DE2128255A1

DE2128255A1 - Elektronenstrahlgenerator

Info

Publication number: DE2128255A1
Application number: DE19712128255
Authority: DE
Inventors: Kazuo; Shimizu Yasuhiro Toyonaka; Shinohara Koichi Osaka Arakawa (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1971-06-07
Publication date: 1971-12-30
Also published as: US3816790A; GB1294436A; DE2128255C3; NL7107763A; FR2095986A5; CA934887A; NL150615B; DE2128255B2

Description

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MATSUSHITA ELECTRIC IMDUSTEIAL CO.,. LTD. Osaka, Japan

Elek tro ne η s trahl gener a to r

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Elektronenstrahlgenerator und insbesondere auf eine Vorrichtung dieser Art> die zur •Erzeugung eines stationären (nicht abgelenkten) und flächigen Elektronenbündels mit einer Energie in der Größenordnung von 100 bis 500 ke7 geeignet istο

Die Erfindung hat zur Hauptaufgabe, einen Elektronenstrahlgenerator der vorbezeichneten Art zu schaffen, der eine vorteilhafte Bauweise hat und kompakt ausgelegt ist»

Elektroiienstrahlgenerato ren wie beispielsweise der sog* Cockoroft-ßenerator, der van-de-Graaff-Beschleuniger und ein Beschleuniger mit Resonanztransformator dienen unter anderem zur Bestrahlung von Polymerprodukten und anderen Stoffen, wenn man die Eigenschaften dieser Materialien verändern will.

Diese Beschleuniger sind mit einer punktartigen Elektronenquelle versehen.- Der von der Elektronenquelle herrührende lineare

Elektronenstrahl

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Elektronenstrahl wird durch ein Beschleunigungsfeld- "beschleunigt und dann durch eine magnetische oder elektrische Ablenkeinrichtung zum gleichmäßigen Bestrahlen eines Objekts aufgefächert.

Heuerdings ist ein Elektronenstrahlgeneratpraitwickelt worden, der auf einem anderen Prinzip beruht als die obigen Beschleuniger. Dieser neue Elektronenstrahlgenerator weist eine lineare Elektronenquelle auf und kann daher als Linearkatodenbeschleuniger bezeichnet werden. Bei einem solchen Elektronenstrahlgenerator wird ein von der linearen Elektronenquelle herrührendes flächiges Elektronenbündel nach einer in geeigneter Weise vorgenommenen ί Beschleunigung auf das Bestrahlungsobjekt gerichtet. Die Ablenk- und Fokussiereinrichtungen entfallen also, so daß man in dieser Weise einen kompakten und nicht aufwendigen Elektronenstrahlgenerator erhält.

Die Erfindung soll nun anhand der beigegebenen Zeichnungen beschrieben werden. Barin zeigen:

Hg. 1 und 2 Querschnittsansichten, bekannter Elektronenstrahl genera tor en, wobei zusätzlich die Spei se Stromkreise in Form eines Blockschaltbildes dargestellt sind;

WLg. 3 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlgeneratorsj und .

Mg.. 4 eine Unteransicht der Elektrodenanordnung bei " dem in ELg. J dargestellten Generator.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, bei der es sich um eine Querschnittsansicht des obenerwähnten,.neu entwickelten und bekannten Elektronenstrahlgenerators handelt,· der ein evakuiertes Gehäuse 2 mit einem aus einer dünnen Aluminium- oder Titanfolie bestehenden Strahlenfenster 1 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 2 sind eine Linearkatode 3 ^un(i eine Steuerelektrode 4 vor ge se-^: hen, die so angeordnet sind, daß ein von der Katode 3 ausgesandtes Elektronenstrahlbündel auf das Fenster 1 gerichtet wird, während zwischen der Katode 3 ^und dem Gehäuse 2 eine hohe Spannung angelegt ist, um das Elektronenbündel zu beschleunigen, wobei das Gehäuse als geerdete Anode dient. Durch das Fenster 1 tritt also ein flächiger Elektronenfluß aus. Bei den übrigen, in Fig. 1 gezeigten Teilen

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und Bauelementen handelt es sich im einzelnen um eine Hochspannungsquelle 5 zum Anlegen der Beschleunigungsspannung, eine Stromquelle 6 zum Aufheizen der Linearkatode 3, eine Spannungsquelle 7 für die Steuerelektrode 4, Isolierbüchsen 8 und eine Vakuumpumpe 9 zum Evakuieren des Gehäuses 2.

E ei dem obenbeschriebenen Elektronenstrahlgenerator ist die Energie des ausgesandten Elektronenstrahls infolge des dielektrischen Durchschlagverhaltens des Unterdruckraumes jedoch auf annähernd 100 keV begrenzt. Die Durchschlagspannung eines Unterdruckraums ist bekanntlich nicht der Entfernung zwischen den Elektroden proportional, sondern nähert sich wegen des sog. Gesamtspannungseffekts einem bestimmten Konstantwert. Besonders ausgeprägt ist diese Tendenz in einem Vakuumraum, der im Betrieb ständig evakuiert 'bleibt, wobei der Gipfelwert der Durchschlagspannung im Vakuum in der Praxis bei etwa 100 keV liegt.

Zur Ermöglichung eines Arbeitens mit einer höheren Beschleunigungsspannung und somit zur Erzeugung eines Elektronenbündels von höherer Energie ist ein mehrstufiges Beschleunigungssystem entwickelt worden, das auf einem ähnlichen Prinzip beruht wie der van-de-Graaff-Beschleuniger.

Figur 2 zeigt einen Elektronenstrahlgenerator von dieser Art, bei dem die mehrstufige Beschleunigungsanordnung durch abwechselndes Übereinanderschichten von Beschleunigungselektroden 10 und isolierenden Abstandselementen 11 gebildet ist, wobei außerdem Hilfsmittel wie beispielsweise ein Spannungsteiler 12 vorgesehen sind, um an die einzelnen Beschleunigungselektroden'geeignete Beschleunigung^ spannungen anzulegen. In Fig. 2 sind außerdem noch eine Linearkatode IJ, eine Steuerelektrode 14? eine obere Platte 15, eine untere Platte l6, ein in der unteren Platte 16 vorgesehenes Strahlenfenster 17, eine Hochspannungsquelle 1Θ zum Anlegen der Beschleunigungsspannung, eine Stromquelle 19 zur Heizstromversorgung der Linearkatode 13, eine Spannungsquelle 20 für die Steuerelektrode 14, Isolierbüchsen 21 und eine Vakuumpumpe 2.2 gezeigt..

Bei der obigen Anordnung" haben die isolierenden Abstandselemente 11 cia Form rechteckig-länglicher Rahmen. Die Länge eines

solchen

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solchen Rahmens kann bis zu 1 m oder gar bis zu 2 m betragen. Es liegt auf der Hand, daß es in der Praxis sehr schwierig ist, durch Übereinanderschichten solcher langen Rahmen und Elektroden einen hermetisch abdichtenden Aufbau zu konstruieren. Ein weiterer Nachteil der obigen.Anordnung liegt in der Tatsache, daß der Anschluß der Vakuumpumpe nur in die geerdete untere Platte 16 verlegt werden kann, an der das Fenster 17 vorgesehen ist und die vorzugsweise von hemmenden Vorsprungen freigehalten werden sollte. Eine Alternativmaßnahme zur Umgehung dieser Schwierigkeit bestünde darin, die Vakuumpumpe an der oberen Platte 15 anzuordnen, die ein hohes Potential hat", und für den Betrieb der Vakuumpumpe eine gegen Erde isolierte, gesonderte Stromversorgung vorzusehen. Doch ist eine solche Anordnung in baulicher Hinsicht unpraktisch.

Durch die Erfindung werden die bei dem bekannten Elektronenstrahlgenerator in Erscheinung tretenden Schwierigkeiten ausgeschalte t.

" Erreicht wird dies durch eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlgenerators mit einer zum Aussenden eines flächigen Elektronenbündel ε dienenden Linearkatode und mit einer Vielzahl von zylindrischen Elektroden, die in der Weise hintereinander angeordnet sind, daß sie die Bahn des flächigen Elektronenbündels umspannen.

Aus der Darstellung der Pig. 3> die in schematisierter

" Form das für den Aufbau des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlgenerators Wesentliche zeigt, ist ersichtlich, daß eine Linearkatode 23, eine Steuerelektrode 24 sowie eine Vielzahl von zylindrischen Beschleunigungselektroden 25 vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie die Bahn des von der Linearkatode 23 ausgesandten flächigen Elektronenbündels umspannen. Die Zwischenräume zwischen den Elektroden sind so gewählt, daß deren dielektrische Isolierung gegeneinander bei den ins Auge gefaßten Potentialunterschieden gewährleistet i8t. In der Längenauslegung der Beschleunigungselektroden 25 und hinsichtlich ihrer jeweiligen Lageanordnung läßt man sich von elektronenoptisohen Gesichtspunkten unter Berücksichtigung der erforderlichen Beschleunigung der Elektronen leiten. Die zylindrischen Elektroden 25 können eine beliebige Quersohnittsform haben, doch ist

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eine rechteokige Form gemäß der Barstellung der Fig. 4 typisch und wird sowohl im Hinblick auf fertigungstechnische Erfordernisse wie auch auf die einzuhaltenden elektronenoptischen Bedingungen bevorzugt. Der äußerste Zylinder 26 dient als geerdete Anode und gleichzeitig auch als Gehäusekörper des Generators. Am Gehäuseboden ist ein-elektronendurchlässiges Fenster 27 vorgesehen, durch welches das Elektronenbündel austritt. Die zylindrischen Beechleunigungselektroden 25 sind an der Oberseite des Gehäuses 26 in Isolierteilen 28 gehaltert und sind mit diesen Isolierteilen 28 in einer hermetisch abdichtenden Anordnung fest verbunden. So können beispielsweise zwischen die Endteile der zylindrischen Elektroden 25 längliche Keramikblöcke 28 eingefügt sein, wobei die Anordnung mittels einee Epoxyklebers in bekannter Weise hermetisch abgedichtet ist.

Bei den übrigen, in Fig. 3 gezeigten Bauelementen und Vorrichtungen handelt es sich im einzelnen um eine Hochspannungsquelle 29 zum Anlegen der Beschleunigungsspannung, eine Stromquelle 30 zur Beheizung der Katode 23> eine Spannungsquelle 31 für die Steuerelektrode 24» Widerstände 32 zum Teilen der hohen Spannung, eine Vakuumpumpe 33» eine obere Platte 34 und abdichtende Isolierbüchsen 35·

Es braucht nicht besonders betont zu werden, daß es sich bei der Linearkatode 23 nicht notwendigerweise um einen Einzelfaden oder Band streifen handeln muß, sondern daß diese auch als Spule oder in Form mehrerer linear angeordneter Fäden oder Spulen oder in einer kombinierten Form ausgebildet sein kann.

Ein erfindungsgemäßer Elektronenstrahlgenerator, der eine Linearkatode von 2 m Länge sowie außer der Anode 26 zwei zylindrische Beschleunigungselektroden 25 von rechteckiger Querschnittsform aufweist und mit dem ein Elektronenstrahlbündel von 200 keV und 30 mA erzeugt werden kann, hat die Abmessungen 2500 x 250 χ 250 mm, wobei die Einbauhöhe annähernd nur ein Drittel derjenigen eines typischen van-de-Graaff-Beschleunigers mit entsprechender Leistung beträgt.

Im Rahmen der Erfindung ist auch die Konstruktion eines Elektronenstrahlgenerators der 500-keV-KLasse möglich, indem man zu diesem Zweck weitere Beschleunigungselektroden vorsieht.

Patentanspruch

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Claims

Patentanspruch

1. Elektronenstrahlgenerator, gekennzeichnet durch eine Linearkatode (23) zur Aussendung eines flächigen Elektronenstrahlbündels und eine Vielzahl von zylindrischen Elektroden (25), die in einer die Bahn des flächigen Elektronenstrahlbündels umspannenden Anordnung hintereinander vorgesehen sind.

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