DE2128254B2 - Elektronenstrahlgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenstrahlgenerator zum Erzeugen eines flächigen Eiektronenstrahlbündels, mit tiner Linearkathode, einer Mehrzahl von sich in der Längsrichtung der Linearkathode erstreckenden und diese umgebenden, in Abständen voneinander vorgesehenen zylindrischen Elektroden von unterschiedlichem Durchmesser, die miteinander fluchtende Öffnungen für den Durchtritt des Elektronenstrahlbündels aufweisen, einem die Öffnung in der äußersten Elektrode hermetisch verschließenden elektronendurchlässigen Fenster und Isolierteilen, die die zylindrischen Elektroden stirnseitig hermetisch abdichtend miteinander verbinden.

Mit flächigen Elektronenstrahlbündeln werden beispielsweise Polymerprodukte und andere Stoffe bestrahlt, deren Eigenschaften man verändern will. Etwa können durch Bestrahlung mit einem derartigen Elektronenstrahlbündel Kunststofflacke nach dem Aufbringen auf den lackierten Gegenstand ausgehärtet werden.

Zur Erzeugung des flächigen Elektronenstrahlbündels sind punktartige Elektronenquellen bekannt, deren Elektronenstrahl durch magnetische oder elektrische Ablenkeinrichtungen auseinandergezogen wird. Diese Ablenkeinrichtungen erweisen sich jedoch als teuer und kompliziert, besonders für größere Elektronenstrahlgeneratoren.

Es sind auch Elektronenstrahlgeneratoren mit langgestreckten Linearkathoden bekannt, die von sich aus ein flächiges Elektronenstrahlbündel abgeben. Wenn eine hohe Beschleunigungsspannung erwünscht ist, müssen hierfür auf Zwischenspannungen liegende Zwischenelektroden eingefügt werden, die eine Entladung im Vakuum des Generatorbehälteis vermeiden. Es ist ein derartiger Elektronenstrahl!- generator bekannt (USA.-Patentschrift 2 887 599). bei dem die Linearkathode von zu ihr koaxial angeordneten kreiszylindrischen Elektroden umgeben ist, die in ihrer Ineinander-Anordnung am einen Ende fest eingespannt sind und jeweils am anderen Ende kolbenförmig abschließen. Durch miteinander fluchtende, jeweils auf einer Mantellinie liegende Öffnungen der Elektroden tritt der flächige Elektronenstrahl aus. Dieser Stand der Technik ergibt für

to große Elektronenstrahlgeneratoren, wie sie beispielsweise zur Lackerhärtung bei Autokarosserien verwendet werden, erhebliche bauliche und bertiebsmäßige Schwierigkeiten, einerseits durch die kolbenförmige Gestalt der nur an einem Ende gehalterten Elektroden, die ihren gegenseitigen konstanten Abstand über die gesamte Länge der unter Umständen mehrere Meter langen Elektronenquelle aufrechterhalten müssen, und andererseits hinsichtlich der Erhaltung des Vakuums; sofern eine Vakuumpumpe angebracht ist, ergeben sich Schwierigkeiten, die zahlreiche Zylinderringräume innerhalb kurzer Zeit gasfrei zu pumpen. Die bekannte Konstruktion ist also offenbar nur für kleine Anlagen mit niedriger Spannung und kleiner Elektronenbeschleunigung ge-

as dacht, bei denen Probleme der Abstände und Isolierungen einerseits sowie Probleme der Herstellung und Erhaltung des Vakuums andererseits keine große Rolle spielen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Elektronenstrahlgenerafor der eingangs genannten Art so zu konstruieren, daß er auch als verhältnismäßig große Anlage möglich ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede der beiden Stirnseiten des gesamten zylindrischen Aufbaus aus den zylindrischen Elektroden durch einen mit dem stirnseitigen Ende der äußersten zylindrischen Elektrode verbundenen Behälter abgedeckt ist, der mit einer elektrisch isolierenden Substanz gefüllt ist, und daß jede der zylindrischen Eiektroden mit Ausnahme der äußersten zylindrischen Elektrode '.umindest über einen Teil der Elektrodenfläche außer mit der Öffnung für den Durchtritt des Elektronenstrahls noch mit Löchern oder MaschenÖffnungen versehen ist. Die zylindrischen Elektroden sind also beiderseits gehaltert und nach der Außenseite hin isoliert, so daß in dieser Hinsicht der Größe der Anlage keine Grenzen gesetzt sind, andererseits aber auch die Baugröße für eine gegebene Spannung verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann, so daß hohe Elektronenbeschleunigungen mit vertretbarem Aufwand przielbar sind. Die hierbei verhältnismäßig lang erstreckten Zylinderräume, die ein großes Volumen darstellen, können durch die zusätzlichen Löcher in den Elektroden schnell evakuiert werden und luftleer gehalten werden, so daß die ermöglichte höhere Baugröße die Funktionstüchtigkeit des Elektronenstrahlgenerators nicht beeinträchtigt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen ElektronenStrahlgenerator und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den ElektronenStrahlgenerator nach Fig. 1.

Die Schnittdarstellung gemäß F i g. 1 läßt den Unterschied zwischen dem Stand der Technik und dem Gegenstand der Erfindung noch nicht erkennen. Innerhalb des Generators sind eine Linearkathode 23

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und eine Steuerelektrode 24 vorgesehen, die so an- nuntg stirnseitig abgedeckt wird. Der Behälter 34 ist

geordnet sind, daß ein von der Kathode 23 ausge- mit Liolieröl, einem isolierenden Gas, wie beispiels-

sandtes ElektronenstrahlbiincJsl auf ein aus einer weise SF₆, oder mit sonstigen flüssigen oder festen

dünnen Aluminium- oder Titanfolie bestehendes Isolierstoffen gefüllt. Diese Maßnahme ist in beson-

Strahlenfenster 27 gerichtet wird. Durch das Fenster 5 derer Weise geeignet, den Durchmesser des Ekktro-

27 tritt also ein flächiger Elektronenstrahl aus nenstrahlgenerators gering zu halten. Ware namiich

Für die Linearkathode 23 kommt nicht nur eine die aus den Beschleunigungselektroden 2«. und aus

Ausbildung als Einzelfaden oder Bandstreifen in Be- den Abstandselementen 28 bestehende Anordnung

tracht, sondern sie kann auch in Form einer Spule der Einwirkung der Außenluft ausgesetzt, so mußte

oder in Form mehrerer linear angeordneter Fäden io in der Breitenauslegung der Abstandselemente 28,

oder Spu'f.n oder in einer kombinierten Form ausge- d. h. bei der Festlegung des Abstandes zwischen den

bildet sein. Elektroden 25, die Möglichkeit eines Knechstrom-

In der Längsrichtung der Linearkathode 23 und durchschlages auf der Luftseite berücksichtigt werder Steuerelektrode 24 erstrecken sich in einer diese den, der bei einem niedrigeren Spannungsbetrag aufumspannenden Anordnung eine Vielzahl von zylin- 15 treten würde als der Durchschlag auf der Vakuumdrischen Beschleunigungselektroden 25. Die Be- seite.

schleunigungselektroden 25 sind je nach den elektro- Die Beschleunigungselektroden 25 weisen im Ge-

nenoptischen Erfordernissen im Sinne der Hervor- samt- oder in einem Teilbereich ihrer Oberfläche

bringung einer geeigneten Beschleunigung der Elek- Durchbrechungen, Löcher oder eine Maschenstruk-

tronen konzentrisch oder exzentrisch angeordnet. Die 20 tür auf. Auch die Steuerelektrode 24 kann mit sol-

Zwischenräume zwischen benachbarten Elektroden chen Löchern oder Maschenöffnungen versehen sein,

sind so gewählt, daß eine hinreichende dielektrische sofern den elektronenoptischen Erfordernissen im

Isolierung bei den ins Auge gefaßten Potentialunter- Sinne einer geeigneten Konvergenz und Beschleuni-

schieden zwischen den Elektroden gewährleistet ist. gumg des Elektronenstrahls Rechnung getragen ist.

Die Beschleunigungselektroden 25 sind jeweils mit as Bei dieser Anordnung ist die für die Evakuierung er-

öffnungen versehen, die miteinander und mit dem forderliche Zeitspanne erheblich reduziert und dar-

Fenster 27 in Flucht liegen, wobei das Elektronen- über hinaus ist auch die Betriebslebensdauer der Ka-

bündel im Durchtritt durch diese öffnungen be- thode erhöht, da sie in geringerem Maße der Emwir-

schleunigt wird. Die äußerste Beschleunigungselek- kurig noch verbliebener Gasreste ausgesetzt ist, deren

trode 26 dient als Anode wie auch als Wandrng des 30 rasche Entfernung aus dem die Kathode umgebenden

hermetisch abschließenden Aufbaus und weist in der Raum im Betrieb gewährleistet ist. Das ist vor allem

Fluchtrichtung der vorgenannten öffnungen in den dann wichtig, wenn die Innenräume verhältnismäßig

inneren Beschleunigungselektroden 25 das elektro- groß sind,

nendurchlässige Fenster 27 auf. Bei den übrigen in der Fig. 2 gezeigten Bauteilen

Wie F i g. 2 zeigt, sind diese Beschleunigungselek- 35 und Anordnungen handelt es sich um eine Hoch-

troden 25 jeweils nur an den beiden Enden durch die Spannungsquelle 29 zum Anlegen der Beschleuni-

äußerste Elektrode oder Wandung 26 gehaltert, wo- gungsspannung, eine Stromquelle 30 zum Aufheizen

bei zwischen die Elektroden isolierende Abstandsele- der Kathode 23, eine Spannungsquelle 31 für die

mente 28 eingefügt sind, während der so beschaffene Steuerelektrode 24, Widerstände 32 zum Unterteilen

Aufbau an den beiden Enden durch geeignete Hilfs- 40 der Hochspannung, eine Vakuumpumpe 33 und ab-

mittel hermetisch abgedichtet ist. So sind beispiels- gedichtete Isolierbüchsen 35 und 36.

weise ringförmige Keramikisolatoren eng anliegend Ein derartiger Elektronenstrahlgenerator, der eine

zwischen die zylindrischen Elektroden 25 eingefügt, Linearkathode von 1,0 m Länge sowie vier zylin-

und die Anordnung ist in bekannter Weise mit einem drische Beschleunigungselektroden einschließlich der

Epoxykleber hermetisch abgedichtet. 45 äußersten Elektrode aufweist und mit dem ein Elek-

Weiterhin ist ein Behälter 34 mit den beiden En- tronenstrahlbündel von 250 keV und 30 mA erzeugt

den der äußersten Elektrode oder Wandung 26 ver- werden kann, kann einen Durchmesser von 200 mm

bunden, so daß die Beschleunigungselektrodenanord- und eine Länge von 1400 mm haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronenstrahlgenerator zum Erzeugen eines flächigen Elektronenstrahlbündels, mit einer Linearkathode, einer Mehrzahl von sich in der Längsrichtung der Linearkathode erstreckenden und diese umgebenden, in Abständen voneinander vorgesehenen zylindrischen Elektroden von unterschiedlichem Durchmesser, die miteinander fluchtende Öffnungen für den Durchtritt des Elektronenstrahlbündels aufweisen, einem die Öffnung in der äußersten Elektrode hermetisch verschlfeßenden elektronendurchlässigen Fenster und Isolierteilen, die die zylindrischen Elektroden stirnseitig hermetisch abdichtend miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Stirnseiten des gesamten zylindrischen Aufbaus aus den zylindrischen Elektroden (25, 26) durch einen mit dem stirnseitigen Ende der äußersten zylindrischen Elektrode (26) verbundenen Behälter (34) abgedeckt ist, der mit einer elektrisch isolierenden Substanz gefüllt ist. und daß jede der zylindrischen Elektroden (25) mit Ausnahme der äußersten zylindrischen Elektrode (26) zumindest über einen Teil der Elektrodenfläche außer mit der Öffnung für den Durchtritt des Elektronenstrahls noch mit Löchern oder Maschenöffnungen versehen ist.