DE2242986C3 - Glühkathode - Google Patents

Description

(Gleichstrom) aufgeheizt wird. Dieser hohe Gleichstrom erhitzt die Glühkathode 3 derart, daß bei einer Bogenspannung von ca. 200 V für das Entladungsplasma ein Bogenstrom von 1,5 Ampere fließen kann, das zusammen eine Eigenleistung von 3GO Watt ergibt.

Um die Entladung stabil zu halten, ipuß die Elektronenquelle örtlich stabil sein. Bei der Verwendung einer Stromzu- oder -abführung für die Glühkathode aus Metall könnte diese örtliche Stabilität nicht erreicht werde«, da der Brennfleck bzw. die Emissionsfläche der Elektronen sowohl von der Glühkathodenspitze 4 als auch von Oberflächenteilen der die Glühkathode 3 direkt umgebenden Zu- und Abführung gebildet würde. Um dieses nahezu vollständig zu verhindern, ist die Glühkathode 3, die aus einem Metall oder einem Metallcarbid wie z. B. Hafniumcarbid bestehen kann, in einer Stromzu- und -abführung 5 und 6 gehaltert, das aus einem nahezu nichtschmelzenden Material mit hoher Eiektronenaustrittsarbeit besteht. Dies ist vorzugsweise Graphit.

Die Stromzu- und -abführungen 5 und 6 sind dabei als Bügelarme ausgebildet, deren Querschnitt größer ist als der des Bügelbogens 7, damit in diesem Bereich der Widerstand für den Heizstrom für die Glühkathode 3 bzw. die Pille, zu der diese ausgebildet ist, erhöht wird. In dem Bügelbogen 7 ist eine Bohrung 8 eingefügt, die in ihrem oberen Teil konisch sich verjüngend ausgebildet ist und in einer Ausnehmung 9 endet, deren Abmessungen derart ausgebildet sind, daß sie die Pille 3 zumindest teilweise umfaßt und diese haltert. Jedoch ist die Bohrung 8 auch derart auszubilden, daß die Spitze 4 der Glühkathode 3 freiliegt. Auch darf das Material des Bügelbogens 7 mit der Pille 3 nicht chemisch reagieren.

Die Bügelarme 5 und 6, die genau wie der Bügelbogen 7 aas einem einzigen Graphitstück hergestellt sein können, sind mit Leitungen 10 und 11 verbunden, bzw. diese Leitungen 10 und 11 sind als Stäbe ausgebildet, die in Ausnehmungen 12 und 13 in den Bügelarmen 5 und 6 eingedreht, geschraubt oder gesteckt sind. Sie dienen als Verbindungsstücke zu einer außen stehenden Stromquelle.

In Fig. 2 ist einer der Bügelarme 5 oder 6 dargestellt und ein Teil des Bügelbogens 7. Der Querschnitt des Bügelbogens 7 ist zumindest im Bereich der Ausnehmung 9 mit der darin befindlichen Pille 3 geringer als der der Bügelarme 5 oder 6. Damit die Pille 3 aus der Ausnehmung 9 entfernt und durch eine andere oder neue ersetzt werden kann, ist vorzugsweise eine Bohrung 14 in der Unterseite IS des Bügelbogens 7 eingefügt, durch die mit einem Stift die Pille 3 aus der Ausnehmung 9 entfernt werden kann.

Als Material für die Leitungen 10 und 11 zu den Bügelarmen 5 und 6 kann Wolfram oder ein anderes hochschmelzendes Material vorgesehen werden, welches innerhalb der Bügelarme 5 und 6 noch von einem weiteren Material, z. B. Tantal, umgeben ist. Dieses Material ist leicht zu bearbeiten und kann insbesondere mit einem Gewinde versehen werden. Der Grund für das Einsetzen der Leitungen 10 und 11 innerhalb der Bügelarme 5 und 6 besteht darin, daß diese Stifte stabilisierend auf die Bügelarme 5 und 6 wirken, so daß starke äußere Magnetfelder die beiden Bügelarme 5 und 6 nicht knicken können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 zusammengeschnürt. Der Reflektor lädt sich bei BePatentansprüche: trieb negativ auf. Die Ionen werden durch eine HF-Spannung an einem Beschleunigungssektor quer zum

1. a) Glühkathode Magnetfeld aus einem Schlitz in der Brennkammer

b) mit einer Stromzu- und -abführung, in 5 abgesaugt.

Form von Bügelarmen (5, 6), Derartige Ionenquellen liefern Strahlströme bis

c) bei der der Elektronen emittierende Teil 1(10 uA Deuteronen - bei Verwendung von Deuteriaus einer Pille (3) urngas für die Niederdruck-Gasentladung-und haben

d) aus hochschmelzendem Metall oder Me- eiine maximale Lebenszeit von 0,5—1,0 mAh. Eine Ertallcarbid besteht, io höhung der Ionenausbeute durch eine Erhöhung der

e) und bei der diese Pille (3) in einem Bett Erwärmung der Glühkathode der Ionenquelle, des (5, 6, 7) _y Gasdruckes in der Brennkammer oder von Entla-

f) aus nahezu nichtschmelzendem Material dungsspannungen ist nur möglich auf Kosten einer mit hoher Elektronenaustrittsarbeit ge- noch kürzeren Lebensdauer der Ionenquelle. Weiterhaltert ist, 15 hin verhindern die relativ große Fläche des Wolfram-

dadurch gekennzeichnet, daß drahtbügel als Emissionsfläche für die Elektronen

g) das Bett (5, 6, 7) als Bügel ausgebildet und die des Reflektors eine Erhöhung der Elektroist, nendichte im Entladungsplasma, erschweren eine

h) dessen Materialquerschnitt zumindest im möglichst deckungsgleiche Zentrierung zueinander

Bereich einer Bohrung (8, 9) kleiner als 20 und gestatten keine weitere Annäherung des Reflek-

der Materialquerschnitt der Bügelarme tors und der Glühkathode aufgrund einer mechanisch

(5, 6) ist, ausgebildeten Einschnürung der Brennkammer der

i) in den Bügel (7) die Bohrung (8,9) einge- Ionenquelle im Bereich des Schlitzes zum Absaugen

fügt ist, und der Ionen. Auch sind die Wolframdrahtbügel gegen

j) die Pille in der Bohrung angeordnet ist. 25 Ionenbeschuß nicht beständig und außerdem nicht

2. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch ge- stabil genug gegen magnetische Querkräfte,
kennzeichnet, daß Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine

k) die Bohrung (8, 9) konisch sich verjün- Glühkathode zu schaffen, bei der nur ein festgelegter

gend ausgebildet ist Teil Elektronen emittiert und bei dem zumindest die

1) und in einer den Außenmaßen der Pille 30 direkte Umgebung des emittierenden Teiles auch bei

(3) angepaßten Ausnehmung (9) endet, hohen Temperaturen gegen magnetische Kräfte un-

m) wobei die öffnung (8) und Tiefe der Boh- empfindlich ist, d. h. sich nicht verbiegt, und keinen

rung derart gewählt ist, daß mindestens wesentlichen Beitrag zur Elektronenemission liefert.

ein Teil der Oberfläche der Pille (3) frei- Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeich-

liegt. 35 nenden Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben.

3. Glühkathode nach einem der Ansprüche 1 Ausführungsformen der Erfindung sind in den Anoder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sprüchen 2 u. 3 aufgeführt. Die Erfindung wird im

n) das Material des Bügels (7) und der Bü- folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels gelarme (5, 6) Graphit ist. der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

40 In der Fig. 1 ist der untere Teil einer Ionenquelle für ein Isochron-Zyklotron dargestellt, in der in einer

Niederdruck-Gasentladung von ungefähr 26,6 bis

66,5 Pa, insbesondere im Brennkammerhals 2 (nur ein Teil davon dargestellt) einer Brennkammer 1,

Die Erfindung betrifft eine Glühkathode mit einer 45 Deuterium- oder Wasserstoffionen erzeugt werden. Stromzu- und -abführung, in Form von Bügelarmen, Die Entladung brennt zwischen einer Glühkathode 3 bei der der Elektronen emittierende Teil aus einer und der Brennkammer 1, insbesondere aber zwischen Pille aus hochschmelzendem Metall oder Metallcarbid der Glühkatode 3 und einem nicht näher dargestellten besteht und bei der diese Pille in einem Bett aus na- Reflektor im Brennkammerhals 2, bei einer Brennhezu nichtschmelzendem Material mit hoher Elektro- 50 spannung zwischen 100 und 250 Volt. Zwischen der nenaustrittsarbeit gehaltert ist. Eine solche Glühka- Glühkathode 3 und dem Brennkammerhals 2 befinthode ist aus der DE-AS 1273076 bekannt. det sich das Entladungsplasma, welches durch ein

Es sind weiterhin Ionenquellen für Zyklotrons be- starkes Magnetfeld von ungefähr 10 kG zu einer kannt, die alle auf der von Livingston und Jones scharf begrenzten Säule zusammengeschnürt wird. (»The Review of Scientific Instruments« Volume 25, 55 Das Magnetfeld liegt in oder parallel zur Schnittebene Number 6, Juni 1954, S. 252-257) entwickelten Io- der dargestellten Vorrichtung. Die im Entladungsnenquelle aufbauen. Bei einer dieser Ionenquellen plasma erzeugten Ionen werden von einer Hochfredient ein Wolframdrahtbügel, der mit 100 bis 300 A quenzspannung (ungefähr 40 kV und 33 MHz) an ei-Gleichstrom beheizt wird, als Glühkathode. Die Nie- nem Beschleunigungssektor (nicht näher dargestellt) derdruck-Gasentladung brennt bei einem niedrigen 60 quer zum Magnetfeld aus einem ebenfalls nicht näher Gasdruck (z. B. 1,33 Pa Deuteriumgas) zwischen der dargestellten Schlitz in der Wandung des Brennkam-Glühkathode und der aus Graphit gedrehten Brenn- merhalses 2 abgesaugt. Um eine besonders hohe Auskammer bei einer bestimmten Brennspannung. Das beute an Elektronen aus der Glühkathode 3 zu erhal-Entladungsplasma wird durch ein in der oder parallel ten, muß die Glühkathode bis möglichst nah an den zur Ebene des Wolframdrahtbügels liegendes starkes 65 Brennkammerhals 2 herangeführt werden. Zur Erfül-Magnetfeld zu einer mehr oder weniger gut begrenz- hing dieser Bedingung ist die Glühkathode 3 zu einer ten Säule zwischen der Glühkathode und einem gegen Walze bzw. zu einer Spitze oder einem Zylinder ausdie Brennkammer isolierten Reflektor für Elektronen bildbar, die von einem Heizstrom von 100 bis 300 A