DE2139250B2 - Ionenquelle mit einer unselbständigen Gasentladung zwischen einer ringförmigen Glühkathode und einer Anode - Google Patents

Description

Durch die Hauptanmeldung P 2126 334.3-33 ist eine Ionenquelle mit einer unselbständigen Gasentladung zwischen einer ringförmigen Glühkathode und einer Anode sowie einer zur Kathode konzentrisch angeordneten und mit dieser in einer gemeinsamen Ebene liegenden Wehneltelektrode ,nit einem Ringspalt geschützt, deren wesentliches Merkmal darin besteht, daß die Anode konzentrisch zu und in einer gemeinsamen Ebene mit der Kathode und der Wehneltelektrode angeordnet ist und einen Ringspalt aufweist, der zwischen dem Ringspalt der Wehneltelektrode und dem gemeinsamen Zentrum der Ionenquelle liegt, sowie eine Ionenextraktionsöffnung auf der gemeinsamen Drehachse der genannten Elektroden.

Eine besondere Schwierigkeit besteht bei solchen nach dem Zentrum emittierenden kreisförmigen Elektronenstrahldn darin, daß die außenliegende Kathode den größten Durchmesser aller Elektroden hat und daß sich deshalb durch Wärme bedingte Verformungen bei ihr am stärksten auswirken. Außerdem wirken sich Abweichungen der Form der Kathode von der Kreisform auf die genaue konzentrische Ausbildung des Elektronenstrahls am stärksten aus.

Die bisher bekanntgewordenen Drahtringkathoden deformieren sich infolge des Temperaturgefälles zu den Aufhängungen hin elliptisch. Infolgedessen ist der konzentrische Verlaut der Elektroncnbahnen in einem Ringstrahler nicht an allen Stellen seines Umfangs gewährleistet. Ähnliche Auswirkungen auf die Exaktheit des konzentrischen Verlaufs der Elektronenbahnen ergeben sich bei direkter Heizung der Ringkathode noch dadurch, daß die Emissionsfläche keine Äquipotentialfläche mehr ist.

Der Zusatzerfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ringförmige Glühkathode für konzentrisch emittierende Ionenquellen nach Hauptanmeldung 2 126334 zu schaffen, die so gehaltert ist, daß sich die Kathode im Betrieb nicht deformiert.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Zusatzerfindung dadurch gelöst, daß auf dem äußeren Umfang oder bei Verwendung einer aus Blech hergestellten Kathode an den Flachseiten eines Kathadenrings in gleichen Abständen einseitig tangential befestigte, gleich lange, der Stromzuführung dienende Halterungen angebracht sind.

s Vorzugsweise gelangt eine Anordnung zur Anwendung, die gekennzeichnet ist durch auf den Kathodenring in gleichen Abständen einseitig tangential befestigte Halterungen aus strom- und wärmeisolierendem Material für eine indirekt geheizte Kathode.

ίο Wegen der gewünschten Fonnstabilität der Kathode bezüglich ihrer Ringebene werden die Halterungen so angeschweißt, daß das anzuschweißende Stück parallel zur Symmetrieachse des Systems liegt. Die in dieser Weise angeschweißten Halteningen bestehen vorzugsweise aus strom- und wärmeisolierendem Material, wenn es sich um die Halterung einer indirekt geheizten Kathode handelt; in diesem Falle kann der Querschnitt der Halterungen zur weiteren Verringerung der Wärmeableitung kleine: gewählt

ao werden.

In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 der Zeichnung im einzelnen näher erläutert werden.
In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform des Kathodenrings für die Ionenquelle mit angeschweißten Heizstromzuleitungen,

F i g. 2 eine Ausführungsform der Kathode für indirekte Heizung, und

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Anschweißen der Halterungen an den Kathodenring.

In Fig. 1 besteht die direkt geheizte Glühkathode nach der Erfindung im wesentlichen aus einem in sich geschlossenen Kreisring 1, beispielsweise aus WoIfram oder Tantal, und den symmetrisch über den Umfang verteilten hochkant zum Kathodenring angeschweißten Heizstromzuleitungen, die zugleich *.ur Halterung dienen. Die Heizstromzuleitungen bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Kathode. Der Querschnitt der Heizstromzuleitungen beträgt dann das Doppelte des Querschnitts des Kathodenrings, weil die Heizstromzuleitungen den doppelten Strom führen wie die Kathodenringsegmente. Gegenüberliegende Heizstromzuleitungen liegen jeweils auf dem gleichen elektrischen Potential, weil dann der Heizstrom in den vier Segmenten des Kathodenrings die gleiche Größe hat.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gelangt die indirekte Heizung zur Anwendung. In den Kathodcnring 1 sind die Heizleiter 3, die koaxial oder verdrillt verlaufen können, eingezogen. Die Anzahl der symmetrisch auf den Kathodenumfang angeschweißten Halterungen 4 kann auf drei reduziert sein, die Halterungen bestehen zweckmäßigerweise aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material, beispielsweise Keramik und vorzugsweise Magnesiumoxyd. Außerdem kann der Querschnitt der Halterungen kleiner gewühlt werden, wodurch die unerwünschte Wärmeableitung zu den Kathodenstützpunkten weiter reduziert wird.

Gelangt eine direkt geheizte Wolframkathode zur Anwendung, dann wird der Kathodenring beispielsweise aus einem Stück Wolframblech herausgedreht oder ausgestanzt, und die aus dem gleichen Blech hergestellten Heizstromzuleitungen werden hochkant zum Kathodenring entweder an den Außenrand oder auf eine Flachscite bzw. auch auf beide Flachseiten des Kathodenrings angeschweißt.

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Pie übliche Art der Widerstandsschweißung ist beim Anschweißen der Heizstromzuleitungen an den Kathodenring nach der Erfindung nicht geeignet, da bei Anwendung dieses Verfahrens eine Schweißelektrode die gekrümmte Seite des Kathodenrings berühren würde. Die dabei auftretenden hohen Stromdichten würden zum Verschweißen des Kathodenrings mit den Schweißelektroden führen.

Zweckraäß'gerweise wird der Kathodenring daher zum Zwecke des Anschweißens der Heizstromzuleitungen in eine lehrenartige Vorrichtung aus Kupfer mit zwei Backen gemäß Fi g. 3 der Zeichnung eingespannt. Die lehrenartjge Vorrichtung bildet gewissermaßen die Verlängerung der einen Schweißelektrode, die ihrerseits dann den Kathodenring nicht mehr berührt. Dem Kathodenring wird auf diese Weise der Schweißstrom über eine große Fläche zugeführt und gleichzeitig überschüssige Wärme abgeführt. Der wesentliche Vorteil dieser Lehre besteht darin, daß der eingespannte Kathodenring durch das Schweißen nicht bleibend verformt wird.

Mittels einer der speziellen Form der Wehneltelektrode angepaßten Zentrierlehre kann dann die Kathode eingebaut werden. Sie ist danach ohne ein Vorglühen sofort betriebsbereit

Ein weiterer Vorteil der ringförmigen Glühkathode besteht darin, daß die Heizstromzuleitungen bei Erwärmung der Kathode ein großes Widerstandsmoment in Richtung der Symmetrieachse des Elektrodensystems und ein kleines Widerstandsmoment in radialer Richtung darbieten, so daß der Kathadenring trotz thermischer Ausdehnung der Heizstromzuleitungen seine Lage in Richtung der Symmetrieachse beibehält und auch wegen der zum Kathodenrlig tangentialen Anordnung der Heizstromzuleitungen kreisförmig bleibt.

Die symmetrische Befestigung der Heizstromzuleitungen am Kathodenring setzt die thermische Ausdehnung der Heizstromzuleitungen 2 in eine kleine ίο axiale Drehung des Kathodenrings X um, wobei die Zentrierung nicht geändert wird.

Versuche mit einer mit Wechselstrom direkt geheizten Wolframkathode aus 0,2 mm starkem Blech, deren Ring einen Innendurchmesser von 20 nun und is einen Außendurchmesser von 21 mm hatte, ergaben oberhalb einer Temperatur von 1500° C (schwarzer Strahler) keine mit einem Teilstrahlungspyrometer meßbaren Temperaturunterschiede auf dem Kathodenring. Daraus kann geschlossen werden, daß der a° von der Kathode durch die Anode abgesaugte Strom von 4 Amp. längs des Umfar;.£ des Kathodenrings gleichmäßig emittiert wurde. Vo^r und nach einem sechsstündigen Betrieb wurden die Einbaumaße der Kathode unter einem Mikroskop mit 4Gfacher Veras größerungkontrolliert. Da bei der gegebenen Meßgenauigkeit von 0,025 mm keine Abweichungen der Maße gegenüber dem Einbauzustand feststellbar waren, müssen die Maßänderungen (gegebenenfalls auch solche, die durch Rekristallisation bewirkt sein könnten) kleiner gewesen sein als die Meßgenauigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1, Ionenquelle mit einer unselbständigen Gasentladung zwischen einer ringförmigen Glühkathode und einer Anode sowie einer zur Kathode konzentrisch angeordneten und mit dieser in einer gemeinsamen Ebene liegenden Wehneltelektrode mit einem Ringspalt nach Hauptanmeldung P 2126334.3-33, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem äußeren Umfang oder bei Verwendung einer aus Blech hergestellten Kathode an den Flachseiten des Kathodenrings (1) in gleichen Abständen einseitig tangential befestigte, gleich lange, der Stromzuführung dienende Halterungen (2) angebracht sind.
2. 2. Ionenquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch auf den Kathodenring (1) in gleichen Abständen einseitig tangential befestigte Halterungen (2) aus. strom- und wärmeisolierendem Material für eine indirekt geheizte Kathode.