DE1919451B2

DE1919451B2 - Elektronenstrahlkanone zur erzeugung eines elektronenstrahls hoher leistung

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Publication number: DE1919451B2
Application number: DE19691919451
Authority: DE
Priority date: 1968-04-26
Filing date: 1969-04-07
Publication date: 1972-07-06
Also published as: BE731965A; GB1234517A; LU58469A1; FR1582070A; NL6906459A; DE1919451A1; US3651360A

Description

Die Erfindung betrifft eine Tetroden-Elektronenstrahlkanone zur Erzeugung eines Elektronenstrahles hoher Leistung mit einer Kathode mit flächenförmiger Emissionsoberfläche, einer Anode mit einer Elektronendurchtrittsöffnung und einem gegenüber der Kathode positiven und gegenüber der Anode negativen Gitter zwischen der Kathode und der Anode.

Es sollen also Elektronenstrahlkanonen zur Erzeugung leistungsstarker Elektronenstrahlen, nämlich sogenannte Piercesche Elektronenkanonen, verbessert werden. Bei Elektronenstrahlkanonen werden die Elektronen im allgemeinen in einer einzigen Operation von einer emittierenden Kathode abgezogen und auf die Anode hin beschleunigt. Physikalisch jedoch stellen die Extraktion der Elektronen aus der Kathode sowie ihre Beschleunigung zwei physikalisch gänzlich unterschiedliche Phänomene dar, was dazu führt, daß infolge der Überlagerung beider Phänomene eine geradlinige Ausbreitung der Elekronen nur schwer erreichbar ist. Wenn nämlich vor der Kathode kein intensives Beschleunigungsfeld vorliegt, gehen die Elektronen von der Kathode in allen Raumrichtungen aus, wöhrend andererseits die Anwendung eines solchen intensiven Beschleunigungsfeldes zwischen Kathode und Anode zur Anwendung unzulässig hoher Spannungsunterschiede führt.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1133 837 ist bereits eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines Elektronenstrahlenbündels bekanntgeworden, welches die wesentlichen Merkmale der eingangs genannten Elektronenstrahlkanone aufweist. Dabei handelt eis sich aber nicht um eine Elektronenstrahlkanone zur Erzeugung energiereicher Elektronenstrahlen, sondern um eine Elektronenanordnung für in Oszillographen oder Fernsehgeräten verwendete

Röhren, bei denen Elektronenstrahlen geringer Energie erzeugt werden. Auch kann bei dieser Elektronenanordnung die Steuerspannung des zwischen Kathode und Anode angeordneten Gitters bezüglich der Kathode positiv oder negativ sein.

a° Durch die französiche Patentschrift 1 511 433 ist eine Elektrodenanordnung bekanntgeworden, bei der das Gitter zu elektrischen exakten Begrenzungen einerseits eines Elektronenaustrittsraumes zwischen Kathode und Gitter, andererseits eines Elektronenbeschleunigungsraumes zwischen Gitter und Anode ausgebildet und angeordnet ist, jedoch handelt es sich auch dabei um eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung von Elektronenstrahlen geringer Energie. Die Verwendung zweier Gitter, ähnlich eines Schirmgit-

ters und eines Trenngitters zwischen Kathode und Anode, 1st dabei nicht vorgesehen. Die Elektrode besteht dort aus einem Bündel von Röhren kleinen Durchmessers und großer Länge, wobei die so gebildete Emissionsfläche lediglich geringe Strahlstärken zuläßt, ohne daß die dünnen Röhren in unzulässiger Weise ei-wärmt und dadurch zerstört werden.

Weiterhin ist eine Strahlerzeugeranordnung vom Triodemyp bekanntgeworden (Britische J. Appln. Phys., Vol. 13, 1962, 26, S. 288 bis 293), bei der das Anoden potential in erheblichem Maße durch das Gitter hindurchgreift, so daß die Strahlstromstärke noch erheblich vom Anodenpotential abhängt.

Die gitterförmige Aufteilung der Emissionsoberflächen von Kathoden ist an sich bekannt (deutsche Patentschrift 879 872, deutsche Auslegeschrift 1 043 520 und deutsche Auslegeschrift 1 047 321) und bildei: als solche nicht den Gegenstand der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Elektronenstrahlkanone der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die Strahlgeschwindigkeit und die Strahlintensität, d. h. die Strahlstromstärke, weitgehend unabhängig voneinander sind, so daß ein geradlinig-paralleler Elektronenstrahl unter Anwendung relativ kleiner elektrischer Felder erzielbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Emissionsoberfläche der Kathode mittels eines Gitters gitterförmig in nicht zusammenhängende Elektronen emittierende Zonen unterteilt ist, wobei das Gitter auf dem Potential der Kathode gehalten ist, und daß die Netzwerke des Gitters sowie des gegenüber der Kathode positiven Gitters dieselbe Gitterstruktur besitzen und in Strahlrichtung miteinander fluchten.
Es ist vorgesehen, daß die Elektronen zunächst unter geringer Potentialdifferenz aus der Kathode austreten, wobei die Strahlbeschleunigung zumindest näherungsweise ausschließlich in dem Beschleunigungsraum zwischen dem Gitter und der Anode statt-

finden jdoU, Der Sinn dieser Anordnung besteht darin, daß mittels der Elektronenstrahlkanone Elektronenstrahlen mit sehr hohen Strahlgeschwindigkeiten erzeugbar sind, wie sie beispielsweise für Schmelzen, Schweißen und dergleichen gefordert werden, wobei die Strahlintensität (Strahlstromstärke) unabhängig von der Beschleunigungsspannung eingestellt werden kann.

Demgegenüber betrifft eine in der Veröffentlichung in »The Rev. of Sclent. Instr.«, Vol. 34, 1963, 265 bis 268, beschriebene Elektrodenanordnung eine Vorrichtung, bei der die Elektronen zunächst unter einer hohen Potentialdifferenz austreten und anschließend verzögert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Gitter zur Aufrechterhaltung einer niedrigeren Gittertemperatur als die Temperatur der Kathode und zur Unterdrückung einer Gitteremission mit der Kathode in engem, mechanischem, jedoch schlechtem thermischem Kontakt steht.

Weiterhin zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform dadurch aus, daß die Emissionsoberfläche der Kathode als eine in eine nicht emittierende Masse eingebettete Anlagerung von emittierenden Kömern ausgebildet ist und daß das Schirmgitter auf der Kathode aus der nicht emittierenden matrixförmigen Masse besteht.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 schematisch die Elektronenstrahlkanone im Längsschnitt und

Fig. 2 eine geometrische Form für die Gitter.

Gemäß F i g. 1 umfaßt die Elektronenstrahlkanone eine Kathode 1, die von einem zylindrischen Metallrohr 2 getragen wird, welches auf einem Isolierstück 3 sitzt. Eine Heizdrahtanordnung 4 wird von einem Fußteil S getragen, das am Isolierstück 3 mittels einer Manschette 6 aus Isoliermaterial befestigt ist; die Heizdrahtanordnung befindet sich in einem Metallrohr 7, das seinerseits in dem Metallrohr 2 sitzt. Das Rohr 7 ist koaxial mit dem Rohr 2 am Fußteil 5 befestigt.

Die Heizdrahtanordnung 4 wird von einer Wechselspannungsquelle 8 gespeist und liegt außerdem über das Metallrohr 7 an einem negativen Potential relativ zur Kathode 1, infolge Anschluß einer Gleichspannungsquelle 9.

Ein Gitter 10, das beispielsweise die in F i g, 2 dargestellte Wabenform besitzen kann, befindet sich auf der Kathode 1. Das Gitter besteht aus sieben hexagonalen öffnungen.

S Ein Metallring 11 ist koaxial mit dem Strahlerzeuger, den Rohren 7 und 2 sowie der Kathode 1 am Ende eines anderen zylindrischen Metalirohres 12 angeordnet, das ebenso koaxial zu den vorgenannten Elementen ist. Das Rohr 12 ist am Isolierstück 3 mit-

xo tels eines Rohres 14 aus Isolierstoff befestigt.

In dem Metallring 11 ist ein Gitter 15 befestigt, das die gleiche Form wie das Gitter 10, nach F i g. 2, besitzt, und zwar derart, daß es genau mit diesem Gitter 10 koinzident ausgefluchtet ist in einem Abstand von

einigen Millimetern vor demselben.

Das Gitter 15 liegt auf positivem Potential relativ zur Kathode 1, durch Anschluß einer Gleichspannungsquelle 16.
Eine runde Anode 17, die bezüglich der Strahlerzeugerachse zentriert ist, befindet sich einige Zentimeter vor dem Gitter 15 und liegt an positivem Potential bezüglich des letzteren durch Anschluß einer Gleichspannungsquelle 18. Die Anode 17 ist andererseits an Masse gelegt.

Die Elektronenstrahlkanone nach den Fig. 1 und 2 arbeitet wie. folgt:

Die Kathode 1 wird durch Elektronenbeschuß von der Heizdrahtanordnung 4 infolge der Potentialdifferenz beheizt, die zwischen der Kathode 1 und der Heizdrahtanordnung 4 besteht.

Die Elektronen gelangen aus der Kathode 1 infolge der Wirkung des Gitters 15, das auf positivem Potential relativ zur Kathode liegt.
In F i g. 1 sind dreiElektronenstrahlenbündel angedeutet. Diese sind tatsächlich solche, die durch drei Maschen des Gitters 10 treten, die sich auf dem gleichen Durchmesser befinden, und durch drei entsprechende Maschen des Gitters 15. Die Formen der Maschenbegrenzungen in den Gittern 10 und 15 sind so gewählt, daß die Elektronen aus der Kathode abgesaugt werden und nicht auf den Bereichen auftreffen, welche die Maschen des Gitters 15 voneinander trennen.

Die Formen des Ringes 11 und der Anode 17 sowie die angelegten Potentiale dieser Teile sind ausgewählt, daß sich die dreiElektronenstrahlenbündel, die in Fig. 1 angedeutet sind, in einen einzigen zylindrischen zur Achse des Strahlerzeuger parallelen Fluß zusammenfügen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tetroden-Elektronenstrahlkanone zurErzeugung eines Elektronenstrahls hoher Leistung mit einer Kathode mit fiächenförmiger Emissionsoberfläche, einer Anode mit einer Elektronendurchtrittsöffnung und einem gegenüber der Kathode positiven und einem gegenüber der Anode negativen Gitter zwischen der Kathode und der Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsoberfläche der Kathode (1) mittels eines Gitters (10) gitterförmig in nicht zusammenhängende Elektronen emittierende Zonen unterteilt ist, wobei das Gitter (10) auf dem Potential der Kathode (1) gehalten ist, und daß die Netzwerke des Gitters (10) sowie des gegenüber der Kathode positiven Gitters (15) dieselbe Gitterstruktur besitzen und in Stranlrichtung miteinander fluchten.

2. Elektronenstrahlkanone nach Anpruch 1, gekennzeichnet durch eine thermisch emittierende, mittels Heizwicklung oder durch Elektronenbeschuß aufgeheizte Kathode, auf die das Gitter (10) aufgelegt ist.

3. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsoberfläche der Kathode (1) als eine in eine nicht emittierende Masse eingebettete Anlagerung von emittierenden Körnern ausgebildet ist.

4. Elektronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (10 und 15) eine geringe Anzahl großer Maschen aufweisen.

5. Elektronenstrahlkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter fünf bis zehn Maschen aufweisen.

6. Elektronenstrahlkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (10) zur Aufrechterhaltung einer niedrigeren Gittertemperatur als die Temperatur der Kathode und zur Unterdrückung einer Gitteremission mit der Kathode in engem, mechanischem, jedoch schlechtem thermischen Kontakt steht.