DE2030747C3 - Beschleunigungsrohr für einen Ladungsträgerstrahl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beschleunigungsrohr für einen Ladungsträgerstrahl mit einer innerhalb eines evakuierbaren Isolierkörpers angebrachten Anordnung von mehreren in axialen Abständen voneinander liegenden, mit zentralen Strahldurch'.rittsöffnungen versehenen Beschleunigungsclektroden, von denen jeweils zwei eine Beschleunigungsstrccke 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 eine 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.

jurch Eingießen, befestigt sind, wobei wenigstens ein Leiterelement mit einem geerdetein, 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 Oflenlegungsschrift 1 514 781).

Bei den bekannten Anordnungen besteht die Gefahr von Hochspannungsüberschlägen 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 Innenraum des Isolierkörpers stets vorhandene freie Ladungsträger, 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 Hochspannungsiiberschläge, 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 Bereich eines Befestigungsanschlusses eines elektrisch leitenden Halterungselements für die Beschleunigungselektroden im Isolierkörper eine starke Zusammendrängung 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 Feldverteilung und die Kriechstromverteilnng auf der Isolatoroberfläche erheblich voneinander abweichen.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Beschleunigungsrohr der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß selbst bei sehr hohen Beschleunigungsspannungen die Gefahr von Spannungsüberschlägen im Innenraum des Isolier-

s körpers beim Betrieb praktisch völlig ausgeschlossen werden kann.

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

id 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 elektrisehen 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 Beschleunigungselektrodc 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 Beschleunijungsrohres 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 Beschleunigungselektrode 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 vot aus angeordneten Elektrodenkörpei hin, das weitere leitende Element in seinem freier Ende dagegen zum nachfolgend angeordneten Elcktrodenkörper Hin ausgerichtet sind, wobei je zwei dci in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Elektro denkörper wenigstens teilweise ineinandcrragen.

Hierbei können vorzugsweise die einzelnen EIek trodenkörper an Anzapfungen eines im Isolierkörpe mit eingebetteten, aus Widerständen bestehendet Spannungsteilets angeschlossen sein.

Mehrstufige Beschleunigungsrohre mit topfförmi gen, teilweise ineinanderragenden Elektroden sind ai

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

In verschiedenen Anwendungsfällen für das er

β J

Sndungsgemäß ausgebildete Beschleunigungsrohr lindrischer Hohlraum 19 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 19 eine Anzahl unter-Vorteil sein, wenn gemäß weiterer Ausgestaltung der S einander angeordneter Beschleunigungselektroden 3 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, so vorliegenden Erfindung ausgebildeten Elektroden- werden die Beschleunigungselektroden 3 bis 6 etwa anordnung bei Anordnungen zur Beschleunigung von auf folgenden Potentialstufen liegen:
Elektronen bei Beschleunigungsspannungen im Bereich von 150 kV haben ergeben, daß sich eine für Beschleunigungselektrodc 3 300 kV

die erstrebte Wirkung sehr günstige Ausbildung der 15 Beschleunigungselektrode 4 200 kV

Anordnung dadurch ergibt, 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- Bcschleunigungselektrode 6 — (0 kV)
bildet ist, wo das freie, mit der Beschleunigungselektrode bzw. deren Halterungselement nicht unmittel- »o Die einzelnen Beschleunigungselektroden 3 bis 6 bar verbundene und nur in elektrisch leitender Ver- sind hierzu an entsprechende Anzapfungen 7 bis 10 bindung stehende Ende eines der weiteren Leiter- einer im Isolierkörper 1 mit eingebetteten und als elemente in der Wandung des Isolierkörpers einge- Spannungsteiler wirkenden Widerstandskette aus den bettet ist. Widerständen 11 bis 13 angeschlossen.

Dieses freie Ende des weiteren Leiterelements kann »5 Normale weise sind die Beschleunigungselektrozur 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 Beschleunisein. In manchen Fällen kann es dabei auch vorteil- gungselektroden 3 und 4 ist mit IS bezeichnet), mithaft sein, wenn die endseitige Verdickung des Leiter- 30 tels Halterungsclementen in der Wandung des Isoelements durch eine ringförmige Drahtspirale gebil- lierkörpers 1 befestigt.

det ist. insbesondere dann, wenn das Leitcrelemcnt Zur speziellen Formung des elektrischen Feldes in etwa in ein Gießharz als Isoliermaterial einge- einem außerhalb einer Beschleunigungsstrecke bebettet ist. Findlichen Bereich sind nunmehr jeweils weitere Lei-Gerade mit Rücksicht darauf kann es weiterhin 35 terclemcntc 16, 17 und 18 vorgesehen, die in der vorteilhaft sein, wenn das weitere Leiterelement eben- Wandung des Isolierkörpers 1 vollständig eingebettet, falls in Form eines zu einer Zylindermantelfläche ge- mit einer jeweils zugeordneten Beschleunigungselekbogenen 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 Bcpcrs eingegossen ist. 40 schleunigungselektroden 3, 4 und S koaxialen Zylin-

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

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

Element aus einem Material hoher Wärmeleitfähig- maß F i g. 1 läßt sich noch feststellen, daß sich die

keit besteht. 5» Leiterteile 3 und 16, 4 und 17 sowie 15 und 18 prak-

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

Beschreibung von Ausfühnmgsbeispielen, die in förmig ausgebildeten Elektrodenkörper baumäßig zu·

Fig. 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 Lciterelemen

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

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 huhlzylindrisch ausgebildet ist und einen ver

V 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 Beschleunigungselektrode <

Das in Fig. I dargestellte Beschleunigungsrohr bzw. 5 mit ihrem freien Ende in axialer Richtun;

für I adungsträgerslrnhien besitzt einen zylindrischen /um jeweils voraus angeordneten Elektrodenkörpe

Isolierkörper I. in Jossen Innerem ein ebenfalls /\ hin. t!as I ei! erde men I 17 Ivw. 18 mit seinem freie:

Ende jedoch in entgegengesetzter axialer Richtung, d. h. zum jeweils nachfolgend angeordneten Elektrodenkörper, hin ausgerichtet ist und wobei je zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Elcktrodcnkörper dieser Anordnung wenigstens teilweise incinandcrragen. Durch eine derartige teilweise Überlappung fler sich in Axialrichtimg ausdehnenden Teile von je zwei aufeinanderfolgenden Elektrodcnkörpern der wie vorstehend beschriebenen Ausführung wird

— — _σ —

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

Wie an Hand des im rechten Teil des Systems gemäß Fig. 2 eingezeichneten Verlaufs der in der vertikalen Schnitlebenc liegenden Äquipotentialünien die gemeinsam mit 36 bezeichnet sind, erkennbar ist. liegt eine starke Zusammendrängung des entsprechen-

Der Pfeil 35 deutet die Richtung des aus dei
Anodenbohrung herauskommenden, beschleunigter
Elektronenstrahls an.

Zu dem EIcktronenstrahl-Erzeugungssystcm der ir 5 F i;;. 2 gezeigten Ausführung gehören an sich noch vor allem eine Vorrichtung zum Evakuieren des Innenraumes des Isolierkörpers 21 sowie elektrische Versorgungseinrichtungen bzsv. -leitungen für da: Kalhodcnsystcm. Derartige Bauteile sind jedoch dei also erreicht, daß das jeweilige im Isolierkörper voll- io Übersichtlichkeit halber aus der Fig. 2 weggelasser ständig eingebettete und zur beabsichtigten Formung worden, zumal sie für das Verständnis der vorliegendes elektrischen Feldes in einem außerhalb einer Be- '
schleunigungsstrecke befindlichen Bereich dienende
weitere I.eitcrelemcnt 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 Beschlcunigungsrohr die F.ndelcktrode 6 auf,

die mit einem den Isolierkörper 1 umgebenden, z. B. 20 den elektrischen Feldes in einem Bereich vor, in dem auf Erdpotential liegenden Außenleiter 2 verbun- sich das Randteil 25 a des Tragcrings 25 für dai den ist. Knthodcnsystcm in der Wandung des Isolierkörpers

In der Fig. 2 ist ein Elcktronenstrahl-Erzeugungs- 21 befindet. Dieser elektrisch leitende Tragcring 25 system bekannter Bauart dargestellt. Es enthält mit seinem Randteil 25 a liegt nämlich auf demselben hauptsächlich ein Vakuum-Gehäuse, das aus einem 25 hohen Potential wie das Kathodensystem, das gcgcnhohlzylindrischcn Isolierkörper 21 besteht, auf des- über der auf Erdpotential liegenden Anode 29 z. B. sen äußerer Mantelfläche ein geerdeter elektrischer eine Potentialdiffcrenz von 15OkV aufweist. Der I.eii'.T 24 in Form einer Blcch-Ummantelung vorgc- hierzu vergleichsweise kleine Potentialimterschicd sehen ist. zwischen Wehnclt-EIcktrodc 26 auf der einen und

Im Innern des Isolierkörpers 21 ist ein Kathoden- 30 Glühkathode 27 sowie Tragering 25 auf der anderen system mit hochspannungsführenden Teilen angeord- Seile kann bei dieser Betrachtung vernachlässigt

werden.

Der durch die gegebene Anordnung der elektrisch leitenden Teile des Elektronenstrahl-Erzeugungs-Isolierkörpers 21 bestimmt wird. Das Kathoden- 35 systems, das sind also im vorliegenden Falle hauptsystem ist mit Hilfe eines Trageringes 25 am Isolier- sächlich das Kathodensystem mit Wehnelt-Elcktrode körper 21 befestigt. Der Tragcring 25 ist mit seinem 26. der Tragcring 25,25 a und die Anode 2'J. bcals Verankerung ausgebildeten und aus elektrischen dingte Potcntialgradient hat eine stark nichtlineare Gründen abgerundeten Randteil 25 α in die Wandung Verteilung der elektrischen Feldstärke, insbesondere des Isolierkörpers eingegossen. Die Berührungsfläche 4° auch an der inneren Oberfläche des Isolierkörpers 21 zwischen dem Randteil 25 a und dem Isolierkörper zur Folge, so daß es hier Oberflächcnbcreiche bzw 21 ist hierbei so groß gewählt, daß der von der heißen -stellen gibt, an denen die elektrische Feldstärke-Kathode im Betrieb über den Tragering 25 ab- leicht einen kritischen Betrag annehmen bzw. überfließende Wärmestrom die Bcrührungsstellcn mit dem schreiten kann, bei dem es zu elektrischen Uber-Isolierkörper 21 nicht übermäßig hoch erwärmen 45 schlagen kommt. Außerdem besitzen die in die innere kann. Das auf Hochspannungspotential liegende Oberfläche des Isolierkörpers 21 eintretenden Kraft-Kathodensystem besteht aus einer Wehneltelektrode linien des resultierenden elektrischen Feldes Eintritts-26. in deren Steueröffnung eine V-förmige Glüh- winkel, gemäß denen irgendwelche freien negativen kathode 27 liegt, die ihrerseits in einer Halterung 28 Ladungsträger, wie Sekundärelektronen, unter dem befestigt 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 Überschlagswahrebenfalls aus Isoliermaterial besteht und als Konus scheinlichkeit noch weiter erhöhen. Schließlich ist mit einer isolierenden und vakxramdichten Gummi- noch zu erwähnen, daß im Bereich der Verankerung manschette 23 ausgebildet ist. des Tragrings 25 im Isolierkörper 21 eine erhebliche

An der gegenüberliegenden Seite des Isolierkörpers 55 thennische 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 Beschleunigungs- ^6o
strecke 31 für die aus der Steueröffnung der Wehnelt-

net. wobei die elektrische Isolierung zwischen diesem Kathodensystem und der metallischen Umhüllung 24 im wesentlichen von der Durchschlagfestigkeit des

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 ⁶5 Flansch 24 a der geerdeten metallischen Umhüllung 24 in Verbindung steht. Die Anode 29 befindet sich somit ebenfalls auf Erdpotential.

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. 3 und 4 noch im einzelnen aufgezeigt werden soll.

Fig. 3 zeigt im Axialschnitt schematisch ein Elektror.enstrahl-Erzeugungs- und Beschleunigungsrohr, das mit dem in Fig. 2 dargestellten System zum Teil gewisse Übereinstimmungen aufweist, weshalb füi

9 10

gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet daß Stellen besonderer Zusammendrängung des elckwerden. Gemäß Fig. 3 ist ein evakuierbarer Isolier- trischen Feldes an der Isolatoroberfläche vermieden körper 21' vorgesehen, innerhalb dessen ein Ka- werden. Wie Messungen ergeben haben, läßt sich bei thodensystem mit den Teilen 25, 26', 27 und 28 und der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung, wie weiterhin eine Anode 29' untergebracht sind. Ein 5 sie, in Fig. 3 beispielsweise dargestellt ist, eine elektrisch leitenJer 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 jetzi die Kraftlinien des elektrischen 25(7 in der Wandung des Isolierkörpers 21'befestigt. Feldes in Richtungen auf die Isolatoroberfläche zu 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 werden.
30 verbunden, die ihrerseits mit einem Flansch 24α Die Fig. 3 zeigt weiterhin analog zur Darstellung eines den Isolierkörper 21' unmittelbar umgebenden, 15 gemäß Fig. 2 den neuen Verlauf der in der vertikageerdeten metallischen Außenleiter; 24 in Verbin- len Schnittebene liegenden, gemeinsam mit 36' bedung steht. zeichneten Äquipotcntiallinien, und zwar von der

In der Wandung des aus Gießharz bestehenden Achse der Beschleunigungsstrecke 31 zur rechts He-Isolierkörpers IY ist nun ein weiteres elektrisches gendcn Innenwand des Isolierkörpers ZY 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 α des auf Hochder an seiner oberen ringförmigen Seite mit dem spannungspotential liegenden Tragerings 25 praktisch Randteil 25 λ des Tragerings 25 leitend verbunden feldfrei ist, während in der z-Richtung 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 bleibt, ohne daß Zentren elektrische Feld in einem Bereich außerhalb der ein hoher elektrischer Feldstärke an der Isolatoroberstarkes Potentialgefälle aufweisenden Bcschleuni- 30 fläche gebildet werden.

gungsstrecke 31. d. h. also hauptsächlich in dem ro- Diese Erscheinung der Linearisierung des elektritationssymmetrischen Bereich zwischen den Be- sehen Feldes läßt sich an Hand der F i g. 4 noch \veschleunigungselektroden 26', 29' des Elektronen- sentlich deutlicher erkennen. In der Fig. 4 ist ein strahl-Erzeugungssystems und der Innenwand des vergrößerter Ausschnitt aus dem Elektronenstrahl-Isolierkörpers 21', in gewünschter Weise zu bccin- 35 Erzeugungssystem gemäß der Fig. 3 dargestellt, woflüssen und zu formen. Die im wesentlichen hohl- bei es sich um den eine konvex gekrümmte Oberzylindrische Anode 29' ist hierbei mit ihrem relativ fläche aufweisenden Bereich des Isolierkörpers 21 engen Hals in axialer Richtung recht weit hoch in handelt, in dessen Wandung das zui Feldformune den Innenraum des Isolierkörpers IY gezogen und dienende weitere Leiterelement 34 eingegossen ist liegt mit ihrer oberen Bohrungsöffnung in relativ gc- 40 das einerseits mit dem Randteil 25« des auf Kathoringcm Abstand von der Steueröffnung der Wehnelt- denpotential liegenden Tragerings 25 verbunden ist elektrode 26'. andererseits an seinem freien Ende zur Vermeidung

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

lierkörperwandung in praktisch entgegengesetzter eine ringförmige Drahtspirale 32 trägt. Zusätzlich zt

axialer Richtung wie die Anode 29' erstreckende 45 dem Verlauf der Äquipotentiallinien ist im Bereicr

Leiterelement 34 ist hinsichtlich seiner Ausdehnung des Übergangs vom Vakuum zum Isolierkörper 21

parallel zur Achsrichtung so ausgebildet, daß es so- in der F i g. 4 auch die Linienschar der im Bereich

wohl die Beschleunigungsstrecke 31 als auch das der Isolatoroberfläche auftretenden gestrichelt ge·

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 Erfin-

wie aus F i g. 3 ersichtlich ist. An seinem unteren dung erzielbaren linearen Verteilung der elektrischer

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 infolgf

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 hiermi

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, nämlitf

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

schilderten Maßnahmen wird insgesamt erreicht, daß 6r 25 durch den Isolierkörper 21' hindurch an dei

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

krümmten Oberfläche des Isolierkörpers 2V 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 Besch'leunigungsstrecke ia 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 dei die zugehörige Beschleunigungsstrecke bildenden zwei Elektroden liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere leitende Element (16, 17, 18; 32, 34) die Form einer mit der Achse der Elektroden (3, 4, 5, 16; 26', 29') koaxialen Zylindermantelfläche hat und in den Isolierkörper (1; 21'} vollständig eingebettet ist.

2. Mehrstufiges Beschleunigungsiohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zwischen dem Einga 3 und dem Ausgang des Beschleunigungsrohres angeordneten, im wesentliehen topfförmig ausgebildeten Eleki-odenkörper aus einem der weiteren leitenden Eleniente (16, 17,18), das einen größeren Durchmesstr 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 (ζ. 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. i).

3. Mehrstufiges BeschJeunigungsrohr 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 Ansprüche 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 (2Sa) bzw. mit deren Halterungselement in Verbindung stehende Finde (32) eines der weiteren leitenden Elemente (34) in der Wandung des Isolierkörpers (21') eingebettet ist.

6. Beschleunigungsrohr nach einem der Ansprüche I 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 ! bis 7, dadurch gekennzeichnet, dab die weiteren elektrisch leitenden Elemente jeweils in Form eines zu einer Zylindermantelfläche 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: 21') gebildet sind.

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