DE2134513A1

DE2134513A1 - ELECTRON EMITTING SOURCE WITH A CATHODE ELEMENT AND AN ARRANGEMENT FOR HEATING THE CATHODE ELEMENT

Info

Publication number: DE2134513A1
Application number: DE19712134513
Authority: DE
Inventors: Joel H Fink
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-07-10
Filing date: 1971-07-10
Publication date: 1973-01-25

Description

Elektronen emittierende Quelle mit einem Kathodenelement sowie einer Anordnung zur Aufheizung des Kathodenelementes Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Elektronen emittierende Quellen und insbesondere auf eine Verbesserung auf dem Gebiet Elektronen emittierender Quellen mit stabförmiger Kathode.Electron-emitting source with a cathode element and a Arrangement for heating the cathode element The present invention relates to electron-emissive sources in general and to an improvement in particular in the field of electron-emitting sources with a rod-shaped cathode.

Die derzeit im Einsatz befindliche stabfbrmige Kathode verwendet eine zylindrische Heizwendel, in die die stabförmige Kathode eingesetzt ist. Dabei sind eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen, die den Abstand der Heizwendel von der stabförmigen Kathode begrenzen, so daß sich verschiedene betriebliche Nachteile ergeben. Die gegebene Begrenzung hinsichtlich des Wendeldurchmesse« und die Notwendigkeit, eine Stabkathode mit großem Durchmesser verwenden zu müssen, um eine maximale Elektronenemission zu erzeugen, führen dazu, daß die Heizwendel unter temperaturbegrenzten Bedingungen arbeitet. Daraus ergibt sich wiederum ein instabiles Arbeitsverhalten, da der Heizwendelstrom gegenüber Temperaturänderungen äußerst empfindlich ist.The rod-shaped cathode currently in use uses a cylindrical heating coil into which the rod-shaped cathode is inserted. Are there a number of factors to consider that affect the distance of the heating coil from the Limiting rod-shaped cathode, so that there are various operational disadvantages result. The given limitation with regard to the helix diameter "and the need to Having to use a rod cathode with a large diameter in order to achieve maximum electron emission to generate, lead to the fact that the heating coil under temperature-limited conditions is working. This in turn results in an unstable working behavior, since the heating coil current is extremely sensitive to temperature changes.

Ferner stellen die Anforderungen an die Ste4figkeit der Heizwendel eine Begrenzung hinsichtlich des praktisch realisierbaren Durchmessers der Heizwendel dar, was wiederum den Durchmesser der Stabkathode begrenzt. Diese Einengung des Stabkathoden-Durchmessers begrenzt den von der Stabkathode erzeugten Elektronenstrahl-Strom erheblich.There are also requirements for the rigidity of the heating coil a limitation with regard to the practically realizable diameter of the heating coil which in turn limits the diameter of the rod cathode. This narrowing of the Rod cathode diameter limited that generated by the rod cathode Electron beam current considerably.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten Beschränkungen zu vermeiden.The object of the present invention is to overcome the aforementioned limitations to avoid.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Elektronen emittierende Quelle mit einem Kathodenelement zur Emission eines Elektronenstrahls bei erhöhter Temperatur sowie einer Anordnung zur Aufheizung des Kathodenelementes erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Aufheizung eine Mehrzahl diskreter, Sekundärelektronen emittierender Elemente aufweist, die in die Oberfläche des Kathodenelementes mit Elektronen bombardierender (nicht-koaxjaler) Zuordnung neben dem Kathodenelement angeordnet sind.An electron-emitting source is used to solve this problem with a cathode element for emission of an electron beam at an elevated temperature as well as an arrangement for heating the cathode element according to the invention thereby characterized in that the arrangement for heating a plurality of discrete, secondary electrons having emitting elements, which are in the surface of the cathode element with Electrons bombarding (non-coaxial) assignment next to the cathode element are arranged.

Durch diese erfindungsgemäße Zuordnung de Heizwendel zu dem stabförmigen Kathodenelement wird die Ausgestaltung der Heizwendel unabhängig von den Stabkathoden-Abmessungen. Ferner unterliegt der Abstand der Heizwendeln von dem stabförmigen Kathodenelement nicht in dem Umfang Beschränkungen, wie sie bei der konzentrischen Zuorde C--ffiL'LdCi und Stabkathode nach dem Stand der Technik auftreten. Der erfindungsgemäß mögliche Abstand der Heizwendeln von dem stabförmigen Kathodenelement gestattet es, die Heizwendeln unter raumladungsbegrenzten Bedingungen arbeiten zu lassen, so daß der Heizwendelstrom gegenüber der Heizwendeltemperatur praktisch unempfindlich gemacht wird. Dadurch wird insgesamt eine Stabilität erreicht, wie sie der bekannte Aufbau einer von einer einzelnen Heizwendel umgebenen Stabkathode nach dem Stand der Technik nicht zu bieten vermag.By this assignment according to the invention de heating coil to the rod-shaped Cathode element, the design of the heating coil is independent of the rod cathode dimensions. Furthermore, the distance between the heating coils and the rod-shaped cathode element is subject not to the extent of restrictions as in the case of the concentric assignments C - ffiL'LdCi and rod cathode occur according to the prior art. The possible according to the invention The distance between the heating coils and the rod-shaped cathode element allows the heating coils to let work under space charge-limited conditions, so that the heating coil current is made practically insensitive to the heating coil temperature. Through this overall stability is achieved, as is the case with the known structure of one of a Individual heating coil surrounded rod cathode according to the prior art not to offer able.

Der nach Belieben wählbare Abstand der Heizwendeln von der Stabkathode ermöglicht es auch, der Stabkathode einen ausreichend großen Durchmesser zu verleihen, um den gewünscht@n Elektronenstrahl-Strom zu erzeugen.The freely selectable distance between the heating coils and the rod cathode also makes it possible to give the rod cathode a sufficiently large diameter, to generate the desired @ n electron beam current.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anband von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. l perspektivisch eine Schnittansicht eines AusfUhrungsbeispiels der Erfindung; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Anordnung ähnlich Fig. 1, jedoch mit etwas abgewandelten Querschnitten der Heizwendeln; Fig. 3 perspektivisch eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels nach der Erfindung; Fig. 4A teilweise im Schnitt Teilansichten zweier typischer mög-und 4B licher Stabkathodenausführungent und Fig. 5 perspektivisch eine Ansicht einer Heizwendel-/Stabkathodenanordnung nach dem Stand der Technik.The invention is set forth below along with other features of embodiments in conjunction with the associated drawing explained. The drawing shows: FIG. 1 a perspective sectional view of a AusfUhrungsbeispiels the invention; Fig. 2 is a plan view of a similar arrangement 1, but with somewhat modified cross-sections of the heating coils; 3 in perspective a sectional view of a further embodiment according to the invention; Fig. 4A partially in section partial views of two typical possible and 4B light rod cathode designs and FIG. 5 shows a perspective view of a heating coil / rod cathode arrangement according to FIG the state of the art.

Im einzelnen läßt in der Zeichnung Fig. 1 eine allgemein mit 1 bezeichnete Elektronen emittierende Quelle mit einem beispielsweise aus Wolfram, Tantal oder Molybdän bestehenden Kathodenelement 3, Heizwendeln 5 und 7 sowie einem Wärmeschild 11 erkennen. Die Entwicklung dieser, einen Wolframstab verwendenden Kathodenbauart geht auf E. B. Bas des Schweizer Instituts für Technologie in Zürich zurück. Die Herstellung eines soichen als Bolzen- oder Stabkathode bezeichneten Kathodenelementes aus einem hochschmelzenden Material, das jedoch eine niedrige Verdampfungsgeschwindigkeit aufweist, wird in einem Aufsatz von E B. Bas, erschienen in Z.In detail, FIG. 1 shows a generally designated 1 in the drawing Electron-emitting source with a for example made of tungsten, tantalum or Molybdenum existing cathode element 3, heating coils 5 and 7 and a heat shield 11 recognize. The development of this type of cathode using a tungsten rod goes back to E. B. Bas of the Swiss Institute for Technology in Zurich. the Manufacture of a cathode element called a bolt or rod cathode Made of a high melting point material, but which has a low evaporation rate has, is in an article by E B. Bas, published in Z.

Angew Physics 7, S. 337 (1955), untersucht.Angew Physics 7, p. 337 (1955).

Entsprechend Fig. 1 ist ein Ende des stabförmigen Kathodenelementes 3 an einer geeigneten Halterung 2 befestigt. Eine ebene Stirnfläche 13 des Kathodenelementes 3 bildet die Elektronen emittierende Fläche. Die Erfindung ist dabei nicht in der grundsätzlichen Entwicklung des Kathodenelementes 3, sondern einer vorteilhaften Weiterbildung der zur Aufheizung des Kathodenelementes erforderlichen Anordnung zu sehen.1 is one end of the rod-shaped cathode element 3 attached to a suitable holder 2. A flat end face 13 of the cathode element 3 forms the electron-emitting surface. The invention is not in the basic development of the cathode element 3, but an advantageous one Further development of the arrangement required for heating the cathode element to see.

Die herkömmliche konzentrische Anordnung einer Stabkathode 8 und einer Heizwendel 9 ist mit Fig. 5 wiedergegeben. Wie allgemein bekannt, kann die Heizwendel 9 durch Hindurchleiten von Strom aufgeheizt werden, und nach Erreichen einer kritischen Temperatur ist sie dann in der Lage, Elektronen zu emittieren. Die Stabkathode 8 wird durch die Heizwendel 9 erhitzt, die dabei nicht nur Energie abstrahlt, sondern als die Stabkathode 8 mit Elektronen bombardierende Hilfskathode dient. Die emittierten Elektronen werden durch ein zwischen der Heizwendel 9 und der Stabkathode 8 aufgebautes Feld emittiert und bilden einen Bombardement-Strom, der auf die Flache der Stabkathode 8 auftrifft. Infolge der anfänglichen Aufheizung der Heizwendel 9 und des Elektronenbombardements der Stabkathode 8 steigt die Temperatur der Stabkathode 8 auf einen Wert an, bei dem Elektronen von der Stirnfläche 13 emittiert werden.The conventional concentric arrangement of a rod cathode 8 and one Heating coil 9 is shown in FIG. 5. As is well known, the heating coil 9 can be heated by passing electricity through, and after reaching a critical Temperature it is then able to emit electrons. The rod cathode 8 is heated by the heating coil 9, which not only radiates energy, but serves as the auxiliary cathode bombarding the rod cathode 8 with electrons. The emitted Electrons are built up between the heating coil 9 and the rod cathode 8 The field is emitted and forms a bombardment current that hits the surface of the rod cathode 8 occurs. As a result of the initial heating of the heating coil 9 and the electron bombardment the rod cathode 8, the temperature of the rod cathode 8 rises to a value at the electrons are emitted from the end face 13.

Die so emittierten Elektronen können mit Hilfe eines geeigneten Beschleunigungefeldes (nicht dargestellt) inform eines Elektronenstrahls l5 von der Stirnfläche 13 zu einer Target-Elektrode oder Anode (nicht dargestellt) beschleunigt werden.The electrons emitted in this way can with the help of a suitable acceleration field (not shown) in the form of an electron beam 15 from the end face 13 a target electrode or anode (not shown) are accelerated.

Eine genauere Untersuchung der Arbeitsweise dieser bekannten Stabkathoden-Ausführung mit einer einzelnen Heizwendel zeigt, daß sich im Einsatz verschiedene Nachteile ergeben. Die konzentrische Anordnung von Stabkathode 8 und Heizwendel 9 beschränkt sowohl den Wendel- als auch den Stabdurchmesser und begrenzt dadurch den Abstand zwischen der Wendel und dem Stab. Der Wendeldurchmesser ist durch die an die Festigkeit der Wendel zu stellenden Anforderungen beschränkt. Wie experimentell ermittelt und von E. B. Bas aaO. berichtet, soll der Innendurchmesser der Heizwendel 9 kleiner als etwa das Sechs- bis Achtfache des Wendeldrahtdurchmessers sein, um einen zuverlässigen Wendelaufbau zu erhalten. Daher muß eine Wendel mit großem Innendurchmesser aus einem Draht mit proportional großem Durchmesser hergestellt sein. Der große Durchmesser des Drahtes begrenzt die Steigung der Wendel und verringert somit die praktisch verwirklichte Länge der Wendel. Die an sich vorhandenen Vorteile eines großen Drahtdurchmessers werden weit@r durch die Forderung wettgemacht, den Heizstrom in Abhängigkeit vom Quadrat des halben Drahtdurchmessers zu vergrößern, um einen bestimmten Wert an Joule'scher Wärme je tängeneinheit zu erzielen. Praktische Grenzen hinsichtlich des verwendbaren Stromes lassen eine beliebige Wahl der Drahtabmessungen nicht zu. Es zeigt sich ferner, uaß diese Begrenzung der Wendelabmessungen den Einsatzbereich und die Stabilität des Betriebsverhaltens der herkömmlichen Stabkathode einschränkt.A more detailed examination of the mode of operation of this known rod cathode design with a single heating coil shows that there are various disadvantages in use result. The concentric arrangement of rod cathode 8 and heating coil 9 is limited both the helix and the rod diameter, thereby limiting the distance between the helix and the rod. The coil diameter is due to the strength the requirements to be imposed on the helix are limited. As determined experimentally and by E. B. Bas, op. cit. reported, the inner diameter of the heating coil 9 should be smaller than about six to eight times the helical wire diameter to be reliable To obtain spiral structure. Therefore, a helix with a large inner diameter must be used be made of a wire with a proportionally large diameter. The big diameter of the wire limits the pitch of the helix and thus reduces the practically realized length of the helix. The inherent advantages of a large wire diameter are further compensated for by the requirement to increase the heating current as a function of the Square of half the wire diameter to enlarge to a certain value to achieve Joule heat per unit of length. Practical limits on of the usable current do not allow any choice of wire dimensions. It also shows that this limitation of the helix dimensions affects the area of application and limits the stability of the performance of the conventional rod cathode.

Die Elektronen-Emissionsdichte der Stabkathode 8 ist eine Funktion der Stabtemperatur und des Stabdurchmessers. Die in der Praxis maximal zulässige Arbeitstemperatur wird durch die Verdampfungsgeschwindigkeit der Wolfram-Stabkathode 8 begrenzt, die ihrerseits die nutzbare Betriebsdauer der Kathode bestimmt. Daher hängt der maximal zulässige Wert des Elektronenstrahl-Stroms, der bei der konzentrischen Wendel-/Kathodenanordnung zur Verfügung steht, von dem Durchmesser der Wendel, dem Durchmesser der Stabkathode und der Arbeitstemperatur der Stabkathode ab.The electron emission density of the rod cathode 8 is a function the bar temperature and the bar diameter. The maximum permissible in practice Working temperature is determined by the evaporation rate of the tungsten rod cathode 8, which in turn determines the useful life of the cathode. Therefore depends on the maximum permissible value of the electron beam current, which is the case with the concentric Helix / cathode assembly is available from the diameter of the helix, the Diameter of the rod cathode and the working temperature of the rod cathode.

Um bei der konzentrischen Wendel-/Kathodenanordnung ein Maximum für den von der Stirnfläche 13 ausgehenden Elektronenstrahl-Strom zu erhalten, muß der maximal mögliche Durchmesser der Stabelektrowerden @@@ @@@@@@@ @@@ @@@@@@@@@@@@@@@@ @@@ @@@@@@@@@@ de verweneet,-»re- er durch aen @nnendurchmesser cier @e@zwe@@@@ vorgegeben wird. Die Verwendung einer Stabkathode mit maximalem Durchmesser verringert den Abstand zwischen der Stabkathode 8 und der Heizwendel 9 auf ein Minimum. Dies ergibt einen Aufbau hoher Perveanz, wobei die Perveanz von der Ausgestaltung und dem Abstand von Heizwendel 9 und Stabkathode 8 abhängt. Eine Herleitung von Gleichungen für Strom und Spannung als eine Funktion des Abstandes für verschiedene Elektrodenformen findet sich in "Vacuum Tubes", K.In order to achieve a maximum for the concentric coil / cathode arrangement To obtain the electron beam current emanating from the end face 13, the maximum possible diameter of the rod electric earths @@@ @@@@@@@ @@@ @@@@@@@@@@@@@@@ @@@ @@@@@@@@@@ de verweneet, - »reer through aen @nndiameter cier @ e @ zwe @@@@ is specified. The use of a rod cathode with a maximum diameter is reduced the distance between the rod cathode 8 and the heating coil 9 to a minimum. this results in a build-up of high perveance, the perveance of the design and the distance between the heating coil 9 and the rod cathode 8 depends. A derivation of equations for current and voltage as a function of distance for different electrode shapes can be found in "Vacuum Tubes", K.

R. Spangenberg, Kapitel 8, 1948. Der Aufbau hoher Perveanz bei der herkömmlichen Heizwendel-/Stabkathodenanordnunq führt zu einer niedrigen Bombardement-Spannung, die einen hohen Bombardement-Strom erzeugt.R. Spangenberg, Chapter 8, 1948. The structure of high perveance in the conventional heating coil / rod cathode arrangement leads to a low bombardment voltage, which generates a high current of bombardment.

Um bei der bekannten Ausgestaltung ein ausreichend starkes Bombardement und geeignete Stabkathoden-Arbeitstemperaturen zu erhalten, muß die Spannung erhöhtwerden, bis der Aufbau in einem quasi-raumladungsbegrenzten Zustand arbeitet. Auf diese Weise wird ein Teil der Heizwendel 9 unter temperaturbegrenzten Bedingungen betrieben, während der übrige Teil der Heizwendel 9 unter raumladungsbegrenzten Bedingungen betrieben wird. Dieser Betriebszustand ist einem Einsatz der Heizwendel allein unter temperaturbegrenzten Bedingungen insoweit vergleichbar, als der Bombardement-Strom der Heizwendel 9 gegenüber Heizwendel-Temperaturänderungen äußerst empfindlich ist.In order to ensure a sufficiently strong bombardment in the known configuration and to obtain suitable rod cathode working temperatures, the voltage must be increased, until the structure works in a quasi-space-charge-limited state. To this Wise becomes part the heating coil 9 under temperature-limited Conditions operated while the remaining part of the heating coil 9 under space charge limited Conditions is operated. This operating state is a use of the heating coil only under temperature-limited conditions comparable to the extent that the bombardment current the heating coil 9 is extremely sensitive to heating coil temperature changes.

Die e Aufheizung der Stabkathode 8 durch die Bombardement-Elektronen und die von der Heizwendel 9 ausgesandte Strahlungsenergie ergeben e:ne Stabtemperatur, die die Temperatur der Heizwendel 9 überzteigt. Infolge dieser Temperaturdifferenz erhöht sich die Temperatur der Heizwendel 9 unter der Einwirkung der von der Stabkathode 8 ausgesandten strahlungsenergie. Die temperaturempfindliche Wendel 9 spricht auf diese Strahlungsenergie durch Zunahme des Bombardement-Stromes an, was wiederum zu einer weiteren Aufheizung der Stabkathode 8 und damit zu einem Weglaufen der Temperatur führt.The e heating of the rod cathode 8 by the bombardment electrons and the radiant energy emitted by the heating coil 9 result in e: ne rod temperature, which overcomes the temperature of the heating coil 9. As a result of this temperature difference the temperature of the heating coil 9 increases under the action of the rod cathode 8 emitted radiant energy. The temperature-sensitive coil 9 speaks this radiant energy by increasing the bombardment current, which in turn to a further heating of the rod cathode 8 and thus to the running away Temperature leads.

Um diesen instabilen Zustand in den konzentrischen Heizwendel-/ Stabkathodenaufbau zu steuern, werden externe Rückkopplungskreise (nicht dargestellt) eingesetzt.Around this unstable state in the concentric heating coil / rod cathode structure To control, external feedback loops (not shown) are used.

Bei dem der Erfindung entsprechenden Kathodenaufbau fehlt die konzentrische Einzel-Heizwendel 9 nach dem Stand der Technik. Statt dessen sind neben dem stabförmigen Kathodenelement 3 im wesentlichen parallel zu dessen Längsachse zwei Heizwendeln 5 und 7 angeordnet, die durch den Wärmeschild 11 hindurch an eine Spannungsquelle (nicht dargestellt) elektrisch angeschlessen sind. Mit diesem Werdelaufbau entfallen die bei der herkömmlichen Heizwendel-Stabkathodenanordnung auftretenden Beschränkunger hinsichtlich des Heizwerdel- und des Kathodendurchmessers und infolgedessen auch hinsichtlich des Abstandes zwischen Heizwendel und Kathode. Dank dieser Anordnung ergikt sich somit sowohl in mechanischer als auch betrieblicher Hinsicht ein verbessertes Verhalten.In the cathode structure according to the invention, the concentric one is missing Individual heating coil 9 according to the prior art. Instead are next to the rod-shaped Cathode element 3 essentially parallel to its longitudinal axis, two heating coils 5 and 7 arranged through the heat shield 11 through to a voltage source (not shown) are electrically connected. With this build-up no longer necessary the limitations associated with the conventional heating coil rod cathode assembly with regard to the Heizwerdel- and the cathode diameter and consequently also regarding the distance between heating coil and cathode. Thanks to this arrangement The result is an improved one, both mechanically and operationally Behavior.

Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß der Abstand zwischen den Heizwendeln 5, 7 und dem stabförmigen Kathodenelement 3 heiner Beschränkung mehr unterliegt. Dadurch steht ein Aufbau niedriger Perveanz zur Verfügung. Bei dem entsprechend Fig. 1 zwischen den Heizwendeln 5, 7 und dem Kathodenelement 3 auftretenden Abstand wird für eine gegebene Bombardement-Spannung ein verhältnismäßig niedriger Bombardement-Strom erzeugt. Ein Aufbau niedriger Perveanz gestattet einen raumladungsbegrenzten Betrieb bei einer niedrigen Heizwendel-Arbeitstemperatur. Daher ist der Heizwendelstrom nicht temperaturbegrenzt. Der Bombardement-Strom ist eine Funktion der Heizwendelspannung, und die ein Produkt aus dem Strom und der Spannung bildende Bombardement-Leistung ist von der Heizwendeltemperatur im wesentlichen unabhängig.Of particular importance is the fact that the distance between the heating coils 5, 7 and the rod-shaped cathode element 3 without restriction subject to more. This means that a structure is lower Perveance to Disposal. In the case of the one corresponding to FIG. 1 between the heating coils 5, 7 and the cathode element 3 occurring distance becomes a relative for a given bombardment voltage low bombardment electricity generated. A build up of low perveance allows one Space-charge-limited operation at a low heating coil working temperature. The heating coil current is therefore not temperature-limited. The bombardment stream is on a function of the heating coil voltage, and which is a product of the current and the Stress generating bombardment power is essentially dependent on the heating coil temperature independent.

Die Verwendung von zwei Heizwendeln stellt nur ein mögliches Ausführungsbeispiel dar, und es versteht sich, daß weitere Heizwendem eingesetzt werden könnten, um die Bombardement-Leistung zu erhöhen. Desgleichen ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, daß die beiden Heizwendeln in der mit Fig. 1 gezeigten Weise sich parallel neben dem Kathodenelement 3 erstrecken.The use of two heating coils is only one possible embodiment and it goes without saying that more Heizwendem could be used to Increase the bombing performance. Likewise, the invention is not thereon limited that the two heating coils in the manner shown with Fig. 1 are parallel extend next to the cathode element 3.

Der Durchmesser der Heizwendeln 5 und 7 hängt nicht von dem Durchmesser des stabförmigen Kathodenelementes 3 ab, so daß die Heizwendeln 5 und 7 Innendurchmesser aufweisen können, bei denen sie die gewünschte Steifigkeit besitzen. Mit Fig. 2 sind Heizwendeln mit elliptischem Querschnitt gezeigt, der dem kreisförmigen Querschnitt der Heizwendeln 5 und 7 der Fig. 1 insofern überlegen ist, als die dem Kathodenelement 3 zugewandten Seiten der Heizwendeln 5, 7 dann besonders nahe an dem Kathodenelement 3 angeordnet werden können und somit ein optimaler Bombardement-Strom erhalten wird.The diameter of the heating coils 5 and 7 does not depend on the diameter of the rod-shaped cathode element 3, so that the heating coils 5 and 7 inner diameter can have, in which they have the desired rigidity. With Fig. 2 heating coils are shown with an elliptical cross-section, the circular cross-section the heating coils 5 and 7 of FIG. 1 is superior to that of the cathode element 3 facing sides of the heating coils 5, 7 then particularly close to the cathode element 3 can be arranged and thus an optimal bombardment current is obtained.

Die stabilen raumladungsbegrenzten Strom-Arbeitsbedingungen, wie sie oben beschrieben wurden, lassen sich beispielsweise erzielen, wenn zwischen dem einen Durchmesser von 2,3 mm ausweisenden Kathodenelement 3 und den Heizwendeln 5 und 7 ein Abstand von ca.The stable space-charge-limited electricity working conditions like them have been described above, can be achieved, for example, if between the a diameter of 2.3 mm having cathode element 3 and the heating coils 5 and 7 a distance of approx.

0,06 mm (0,025 Inch) eingestellt und den Heizwendeln eine Gleichspannung von- 300 V zugeführt wird, so daß ein Heizwendelstrom von etwa 00 mA fließt.0.06 mm (0.025 inch) and a DC voltage to the heating coils 300 V is supplied so that a heating coil current of about 00 mA flows.

Weiter folgt, daß die Beseitigung der räumlichen Begrenzungen, wie sie dem konzentrischen Heizwendel-Stabkathodenaufbau innewohnen, der Durchmesser des Kathodenelementes 3 und damit der emittierenden ebenen Stirnfläche 13 vergrößert werden kann, so daß auch der Wert des von dem Elektronenstrahl 15 geführten Stromes ansteigt.It also follows that the removal of spatial limitations, such as they are inherent in the concentric heating coil rod cathode structure, the diameter of the cathode element 3 and thus the emitting flat end face 13 is enlarged can be, so that the value of the current carried by the electron beam 15 increases.

Das stabförmige Kathodenelement 3 dz Fig. 1 entspricht einem typischen Aufbau aus reinem Metall. Mit den Fig. 4A und 4B sind weitere Ausführungsmöglichkeiten wiedergegeben, die in gleicher Weise geeignete Kathodenelemente darstellen. Bei der Ausführungsform der Fig. 4A weist die Kathode die Form einer Scheibe 30 auf, die an dem einen Ende eines Wolframstabes 32 befestigt ist und aus einem Material wie Tantal bestehen kann. Bei der Ausführungsform der Fig. 4B ist eine Tantalkathode 36 in eine in einem Ende des Wolframstabes 38 vorgesehene Ausnehmung eingesetzt. Die zur Elektronenemession von einer Tantalkathode erforderliche Stab-Arbeitstemperatur ist niedriger als die für die Emission mittels einer Wolframkathode erforderliche Temperatur.The rod-shaped cathode element 3 dz FIG. 1 corresponds to a typical one Structure made of pure metal. With FIGS. 4A and 4B, there are further possible embodiments reproduced, which represent suitable cathode elements in the same way. at In the embodiment of FIG. 4A, the cathode has the shape of a disk 30, which is attached to one end of a tungsten rod 32 and made of a material how tantalum can exist. In the embodiment of FIG. 4B, there is a tantalum cathode 36 inserted into a recess provided in one end of the tungsten rod 38. The rod working temperature required for electron emission from a tantalum cathode is lower than that required for emission by means of a tungsten cathode Temperature.

Der Wärmeschild 11 der Fig. 1 kann von den Heizwendeln 5 und 7 elektrisch isoliert und in seiner geometrischen Ausgestaltung so abgewandelt sein, daß es entweder in dem den Elektronenstrahl bildenden Bereich oder in dem Elektronenbombardement-Bereich als Gitterelement wirksam ist.The heat shield 11 of FIG. 1 can be electrically powered by the heating coils 5 and 7 isolated and modified in its geometric configuration so that it is either in the electron beam forming area or in the electron bombardment area is effective as a grid element.

So zeigt Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem typischen Steuergitter 20, das sowohl zur Steuerung des auf die Außenfläche des stabförmigen Kathodenelementes 3 auftreffenden Bombardement-Stromes als auch zur Fokussierung des Bombardement-Stromes auf einen bestimmten Bereich des stabförmigen Kathodenelementes verwendet werden kann.Thus, Fig. 3 shows a further embodiment of the invention a typical control grid 20, which is used to control both the exterior surface of the rod-shaped cathode element 3 impinging bombardment current as well to focus the bombardment current on a certain area of the rod-shaped Cathode element can be used.

Patentansprüche: Patent claims:

Claims

Claims: 1. Electron-emitting source with a cathode element for the emission of an electron beam9 at elevated temperature and an arrangement for heating the cathode element, characterized in that the arrangement for heating a plurality of discrete, secondary electron-emitting elements has, bombarding the surface of the cathode element (3) with electrons Assignment next to the cathode element (3) are arranged.

2. Electron-emitting source according to claim 1, characterized in that that the secondary electron-emitting elements are electrically powered heating coils (5, 7) are formed which have a space charge bordered by the cathode element Have bombardment current flow allowing distance.

3. Electron-emitting source according to claim 2, characterized in that that the heating coils (5, 7) have a smaller diameter than the cathode element (3) to have.

4. Electron-emitting source according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the secondary electron-emitting elements as electrical fed heating coils are formed with an elliptical cross section.

5. Electron-emitting source according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the secondary electron-emitting elements each only a part of the full circumference of the cathode element (3) exert a bombardment.

6. Electron-emitting source according to one or more of the claims 1-5, characterized in that the cathode element (3) and the secondary electrons emitting elements are inserted into a heat shield (11).

7. Electron-emitting source according to claim 6, characterized marked, that the heat shield (11) as a grid for controlling one of the cathode element emitted electron beam (15) is formed.

8. Electron-emitting source according to claim 1, characterized in that that the cathode element is suitable for emitting an electron beam (15) Has end face with an inserted disc-shaped body (30, 36).

9. Electron-emitting source according to claim 8, characterized that the cathode element (3) made of tungsten and the disk-shaped body (30 36> consists of tantalum.