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Mehrstufiger Linearbeschleuniger für Ladungsträgerstrahlen Die Erfindung
betrifft einen mehrstufigen Linearbeschleuniger für Ladungsträgerstrahlen mit mehreren,
auf verschiedenen Potentialen liegenden, im wesentlichen scheibenförmigen' und zueinander
parallelen Beschleunigungselektroden, von denen jede wenigstens eine Strahldurchtrittsblende
aufweist.
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Bei derartigen Linearbeschleunigern ist es wichtig, daß unerwünschte
Ladungsträger, z. B. Ionen oder Sekundärelektronen, aus dem Strahl ausgeblendet
werden. Beispielsweise ist es bei einem Elektronenstrahl-Linearbeschleuniger mit
Glühkathode sehr nachteilig, wenn positive Ionen in der Beschleunigungsstrecke hoch
beschleunigt werden und mit hoher Energie auf die Kathode treffen.
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Es ist bekannt, besonders magnetische oder elektrostatische Ablenksysteme
in der Beschleunigungsstrecke vorzusehen, die
auf den Strahl und
die unerwünschten Ladungsträger verschie-_ den starke seitliche Ablenkkräfte ausüben,
so daß die unerwünschten Ladungsträger aus dem Strahl ausgeblendet werden können.
Diese bekannten zusätzlichen Ablenksysteme sind, da sie in der Hochspannungs-Beschleunigungsstrecke
liegen, im Aufbau und im Platzbedarf aufwendig und vermögen nur, verhältnismäßig
geringe Ablenkungen zu erzeugen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei mehrstufigen
Desehleunigunbsstrecken mit scheibenförmigen Beschleunigungselektroden die Elektroden
unter verschiedenen Winkeln schräg zur Strahlachse anzuordnen. Derartige Beschleunigungsstrecken
sind im Aufbau jedoch recht kompliziert und können ebenfalls nur verhältnismäßig
geringfügige Ablenkungen pro Beschleunigungsstufe erzeugen.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen mehrstufigen Linearbeschleuniger
für Ladungsträgerstrahlen zu schliffen, bei dem das Ausblenden unerwünschter Ladungstri--i.ger
durch seitliche Ablenkkräfte mit geringstem baulichem Aufwand urid mit hoher Ablenkleistung
pro Beschleunigungsstufe er°olgt. Die Lösung der Aufgabe erfolgt nach der Erfindung
mit einem mehrstufigen Linearbeschleuniger der eingangs angegebenen Art, der dadurch
gekennzeichnet ist, da2 zumindest eine-Beschleuni-
| s |
| guna6lektrode einen mit ihr elektrisch leitend verbundener, |
neben ihrer Strahldurchtrittsblende angeordneten und in Richtung zur benachbarten
Beschleunigungselektrode verlaufenden
Ablenkansatz aufweist, der
das Beschleunigungsfeld zwischen, den beiden Elektroden so verzerrt, daß ein durch
die Strahldurchtrittsblende in den Raum zwischen den beiden Elektroden eintretender
Ladungsträgerstrahl eine seitliche Ablenkung erfährt, wobei die zugehörige Strahldurchtrittsblende
der benachbarten Beschleunigungselektrode an der Stelle angeordnet ist, wo der abgelenkte
Strahl die benachbarte Elektrode erreicht. Bei dem erfindungsgemäßen Linearbeschleuniger
ist der für die Ablenkung erforderliche Aufwand äußerst gering, da die Ansätze nicht
gegen die Beschleunigungselektroden isoliert sind; aus diesem Grund können sie auch
dicht neben den Strahldurchtrittsblenden angeordnet werden; so daß sich eine kräftige
Ablenkung ergibt. Wegen der festen Verbindung des Ablenkansatzes mit der zugehörigen
Beschleunigungselektrode ist die mechanische und elektrische Stabilität hoch.
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Vorzugsweise ist auch die benachbarte Beschleunigungselektrode mit;
einem Ablenkansatz versehen, der sich in Richtung zu der einen Beschleunigungselektrode
erstreckt. Auf diese Weise addieren sieh die Ablenkceirkungen der beiden Ablenkansätze,
und es ergibt _s ich ein Ablenkfeld von höherer Homogenität. Besonders günstig ist
es, wenn die Ablenkansätze zu beiden Seiten des zwischen den beiden Beschleunigungselektroden
verlaufenden Strahles liegen, so daß das auf den-Strahl einwirkende Fels, im Mittelbereich
zwischen den beiden Beschleunigungselektro-en his in eine zum Strahl senkrechte
Richtung umgelenkt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden
anhand von Ausführungsbeisielen näher beschrieben,. die in der Zeichnung erläutert
sind.
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Fig. 1 . ist ein axialer Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Linearbeschleuniger.
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Fig. 2 ist eine Teilansicht einer Beschleunigungselektrode eines erfindungsgemäßen
Linearbeschleunigers.
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Fig. 1 zeigt im Axialschnitt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen
Linearbeschleunigers, der als wesentliche Teile ein Isoliergehäuse 1 und mehrere
in Beschleunigungsrichtung gegeneinander versetzte, auf verschiedenen Potentialen
liegende scheibenförmige Beschleunigungselektroden 2, 5 auf= weist. Bei dem in Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 aus einem gießfähigen Kunststoff
hergestellt, und die Beschleunigungselektroden werden von Halteringen 7 gehalten,
die in das Gehäuse 1 eingegossen sind. Das Isoliergehäuse 1 ist innen in mehrerer,
Stufen 8 abgesetzt, um die Herstellung zu vereinfachen und Verwechselungen der Beschleunigungselektroden
beim Zusammenbau zu verhindern. Die Art der Befestigung der Beschleunigungselektroden
an den Halteringen 7 ist in den Pign. nicht näher dargestellt; da der Strahl die
meisten Beschleunigungselektroden. exzentrisch passiert, sind (nicht dargestellte)
Passungsmittel vorgesehen, die eine vorbestimmte
gegenseitige Orientierung
der Beschleunigungselektroden sicherstellen. In Fig. 1 sind lediglich Absätze 24
angedeutet, die einen Teil der Passungsmittel bilden.
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Jede Beschleunigungselektrode ist mit einer Strahldurchtritts-`blende
9, 10, 11, 12 versehen, deren Größe und Gestalt sich nach dem jeweils gewünschten
Strahlquerschnitt richten. Erfindungsgemäß sind -zur Erzielung der gewünschten Ablenkung
Ablenkansätze 14, 15, 16, 17, 18, 19 an den Beschleunigungselektroden in der NUhe
ihrer Strahldurchtrittsblenden vorgesehen. Im einfachsten Fall bestehen diese Ablenkansätze
aus Blechstreifen, die an der betreffenden Oberfläche der Beschleunigungselektrode
in irgendeiner Weise befestigt sind, beispielsweise durch Schweißen oder Verschrauben.
Die Gestalt der Ablenkbleche richtet sich nach dem jeweiligen Strahlquerschnitt
und der Art der gewünschten Ablenkung. Im allgemeinen enügt es, als Ablenkbleche
gerade Blechstreifen zu verwenden; es ist natürlich auch möglich, gekrümmte Ablenkbleche
zu verwenden, die sich in einem begrenzten Winkelbereich um die Strahldurchtrittsblende
herum erstrecken.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform geht bei benachbarten
Beschleunigungselektroden von jeder der beiden Elektroden ein Ablenkansatz aus;
so-geht beispielsweise von der obersten Beschleunigungselektrode 2 der Ansatz 14
nach
| unten, und von der darunterliegenden Elektrode 3 geht ein |
| hier |
| Ablenkansatz 15 nach oben. Die Ablenkansätze verlaufen/je- |
weils senkrecht zur Ebene der Beschleunigungsele_--trode. In entsprechender Weise
sind auch zwischen den übrigen dargestellten Beschleunigungselektroden jeweils zwei
Ablenkbleche 16,17 bzw. 18, 19 vorgesehen.
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Im Betrieb tritt ein Ladungsträgerstrahl 30 aus einem (nicht dargestellten)
Strahlerzeugunössystem in den Linearbeschleuniger ein. Die einzelnen Beschleunigungselektroden
liegen an verschiedenen elektrischen Potentialen, um die'gewünschte Beschleunigungswirkung
zu erzielen; bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist in die Wand des Isoliergehäuses
1 ein aus Widerständen 31, 32, J3 bestehender elektrischer Sr@annung"#-teiler eingebaut,
und die einzelnen Beschleunigungselektroden 2 - 5 sind an Anzapfungen dieses Spannungsteilers
angeschlossen. Der Spannungsteiler wird aus einer (nicht dargestellten) Hochspannungsquelle
betrieben.
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Der durch die Strahldurchtrittsblende a eintretende Strahl wird in
dem Raum zwischen den beiden Beschleunigungselektroden 2 und 3 .infolge der durch
die beiden Ablenkbleche 1-; und; 15 erzeugten Feldverzerrung seitlich abgelenkt
'(in der Figur nach links), und die Strahldurchtrittsblende 10 der folgenden Beschleunigungselektrode
3 liegt an der Stelle, wo der ab-;elenkte Strahl diese Elektrode trifft. Nach dem
Durchtritt
durch die zweite Strahldurchtrittsblende 1o wird der
Strahl in dem Raum zwischen den beiden Beschleunigungselektroden 3 und 4 in entgegengesetzter
Richtung seitlich abgelenkt, da die Anordnung der Ablenkbleche 16 und 17
im Vergleich zu dem darüberliegenden Raum seitenvertauscht.ist. In der darauf folgenden
Beschleunigungsstrecke zwischen den beiden Elektroden 4 und 5 wird der Strahl
in derselben Richtung wie in der darüberliegenden Beschleunigungsstrecke
seitlich abgelenkt, und schließlich verläßt er diesen Raum aus der Strahldurchtrittsblende
12 der Beschleunigungselektrode 5 mit einer-zur Eintrittsrichtung im wesentlichen
parallelen, jedoch seitlich versetzten Richtung. Man erkennt, das im ersten Beschleunigungsabschnitt
zwischen den Elektroden 2 und 3 eine stärkere Ablenkung eintritt als in den beiden
folgenden Beschleunigungsabschnitten; dies rührt daher, daß der Strahl in den letzten
Beschleunigungsabschnitten eine höhere Geschwindigkeit hat und deshalb nur eine
geringere Ablenkung erfährt. Man erkennt jedoch, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung
in der Mitte zwischen je zwei Beschleunigungselektroden ein sehr starkes Ablenkfeld
vorhanden ist, das praktisch senkrecht zur Strahlrichtung verläuft und dessen Stärke
auch von Stufe zu Stufe unterschiedlich sein kann durch unterschiedlichen Abstand
der Ablenkbleche voneinander. Es lassen sich deshalb bei dem erfindungsgemäßen Linearbeschleuniger
starke Ablenkungen auch bei Verwendung nur weniger Beschleunigungsstufen erzielen;
die Erfindung ermöglicht also auch bei Verwendung verhältnismäßig niedriger Beschleunigungsspannungen
(z. B. 15o kV) eine hochwirksame `
Ausblendung unerwünschter Ladungsträger.
Aus Fig. 1 erkennt man, daß auch neutrale Teilchen, die genau entgegengesetzt zur
Strahlrichtung fliegen, durch die mögliche starke gegenseitige Versetzung der einzelnen
Strahldurchtrittsblenden ohne Schwierigkeiten ausgeblendet werden können. Selbstverständlich-ist
auch die Verwendung einer größeren Anzahl von Beschleunigungsstufen ohne weiteres
möglich, und der Strahl kann dabei ebenso wie bei der in Fig. 1 dargestellten verhältnismäßig
kurzen Anordnung in einem ersten Abschnitt der Gesamt-Beschleunigungsstrecke nach
einer Seite und in einem zweiten Abschnitt nach der entgegengesetzten-Seite abgelenkt
werden.
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Die Beschleunigungselektroden sind in bekannter Weise mit Pumpöffnungen
versehen. In Fig. 1 sind derartige Pumpöffnungen 34 und 35 bei den Beschleunigungselektroden
3 und 4 dargestellt; die Pumpöffnungen der Elektroden 2 und 5 liegen außerhalb der
in Fig. 1 dargestellten Schnittebene. Die gegenseitig versetzte Anordnung der Pumpöffnungen
hat, wie bekannt, den Zweck, den Laufweg von Restgasmolekülen und daraus gebildeten
Ladungsträgern zu begrenzen. Zum gleichen Zweck können auch noch Blenden 36, 37
in bekannter Weise vorgesehen sein.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt
aus einer Beschleunigungselektrode 6 eines erfindungsgemäßen Linearbeschleunigers,
bei der die Strahldurchtrittsblende 13 schlitzförmig ausgebildet ist. Die Ablenkbleche
20 und 21 liegen auf verschiedenen Seiten der Elektrode 6 zu beiden Seiten der BlendenUffnung
13. Zur Ver-
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| meidung von Spiihentladungen werden die freien Kanten der Ab- |
lenkansätze zweckmäßig abgerundet; solche Abrundungen sind in Fig. 2 bei 22 und
23 dargestellt.
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Andere Ausführungsformen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.