DE2151101A1

DE2151101A1 - Elektronenkanone mit flaechenhaftem Fluss

Info

Publication number: DE2151101A1
Application number: DE19712151101
Authority: DE
Inventors: Thomson James K
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1970-10-26
Filing date: 1971-10-13
Publication date: 1972-04-27
Also published as: GB1367504A; NL7113613A; CA929202A; FR2113201A5; JPS5329984B1; US3769540A

Description

"Elektronenkanone mit flächenhaftem Fluss"

Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone, insbesondere eine solche, die so ausgebildet ist, dass sie die von einer Bandelektrode emittierten Elektronen gleichförmig über eine vorbestimmte Fläche verteilt.

Bei einem flächenförmigen Elektronenstrahlabtaster, wie er in der US-PS 3 408 532 beschrieben ist, muss eine Elektronenquelle verwendet werden, die die Elektronen gleichmassig über eine vorbestimmte Fläche verteilt. Einrichtungen bekannter Art, die eine solche Elektronenquelle aufweisen, benutzen radioaktive oder photoemittierende Oberflächen und flächige thermionische Kathoden bzw. indirekt geheizte Kathoden.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

. Kathoden vom Photoemissionstyp haben eine zu geringe Elek— tronenergfebigkeit für eine brauchbare flächenförmige Anzeigevorrichtung, und da sie von dem einfallenden Licht abhängig sind, ist ihre Anwendung auf Fälle beschränkt, wo diese Vorrichtung stets in einen Gebiet betätigt wird, das eine ausreichende Lichtquelle aufweist.

Bei Kathoden von radioaktiven Typ ist die Möglichkeit , radioaktiver Streustrahlung nicht auszuschliessen. Sie Ψ sind sehr kostspielig und haben eine geringe Elektronenergiebigkeit, wenn sie in sicheren Strahlungsgrenzen gehal- * ten werden. Auch neigen Kathoden dieser Art dazu, Gase zu entwickeln, die das umgebende Vakuum ungünstig beeinflussen, des in der Elektronenstrahlanordnung» in der die Kathode eingebaut ist, benötigt wird·

Direkt und indirekt geheizte flächenhafte Kathoden, die eine ausreichend grosse Fläche überdecken, erfordern einen grossen Heizaufwand, um die erforderliche Elektronenergiebigkeit zu erhalten. Zu dem so erforderlichen grossen Energieaufwand tritt auch eine unerwünschte Hitzestreuung· Auch ist es mit indirekt geheizten Kathoden oft schwierig, eine gleichförmige Elektronenabstrahlung über die Kathodenfläche hin zu erreichen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung überwindet die Nachteile der bekannten Kathoden, indem sie die Benutzung streifen-. förmiger Heizfäden als Elektronenquelle ermöglicht, so dass die Nachteile der radioaktiven und photoemittierenden Kathoden vermieden werden. Ein flächenförmiger Fluss der von den Bandelementen emittierten Elektronen wird mittels geeignet angeordneter und vorgespannter Elektrodenelementen erreicht. Auf diese Weise wird eine bedeutende Hitzeenergie

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nur in der schmalen Fläche erzeugt, die das Kathodenband einnimmt, so dass die benötigte Heizleistung merklich herabgesetzt ist und ebenso die Hitzestreuung, im Gegensatz zu indirekt geheizten Kathoden und solchen Kathoden, die selbst eine weite Fläche einnehmen. Auch ermöglicht die Anordnung nach der Erfindung eine gleichmässigere Verteilung der Elektronen über die gewünschte Emissionsfläche, als dies mit Anordnungen bekannter Art möglich ist.

Es ist somit wesentliche Aufgabe der Erfindung, eine Elektronenkanone mit flächenhaftem Fluss zu schaffen, die einen guten Wirkungsgrad aufweist und die in der Lage ist, eine gleichmäesige Verteilung der Elektronen über eine vorbestimmte Fläche zu schaffen.

Bei der Elektronenkanone nach der Erfindung bilden eine Anzahl von Kathodenstreifen eine Elektronenquelle. Eine Ablenkelektrode in Form einer flachen Schale steht hinter dieser Kathode, und vor ihr Lichtelektroden, zum Beispiel in Form von Maschendraht, in Elektronenflussrichtung gesehen. Zusätzliche Elektroden zum Beispiel in Form von schmalen Platten sind entlang der Enden der Kathodenstreifen angebracht, um den Emissionsabfall an diesen Drahtenden zu kompensieren. Die verschiedenen genannten Elektroden sind gegenüber den Kathodendrähten so angeordnet und haben solche Potentiale, dass eine gleichmässige Elektronenverteilung über eine vorbestimmte Fläche erreicht wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und weitere ausser den genannten Vorteilen sind aus der folgenden anhand der Zeichnung gegebenen Beschreibung ersichtlich.

In den Zeichnungen zeigens

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Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Erfindung mit teilweise weggeschnittenen Abschnitten,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der in Fig. 1 durch 2-2 angedeuteten Ebene,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung der in Fig. i gezeigten Ausführungs- ψ form der Erfindung, und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der in Fig. i durch 4-4 angedeuteten Ebene.

Kurz zusammengefasst enthält die Anordnung nach der Erfindung eine Anzahl elektronenemittierender Drähte in der Form von langgezogenen Drähten oder Streifen mit einer leitenden Elektronen ablenkenden Elektrode, in allgemeinen in der Form einer flachen Schale, die hinter diesen Drähten angeordnet ist, und mit einer oder mehreren elektronenrichtenden Elektroden, im allgemeinen in der Form eines leiten— t den Maschendrahtes oder Schirmes, die in der Richtung des gewünschten Elektronenstromes vor den emittierenden Drähten angeordnet sind_o Zusätzlich befinden sich ein Paar länglicher Elektroden entlang den Enden der Drähte, um die Gleichförmigkeit der Elektronenverteilung zu verbessern. Die verschiedenen Elektroden sind so angeordnet und geformt und haben solche Potentiale, dass ein gleichmässiger Elektronenfluss über eine bestimmte Fläche hin und in einer gewünschten Richtung erzielt wird.

Die Fig. 1, 2 und 4 zeigen eine Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung, wie sie in einem Elektronenstrahlabtaster von der Art zu verwenden ist, wie er in der ein-

gangs erwähnten Patentschrift 3 408 532 beschrieben ist. Die Ablenkelektrode 11 hat die Form einer flachen Schüssel mit einer flachen Rückfläche 11a und Seitenteilen 11b und lic, die Teile lic sind Isoliermaterial, die sich senkrecht zum Teil lla aus erheben» Rund um die Öffnung der Sohüssel sind Flansche He angeordnet, die dazu dienen, eine Platte 18 mittels der Bolzen 19 zu tragen. Zwischen den Teilen Hc der Schüssel 11 sind Fäden 15 aufgehängt, die federnd gespannt sind, durch Drahtleiter 16 getragen werden und durch Löcher 14 in den Wandteilen aus Isoliermaterial Hc hindurchgehen. Mit den Tragdrähten 16 ist eine Stromquelle verbunden, die die Kathodendrähte aufheizt und damit eine Elektronenemission bewirkt.

Die Tragplatte 18 dient dazu, die ganze Anordnung in einem Gehäuse 20 zu tragen und ist an diesem Gehäuse mittels der Stäbe 21 befestigt. Richtelektroden für die Elektronen 23 und 24 in Form von Maschendrähten oder Schirmen sind in Isolierrahmen 25 und 26 ausgespannt. Die Rahmen 25 und wirken als Trennisolatoren zwischen den Kanten der Drahtmaschen. Ein Trennrahmen aus Isolierstoff 27 trennt den Maschendraht 23 von der Tragplatte 18. Weiter ist auf der Platte 18 vor den Elektroden 23 und 24 eine Elektronenstrahlabtasteranordnung 30 befestigt, die eine Anzahl Strahl-Steuerplatten 37 aufweist, die zwischen dem Schirm und der Kathode gepackt sind. Gegenüber der letzten der Steuerelektroden 37 sitzt innerhalb des Gehäuses ein Phosphorschirm 32. Wie schon gesagt kann diese Anordnung ähnlich der im Patent No. 3 408 532 beschriebenen sein. Das Gehäuse 20 ist ausreichend evakuiert, um um den Elektronenfluss herum ein Vakuum zu erzeugen. Die Elektronenstrahl ab tas tanordnung 30 ist ebenso wie die Elektronenrichtelektroden 23 und 24 der Tragplatte 18 mittels isolierender Stäbe 35 gehalten.

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Ein Paar länglicher flacher Elektrodenplatten 17 sitzt an jede» der Enden der Drähte 15 und erstreckt sich von den Drähten weg zu einer Stellung gegenüber der Vorderkante der Tragplatte 18. Die Platten 17 werden auf den isolierenden Vandteilen lic der Schalenelektrode 11 getragen. Sie sind mit diesen Wandteilen lic durch geeignete Mittel wie Bolzen verbunden·

Fig. 3 zeigt ein Schalt schema der Verbindungen zu den einzelnen Elektroden und den Kathodendrähten. Diese Kathodendrähte 15 werden im wesentlichen auf Erdpotential gehalten und durch eine geeignete Stromquelle geheizt, um einen Elektronenstrom zu erzeugen. Der Spannungsteiler 38 liegt über einer Stromquelle 39. Von diesem Spannungsteiler werden schrittweise höhere Potentiale an die Schalenelektrode 11, an die Schirmelektrode 23 und an die Schirmelektrode 2k gelegt. Die Endelektroden 17 erhalten ein vorbestimmtes positives Potential von der Quelle 38a. Die an die einzelnen Elektroden gelegten Potentiale sind so ausgewählt, dass sie den von den Kathodendrähten 15 emittierten Elektronenstrom zu den Schirmen 23 und 2h hin beschleunigen und gleichmassig über die Fläche verteilen, die von den Schirmen eingenommen wird.

Die Elektronen werden durch die schalenförmige Elektrode 11 abgelenkt aber zum grossten Teil am Auftreffen auf die Innenwände dieser Elektrode dadurch gehindert, dass die Elektroden 23 und 24 höhere Potentiale haben. Die Elektroden 17 bewirken dank der positiven an sie angelegten Potentiale eine Kompensation der geringen Elektronenergiebigkeit an diesen Enden der Heizfäden, an denen die Hitze abfällt, verursacht durch einen Kühlungseffekt an solchen Enden, den/durch die metallischenKonstruktionen in ihrer Nähe er-

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fahren. So aber streben die Elektroden 17 danach. Elektronen von den Heizfadenenden anzuziehen und verstärken damit die Gleichmässigkeit der Elektronenverteilung.

In einem ausgeführten Modell der Anordnung nach der Erfindung mit fünf Heizfäden,wie in der Fig. 1 gezeigt, war die Schale 11 10 mm tief, die Heizfäden hatten einen Abstand von 0,l6 mm von der Bückwand 11a der Schale, und es wurden die folgenden Elektrodenspannungen angelegt:

Schalenelektrode 11 19,5 Volt

Seitenelektroden 17 29 Volt

Schirm 23 106 Volt

Schirm 2k 115 Volt

Dies sind natürlich nur beispielsweise Spannungsangaben, mit denen erfolgreiche Resultate erzielt wurden. Für jede besondere Konstruktion sind optimale Parameter empirisch zu ermitteln.

Die Anordnung nach der Erfindung ist ein höchst effektives Gerät zur Erzeugung von Elektronen, die gleichmässig über eine vorbestimmte Fläche verteilt sind.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1.) Elektronenkanone zur Erzeugung eines gleichförmig

>er eine vorbestimmte Fläche verteilten Elektronenflusses, gekennzeichnet durch folgende Elemente; Eine lange Heizfadenanordnung zur Lieferung der Elektronen,

fc eine Ablenkelektrode in der Form einer flachen Schüssel, in der die Heizfadenanordnung untergebracht ist, einer Riehtelektrodenanordnung nahe der Heizfadenanordnung in der Richtung, in der der Elektronenstrom gewünscht ist, mit einer Oberfläche, die im wesentlichen gleich ist der Fläche, über die der Elektronenstrom verteilt werden soll, und

eine Vorrichtung, die dazu dient, aufeinanderfolgend höhere Potentiale gegenüber dem am Heizfaden an die Ablenkelektroden- und die Richtelektrodenanordnung zu legen, derart, dass die rom Heizfaden ausgehende Elektronen durch die Richtelektrodenanordnung hindurch beschleunigt und in

. einem im wesentlichen gleichförmigen Muster über die vor-™ bestimmte Durchflussfläche verteilt werden.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Richtelektrode in der Form mindestens eines Maschendrahtgi tters.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtelektrodenanordnung ein erstes und ein zweites Maschendrahtgitter enthält, die in Richtung des Elektronenflusses hintereinander angeordnet sind und an die aufeinanderfolgend höhere Potentiale gelegt sind.

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4. Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfadenanordnung mehrere getrennte Heizfäden enthält, die, einander parallel, in der schüsselförmigen Ablenkelektrode untergebracht sind, wobei diese Elektrode eine flache Bückwand und Seitenteile hat, die senkrecht von der Bückwand aus emporragen, und wobei die Heizfäden zwischen zwei einander gegenüberliegenden dieser emporragenden Seiten ausgespannt sind.

5. Elektronenkanone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Elektroden, die sich entlang den Enden der Heizdrähte erstrecken und an die ein Potential gelegt ist, derart, dass Elektronen zu den Enden dieser Heizfäden hin in solchem Maße gezogen werden, dass der Kühleffekt an den Enden der Heizfäden kompensiert wird.

6. Elektronenkanone nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zusätzliche Elektroden in Form von länglichen Platten, die an den Endteilen der Heizfäden angeordnet sind und sich von diesen aus zur Bichtelektrodenanordnung hin erstrecken, und an die ein derartiges Potential gelegt ist, dass zusätzliche Elektronen an den Heizfadenenden erscheinen und den dortigen Kühleffekt kompensieren.

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Le e ris e i t e