DE2030747B2 - Beschleunigungsrohr für einen Ladungsträgerstrahl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beschleuni- \ uigsrohr für einen Ladungsträgerstrahl mit einer innerhalb eines evakuierbaren Isolierkörpers angebrachten Anordnung von mehreren in axialen Abständen voneinander liegenden, mit zentralen Strahldurchtrittsöffnungen versehenen Beschleunigungselektroden, von denen jeweils zwei eine Beschleunigungsstrecke bilden, und mit mindestens einem weiteren in einem Bereich außerhalb der Beschleunigungsstrecke mindestens teilweise in den Isolierkörper eingebetteten und über die volle Länge der Beschleunigungsstrecke ausgedehnten elektrisch leitenden, das elektrische Feld formenden Element, das koaxial zur Achse der Elektroden angeordnet ist und das auf dem gleichen Potential wie die jeweils negativere der die zugehörige Beschleunigungsstrecke bildenden zwei Elektroden liegt.

Ein Beschleunigungsrohr dieser Art ist aus »IEEE-Transactions on Nuclear Science«, Bd. NS-14, 1967, Nr. 3, S. 129 bis 133, bekannt.

Ferner ist eine zur Beschleunigung von Elektronen dienende Anordnung bekannt, deren erne Beschleunigungsstrecke bildenden Leiterelemente jeweils mit elektrisch leitenden Halterungselementen verbunden sind, die in der Wandung eines evakuierbaren, aus einem festen Isolierstoff bestehenden, als zylindrischer Hohlkörper ausgebildeten Isolierkörpers, z. B.

durch Eingießen, befestigt sind, wobei wenigstens ein Leiterelement mit einem geerdeten, den Isolierkörper umgebenden Außenleiter in Verbindung steht. Der Isolierkörper umgibt hierbei die Leiterelemente jeweils mit so kleinem Abstand, daß zumindest bereichsweise die elektrische Isolierung zwischen den auf hohem negativem Potential liegenden Beschleunigungselektroden und dem Außenleiter von der elektrischen Durchschlagfestigkeit des Isolierkörpers bestimmt ist, die von Hause aus im Vergleich zum technischen Vakuum wesentlich größer ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird auf Grund der Verwendung des festen Isolierkörpers im Isolationsweg zwischen, den Beschleunigungselektroden und dem Außenleiter eine erhebliche Verkleinerung des Isolationsweges ermöglicht, so daß die Anordnung einen entsprechenden kleinen Durchmesser besitzen kann (deutsche OSenlegungsschrift 1 514 781).

Bei den bekannten Anordnungen besteht die Gefahr von Hochspannungsiiberschiägen im Innern des Isolierkörpers. Die Häufigkeit des Auftretens von Spannungsüberschlägen auf der Innenwand des Isolierkörpers ist insbesondere dann relativ groß, wenn Beschleunigungsspannungen etwa in der Größenordnung von 100 kV und darüber vorgesehen sind. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, daß — z. B. bei dem System gemäß deutsche Offenlegungsschrift 1 514 781 — unmittelbar an der Oberfläche der Isolatorinnenwand sehr hohe elektrische Feldstärken entstehen, so daß irgendwelche, im Innenra im des Isolierkörpers stets vorhandene freie Ladungstiäger. wie Sekundärelektronen u. dgl., auf Grund des Kraftlinienverlaufs des elektrischen Feldes in Richtung zur Isolatorinnenwand hin beschleunigt werden, wobei dort gegebenenfalls noch eine weitere Anzahl von Ladungsträgern freigesetzt wird. Als Folge hiervon ergeben sich dann unerwünschte Hochspannungsüberschläge, wodurch natürlich die Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit der Anordnung stark beeinträchtigt wird. Die erwähnten Erscheinungen werden nun noch dadurch in unliebsamer Weise begünstigt, daß jeweils im Bei eich eines Befestigungsanschlusses eines elektrisch leitenden Halterungselements für die Beschleunigungselektroden im Isolierkörper eine starke Zusammen drängung des elektrischen Feldes, insbesondere auch an der Isolatoroberfläche geschaffen wird, so daß hier besonders leicht die für einen Spannungsüberschlag maßgebende kritische Feldstärke überschritten werden kann, zumal in diesem Oberflächenbereich (wie auch an der übrigen Oberfläche der Isolatorinnenwand) die Kraftlinien des elektrischen Feldes unter einem die Überschlagsneigung fördernden, spitzen Winkel in die Isolatoroberfläche eintreten und so gerichtet sind, daß negative Ladungsträger im Vakuum auf die Isolatoroberfläche zu beschleunigt werden.

Schließlich besteht ein weiterer erheblicher Nachteil der letztgenannten bekannten Anordnung darin, das das resultierende elektrische Feld längs der Oberfläche der Isolatorinnenwand zwischen je zwei Befestigungsanschlüssen der Halterungselemente für die Beschleunigungselektroden parallel zur Z-Achse nicht linear verläuft und so die durch die räumliche Lage der jeweils eine Beschleunigungsstrecke bildenden Leiterelemente bedingte statische Feldverteilüng und die Kriechstromverteilung auf der isolatoroberfläche erheblich voneinander abweichen.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Beschleunigungsrohi¹ der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß selbst bei sehr hohen Beschleunigungsspannungen die Gefahr von Spannungsüberschlägen im Innenraum des Isolierkörpers beim Betrieb praktisch völlig ausgeschlossen werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Beschleunigungsrohr der eingangs genannten An dadurch gelöst, daß das weitere leitende Element

ίο die Form einer mit der Achse der Elektroden koaxialen Zylindermantelfläche hat und in den Isolierkörper vollständig eingebettet ist.

Durch die Erfindung wird in überraschender Weise die Möglichkeit geboten, die Verteilung des elektri-

is sehen Feldes im Inneren des Isolierkörpers in einer Weise vorzubestimmen, daß unmittelbar an der inneren Isolatoroberfläche wesentlich geringere Feldstärken als bisher auftreten, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß die für einen Hochspannungsüberschlag verantwortliche kritische Feldstärke erreicht wird, stark herabgesetzt werden kann.

Ganz allgemein führt die Erfindung zu einer erwünschten, linearen Verteilung der elektrischen Feldstärke längs der inneren Oberfläche des Isolierkörpers, während lediglich im Inneren der Wandungen des Isolierkörpers, hauptsächlich in unmittelbarer Nähe des freien, d. h. des mit der zugehörigen Beschleunigungselektrode bzw. dessen Halterungselement nur in elektrisch leitenden Verbindung stehenden Endes des weiteren leitenden Elements noch hohe elektrische Feldstärken auftreten können, die jedoch dort infolge der hohen Durchschlagfestigkeit des Isolierkörpers völlig unschädlich sind.

Außerdem treten die Kraftlinien des elektrischen Feldes nunmehr unter einem solchen Winkel in die Isolierkörper-Oberfläche ein, daß irgendwelche freien negativen Ladungsträger — im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen — von dieser Oberfläche weg beschleunigt werden.

Ein mehrstufiges Beschleunigungsrohr kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in der Weise ausgestaltet sein, daß jeder der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Beschleunigungsrohres angeordneten, im wesentlichen topfförmig ausgebildeten Elektrodenkörper aus einem der weiteren leitenden Elemente, das einen größeren Durchmesser aufweist, und einer mit diesem Element leitend verbundenen eigentlichen Beschleunigungselcktrode besteht, die ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen im Vergleich zu dem leitenden Element kleineren Durchmesser aufweist, und daß die Beschleunigungselektrode jeweils mit ihrem freien Ende in axialer Richtung zum voraus angeordneten Elektrodenkörpei hin, das weitere leitende Element in seinem freier Ende dagegen zum nachfolgend angeordneten Elektrodenkörper hin ausgerichtet sind, wobei je zwei dei in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Elektrodenkörper wenigstens teilweise ineinanderragen.
Hierbei können vorzugsweise die einzelnen Elek-

trodenkörper an Anzapfungen eines im Isolierkörpei mit eingebetteten, aus Widerständen bestehender Spannungsteilers angeschlossen sein.

Mehrstufige Beschleunigungsrohre mit topfförmigen, teilweise ineihanderragenden Elektroden sind ar

sich bekannt. Ebenso ist es bekannt, bei mehrstufiger Beschleunigern die Elektroden mit Abgriffen eine; Widerstands-Spannungsteilers zu verbinden.

In verschiedenen Anwendungsfällen für das er

findungsgemäß ausgebildete Beschleunigungsrohr lindrischer Hohlraum 1.9 vorgesehen ist, der mittels kann es nun noch im Sinne einer Vervollkommnung einer nicht dargestellten Pumpvorrichtung in bekanndes Linearisierungseffektes für die elektrische Feld- ter Weise evakuiert werden kann. Der Isolierkörper 1 stärke an der inneren Isolierkörper-Oberfläche von enthält in seinem Hohlraum 1.9 eine Anzahl unter-Vorteil sein, wenn gemäß weiterer Ausgestaltung der 5 einander angeordneter Beschleunigungselektroden 2 Erfindung die Wandung des Isolierkörpers jeweils im bis 6 mit jeweils zentrierter mittlerer Durchtritts-Bereich der Einbettung eines weiteren Leiterelements öffnung für einen von einer nicht dargestellten Quelle eine nach dem Inneren des Hohlraums in axialer kommenden, schematisch angedeuteten Ladungs-Richtung konvexe Krümmung aufweist. trägerstrahl 14. Handelt es sich hierbei beispielsweise

Bereits durchgeführte Erprobungen einer nach der io um einen zu beschleunigenden Elektronenstrahl, se vorliegenden Erfindung ausgebildeten Elektroden- werden die Beschleunigungselektroden 3 bis 6 etw£ anordnung bei Anordnungen zur Beschleunigung von auf folgenden Potentialstufen liegen:
Elektronen bei Beschleunigungsspannungen im Bereich von 15OkV haben ergeben, daß sich eine für Beschleunigungselektrode 3 .... 300 kV
die erstrebte Wirkung sehr günstige Ausbildung der 15 Beschleunigungselektrode 4 ... 200 kV
Anordnung dadurch eigibt, daß die in axialer Rieh- Beschleunigungselektrode 5 ... 100 kV
tung konvexe Krümmung der Wandung des Isolier- Erdpotential körpers jeweils in einem Bereich am stärksten ausge- Beschleunigungselektrode 6 ... (0 kV)
bildet ist, wo das freie, mit der Beschleunigungselektrode bzw. deren Halterungselement nicht unmittel- 20 Die einzelnen Beschleunigungselektroden 3 bis ( bar verbundene und nur in elektrisch leitender Ver- sind hierzu an entsprechende Anzapfungen 7 bis IC bindung stehende Ende eines der weiteren Leiter- einer im Isolierkörper 1 mit eingebetteten und ah elemente ir der Wandung des Isolierkörpers emge- Spannungsteiler wirkenden Widerstandskette aus der bettet ist. Widerständen 11 bis 13 angeschlossen.

Dieses freie Ende des weiteren Leiterelements kann 25 Normalerweise sind die Beschleunigungselektro· zar Verringerung der Feldstärke an seiner Oberfläche den, zwischen denen also je eine Beschleunigungsvorzugsweise mit einer ringförmigen, im Querschnitt strecke für den Elektronenstrahl gebildet wird (die im wesentlichen kreisförmigen Verdickung versehen Beschleunigungsstrecke zwischen den Beschleuni· sein. In manchen Fällen kann es dabei auch vorteil- gungselektroden 3 und 4 ist mit 15 bezeichnet), mit· haft sein, wenn die endseitige Verdickung des Leiter- 30 tels Halterungselementen in der Wandung des Isoelements durch eine ringförmige Drahtspirale gebil- lierkörpers 1 befestigt.

det ist, insbesondere dann, wenn das Leiterelement Zur speziellen Formung des elektrischen Feldes ir etwa in ein Gießharz als Isoliermaterial einge- einem außerhalb einer Beschleunigungsstrecke bebettet ist. findlichen Bereich sind nunmehr jeweils weitere Lei-Gerade mit Rücir^ht darauf l^nn es weiterhin 35 terelemente 16, 17 und 18 vorgesehen, die in dei vorteilhaft »un, wenn das weitere Lagerelement eben- Wandung des Isolierkörpers 1 vollständig eingebettet falls in Form eines zu einer Zylindermantelfläche ge- mit einer jeweils zugeordneten Beschleunigungselek· bogenen Drahtgeflechts ausgebildet ist, das in der trode 3, 4, 5 des Beschleunigungsbereichs leitend ver· Wandung des aus Gießharz bestehenden Isolierkör- bunden und jeweils in einer mit der Achse der Bepers eingegossen ist. 4° schleunigungselektroden 3, 4 und 5 koaxialen Zylin-

Weiterhin besteht die Möglichkeit, das weitere dermantelfläche angeordnet sind. Diese Leiterleitende Element durch Metallierung einer hierfür elemente 16, 17 und 18 umgeben somit jeweils dit vorgesehenen Fläche innerhalb der Wandung des zugehörige Beschleunigungsstrecke, z. B. die Streckt Isolierkörpers zu bilden. Diese metallisierte Fläche 15, und auch zumindest teilweise die diese Beschleumuß natürlich wieder mit der zugehörigen Beschleu- 45 nigungsstrecke jeweils bildenden Beschleunigungsnigungselektrode bzw. mit deren Halterung in elek- elektroden 4, 5, 6 in einem zur Achse des Rohre· trisch leitender Verbindung stehen. radialen Abstand.

Es ist günstig, wenn das weitere elektrisch leitende Bei der weiteren Betrachtung der Anordnung gc

Element aus einem Material hoher Wärmeleitfähig- maß Fig. 1 läßt sich noch feststellen, daß sich dit

keit besteht. 50 Leiterteile 3 und 16, 4 und 17 sov\ie 15 und 18 prak

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden tisch jeweils zu einem einzigen, im wesentlichen topf

Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in förmig ausgebildeten Elektrodenkörper baumäßig zu-

F i g. 1, 3 und 4 der Zeichnung dargestellt sind, näher sammenfassen lassen. Es besteht dann jeder Elek

erläutert, wozu in F i g. 2 noch eine bekannte Anord- trodenkörper zwischen der in Beschleunigungsrich

nung zum Vergleich dargetsellt ist. Es zeigt 55 tung ersten und letzten Elektrode des mehrstufiger

Fig. 1 schematisch einen Axial-Schnitt durch Beschleunigungsrohres somit aus einem zur Feld

einen Abschnitt eines mehrstufigen Beschleunigungs- formung jeweils außerhalb einer Beschleunigungs

rohres, strecke dienenden, hohlzylindrischen Leiterelemen

F i g. 2 schematisch einen Axial-Schnitt durch ein 17 bzw. 18 mit einem vergleichsweise größerer

bekanntes Elektronenstrahl-Erzeugungssystem, 60 Durchmesser und aus einer mit diesem Leiterelemen

Fig. 3 schematisch einen Axial-Schnitt durch ein 17 bzw. 18 leitend verbundenen, eigentlichen Be

weiteres Elektronenstrahl-Erzeugungs- und Beschleu- schleunigungselektrode 4 bzw. 5, die ihrerseits eben-

nigungsrohr und falls hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen ver-

F i g. 4 eine Detail-Ansicht der Anordnung gemäß gleichsweise geringen Durchmesser aufweist, wo-

F i g. 3 in einem größeren Maßstab. 65 bei die hohlzylindrische BescMeunigungselektrcde A

Das in F i g. 1 dargestellte BescMeunigungsrohr bzw. 5 mit ihrem freien Ende in axialer Richtung

für Ladungsträgerstrahlen besitzt einen zylindrischen zum jeweils voraus angeordneten Elektrodenkörpei

Isolierkörper 1, in dessen Innerem ein ebenfalls zy- hin, das Leiterelement 17 bzw. 18 mit seinem freier

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Ende jedoch, iri, entgegengesetzter axialer Richtung, d. h. zum jeweils nachfolgend angeordneten Elektroden körper; hin.ausgerichtet ist und wobei je zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Elektrodenkörper dieser Änordirung wenigstens teilweise ineinanderfagen. Durch eine derartige teilweise Überlappung der sich in Axiälrichturig ausdehnenden Teile von je zwei aufeinanderfolgenden Elektrödeiikörpern dpi wie vorstehend beschriebenen Ausführung wird

Der Pfeil 35 deutet die Richtung des aus der Anodenbohrung herauskommenden, beschleunigten Elektronenstrahls an.

Zu dem ElektronenstrEhl-Erzeugungssystcm der in Fig. 2 gezeigten Ausführung gehören an sich noch vor allem eine Vorrichtung zum Evakuieren des Innenraumes des Isolierkörpers 21 sowie elektrische Versorgungseinrichtungen bzw. -leitungen für das

_u>. «.>. ,„,.„„„ν.,.. „„... - ,, - Kathodensystem. Derartige Bauteile sind jedoch der

also erreicht, daß das jeweilige im Isolierkörper voll- io Übersichtlichkeit halber aus der F i g. 2 weggelassen ständig eingebettete und zur beabsichtigten Formung worden, zumal sie für das Verständnis der vorliegendes elektrischen Feldes in einem außerhalb einer Beschleunigungsstrecke befindlichen Bereich dienende
weitere Leiterelemenl 16, 17 bzw. 18 in der erforderlichen Weise diese Beschleunigungsstrecke und die 15
zugehörigen Teile der Beschleunigungselektroden in
einem zur Achse der Elektrodenanordnung radialen
Abstand umgibt. Ausgangsseitig weist das mehrstufige Beschleunigungsrohr die Endelektrode 6 auf,

den Erfindung an sich ohne Bedeutung sind. Hierfür ist vielmehr der folgende Sachverhalt von Wichtigkeit:

Wie an Hand des im rechten Teil des Systems gemäß F i g. 2 eingezeichneten Verlaufs der in der vertikalen Schnittebene liegenden Äquipotentiallinien, die gemeinsam mit 36 bezeichnet sind, erkennbar ist, liegt eine starke Zusammendrängun3 des entsprechen-

dfe'rnil einem den°lso!ierkörpcr 1 umgebenden, z. B. »0 den elektrischen Feldes in einem Bereich vor, in dem

sich das Randteil 25 a des Tragerings 25 für das Kathodensystem in der Wandung des Isolierkörpers 21 befindet. Dieser elektrisch leitende Tragering 25 mit seinem Randteil 25 α liegt nämlich auf demselben

auf Erdpotential liegenden Außenleiter 2 verbunden ist.

In der Fi ζ. 2 ist ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem bekannter Bauart dargestellt. Es enthält ·,·,,,,, j , hauptsächlich ein Vakuum-Gehäuse, das aus einem 25 hohen Potential wie das kathodensystem, das gegenhohlzylindrischen Isolierkörper 21 besteht, auf des- über der auf Erdpotential hegenden Anode 29 z^B. sun äußerer Mantelfläche ein geerdeter elektrische. eine PotentialdifFerenz yon 15OkV aufweist. .Jer Leiter ->4 in Form einer Blech-lmmantelung vorge- hierzu vergleichsweise kleine Potentialunterschied . ■" zwischen Wehnelt-Elektrode 26 auf der einen und ^SC \m Inmrn des Isolierkörpers 21 ist ein Kathoden- 30 Glühkathode 27 sowie Tragering 25 auf der anderen system mit hochspannungsführenden Teilen angwrd- Seite kann bei dieser Betrachtung vernachlässigt net. wobei die elektrische Isolierung zwischen diesem werden

KathodensvNtem und der metallischen Umhüllung 24 Der durch die gegebene Anordnung der elektrisch

im wesentlichen von der Durchschlagfestigkeit des leitenden Teile des Elektronerstrahl-Erzeugungs-IsolWkörpers 21 bestimmt wird. Das Kathoden- 35 system., das sird also im vorliegenden Falle hauptsvs'lem ist mit Hilfe eines Trageringes 25 am Isolier- sächlich das Kathodensystem mit Wehneltelektrode körner 21 befestigt Der Tragering 25 ist mit seinem 26. der Tragering 25/25« und die Anode 29, beals Verankerung "ausgebildeten und aus elektrischen dingte Potentialgradient hat eine stark nichtlineare Gründen abgerundeten Randteil 25 a in die Wandung Verteilung der elektrischen Feldstärke, insbesondere ^& Di Berührungsfläche 4° auch an der inneren Oberfläche des Isolierkörpers 21

zur Folge, so daß es hier Oberflächenbereiche bzw. -stellen gibt, an denen die elektrische Feldstärke leicht einen kritischen Betrag annehmen bzw. überschreiten kann, bei dem es zu elektrischen Über-

des Isolierkörpers eingegossen
zwischen dem Randteil 25 σ und dem Isolierkörper 21 ist hierbei so groß gewählt, daß der von der heißen Kathode im B'-uieb über den Tragering 25 abfließende Wärmestrom die Berührungsstellen mit dem Isolierkörper 2J

kann. Das auf

Kathodensystem besteht aus einer Wehneltelektrode 26. in deren Steueröffnung eine V-förmige Glühkathode 27 liegt, die ihrerseits in einer Halterung 28

es zu

nicht übermäßig hoch erwärmen 45 schlagen kommt. Außerdem besitzen die in die innere Hochspannungspotential liegende Oberfläche des Isolierkörpers 21 eintretenden Kraft-" ' linien des resultierenden elektrischen Feldes Eintrittswinkel, gemäß denen irgendwelche freien negativen Ladungsträger, wie Sekundärelektronen, unter dem

befestiet ist Die Oberseite des Isolierkörpers 21 ist 5" Einfluß des elektrischen Feldes zum Isolierkörper hin

mit einem leicht lösbaren Deckel 22 versehen, der beschleunigt werden und damit die Überschlagswahr-

ebenfalls aus Isoliermaterial besteht und als Konus scheinlichkeit noch weiter erhöhen. Schließlich ist

mit einer isolierenden und vakuumdichten Gummi- noch zu erwähnen, daß im Bereich der Verankerung

manschette 23 ausgebildet ist ^des Tragrings 25 im Isolierkörper 21 eine erhebliche

An der oeeenüberliegenden Seite des Isolierkörpers 55 thermische Belastung des Gießharzes eintritt, da der

21 ist eine Anode 29 angeordnet, die eine teils zylin- Tragering auch sehr gut wärmeleitend mit dem

drische, teils trichterförmige Innenbohrung aufweist und in den Hohlraum des Isolierkörpers 21 ragt, derart, daß zwischen der Öffnung der Wehneltelektrode 26 und der Anodenöffnung eine Beschleunigungsstrecke 31 für die aus der Steueröffnung der Wehnelt-Elektrode 26 heraustretenden Elektronen gebildet wird. Die Unterseite des Isolierkörpers 21 sitzt vakuumdicht auf einer mit der Anode 29 einstückig verbundenen Platte 30, die ihrerseits mit einem Flansch 24 α der geerdeten metallischen Umhüllung 24 in Verbindung steht. Die Anode 29 befindet sich somit ebenfalls auf Erdpotential.

auch sehr gut wärmeleitend mit Kathodensystem in Verbindung steht, so daß es unter Umständen zu durch thermische Überlastung bedingten Abgasungseffekten kommen kann.

Die obenerwähnten nachteiligen Erscheinungen und Schwierigkeiten lassen sich jedoch mit Hilfe einer erfindungsgemäß ausgebildeten Elektrodenanordnung weitestgehend vermeiden, wie an Hand der F i g. und 4 noch im einzelnen aufgezeigt werden soll.

Fig. 3 zeigt im Axialschnitt schematisch ein Elektronenstrahl-Erzeugungs- und Beschleunigungsrohr, das mit dem in Fi g. 2 dargestellten System zum Teil gewisse Übereinstimmungen aufweist, weshalb für

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gleiche Teile die gleichen Bezugszifrern verwendet daß Stellen besonderer Zusammendrängung des elek werden. Gemäß Fig. 3 ist ein evakuierbarer Isolier- irischen Feldes an der Isolatoroberfläche vermiedei körper 21' vorgesehen, innerhalb dessen ein Ka- werden. Wie Messungen ergeben haben, läßt sich be thodensystem mit den Teilen 25, 26', 27 und 28 und der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung, wif weiterhin eine Anode 29' untergebracht sind. Ein 5 sie in Fig. 3 beispielsweise dargestellt ist, eint elektrisch leitender Tragering 25 ist einerseits mit der Verminderung des Feldstärkenmaximums an der IsoKathode 27 bzw. ihrer Halterung leitend verbunden latoroberfläche um wenigstens den Faktor 3 er- und andererseits mit seinem abgerundeten Randteil reichen, wobei jetzt die Kraftlinien des elektrischer 25 α in der Wandung des Isolierkörpers 21' befestigt. Feldes in Richtungen auf die Isolatoroberfläche zi Der Isolierkörper 21' ist auch wieder mit einem io verlaufen und unter solchen Winkeln dort eintreten Deckel 22, 23 versehen. Die im wesentlichen hohl- daß zufällig erzeugte sekundäre negative Ladungszylindrische Anode 29' ist leitend mit einer an der träger, wie z. B. sekundäre Elektronen, von der IsoUnterseite des Isolierkörpers 21' angeordneten Platte latoroberfläche weg beschleunigt v/erden.
30 verbunden, die ihrerseits mit einem Flansch 24a Die Fig. 3 zeigt weiterhin analog zur Darstellung eines den Isolierkörper 21' unmittelbar umgebenden, .15 gemäß Fig. 2 den neuen Verlauf der in der vertika" geerdeten metallischen Außenleiters 24 in Verbin- len Schnittebene liegenden, gemeinsam mit 36' bedung steht. zeichneten Äquipoteniiallinien, und zwar von dei

In der Wandung des aus Gießharz bestehenden Achse der Beschleunigungsstrecke 31 zur rechts He-Isolierkörpers 21' ist nun ein weiteres elektrisches genden Innenwand des Isolierkörpers 21' hin. Man Leiterelement 34 vollständig eingebettet, das im we- 20 erkennt insbesondere, daß der Oberflächenbereich in sentlichen die Form eines mit der Achse des Strahl- unmittelbarer Umgebung des in der Isolierkörpererzeugungssystems koaxialen Zylindermantels besitzt, wandung verankerten Randteils 25« des auf Hochder an seiner oberen ringförmigen Seite mit dem spannungspotential liegenden Tragerings 25 praktisch Randteil 25 a des Tragerings 25 leitend verbunden feldfrei ist, während in der z-Richlung die Dichte der ist, so daß das weitere leitende Element 34 auf dem 25 Äquipotentiallinien und damit auch die Dichte der gleichen elektrischen Potential wie das Kathoden- Kraftlinien des zugehörigen elektrischen Feldes längs system liegt. der Isolatoroberfläche zwar zunächst zunimmt, dann

Dieses Leiterelement 34 besitzt die Aufgabe, das praktisch jedoch konstant bleib., ohne daß Zentren

elektrische Feld in einem Bereich außerhalb der ein hoher elektrischer Feldstärke an der Isolatorober-

starkes Potentialgefälle aufweisenden Beschleuni- 30 fläche gebildet werden.

gungsstrecke 31. d. h. also hauptsächlich in dem 10 Diese Erscheinung der Linearisierung des elektri-

tations>ymmetrischen Bereich zwischen den Be- sehen Feldes läßt sich an Hand der Fi e.. 4 noch \u·-

schleunigungselcktroden 26'. 29' des Elektronen- sentlich deutlicher erkennen. In der Fi g. 4 ist ein

strahl-Erzeugungssystems und der Innenwand des vergrößerter Ausschnitt aus dem Elektronenstrahl

Isolierkörpers 21'. in gewünschter Weise zu beein- 35 Erzeugungssystem gemäß der Fig. 3 dargestellt, vvo-

flussen und zu formen. Die im wesentlichen hohl- bei es sich um den eine konvex gekrümmte OHe;

zylindrische Anode 29' ist hierbei mit ihrem relativ fläche aufweisenden Bereich des Isolierkörpers IY

engen Hals in axialer Richtung recht weit hoch in handelt, in dessen Wandung das zur Feldformun:·

den Innenraum des Isolierkörpers 21' gezogen und dienende weitere Leiterelement 34 eingegossen ist.

liegt mit ihrer oberen Bohrungsöffnung in relativ ge- 40 das einerseits mit dem Randteil 25α des auf Ku: h«¹

ringem Abstand von der Steueröffnung der Wehnelt- denpotential liegenden Tragerings 25 verbunden W.

elektrode 26'. andererseits an seinem freien Ende zur Vermeidung

Das sich vom Tragring 25 aus innerhalb der Iso- eines elektrischen Durchschlags im Isoliermaterial

lierkörperwandur,£ in praktisch entgegengesetzter eine ringförmige Drahtspirale 32 trägt Zusätzlich z.;

axialer Richtung w?e die Anode 29' erstreckende 45 dem Verlauf der Äquipotentiallinien ist im Bereich

Leiterelement 34 ist hinsichtlich seiner Ausdehnung des Übergangs vom Vakuum zum Isolierkörper 2!

parallel zur Achsrichtung so ausgebildet, daß es so- in der Ffg. 4 auch die Linienschar der im Ber-id;

wohl die Beschleunigungsstrecke 31 als auch das der Isolatoroberfläche auftretenden gestrichelt »c

Kathodensystem mit der Wehneltelektrode 26' und zeichneten Feldlinien zu erkennen. " "

einen gewissen Teil der Anode 29' koaxial umgibt. 50 Hieraus läßt sich die Tatsache der durch die F.rfin-

wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. An seinem unteren dung erzielbaren linearen Verteilung der elektrischen

Rand ist das Leiterelement 34 mittels einer ringför- Feldstärke längs der inneren Isolatoroberfläche be-

migen Drahtspirale 32 abgeschlossen. Die Wandung sonders gut und übersichtlich ableiten

des Isolierkörpers 21' weist im Bereich der Einbet- Es ist schließlich noch erwähnenswert, daß infolge

tung des Leiterelements 34 im Gießharz eine nach 55 der vollständigen Einbettung des weiteren elektri-

dem Innenraum hin in axialer Richtung konvexe sehen Leiterelements im Gießharz und der hiermit

Krümmung 33 auf, die an der Stelle am stärksten automatisch gegebenen vergrößerten Wärmekontakt-

ausgebildet ist, wo das freie Ende 32 des weiteren fläche ein weiterer Vorteil zu verzeichnen ist nämlich

Leiterelements 34 im Gießharz liegt. Durch die ge- die verbesserte Wärmeleitung vom heißen Traeering

schilderten Maßnahmen wird insgesamt erreicht, daß 5o 25 durch den Isolierkörper 21' hindurch an den

die elektrische Feldstärke längs der inneren ge- Außmantel 24, insbesondere, wenn das Leiterelement

krümmten Oberfläche des Isolierkörpers 21' im we- 34 aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit,

sentlichen gleichmäßig, d. h. linear, verteilt ist, so z. B. Kupfer, besteht. °

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Beschleunigungsrohr für einen Ladungsträgerstrahl mit einer innerhalb eines evakuierbaren Isolierkörpers angebrachten Anordnung von mehreren in axialen Abständen voneinander liegenden, mit zentralen Strahldurchtrittsöffnungen versehenen Beschleunigungselektroden, von denen jeweils zwei eine Beschleunigungsstrecke bilden, und mit mindestens einem weiteren in einem Bereich außerhalb der Beschleunigungsstrecke mindestens teilweise in den Isolierkörper eingebetteten und über die volle Länge der Beschleunigungsstrecke ausgedehnten elektrisch leitenden, das elektrische Feld formenden Element, das koaxial zur Achse der Elektroden angeordnet ist und das auf dem gleichen Potential wie die jeweils negativere der die zugehörige Beschleunigungsstrecke bildenden zwei Elektroden liegt, zo dadurch gekennzeichnet, daß das weitere leitende Element (16, 17, 18; 32, 34) die Form einer mit der Achse der Elektroden (3, 4, S, 16; 26', 29') koaxialen Zylindermantelfläche hat und in den Isolierkörper (1; 21') vollständig eingebettet ist.

2. Mehrstufiges Beschleunigungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Beschleunigungsrohres angeordneten, im wesentliehen topfförmig ausgebildeten Elektrodenk. >rper aus einem der weiteren leitenden Elemente (16, 17,18), das einen größeren Durchmesser aufweist und einer mit diesem Element leitend verbundenen eigentlichen Beschleunigungselektrode (4,5,6) besteht, die ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet

ist und einen im Vergleich zu dem leitenden Element (16, 17, 18) kleineren Durchmesser aufweist, und daß die Beschleunigungselektrode (z. B. S) jeweils mit ihrem freien Ende in axialer Richtung zum jeweils voraus angeordneten Elektrodenkörper (z. B. 4, 17) hin, das weitere leitende Element (z. B. 18) mit seinem freien Ende dagegen zum nachfolgend angeordneten Elektrodenkörper (z. B. 6) hin ausgerichtet sind, wobei je zwei der in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Elektrodenkörper wenigstens teilweise ineinander ragen (Fig. 1).

3. Mehrstufiges Beschleunigungsrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektrodenkörper an Anzapfungen (7 bis 10) eines im Isolierkörper (1) mit eingebetteten, aus Widerständen (11 bis 13) bestehenden Spannungsteilers angeschlossen sind.

4. Beschleunigungsrohr nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Isolierkörpers (21') jeweils im Bereich der Einbettung eines der weiteren leitenden Elemente (32, 34) eine nach dem Inneren des Hohlraums in axialer Richtung konvexe Krümmung (33) aufweist (F i g. 3).

5. Beschleunigungsrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Krümmung (33) der Wandung des Isolierkörpers (21') jeweils dort am stärksten ausgebildet ist, wo das freie, nicht unmittelbar mit der Beschleunigungselektrode (25 a) bzw. mit deren Halterungselement in Verbindung :*"*"»nde Ende (32) eines der weiteren leitenden Elemente (34) in der Wandung des Isolierkörpers (21^ eingebettet ist

6. Beschleunigungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren leitenden Elemente (34) jeweils an ihrem freien, nicht mit der zugehörigen Beschleunigungselektrode (25 a) bzw. mit deren Halterungselement in Verbindung stehenden Ende mit einer ringförmigen und im Querschnitt im wesentlichen kreisförmigen Verdickung (32) versehen sind.

7. Beschleunigungsrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitige Verdickung des weiteren leitenden Elements (34) durch eine ringförmige Drahtspirale (32) gebildet ist.

8 Beschleunigungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren elektrisch leitenden Elemente jeweils in Form eines zu einer Zyiindermantelfläclie gebogenen Drahtgeflechts ausgebildet sind, das in der Wandung des aus Gießharz bestehenden Isolierkörpers (1; 21') eingegossen ist.

9. Beschleunigungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren elektrisch leitenden Elemente jeweils durch Metallisierung einer hierfür vorgesehenen Fläche innerhalb der Wandung des Isolierkörpers (1; ZV) gebildet sind.

10. Beschleunigungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren elektrisch leitenden Elemente jeweils aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen.