DE1906951A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Schar von Elektronenstrahlen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Schar von Elektronenstrahlen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Schar von Elektronenstrahlen, wobei die Elektronenstrahlen durch ein durchlässiges ebenes Fenster eines Eleldronenbeschleunigers austreten.
• Teilohenbeschleuniger werden üblicherweise dazu benutzt, Oberflächen für bestimmte Zwecke mit Elektronen zu bestrahlen, die in einer evakuierten Kammer erzeugt werden und durch eine Öffnung der Kammer austreten. Das Vakuum in der Kammer wird durch eine Dichttung aufrecht erhalten, die die Elektronen austreten lässt, das Vakuum Jedoch aufrecht erhält. Eine solche Einrichtung kann aus einer dünnen Metallfolie, z. B. aus Aluminium, bestehen. Der Elektronenstrahl wird von der auf dem einen Ende der Kammer angeordneten Kathode ausgeschickt und in Richtung auf die Anode durch eine grosse Potentialdifferenz zwischen der Kathode und Anode beschleunigt. Dabei kann die Anode aus dem Fenster oder aus einem Teil des Fensters bestehen.
• Dei einer solchen Einrichtung trifft der Elektronenstrahl in einem divergierenden Bündel von Einzelstrahlen auf das Fenster auf. Gegen die wirkung der Druckdifferenz auf beiden Seiten des Fensters kann ein Gitter angeordnet sein, das die Metallfolie des Fensters abstützt.
• Bei bekannten Einrichtungen müssen nun die einzelnen Stege des Gitters so angeordnet sein, dass sie der Meinung des jeweiligen Elek-tronenstrahles zur Mittellängsachse der Kammer Rechnung tragen. Um einen Energieverlust so klein wie möglich zu halten, müssen demnach die einzelnen Stäbe des Gitters eine unterschiedlic Neigung zur Mittellängsachse der Kammer aufweisen. Solche Gitter sind aufwendig und schwierig herzustellen, da es Schwierigkeiten bereitet, die einzelnen Stäbe des Gitters den oben dargestellten Verhältnissen anzupassen.
• Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Schar von Elektronenstrahlen vorzuschlagen, bei der die Elektronenstrahlen parallel zueinander verlaufend aus dem Fenster der Kammer austreten. Die gemäss der Erfindung verwendeten drittel erlauben dieses Ziel in einfacher Weise wobei weiterhin keine Nachstellung der Einrichtungen während der Tätigkeit des Beschleunigers erforderlich ist. Weiterhin wird durch die Erfindung die Verwendung eines Gitters ermöglicht, das leicht und billig herzustellen ist und weitestgehend einen Verlust von Energie vermeidet.
• Das erfindungsgemässe Verfahren besteht dadriln, dass der von einer Quelle die ausgehende Elektronenstrahl durch Mittel in/Form eines stretenden Bündels abgelenkt wird und dass durch in der Nähe des Fensters angeordnete tSlgnetfelder mit über die Entfernung von der Mittellängsachse des Elektronenbeschleunigers veränderter Feldstärke eine zweite Ablenkung der Blektronenstrahlen in der Weise erfolgt, dass der Austritt der Strahlen aus dem Fenster in parallelen Bahnen erfolgt.
• In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Ablenkung der Elektronenstrahlen durch in der Nähe des Fensters angeordnete Permanentmagnete erfolgen, die an gegenüberliegenden Seiten des Fensters angeordnet sind.
• Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch eine Vorrichtung erreicht, die eine Vakuumkammer enthält, in der eine Elektronenstrahlen aussendende quelle vorgesehen ist, deren Elektronenstrahlen durch ein in der Kammer angeordnetes durchlässiges Fenster austreten.
• Erfindungsgemäss sind zur Ablenkung des Elektronenstrahles zu einem divergierenden Dnndel elektromagnetische Spulen vorgesehen, wobei eine zweite Ablenkung des Strahlenbündels in der Sahne des Fensters durch Mittel erfolgt, zwischen denen ein Magnetfeld besteht, dessen resultierende Feldstarke mit der Jliferzxng von der Mittelachse der Vakuumkammer in dem Masse ahnimmt, dass die austretenden Strahlen in parallel zueinander verlaufenden Bahnen ablenkbar sind.
• Die Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes zur zweiten Ablenkung können aus an gegenüberliegenden Seiten des Fensters angeordneten Permanentmagneten bestehen, wobei die Permanentmagnete durch entmagnetisierte ferromagnetische Schienen miteinander verbunden sind.
• Weiterhin kann das Fenster ein elektronendurchlässiges Material, z. B. eine Aluminiumfolie einschliessen, und dieses Material durch ein auf der Innenseite der Iuiiner angeordnetes Gitter unterstützend gehalten werden. Das Gitter kann aus einer Vielzahl von einzelnen Gitterelementen bestehen, dessen Stege parallel zueinander verlaufen.
• Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung dines Teilchenbeschleunigers, wobei die erfindungsgemässe Einrichtung bzw das erfindungsgemässe Verfahren Anwendung finden.
• Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 entlang der Linie 11-11 in Fig. 1.
• Mit 10 ist insgesamt die evakuierte Kammer eines Teilchenbeschleunigers bezeichnet. Sie enthält einen tubusförmigen Teil 12 und einen rechtwinkligen Trichter 14, dessen Flächen divergieren. An den Trichter 14 schliesst sich eine Kammer 16 an.
• Eine in der Fig. vergrössert dargestellte Iiaffrde 18 ist am Ende der Kammer 16 angeordnet und sendet einen Elektronenstrahl aus. Das offene Ende der Kammer 16, das von der Katode 18 abgewandt liegt, besitzt ein Gitter 20, bestehend aus einzelnen Gitterelementen 22. Das Gitter 20 trägt ein Elektronen durchlassendes Fenster 24, das aus einem dünnen Blatt aus Aluminium oder ähnlichem Material bestehen kann. Der Abxhaß; der Kaniner 16 durch das Gitter 20 und das Fenster 24 erlaubt die Aufrechterhaltung eines Vakuums in der Kammer.
• Zwei elektromagnetische Spulen 26 und 28 sind an den entgegengesetzten Seiten des Teiles 12 über die Länge desselben angeordnet. Es ist bekannt, dass durch Änderung des Stromes, der durch die Spulen 26 und 28 fliesst, eine Beeinflussung des Elektronenstrahles erfolgen kann. Hierzu wird auf die US Patentschrift 3 o66 238 vom 27. November 1962 hingewiesen.
• Am Ende der Kammer 16 nahe dem Gitter 20 sind zwei Magnete 30 und 32 angeordnet. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt das Fenster 24 eine längliche Gestalt, wobei die Magnete 30 und 32-nahe den Enden des Fensters angeordnet sind. Die f4agnete werden durch ein Paar Schienen 34 und 36 aus entmagnetisiertem Eisen verbunden, wobei diese Schienen an den Langsseiten des Fensters bzw des Gitters angeordnet sind.
• Während des Betriebes des Beschleunigers 10 ist die lRammer 16 evakuiert und ein Elektronenstrahl von kleinem Durchmesser geht von der Katode 18 aus.
• Dieser Strahl läuft zunächst entlang der Mittellinie 38 der Kammer 16 und wird dabei stark beschleunigt infolge der grossen Potentialdifferenz zwischen der Kainde 18 und der Anordnung an der entgegengesetzten Seite der Kammer 16, wo sieh das Fenster 24 befindet, das als Anode wirkt. Wenn der Elektronenstrahl in das Magnetfeld eintritt, das sich zwischen den Spulen 26 und 28 aufgebaut hat, wird er abgelenkt in eine Vielzahl von Richtungen, wie sie durch die Linien 42 dargestellt werden. Der Punkt, an dem die Ablenkung erfolgt, ist mit 40 bezeichnet. Wenn der Elektronenstrahl einer der Richtungen 42 folgt, trifft er auf das zwischen den I2Mgneten 30 und 32 befindliche Magnetfeld.
• Die Magnete 30 und 32 sind von gleicher Stärke, so dass erwartet werden kann, dass die Feldstärke dieses Feldes zwischen den beiden Magneten sich mit der Entfernung von der I1ttellängsachse 38 verändert. In der Ebene der Mittellängsachse 38 wird die Feldstärke Null sein, da sich die Felder der Magnete 30 und 32 gegenseitig aufheben. An einem Punkt, der näher zu einem der beiden Magnete liegt, wird die Wirkung des einen FW Magnet feldes die des anderen so überlagern, dass ein resultierendes Magnetfeld bestehen bleibt.
• Je grösser die Winkelabweichung in der Richtung 42 ist, um so grösser wird aber auch die Magnetkraft sein, die den Elektronenstrahl an diesem Punkt ablenkt. Erfindungsgemäss sind nun die Magnete 30 und 32 so gew5iialt, dass das Feld zwischen Ihnen die Elektronenstrahlen, die auf der Linie 42 ankomnen, so ablenken, dass sie nach Passieren des Feldes parallel zur Achse 38 verlaufen. Der Anteil der Elektronenstrahlen in der Ebene 38 wird, wie ober ausgefuhrt, nicht abgelenkt.
• Daraus geht hervor, dass, obwohl eine Winkelablenkung in der Linie 42 erfolgt, Elektronenstrahlen durch das Gitter 20 und das Fenster 24 parallel zur Achse 38 verlaufend austreten. Dadurch können die einzelnen Gitterelemente 22 des Gitters 20 parallel zueinander angeordnet sein, wie am besten aus Fig 1 hervorgeht.
• Die Erfindung gibt somit die Lehre über die Konstruktion einer Vorrichtung und die Anwendung eines Verfahrens, wodurch der abgelenkte Elektronenstrahl eines Elektronenbeschleunigers so geführt wlid, dass die Strahlen parallel verlaufend durch Gitter und Fenster austreten, obwohl sie zunächst abgelenkt wurden. Da die Magneten 30 w4 32 empirisch festgehalten werden können, damit die beabsichtigte Wirkung erzielt wird, ist eine weitere Einstellung der Einrichtung nicht mehr erforderlich.
• Eine solche Anordnung zur Kontrolle des Elektronenstrahls erlaubt es, die einzelnen Gitterelemente 22 des Gitters 20 parallel zueinander auszufuhren, was eine Fertigung derselben wesentlich vereinfacht. Verluste, die dadurch auftreten können, dass Elektronen auf das Gitter auftreffen, sind dadurch vermindert, da die Gitterelemente parallel zueinander liegen und auch zur Richtung der Elektronenstrahlen liegen und damit die den Elektronenstrahlen ausgesetzte Fläche des Gitters klein ist.
• Die Erfindung ist nicht auf das hier dargestellte ausfiihrungsbeispiel beschränkt; vielmehr sind Ausgestaltungen möglich, ohne dass der findungsgedanke verlassen wird.

Claims (6)

1. Pa-t;entansprüche

   Verfahren zur Erzeugung einer Schar von Elektronenstrahlen, wobei die Elektronenstrahlen durch ein durchlässiges ebenes Fenster eines Elektronenbeschleunigers austreten, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , dass der von einer Quelle ausgehende Elektronenstrahl durch Mittel (26, 28) in Form eines streuenden giindels abgelenkt wird und dass durch in der Nähe des Fensters (24) angeordnete Magnetfelder mit über die Entfernung von der Mittellängsachse des Elektronenbeschleunigers veränderter Feldstärke eine zweite Ablenkung des Elektronenstrahles in der Weise erfolgt, dass der Ausstritt der Strahlen aus dem Fenster (24) in parallelen Bahnen erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , dass die zweite Ablenkung der Elektronenstrahlen durch in der INåhe des Fensters (24) angeordnete Permanentmagnete erfolgt, die an gegenüberliegenden Seiten des Fensters (24) angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung zur Durchfffr des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung eine Vakuumkammer enthält, in der eine Elektronenstrahlen aussendende Quelle vorgesehen ist, deren Elektronenstrahlen durch ein in der Kammer angeordnetes durchlässiges Fenster austreten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass zur Ablenkung des Elektronenstrahles zu einem divergierenden Bindel elektromagnetische Spulen (26, 28) vorgesehen sind und zu einer zweiten Ablenkung des Strahlenbündels in der Nähe des Fensters (24) IEttel angeordnet sind, zwischen denen ein Magnetfeld besteht, dessen resultierende Feldstärke mit der Entfernung von der Mittellängsachse der Vakuumkanmer in dem Masse abnimmt, dass die austretenden Strahlen in parallel zueinander verlaufenden Bahnen ablenkbar sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h -n e t , dass die Mittel zur Erzeugung eines MagnetSeldes zur zweiten Ablenkung aus an gegenüberliegenden Seiten des Fensters (24) angeordneten Permanentmagneten (30, 32) bestehen, wobei die Permanentmagnete (30, 32) durch entmagnetisierte ferromagnetische Schienen (34, 36) miteinander verbunden sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass das Fenster (24) ein Elektronen durchlässiges Material z. B. eine Aluminiumfolie, umschliesst und dieses Material durch ein auf der Innenseite der Kammer angeordnetes Gitter (20) unterstützend gehalten wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass das Gitter (20) aus einer Vielzahl von einzelnen Gitterelementen (22) besteht, dessen Stege parallel zueinander verlaufen.