DE1944882A1

DE1944882A1 - Kaltkathoden-Glimmentladevorrichtung

Info

Publication number: DE1944882A1
Application number: DE19691944882
Authority: DE
Inventors: Dugdale Ronald Arthur; Ford Stanley Denis; Maskrey John Thomas
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1968-09-05
Filing date: 1969-09-04
Publication date: 1970-03-12
Also published as: US3678334A; FR2017451A1; GB1287262A; NL6913601A

Description

UNITED KINGDOM ATOMIG ENERGY AUTiiCRITY 11 Charles II Street, L ο η d ο n, 3. W. 1, England

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 42371/63 vom 5. »September 1968 beansprucht

Kai ticathoden-CrliinmeniladeToiTi ohtung

Die Erfindung bezieht sioh auf Kaltkathoden-Glimmei/tlade-Torriohtungen, und insbesondere, wenn auch nioht ausschließlich, auf Glimmentladevorriohtungen derjenigen Gattung, wie sie in der britischen. Patentschrift 1 145 013 und in der britischen Patentanmeldung 48 144/66 beschrieben Ist«

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6AO ORiGlNAl.

Erfindungsgemäß setzt sich eine Glimmentladevorrichtung zusammen aus einer HuIIe₅ aus einer Einrichtung, welche ein geeignetes ¹Jas in der Hülle auf einem vorbestimmten Druck hält, aus einer Elektrodenanordnung, die sich zumindest teilweise innerhalb der Hülle befindet oder einen Teil derselben bildet, wobei die Elektrodenanordnung eine oder mehrere Ai^dsüj, eine Kathode und eine Steuerelektrode enthält, aus einer Snergieversorgungseinrichtung, welche ein elektrisches Potential an die Anode oder Anoden, die Kathode und die Steuerelektrode anlegt, um eine erste Potentialdifferenz zwischen einer Anode und der Kathode zum Erzeugen einer ersten Glimmentladung aufrechtzuerhalten, und um eine zweite Potentialdifferenz zwischen einer Anode und der Steuerelektrode zum Erzeugen einer zweiten Glimmentladung aufrechtzuerhalten, wobei die kombinierten ersten und zweiten Glimmentladungen eines Strahl von geladenen Teilchen erzeugen, dessen Leistungsintensität durch. Änderung des an die Steuerelektrode angelegten Potentials gesteuert wird-, um die Glimmentladung unabhängig Ton dem an die Kathode angelegten. Potential zu steuern»

line Fühlervorriefetuag kann vorgesehen werden, um ©in. Signal zu erhalten,- welch.es ä&m in. diesem Straiil τοπ geladenen Seilohen fließenden Stroai entspricht_? und es kann eine Einrichtung vorgesehen werden? welche das Signal dazu verwandet₉ das an die Steuerelektrode angelegte Potential in Anepreofrerwiderung. auf das Signal zu verändern^ um die. LfeistuagalBton-» sität des Strahles su modulieren. Die Potentialdif£ereaas zwischen einer Anode und der genannten Steuerelektrode ist vorzugsweise geringer als ein Wert, bei welchem eine siejb. selbst haltende Glimmentladung, begleitet tob der !Mission eines Strahles von geladenen Teilchen, erzeugt wird« Außerdem kann die Potentialdifferenz syrischen einer Anode und der Kathode ge«" ringer sein als ein Wert, bei welche® eine sieh, selbst iialiesüö Glimmentladung, begleitet von der Emission eines Strahls τοη geladenen Teilchen, erzeugt wird. Im letzteren Falle ist »lie kombinierte Wirkung der Potentialdifferenz zwischen Qinev Anod©

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und der Kathode, zusammen mit der Potentialdifferenz zwischen einer Anode und der Steuerelektrode derart, daß eine sich selbst haltende Glimmentladung, begleitet von der Emission eines Strahls von geladenen Teilchen, erzeugt und aufrechterhalten wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung setzt sich eine Kaltkathoden-Glimmentladevorrichtung zusammen aus einer Hülle mit Gaseinlaß- und -auslaßöffnungen, aus einer Einrichtung, die ein geeignetes Gas auf einem vorbestimmten Druck innerhalb der Hülle hält, aus zumindest einer Elektrodeneinrichtung, die wenigstens zum Teil innerhalb der Hülle angeordnet ist und eine Anode, eine Kathode und eine Steuerelektrode enthält, aus einer Einrichtung, die ein geeignetes Potential an die Anode und die Kathode vor dem Anlegen eines geeigneten Potentials an die Steuerelektrode anlegt, derart, daß bei Anlegen entsprechender Betriebspotentiale an die Anode und die Steuerelektrode eine Glimmentladung erzeugt und gesteuert wird und ein Strahl von geladenen Teilchen erzeugt wird, wobei der Strahl in Richtung auf eine Behandlungszone durch die elektrischen Felder gerichtet wird, welche der Anode, Kathode und Steuerelektrode zugeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine kathoden-Glimmentladevorriehtung geschaffen, die sich zusammensetzt aus einer Hülle mit Gaseinlaß- und -auslaßöffnungen, aus einer Einrichtung, die ein geeignetes Gas auf einem vorbestimmten Druck innerhalb der Hülle hält, aus zumindest einer Elektroden-Bauteilgruppe, die sich wenigstens teilweise innerhalb der Hülle befindet, wobei diese Elektroden-Bauteilgruppe eine Anode, eine Kathode und eine Steuerelektrode enthält, aus einer Einrichtung, die entsprechende Betriebspotentiale an die Anode und die Steuerelektrode anlegt, um eine Glimmentladung vor dem Anlegen eines entsprechenden Betriebspotentials an die Kathodeneinrichtung hervorzurufen, um ein entsprechendes Betriebspotential an die Kathode anzulegen, derart, daß die Glimmentladung unterstützt wird und ein Strahl von geladenen Teilchen erzeugt wird, der durch die der Anode und Kathode zugeordneten elektrischen Felder gerichtet wird.

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Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt:

Pig. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Elektrodenbauteilgruppe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Pig. 2 eine Vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher eine abgeänderte Ausführungsform von Elektroden-Bauteilgruppe der Pig. 1 verwendet wird, während

Pig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Elektroden-Bauteilgruppe nach der Erfindung wiedergibt.

In Pig. 1 ist eine Elektroden-Bauteilgruppe 1 dargestellt, die ähnlich einer der Elektroden-Bauteilgruppen ist, welche allgemein in der britischen Patentschrift 1 145 013 offenbart ist, jedoch durch Vorsehen einer Steuerelektrode 2 abgeändert ist.

Die Elektroden-Bauteilgruppe 1 enthält eine hohle rohrförmige Anode 3, die durch zwei an den Enden offene Rohre 4 und 5 gebildet wird, und eine kathode 6, die an eine entsprechende Energieversorgung angeschlossen ist, befindet sich in der Nähe eines offenen Endes der Anode 3. Eine im wesentlichen geradzylindrische Kammer 7, welche durch metallische Endwände 8, 9 und 10 gebildet wird, ist koaxial zur Anode 3 angeordnet. Alternativ kann' die Wand 10 auch aus einem isolierenden Material, wie beispieleweise G-las, hergestellt werden, wobei in diesem Palle die Endwände 8 und 9 elektrisch untereinander verbunden sind, um Anoden zu bilden.

Die Elektrode 2 hat im wesentlichen eine Ringform mit einem nach innen offenen kanalförmigen Querschnitt. Die Elektrode ist mit einer Energieversorgung über eine Verbindungseinrichtung 11 verbunden und wird in der Kammer 7 durch die Verbindungseinrichtüng 11 abgestützt, welche in einer

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Isolierbuchae 12 lokalisiert wird» die ihrerseits in einem Stutzen 13 der Kammer 17 sitzt.

Die Kathode 6 ist eine im wesentlichen ebene Scheibe mit einem in dieser gebildeten Rücksprung. Der Rücksprung bsw* die Eindrückung gestaltet die Äquipotential- und elektrischen Feldlinien und hilft mit bei der Fokussierung des Elektronenstrahls.

Die Elektroden-Bauteilgruppe 1 nach Fig« 1 befindet sich innerhalb einer nicht dargestellten Eamsaar, die mit einer* Sinlaßöffnung versehen ist, über welche ein Gas in das Imie-rs der Kammer von einer Speisequelle her über ein entsprechendes Ventil eingelassen wird, sowie mit einer Ausl&ßöffnung,- über welche das Gas innerhalb der Kammer durch, aijis Pumpe weggepumpt werden kann, um das Gas auf einem vorbestimmten Druck vor*, wenigen Mikron Quecksilbersäule innerhalb der Kammer sm halten. Alternativ kann die Elektroden-Bauteilgruppe auofe s© konstruiert sein, daß die Kathodenkammer 7 und die Rohre 4 und 5 Bir.e gasdichte Hülle, ähnlich der Vorrichtung nach Flg. 2, bilden.

Bei einer Betriebsweise der Vorrichtung wird die Hülle auf einen Gasdruck von wenigen Mikron Quecksilbersäule evakuiert, die Rohre 4 und 5 werdsn geerdet und bildes AnodLeßj rü.d sis negatives Potential bis zu 10 k¥ wird an die Stsraerelsktrö-i« 2 angelegt, um eine Glimmentladung einzuleiten. Ein negatives Fotan,-tial von beispielsweise 5 ^V bis 100 k? wird claim es. &is Satlaod· 6 angelegt, mit der Folge, da» die G-limaientladiingg wslchc durch die an die Anode und weitere Elektrode angelegten !©tenti&ls eingeleitet ist, unterstützt wird imd cL&a (Jss sehr ionisiert *'Lrd> Die auf diese Weise im Gas iimerhall) de-x- Azicde 3 hervorgerufenen positiven Ionen beschießen die Satfesäs 6 wtä. ?sran-1aasen die Kathode, Elektronen auszusenden, di© durak die elektrischen Felder fokussiert wird, welche der Anode 3 und ie? üC-tthode 6 zugeordnet sind. Durch Veränderung das an dl« i U-v*relektrod· 2 angelegten Potentials von weniges Volt hi«

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zu zehn kV negativ kann die Intensität der Glimmentladung und somit die Intensität des resultierenden Elektronenstrahls verändert werden,

Bei einer zweiten Betriebsweise der Vorrichtung wird der Gasdruck, innerhalb der Hülle auf einen Pegel gehalten bei welchem keine Glimmentladung und kein Elektronenstrahl gebildet werden könnte, wenn die Spannung nur an die Kathode β angelegt ist, welcher aber eine Glimmentladung stattfinden und einen Elektronenstrahl erzeugen läßt, wenn ein negatives Potential an die Steuerelektrode 2 wie auoh an die Kathode angelegt wird«, Der Druckpegel ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß er geringer ist als ein. Wert, welcher eine sich selbst haltende Gl im ent ladung zulassen würde, w@an eine Spannung as die Kathode 6 angelegt wird« Bin negatives Potential von 5 &V. bis 100 k¥ wird dann an die Kathode angelegt,, und der Druek wird Ia wesentlichen auf d©r gleichen Höhe geiisltee,« lis. negatives Potential von "beispielßUQlse 500 ToIt vjird dann an ix© Elektrode 2 angelegt^ ©isie SliJiaQHtlsifesg t?ird somit eingeleitet^ mad das Gas is. d@r MsiQ&Q 3 wisä ionisiert. Positive l©x?,ea_P di© auf dies® Weise ia dem. Gas In ö©2? Anöde 5 erzeiagt vmEä®m_s beschießen di© Kathoäe 6_? mit- des lEgsteils_f daS Blolrsirea^a dmrefe die Kathode ausgesendet w®Edea_e Die llektromes weräen g@riefet®t und in einen Strafe! fokussiert &®T®h fii@ slektzdsßliQm I'üliles?,, dl© der Anode isaä der Eathodo siig@©j?äii@t sinä»

Ea ergibt sieb, b,ub der ©Mgsii B©3@i3xeilÄ£g_f äaß äis niedrige Spannung (relativ %n des des lathode zugeführten), welehe an di© Steuerelektrode angelegt wird, ^/eränfiert kanm, um di© Intensität des sesultierenden Elektronen-t? zu steuern oder effektiv den Elektr©aenstrahl ein- oder aus zuschalten.

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In ähnlicher Weise können, da die Intensität des Strahls auch von den Wirkungen des Gasdrucks abhängig ist, Veränderungen des Gasdrucks in der Hülle unerwünschte Einwirkungen auf die Intensität des Elektronenstrahls haben. Änderungen des Gasdrucks beeinträchtigen die Ionisierung des Gases durch Änderung des mittleren freien Weges zwischen den Molekülen des Gases, und somit wird die Glimmentladung durch Druckänderungen beeinträchtigt werden. Druckänderungen führen zu Änderungen des elektrischen Stromes, der durch den Strahl hindurchfließt. Die Änderungen des durch den Strahl hindurchfließenden Stromes können rückübermittelt bzw. rückgekoppelt werden, und zwar über eine geeignete elektrische Schaltung, um den der Steuerelektrode

2 zugeführten Strom einzuregeln, die Glimmentladung automatisch zu steuern und somit Gasdruckänderungen innerhalb der Hülle auszugleichen.

Es versteht sich, daß weitere Elektroden zwischen der Kathode 6 und der Anode 3, falls erwünscht, vorgesehen werden können. Diese weiteren Elektroden können dazu verwendet werden, den resultierenden Elektronenstrahl zu fokussieren oder abzulenken. Die Kathode braucht nicht mit einem eingedrückten Teilstück -versehen zu werden, und gegebenenfalls kann die Kathode ausgespart werden, wobei einige der im Gas innerhalb der Anode

3 erzeugten Ionen durch die Aussparung oder Aussparungen in der Kathode hindurchgelangen, um einen Strahl von Ionen zu erzeugen, welche fokussiert und gerichtet werden, und zwar durch die elektrischen Felder, die der Anode 3, Kathode 6 und Steuerelektrode 2 sowie jeder weiteren zwischen der Anode 3 und Kathode 6 vorgesehenen Elektrode zugeordnet sind.

Darüber hinaus kann die Anode 3 aus einem einzigen Rohr bestehen, in welchem koaxial die Elektrode 2 angeordnet ist. Alternativ kann die Steuerelektrode 2 die Form einer ausgesparten Platte haben, die in der Nähe des Endes der Anode 3 angeordnet ist, welches demjenigen Ende gegenüber liegt, an

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- 8 welchem sich, die Kathode 6 befindet.

Mach Pig. 2 weist die Kathode 21 einen inneren Kern 22 und eine äußere, mit Flansch versehene Hülse 23 auf, und die Kathode 21 wird durch einen Isolator 24» beispielsweise eine Glashülae, abgestützt und von der Endplatte 9 der Kamer 7 auf Abstand gehalten. O-Ringdichtungen 25 sind zwischen der Endfläche des Isolators 24 und dem Plansch 26 der Hülse 23 sowie zwischen der Endfläche des Isolators 24 und der Endplatte 9 vorgesehen. Die Hülse 23 weist einen Innenflansch 27 auf, der mit dem Kern 22 einen Rücksprung ähnlich demjenigen der Kathode 6 der Fig. 1 bildet. Der Kern 22 kann auf dem Innenflansch 27, wie dargestellt, ruhen oder kann von diesem auf Abstand gehalten werden, und wird in der Bohrung der Hülse 23 an seinem der Kammer 7 abgelegenen Ende abgestützt. Der Rest des Kerns·hat einen reduzierten Durchmesser, um ein Spiel zwischen der Hülse 23 und dem Kern 22 zu bilden. Lögeher 28 sind in der Hülse 23 vorgesehen. Innere, nicht dargestellte Kühlleitungen können im Kern vorgesehen werden, damit der Kern durch eine Strömung von Kühlmittel gekühlt werden kann. Palis erwünscht, kann zumindest ein Teil der Kathode beweglich sein, um einen frischen Teil der Kathode der Ionenbeschießung darzubieten.

Die Abdeckplatte 9 der Kammer 7 ist mit einer Kegelstumpfaussparung 29 versehen, welche dem Rohr 5 der Pig. 1 entspricht. Eine nach innen vorstehende Lippe 30 ist am Ende der Aussparung 29 vorgesehen, so daß beim Betrieb des Gerätes positive Ionen die Kathode über einen kleinen Plächenbereich beschießen. Die Platte 9 trägt eine vorstehende zylindrische Wand 31, welche das untere Ende der Kathode 21 umgibt und von diesem auf Abstand gehalten ist. Die Wand 31 bildet eine Wärmeabschirmung und verhindert ungewollte Entladungen im Raum zwischen der Kathode und fern Isolator 24. Zwei Isolatorbuchsen 32 und 33 sind in der Platte 9 vorgesehen, um elektrische Verbindungen

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nach der Steuerelektrode 2 zu ermöglichen und außerdem die Möglichkeit zu sohaffen, daß die Steuerelektrode 2 mittels Halterungen 35 an der Platte 9 aufgehängt werden kann.

Die Kammer 7 ist mit einem Gaseinlaßrohr 36 und einem Gasauslaßrohr 37 versehen, welches mit einer Pumpe verbunden ist. Die Steuerelektrode 2 ist mit einem Maschenteilstück 50 versehen, welches mit der Auslaßleitung 37 fluchtet, um das · Pumpen von Gas aus dem Inneren der Kammer 7 zu unterstützen. Die Wand 8 ist mit einem Loch 38 von kleinem Durchmesser versehen, welches das Innere der Kammer 7 mit dem Inneren des zylindrischen geflanschten Rohres 4 verbindet, um dem bei Betrieb des Gerätes erzeugten Elektronenstrahl die Möglichkeit zu geben, aus zudringen und axial entlang dem Rohr 4- in die Arbeitskammer 39 zu gelangen. Die Arbeitskammer 39 ist kubisch und wird durch den Flansch 40 des Rohres 4» Seltenwände 41 und

42 und eine G-rundplatte 43 gebildet. In der Arbeitskammer 39 befindet sich ein Werkstückhalter 49» der ein Werkstück 48 trägt, welches durch den resultierenden Elektronenstrahl bearbeitet werden soll. O-Ringdichtungen 44 sind zwischen den angrenzenden Flächen der Wände 41, 42 und dem Flansch 40 und der Grundplatte

43 vorgesehen. Nicht dargestellte Zugangsöffnongen und ebenfalls nicht dargestellte Fenster können in einer odar mehreren der die Arbeitskammer 39 bildenden Wände vorgesehen, werden»

Eine elektromagnetische Linse 45 und swei Paar® voü elaktromagnetischen Ablenkwioklungen 4? siad außerhalb des Rohres 4 vorgesehen, um den resultierenden Elektronenstrahl fokussieren und ablenken zu können.

Die Platten 8 und 9» die Wand 10, &&s Robz 4 ua-ä dl« lie Arbeitskammer 39 bildenden Wände sind metallisch ual elektrisch untereinander verbunden und bilden beim Betrieb des Gerätes eine Anode.

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- ίο -

Die Kammer 7 zusammen mit der Arbeitskammer 39» dem durch die Kathode 21 und den Isolator 24 gebildeten Raum und der durch das Rohr 4 gebildete Raum bilden eine im wesentlichen gasdichte Hülle. Falls erwünscht, kann die Arbeitskammer 39 separat ausgepumpt werden, um unterschiedliche Drücke in der Kammer 7 und der Arbeitskammer 39 aufrechterhalten zu können, wobei in diesem Falle Gaseinlaß- und -auslaßleitungen in der Kammer 39 wie in der Kammer 7 vorgesehen werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten elektrischen Schaltung ist die Kathode 21 über Widerstände R1, R2 und R6 mit dem negativen Hochspannungsanechluß einer Hochspannungs-Energie-Versorgung, beispielsweise einer Energieversorgung von 30 kV 20 mA, verbunden«. Ein Kondensator 01 liegt zwischen der ¥er«° bindungsstelle der Widerstände R1 und R2 und dem positiven HocQspannungsansehluß. BIe Widerstände R1 und R2 bilden sm™ easutten mit dem Kondensates Gi eine einfach© &lättungs@<e haltung. Zwei Widerstände E3 und E4 sind zwischen der Verbindungsstelle der Widerstand® E2 und 16 wlü. dem positiven Hochspanntmgsan«- sßhXuS in Reifae gestaltet„ Di© Widerstände K 3 und E4 ein. Potentiometer_β DI© TerTainösmgsstQlle der VJiders unu. R4 Ist mit der Elektrode 2 über äl@ elektrische 34 verbunden_s so daS te©i® Betrisl) d@r Vorriehteag eins 2i?igges· spaaaung von ."beispielstreise 500 1 Ms 5 lz¥ ©ß öle StenoEelsk= trod® 2 asigel@gt wlrd_o UIe TsEtelnd^^gsstei.le swisefess. üoe·- ¥iäerständ©ii S3 mid R4 ist mit dem Anschluß B einer Sibralal= Steusreiateit 51 verbunden, die elriem iliedrigiapedanawag fite deE, In die StE-afel-Steua^eirJLielt 51 hlneinflleBenäen Stsom bildet. AnschlBß B des? StraM-Ste^erelnheit 51 1st ηΐΐ dem positiven HochspannungsansefeiiaS vei?Miadea, und eis. Hcsowl© ein Widerstand S5 sind parall@l swiscfeem dleesis. und dem Anschluß A aageseb.1©ssen, der mit der Platt« S -tos Gerätes verbunden 1st. Bas Neonlicht 53» daß garall®! siia

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Widerstand R5 geschaltet ist, leitet nur dann, wenn das Signal am Anschluß B einen vorbestimmten Wert überschreitet. Auf diese Weise wirkt das Neonlicht als ein Kurzschluß nach Erde im Falle eines Stromstoßes.

Beim Betrieb des Gerätes der Fig. 2 wird ein Gas, beispielsweise Helium oder Argon, in die Kammer 7 über die Einlaßleitung 36 eingelassen und auf einem vorbestimmten Druck von wenigen Mikron in der Kammer 7 gehalten. Der Druck wird dadurch gesteuert oder eingeregelt, daß die Strömungsmenge von Gas in die Kammer und aus dieser heraus gesteuert wird. Eine Triggerspannung wird an die Steuerelektrode 2 mittels der elektrischen Verbindung 34 angelegt_< und ein negatives Potential in der Größenordnung von 30 kV wird nach der Kathode 21 übermittelt, um eine Glimmentladung einzuleiten, die ausreicht, um einen brauchbaren Elektronenstrahl zu erzeugen. Die Wählscheibe 52 der Strahl-Steuereinheit 51 wird auf eine vorbestimmte Stellung gedreht, wodurch eine vorbestimmte Bezugsspannung ausgewählt wird. Der im Elektronenstrahl fließende Strom wird durch den Strom angezeigt, der durch den Widerstand R5 fließt. Die Spannung, die durch den durch den Widerstand R5 fließenden Strom erzeugt wird, wird von der Bezugsspannung subtrahiert, und das Signal, welches die Differenz zwischen der Bezugsspannung und der Spannung am Widerstand R5 repräsentiert, wird dann verstärkt und dazu verwendet, den Strom nach der Steuerelektrode (welcher durch ein Diodentor 54 fließt) zu regeln, um den Grad der Ionisierung im Gas und somit die Leistung des Elektronenstrahls zu steuern. Ein Schalter S1 ist vorgesehen, damit die Strahl-Steuereinheit außer Betrieb gesetzt werden kann, wodurch der Strahl abgeschaltet werden kann.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Leistung bei Triggerspannung ausreicht, eine Glimmentladung einzuleiten, aber nicht genügt, um einen brauchbaren Elektronenstrahl zu er-

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zeugen, und erst dann, wenn ein "bemerkenswerter Strom, typischerweise in der Größenordnung von 10-100 mA "bei einer Spannung in der Größenordnung von 500 V, nach der Steuerelektrode 2 von der Strahl-Steuereinheit 51 her übermittelt wird, ist die Glimmentladung in der lage, einen brauchbaren Strahl von Elektronen zu erzeugen. Die Leistung der Steuerelektrode 2, bei welcher die Glimmentladung in der Lage ist, einen brauchbaren Elektronenstrahl zu erzeugen, ist abhängig von vielen Paktoren, beispielsweise von dem verwendeten Gas, dem Druck des Gases, der an die Kathode und die Steuerelektrode angelegten Spannung und der geometrischen Anordnung der Anode, der Kathode 21 und der Steuerelektrode 2.

Die -^lektroden-Bauteilgruppe 1, die in den Pign. 1 und 2 dargestellt ist, stellt lediglich zwei Ausführungsbeispiele für Anordnungen von Elektroden dar. Es versteht sich, daß die Anode, Kathode und Steuerelektrode individuell irgendeine geeignete Form haben und in irgendeiner geeigneten Reihenfolge angeordnet sein können, derart, daß beim Anlegen einer entsprechenden Spannung an die Anode und Steuerelektrode eine Hilfs-Glimmentladung erzeugt wird und beim Anlegen einer geeigneten Spannung an die Kathode eine Haupt-Glimmentladung resultiert und ein Elektronen- oder Ionenstrahl erzeugt wird. Die Intensität des resultierenden Elektronen- oder Ionenstrahls kann durch Verändern des an die Steuerelektrode 2 angelegten Potentials gesteuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel für eine andere Anordnung von Elektroden ist in Pig. 3 dargestellt. Die ^lektroden-Bauteilgruppe 14 der Pig. 3 ist ähnlich derjenigen, die in der zugehörigen britischen Patentanmeldung 48 144/66 offenbart wird, außer dem Vorsehen der Steuerelektrode 15 zum Einleiten und/ oder unterstützen einer Haupt-Glimmentladung. Die Elektroden-Bauteilgruppe 14 besteht aus einer Kathode 16 mit einem Teilstück 17 in Form einer gekrümmten Metallplatte und einer Anode 18, die ein Maschenteilstück 19 aufweist. Durch Anlegen

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eines negativen Potentials an die Steuerelektrode 15 und Erden der Anode 18 kann eine Hilfs-Glimmentladung erzeugt werden. Die Hilfsentladung kann dazu verwendet werden, eine Hauptentladung einzuleiten oder zu unterstützen, derart, daß beim Anlegen eines geeigneten negativen Potentials an die Kathode eine Haupt-Giiinmentladung stattfindet und sick ein Elektronenstrahl ergibt. Durch Verändern des an die Steuerelektrode 15 angelegten Potentials wird die Glimmentladung verändert,und somit wird die Intensität des sich ergebenden Elektronenstrahls geändert.

Es versteht sich, daß die an die Anode und Kathode angelegten Potentiale umgekehrt werden können, so daß die Anode 18 eine Kathode und die Kathode 16 eine Anode wird, wobei ein Ionenstrahl anstelle eines Elektronenstrahls sioh ergibt, wenn geeignete Potentiale an die Anode und Kathode angelegt werden, im letzteren Falle ist die Steuerelektrode in der Nähe der Anode so angeordnet, daß durch Anlegen eines geeigneten Betriebspotentials an die Anode und Steuerelektrode eine Hilfs-Glimmentladung erzeugt werden kann. Die Hilfs-G-limmentladung kann dazu verwendet werden, eine Haupt-G-limmentladung einzuleiten, zu steuern oder zu unterstützen, so daß sich ein Ionenstrahl ergibt.

Es versteht sich, daß die Betriebsweise der Vorrichtungen nach den Fign* 1, 2 und 3 im wesentlichen öis gleiche iat* Der einzige bedeutend» iintersohieä bas-seht in dar foaem und Anordnung der Anode, Kathode und. Steuerelektrode!!.. Me Betätigung bzw. Betriebsweise der Steuerelektrode 15 ist &i# gleich· wi« die der Steuerelektrode 2«

Die elektrische Schaltung der Strahl-Steuereinheit 51 kann eine aus einer Anzahl von bekannten Rückkopplungaaohaltungen sein, die in der Lage ist^ (a) ein Differenzsignal ssu e zeugen, welches eine Anzeige für eine Differenz zwischen e.nem Eingangssignal und ein»Bezugssignal ist, und (b) das Di."^e:enzsignal zu verstärken, um ein Ausgangssignal su liefern,

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BAD OR)QINAL

welches dem Differenzsignal entspricht.

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

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- 15 69 129 Kü/A 3. 9. 1969

Patentansprüche

Gplimmentladevorrichtung, gekennzeichnet durch eine ine Einrichtung, welche ein geeignetes Gas in der Hülle auf einem vorbestimmten Druck hält, eine Elektrodenanordnung, die zumindest teilweise innerhalb der Hülle angeordnet ist oder einen Teil derselben bildet, wobei die -Elektrodenanordnung eine oder mehrere Anoden, eine kathode und eine Steuerelektrode enthält, eine Energieversorgungseinheit, welche elektrische Potentiale an die Anode oder Anoden, die Kathode und die Steuerelektrode anlegt, um eine erste Potentialdifferenz zwischen einer Anode und der Kathode zur Erzeugung einer ersten Glimmentladung aufrechtzuerhalten und um eine zweite Potentialdifferenz zwischen einer Anode und der Steuerelektrode zur Erzeugung einer zweiten Glimmentladung aufrechtzuerhalten, wobei durch die kombinierten ersten und zweiten Glimmentladungen ein Strahl von geladenen Teilchen erzeugt wird, dessen Leistungsintensität durch Verändern des an die Steuerelektrode angelegten Potentials gesteuert wird, um die Glimmentladung unabhängig von dem an die Kathode angelegten Potential zu verändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühlereinrichtung vorgesehen ist, um ein Signal zu erhalten, welches eine Anzeige für den in dem Strahl von geladenen Teilchen fließenden Strom ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche dieses Signal verwendet wird, um das an die Steuerelektrode angelegte Potential in Ansprecherwiderung auf das genannte Signal zu verändern und die Leistungsintensität des Strahls zu modulieren.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen einer Anode und der Steuerelektrode geringer ist als ein Wert, bei welchem eine sich selbst haltende G-I imm ent ladung, begleitet von der Emission eines Strahls von geladenen Teilchen, erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen einer Anode und der Kathode geringer ist als ein Wert, bei welchem eine sich selbst haltende Glimmentladung, begleitet von der Emission eines Strahls von geladenen Teilchen, erzeugt wird.

5. Kaltkathoden-Glimmentladevorrichtung, gekennzeichnet durch eine Hülle mit Gaseinlaß- und -auslaßÖffnungen, durch eine Einrichtung, welche ein geeignetes G-as auf einem vorbestimmten Druck innerhalb der Hülle hält, durch zumindest eine Elektrodeneinrichtung, die wenigstens teilweise innerhalb der Hülle angeordnet ist und eine Anode, eine Kathode und eine Steuerelektrode enthält, durch eine Einrichtung, welche ein geeignetes Potential an die Anode und die kathode vor dem Anlegen eines geeigneten Potentials an die Steuerelektrode anlegt, derart, daß beim Anlegen entsprechender Betriebspotentiale an die Anode und Steuerelektrode eine G-limmentladung erzeugt und gesteuert wird und ein Strahl von geladenen Teilchen erzeugt wird, wobei der Strahl in Richtung auf eine Behandlungszone durch die elektrischen Felder gerichtet wird, welche der Anode, Kathode und Steuerelektrode zugeordnet sind.

6. Kaltkathoden-Grlimmentladevorrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit Gaseinlaß- und -auslaßÖffnungen, durch eine Einrichtung, welche ein geeignetes Gas auf eines vorbestimmten Druck innerhalb der Hülle hält, durch zumindest eine Elektroden-Bauteilgruppe, die wenigstens teilweise innerhalb

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der Hülle angeordnet ist, wobei diese Elektroden-Bauteilgruppe eine Anode, eine Kathode und eine Steuerelektrode enthält, durch eine Einrichtung, die geeignete Betriebspotentiale an die Anode und Steuerelektrode anlegt, um eine Glimmentladung vor dem Anlegen eines geeigneten Betriebspotentials an die Kathode hervorzubringen, durch eine Einrichtung, die ein geeignetes Betriebspotential an die Kathode anlegt, derart, daß die Glimmentladung unterstützt und ein Strahl von geladenen Teilohen erzeugt wird, wobei der Strahl durch die elektrischen Felder geriohtet wird, welche der Anode und Kathode zugeordnet sind.

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