwänden und einer einzigen Öffnung in einer Endwand, durch die ein Elektronenstrahl austreten kann, durch einen zweiten elektrisch leitenden hohlen Aufbau, der die erste Kathode konzentrisch und von ihr elektrisch isoliert umgibt, sowie eine einzige ■ mit der ersten Kathodenöffnung fluchtende Öffnung in einer Endwand hat, durch eine in wesentlichen den zweiten Aufbau konzentrisch und elektrisch davon isoliert umgebende, elektrisch leitende Abschirmung,) deren Seitenwände die gleiche Form wie die Seitenwände des ersten (7) und zweiten (22) Aufbaus haben, und durch eine Einrichtung (16,17,29, 32,33,34,35) für die Halterung des ersten und zweiten Aufbaus in festem Abstand von der Abschirmung zur Ausbildung eines einstückigen Aufbaus.

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8. Strahlerzeuger nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch (einen ersten elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau mit nichtdurchlöeherten Seitenwänden und einer einzigen Öffnung in einer Endwand, durch einen zweiten elektrisch lei-*> tenden hohlen Elektrodenaufbau, der die erste Kathode in unmittelbarer Nähe von ihr konzentrisch und elektrisch isoliert von ihr umgibt, sowie eine einzige, mit der ersten Kathodenöffnung fluchtende öffnung in einer seiner Indwände hat, durch eine im wesentlichen die zweite Elektrode konzentrisch, umgebende und in unmittelbarer Nähe von ihr angeordnete und elektrisch isolierte, elektrisch leitende Abschirmung, deren Seitenwände die gleiche Form wie die Seitenwände der ersten Kathode und der zweiten Elektrode haben, durch eine Einrichtung für die Halterung der ersten Kathode und der zweiten Elektrode und der Abschirmung in festem Abstand voneinander, um einen einatückigen Aufbau zu bilden,) der mindestens teilweise in eine geschlossene Kammer (1) einsetzbar ist, und durch eine sich außerhalb der Kammer befindende und mit ausgewählten, elektrisch leitenden !Feilen der Halterungeeinrichtung verbundene Schaltung (14,15,40-45). (für das Anlegen einer veränderlichen Spannung zwischen der ersten Kathode und der zweiten Elektrode, um ein in unmittelbarer Nähe der ersten Kathodenöffnung, durch eine negative Hochspannung zwischen der ersten Kathode und der Abschirmung erzeugtes Feld zu steuern, wobei sich der Strahlerzeuger) im Innern der " Kammer (in einem ionisierbaren Gas bei einem relativ niedrigen

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Druck befindet, um dadurch, einen Elektronenstrahl aus der ersten Kathodenöffnung in einem gewünschten Modus innerhalb eines großen Bereichs der Eiektronenstrahlintensität austreten zu lassen.)

9» Strahlerzeuger nach. Anspruch. 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen ersten (40) und einen zweiten (41) Regelwiderstand hat, die in Serie mit der ersten Kathode (7) bzw. mit der zweiten Elektrode (22) geschaltet sind, und einen mit dem negativen Anschluß (14) einer Stromversorgung verbundenen Yerbindungspunkt haben, wodurch die Stromversorgung die negative Spannung zwischen der ersten Kathode und der Abschirmung anlegt.

10. Strahlerzeuger nach Anspruch. 8, dadurch. gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung eine erste (42) und eine zweite (45) Gleichstromquelle hat, die durch jeweils einen Spannungsteiler (44,45) überbrückt werden, die in Serie mit der ersten Kathode (7) bzw. mit der zweiten Elektrode (22) geschaltet sind und einen mit dem negativen Anschluß (14) einer Stromversorgung verbundenen Verbindungspunkt haben, wodurch die Stromversorgung die negative Spannung zwischen der ersten Kathode und der Abschirmung anlegt.

11. Elektronenbestrahlungsgerät mit einem Strahlerzeuger nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet

.durch (eine Kammer, durch einen sich darin befindenden elektrisch leitenden Hohlkathodenaufbau mit nichtdurch-

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