DE2139250C3 - Ionenquelle mit einer unselbständigen Gasentladung zwischen einer ringförmigen Glühkathode und einer Anode - Google Patents

Description

Durch das Patent 2126334 ist eine Ionenquelle mit einer unselbständigen Gasentladung mischen einer ringförmigen Glühkathode und einer Anode sowie einer zur Kathode konzentrisch angeordneten und mit dieser in einer gemeinsamen Ebene liegenden Wehneltelektrode mit einem Ringspait 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 Ringspait aufweist, der zwischen dem Ringspait 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 Elektronenstrahlern darin, daß die auBenlicgende Kathode den größten Durchmesser aller Elektroden hat und daß sich deshalb durch Warme 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 /u den Aufhängungen hin elliptisch. Infolgedessen ist der konzentrische Verlauf der Elektronenbahnen 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 Hauptpatent 2126 334 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 dea Flachseiten eines Kaihodenrings _m gleichci Abstanden einseitig tangential befestigte, gleich lange, der Stromzuführung dient iide Halterungen angebracht sind.

Vorzugsweise gelaugt eine Anoidnung zur Anwendung, die gekennzeichnet ist durch auf den Kathoden ring in gleichen Abslände» einseitig tangential befestigte Halterungen aus strom- und wärmeisolierendem Material für eine indirekt geheizte Kathode.

to Wegen der gewünschten Formstabilität der Kathode bezüglich ihrer Ringebewe werden die Halterungen «> angeschweißt, daß das anzuschweißende Stick parallel zur Symmetrieachse des Systems Üegt. Die in dieser Weise angeschweißten Halterungen be

is stehen vorzugsweise aus strom- und warmeisolierendem 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 kleiner gewählt

ao werden

In der nun folgenden Beschreibung soll die I rfindung unter Bezugnahme auf die Fig. I bis λ der Zeichnung im einzelnen naher erlaufen worden
In der Zeichnung ist

»5 Hg. I eine schaubildlichc Darstellung einer Aus führungshorn des Kathodeniings fur die Ionenquelle mit angeschweißten Heizstromzuleitungen.

F i g. 2 eine Ausfuhrungsform der Kathode fur indirekte Heizung, und

Fig. λ eine Vorrichtung zum Anschweißen der Halterungen an den Kathoucnring

In Fig. I besteht die direkt geheizte Glühkathode nach der Erfindung im wesentlichen aus einem in sich geschlossenen Kreisriug 1. beispielsweise aus WoIf-

3S ram oder Tantal, und den svmmetrisch über den I Umfang verteilten hochkant zum Kathodenring angeschweißten Heizstromzuleitungen. die zugleich zur Halterung dienen. Die Hei/.sirom/uleitungen bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Kathode. Der Querschnitt der Heizstromzuleitungen betragt dann das Doppelte des Querschnitts des Ka-Ihodenrings. weil die Heizstromzuleitungen den doppelten Strom fuhren wie die Kaihodcnringsegmenle. Gegenüberliegende Heizsiromzuleitungcn liegen jc-

weils auf dem gleichen elektrischen Potential, weil dann der Heizstrom in den vier Segmenten des Kathodenrings die gleiche Größe hat.

Bei der Ausfuhrungsform nach Fig 2 gelangt die indirekte Heizung zur Anwendung. In den Kathoden-So ring 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 zweckmäßiget weise aus einem clek-

trisch und thermisch isolierenden Material, beispielsweise Keramik und vorzugsweise Magnesiumoxvd. Außerdem kann der Querschnitt der Halterungen kleiner gewählt werden, wodurch die unerwünschte Wärmeableitung zu den Kathodcnstiitzpunkten 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 Flachseite bzw. auch auf beide Flachseiten des Kathodenrings angeschweißt.

Die übliche Art der Widerstandsschwcißung ist beim Anschweißen der Heizstrom/uleitungen an den Kathodetiring nach der Erfindung tucht geeignet, da bei Anwendung dieses Verfahrens eine Schweißelektrode die gekrümmte Seite des Kalhodctmngs berühren würde. Die dabei auftretenden hohen Stromdichten würden zum Verschweißen des Kathodenrings mit den Schweißelektroden führen.

Zweckmäßigerweise wird der Kathodenring daher zum Zwecke des Anschweißen^ der Heizstroro/uleitungen in eine lehrenartige Vorrichtung aus Kupfer mit zwei Backen gemäß Fig. 3 der Zeichnung eingespannt. Die lehrenartige Vorrichtung bildet gewissermaßen die Verlängerung der einen Schweißelektrode, die ihrerseits dann den Kathodenring nicht mehr berührt. Dem Katliodenring wird auf di*se 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 Heizstramzuleitungen bei Erwärmung der Kathode ein großes Widerstandsmoment in Richtung der Symmetrieachse des Elektrodensystems und ein kleines Widerstandsmoment in radialer Richtung darbieten, so daß der Kathodenring trotz thermischer Ausdehnung der Heizstromzuleitungen seine Lage in Richtung, der Symmetrieachse beibehält und auch wegen der zum Kathodenring tangentialen Anordnung der Heizstn.nizuleitungen kreisförmig bleibt.

Die symmetrische Befestigung der Heizstromzuleitungen am Kathodenring setzt die thermische Ausdehnung der Heizstromzuleitungen 2 in eine kleine

ίο axiale Drehung des Kathodenrings 1 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 mm und

»5 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

^ao von der Kathode durch die Anode abgesaugte Strom von 4 Amp. längs des Umfangs des Kathodenrings gleichmäßig emittiert wurde. Vor und nach einem sechsstündigen Betrieb wurden die Einbaumaße der Kathode unter einem Mikroskop mit 4Ufacher Ver-

^a5 größerung kontrolliert. 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)

Patentansprüche:

1. Ionenquelle mit einer unselbständige« 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 Patent 2126 334, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem äußeren Umfang oder bei Verwendung einer aus Blech hergestellten Kathode an den Flachseiten des Kathoaenrings (1) in gleichen Abständen einseitig tangential befestigte, gleich lange, der Stromzuführung dienende Halterungen (2) angebracht sind.

2. Ionenquelle nach Anspruch I. t'ekennzcichnet durch auf den Kathodenring (1) in gleichen Abstanden einseitig tangential befestigte Halterungen (2) aus strom- und warmeisolierendem Material fur eine indirekt gehei/te Kathode.