DE2314681A1

DE2314681A1 - METHOD AND EQUIPMENT FOR CREATING CURTAINS FROM ENERGY-RICH CHARGED PARTICLES WITH THE HELP OF A JET OF SPREAD DIMENSIONS AND PULSE-GENERATING STRUCTURES FAFUER

Info

Publication number: DE2314681A1
Application number: DE19732314681
Authority: DE
Inventors: A Stuart Denholm; Gordon K Simcox
Original assignee: Energy Sciences Inc
Current assignee: Energy Sciences Inc
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1973-10-04
Also published as: SE385344B; GB1389631A; CA965483A; US3769600A; DE2314681B2; FR2177793A1; JPS496399A; DE2314681C3; FR2177793B1; JPS5238197B2; NL7302432A

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

I J I H O O ! I JI H OO!

BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 · W1DENMAYERSTRASSE 49BERLIN-DAHLEM 33 PODBIELSKIALLEE 68 8 MUNICH 22 W1DENMAYERSTRASSE 49

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEYBERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MUNICH: DIPL.-ING. HANS-H. WEY

Energy Soiences, Inc. Berlin, den 22. März 1973Energy Soiences, Inc. Berlin, March 22, 1973

Verfahren und Gerät zur Erzeugung von Vorhängen aus energiereichen geladenen Teilchen mit Hilfe eines Strahls ausgebreiteter Abmessung und Impulse erzeugende Aufbauten dafürMethod and device for producing curtains from high-energy charged Particles using a beam of spread size and generating pulses Superstructures for it

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Geräte zur Erzeugung von Vorhängen aus energiereichen geladenen Teilchen mit Hilfe eines Strahls ausgebreiteter Abmessung und Impulse erzeugende Aufbauten dafür, und ist insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, auf Vorhänge aus impulsförmigen energiereichen Elektronenstrahlen gerichtet.The present invention relates to methods and apparatus for producing curtains from high-energy charged Particles with the aid of a beam of expanded dimension and structures generating impulses therefor, and is in particular, although not exclusively, on curtains made of pulse-shaped high-energy electron beams directed.

Generatoren zur Erzeugung von Vorhängen aus geladenen Teilchen mit Hilfe eines Strahls ausgebreiteter Abmessung wurden bereits vorgeschlagen, um die Behandlung von großen Flächen durch solche Vorhänge ohne die Notwendigkeit einer Abtastung oder dergleichen zu gestatten, wie in dem Fall von bleistiftdicken oder weniger dick gebündelten Strahlensystemen, wie z.B. beschrieben in der US-PS 2 887 599 und in der DT-OS 2 229 825· Während diese energiereichen geladenen Teilchen bekanntermaßen Elektronen oder Ionen sein können, sollen sie nachstehend in Verbindung mit den bevorzugten Elektronenstrahl·Generators for creating curtains from charged particles by means of a beam of spread size have been developed already proposed to treat large areas through such curtains without the need for scanning or the like, as in the case of pencil-thick or less thickly bundled beam systems, such as for example, described in U.S. Patent 2,887,599 and DT-OS 2,229,825 · While these high-energy charged particles known to be electrons or ions, they are to be used below in connection with the preferred electron beam

BERLIN: TELEFON (O311) 76 29 O7 MÜNCHEN: TELEFON (O811) 22 58 88BERLIN: TELEPHONE (O311) 76 29 O7 MUNICH: TELEPHONE (O811) 22 58 88 KABEL: PROPINDUS · TELEX OI 84057 KABEL: PROPINDUS · TELEX OB 24244CABLE: PROPINDUS TELEX OI 84057 CABLE: PROPINDUS TELEX OB 24244

309840/0972309840/0972

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vorhängen beschrieben werden.curtains are described.

Bei der Behandlung von großen Flächen durch energiereiche Elektronen- oder lonenstrahlen entweder durch die Anwendung der Abtastung wie in dem Fall von Strahlen mit kleinem Querschnitt (bleistiftlönniges Strahlenbündel) oder der Elektronen aussendenden Vorhangsoberflächen mit ausgebreiteter Abmessung, wird allgemein eine Gleichspannung zur Beschleunigung der geladenen Teilchen verwendet. Der Lösungsweg mit der Anwendung eines Elektronenstrahls ausgebreiteter Abmessung ist besonders wegen seiner Einfachheit, Kompaktheit und seiner konstanten und linearen Strahlenbahn geeignet. Der Lösungsweg der Anwendung einer ausgebreiteten Elektronen- oder Ionenquelle bei Strahlen erzeugenden Systemen ist auch für die Behandlung von nicht ebenen Erzeugnissen geeignetj z.B, von solchen koaxialer Beschaffenheit, wie z.B. in der DT-OS 2 228 478 beschrieben. Energiereiche Elektronenstrahl en und manchmal auch Ionenstrahlen werden in zunehmendem Maße für die Bearbeitung von Werkstoffen verwendet, solcher wie die Beseitigung von Metallüberzügen, die Vernetzung von Kunststoffen und die Sterilisation von Werkstoffen als den drei Hauptverfahren von wirtschaftlichem Interesse.When treating large areas with high-energy Electron or ion beams either through the use of scanning as in the case of small beams Cross-section (pencil-like beam) or electrons emitting curtain surfaces with an expanded dimension, a DC voltage is generally used for acceleration of the charged particles are used. The approach with the use of an electron beam of spread size is particularly suitable because of its simplicity, compactness and its constant and linear ray path. The approach of using an extended electron or ion source In the case of radiation-generating systems, it is also suitable for the treatment of non-planar products, e.g. of such a coaxial nature, as e.g. in the DT-OS 2,228,478. High energy electron beams and sometimes ion beams are used increasingly for the processing of materials, such as the Removal of metal coatings, the cross-linking of plastics and the sterilization of materials as the three Main proceedings of economic interest.

Während solche Vorhangsystem.e idealerweise für Verwendungen bei niedrigeren Spannungen geeignet sind z.B. unter 3QO kV, ist die Arbeitsweise mit höheren Spannungen dadurch begrenzt, daß in dem evakuierten Elektrodenaufbausystem Vakuumdurchschlagspröbleme auftreten.While such curtain systems are ideal for uses at lower voltages are e.g. below 3QO kV, Operation with higher voltages is limited by the vacuum breakdown problems in the evacuated electrode assembly system appear.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß als Hauptaufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung dazu zu schaffen, die gestatten, die Arbeitsweise auch für Hochspannung zu erweitern und damit die Spannungsgrenze für diese Arbeitsweise durch Übernahme einer Art von Arbeitsweise aufzuheben, bei der die beschleunigende Spannung in der Form eines (sich wiederholenden) Impulses geliefert wird, der kritisch geformt und von einer genügend kurzen Dauer ist, so daß für Vakuumdurch-Accordingly, it is the primary object of the present invention based on creating a method and a device that allow the operation to be expanded for high voltage and thus to remove the voltage limit for this working method by adopting a type of working method the accelerating tension in the form of a (repetitive) Impulse is delivered, which is critically shaped and of a sufficiently short duration, so that for vacuum penetration

30 98 AO / 0 9730 98 AO / 0 97

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Schlagsvorgänge nicht genug Zeit vorhanden ist, um sich vollständig zu entwickeln. Der hierin von primärem Interesse seiende Impulsdauerbereich reicht von einer zu mehreren hundert MikroSekunden.There is not enough time to fully develop. The one of primary interest herein The pulse duration range is from one to several hundred microseconds.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Verfahren und ein Gerät zur Erzeugung von Vorhängen aus energiereichen geladenen Teilchen mit Hilfe eines Strahls ausgebreiteter Abmessung, eingeschlossen solche aus energiereichen Elektronen, die nicht das Problem des Durchschlags bei höheren Spannungen aufweisen, und zur Bereitstellung besonders dafür geeigneter neuartiger Impulse erzeugender Bauteile zu schaffen.Another object of the invention is to provide a new and improved method and apparatus for creating curtains from high energy charged particles a beam of spread size, including those made up of high-energy electrons, which does not have the problem of breakdown exhibit at higher voltages, and to provide particularly suitable novel pulse-generating components to accomplish.

Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, einen neuartigen Impulse erzeugenden Resonanztransformator für geladene Teilchen von allgemeinerer Verwendbarkeit zu schaffen.An additional task is to provide a novel impulse generating resonance transformer for charged particles of more general applicability.

Zusammengefaßt erschließt die Erfindung von einem ihrer Aspekte eine Technik zur Ausweitung der Hoehspannungöarbeitsweise von Generatoren zur Erzeugung von Vorhängen aus energiereichen geladenen Teilchen (vorzugsweise Elektronen) mit Hilfe eines Strahls ausgebreiteter Abmessung, wobei die Generatoren Elektrodenaufbauten darstellen, die in einem evakuierten Gehäuse angeordnet und gegenüber Durohschlagsent— ladungen mit daran angelegter Hochspannung empfindlich sind, wobei das Verfahren gleichzeitig die Erzeugung geladener Teilchen entlang einer ausgebreiteten Abmessung einschließt, indem ein Hochspannungsimpuls an die Elektrodenaufbauten angelegt wird, um die Teilchen in einen Impuls eines Hoch*- spannungsvorhangs aus energiereichen geladenen Teilchen mit Hilfe eines Strahls ausgebreiteter Abmessung zu bilden und den Hochspannungsimpuls mit im wesentlichen vergleichbar sehr steilen Anstiegs— und Abfallsflanken einzustellen, während die sehr viel längere Impulszeitdauer auf einen Wert begrenzt wird, der nicht ausreicht, um einen solchen Durchschlag zu gestatten.In summary, the invention opens up one of its aspects a technique to extend the high voltage mode of operation of generators for creating curtains from high-energy charged particles (preferably electrons) with Using a beam of spread size, the generators Represent electrode assemblies, which are arranged in an evacuated housing and against Durohschlagsent- Charges with a high voltage applied to them are sensitive, the process simultaneously generating charged ones Traps particles along an extended dimension by applying a high voltage pulse to the electrode assemblies is to the particles in a pulse of a high * - voltage curtain of high-energy charged particles with Help to form a beam of spread size and the high voltage pulse with essentially comparable very much set steep rising and falling edges, while the much longer pulse duration is limited to a value which is insufficient to allow such a breakdown.

0/09720/0972

Bevorzugte betriebsmäßige\ und konstruktionsmäßige Einzelheiten, eingeschlossen bevorzugte Impulse erzeugende Aufbauten, werden hiernach beschrieben.Preferred operational and constructional details, including preferred pulse generating structures are described below.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Further details and advantages of the invention are provided below explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Diagramm, bei dem die Vakuumdurchschlags'öharalcteristik für Innenelektx-ode und Gehäuse in einem solchen Generator zur Erzeugung energiereieher Elektronen entlang der Ordinate (in Kilovolt) als Funktion der Spaltbreite zwischen den evakuierten Elektroden und/oder Gehäuseaufbauten (in Zentimeter) dargestellt ist, wobei die Kurve A die Arbeitsweise für Gleichstrom oder kontinuierliche Spannung und den schnell erreichten Durchschlag für kurze Spalte in dem 200 bis 300 Kilovoltbereich (kV) zeigt, während die Kurve B die außerordentlich erweiterte Hochspannungs— arbeitsweise zeigt, die die Entdeckung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit speziell geformten und zugeschnittenen Impulsspannungen verwendet;1 shows a diagram in which the vacuum penetration characteristic for inner electrode and housing in such a generator to generate energetic electrons along the ordinate (in kilovolts) as a function of the gap width between the evacuated electrodes and / or Housing structures (in centimeters) is shown, where curve A shows the mode of operation for direct current or continuous voltage and the quickly reached Shows breakdown for short gaps in the 200 to 300 kilovolt (kV) range, while the Curve B the extraordinarily extended high-voltage operation demonstrates the discovery of the present invention in conjunction with specially shaped and tailored pulse voltages are used;

Fig. 2 ein beispielhaftes Gerät zur Erzeugung von Vorhängen aus energiereichen Elektronen im aufgebrochener] Zustand zusammen mit einer schematisehen Schaltung, die in Übereinstimmung mit der Erfindung arbeitet, und diese in einer bevorzugten Form darstellt j2 shows an exemplary device for producing curtains from energetic electrons in the broken] state together with a schematic circuit, which operates in accordance with the invention and presents it in a preferred form j

Fig. 3 ein Diagramm einer Spannungswellenform, das einen Impuls des Resonanzübertragers nach dem Aufbau von Fig. 1 darstellt;3 is a diagram of a voltage waveform showing a Fig. 3 shows the pulse of the resonance transmitter constructed in accordance with Fig. 1;

Fig_o h einen Längsschnitt durch eine Variante des Ausführung sbei spiels undFig _o h shows a longitudinal section through a variant of the execution sbei and game

309840/0 ¹I 72 -309840/0 ¹ I 72 -

.Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine koaxiale Ausführungs— art ähnlich der nach Fig. h zur gleichzeitigen Bestrahlung von Gegenständen aus sehr verschiedenen Richtungen,.Fig. 5 shows a longitudinal section through a coaxial embodiment similar to that according to FIG. H for the simultaneous irradiation of objects from very different directions,

Der Vorgang, der die Vakuumisolationsdurchführung bei großen Elektrodenspalten begrenzt, vrird "Strombelastung" genannt, die durch die Summe kleiner Impulse von Ladungen hervorgerufen wird, die zwischen den Elektrodenaufbauten (Mikroentladungen) hindurchgehen, was zur Verschlechterung des Vakuumzustandes mit darauffolgenden Gasentladungen führt.The process that limits the vacuum insulation feed-through in the case of large electrode gaps is called "current load", caused by the sum of small impulses of charges between the electrode assemblies (micro-discharges) go through it, which leads to the deterioration of the vacuum condition with subsequent gas discharges.

Bei Smith, W. A. und Mason, T. It, "Preliminary Measurements of Time Lags to Breakdown of Large Gaps", Proceedings 2nd Int. Symp; on Insulation of High Voltages in Vacuum, S, 97 (i966) und Smith, ¥. A. und anderen, "Impulse Breakdown and the Pressure Effect", Proceedings 3rd Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, S. 203 (1968), werden z.B. Experimente mit der Impulsdurchführung von Vakuumspalten bei Spannungen bis zu 3^0 kV beschrieben und mit einer kontinuierlichen Spannungsdurchführung verglichen. Diese Impulse stiegen verhältnismäßig steil an, fielen aber weit langsamer ab als Abklingimpulse. Die Impulsspannungsdurchschlagsstärke erwies sich als ungefähr 60$ höherliegend als die kontinuierliche Spannungsstärke, und der Durchschlag stellte sich bei einer Durchschnittszeit von 2h Mikrosekunden nach dem Start des Impulses ein. Eine Grundlage für die vorliegende Erfindung liegt jedoch in der großen neuartigen Verbesserung, die erreichbar ist mit Impulsen, typischerweise von einer Dauer weniger als 10 Mikrosekunden, mit vergleichbar steilen Anstiegs- und Abfallsflanken und längerer Impulsdauer, die jedoch begrenzt ist, um die Bildung von Vakuumentladungen bei diesen niedrigen Spannungen zu verhindern, die für die Arbeitsweise mit kontinuierlichen Spannungen typisch ist. Dies hat nun Beschleunigungssysteme mit einem einzelnen Spalt mit heinahe einem Megavolt Durchschlagsspannung ermöglicht, die denSmith, WA and Mason, T. It, "Preliminary Measurements of Time Lags to Breakdown of Large Gaps," Proceedings 2nd Int. Symp; on Insulation of High Voltages in Vacuum, S, 97 (1966) and Smith, ¥. A. and others, "Impulse Breakdown and the Pressure Effect," Proceedings 3rd Int. Symp. On Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, p. 203 (1968), experiments with the impulse implementation of vacuum gaps at voltages of up to 3 ^ 0 kV are described and compared with a continuous voltage implementation. These pulses rose relatively steeply, but fell far more slowly than decay pulses. The pulse voltage breakdown was found to be about $ 60 higher than the continuous voltage, and breakdown occurred an average of 2h microseconds after the start of the pulse. A basis for the present invention, however, lies in the great novel improvement achievable with pulses, typically less than 10 microseconds in duration, with comparatively steep rising and falling edges and longer pulse duration, but limited to the formation of vacuum discharges at these low voltages, which is typical of the continuous voltage operation. This has now enabled acceleration systems with a single gap with nearly a megavolt breakdown voltage that have the

- 6 '}09840/0'i72 - 6 '} 09840 / 0'i72

Bereich der Elektronenvorhangverfahren außerordentlich erweitern. Ein weiterer Vorteil einer Arbeitsweise mit solchen zugeschnittenen Impulsen besteht darin_s daß ^Jie Speisedurchführung in das Vakuum kapazitätsmäßig durch geeignete geometrische Formung abgestuft und dann kleiner gemacht werden kann als die entsprechenden Gleichstrom-Durchführungen bei den kontinuierlichen Vorhangverfahren.Extend the range of electron curtain processes extraordinarily. A further advantage of an operation with such tailored pulses is _S can be that ^ Jie feed implementing capacitively graded in the vacuum by suitable geometric shaping and then made smaller than the corresponding direct current feed-throughs in the continuous curtain method.

Ein besonders ansprechendes Verfahren zur Bewerkstelligung dieser besonderen irapulsförmigen Arbeitsweise wird durch die Verwendung eines "doppelresonanten" Impulsübertragernetzwerks erreicht, einem solchen wie es beschrieben wurde durch E, A. Abramyan und anderen zur Benutzung bei "Bleistiff-Beschleunigern in "High-Current Transformer Accelerators", veröffentlicht durch das Institut für Nuklear-Physik, Nowosibirsk UdSSR, 1970, und in "High Current Accelerators for Scientific Industrial Use", veröffentlicht durch Techsnabexport, Moskau, 1971» und in den US-PS 3 390 303 und 3 450 996, Diese Art von Übertrager arbeitet besonders wirkungsvoll, wenn Primär- und Sekundärkreis beide auf Resonanz bei derselben Frequenz mit einem Koppelfaktor von ungefähr 0,6 gebracht werden, bei dem die Ausgangswellenform den in Fig. 3 gezeigten Kurvenverlauf hat, wobei die betriebsfähige Halbperiode für die Elektronenstrahlbeschleunigung die zweite Halbperiode mit der größeren Amplitude ist, die wie gezeigt einen negativen Wert besitzt.A particularly appealing method for accomplishing this particular I-pulse-shaped mode of operation is provided by the Use of a "double-resonant" pulse transmitter network achieved, such as has been described by E, A. Abramyan and others for use in "pencil accelerators in "High-Current Transformer Accelerators" published by the Institute for Nuclear Physics, Novosibirsk USSR, 1970, and in "High Current Accelerators for Scientific Industrial Use", published by Techsnabexport, Moscow, 1971 »and in the U.S. Patents 3,390,303 and 3,450,996, This type of transducer works particularly effective when the primary and secondary circuit are both on resonance at the same frequency with a coupling factor of about 0.6 at which the output waveform has the curve shown in Fig. 3, the operable Half cycle for electron beam acceleration is the second half cycle with the larger amplitude, which like shown has a negative value.

Der Übertrager kann ausgelegt werden, um in einem Bereich bis zu ungefähr 80 kHz und dai-über zu arbeiten, was zu einer Halbperiodendauer von ungefähr 6 MikroSekunden führen würde_β Wie durch Abramyan und andere beschrieben, können die Heizleistung und die Gittersteuerungen über die Anschlußklemme für die Hochspannung gespeist werden, indem die Sekundärseite des Impulsübertragers so ausgelegt ist, daß seine mehrfachen Windungen in paralleler Ausführung* bestehen, solchen wie BIfilarwindungen. Die sekundäre Wicklung kann auch dieThe transformer can be adapted in a range up to 80 kHz and dai-over to work, would roughly lead to a half-period duration of about 6 microseconds _β As indicated by Abramyan and other described, the heating power and the grating controls can use the terminal for The high voltage can be fed by designing the secondary side of the pulse transformer so that its multiple turns are in parallel *, such as bi-filament turns. The secondary winding can also do the

- 7 3 0 9 8 4 0/007-2"- 7 3 0 9 8 4 0 / 007-2 "

_₇_ 23H681_ ₇ _ 23H681

äußere Abschirmung eines Mehrleiterkabels sein, wobei die inneren Leiter eine niedrige Spannungsi eistung und Signale zur Anschlußklemme der Hochspannung führen. Ein weiterer Vorteil einer solchen Impulsform für eine Arbeitsweise besteht darin, daß die Speisedurchführung in das Vakuum kapazitätsmäßig durch eine geeignete geometrische Form abgestuft und dann, wie zuvor festgestellt, kleiner als die entsprechende Gleichstromdurchführung bei dem kontinuierlich betriebenen Vorhang ausgeführt werden kann.be the outer shield of a multi-conductor cable, the inner conductor low voltage power and signals lead to the high voltage terminal. Another The advantage of such a pulse shape for a mode of operation is that the feed lead-through in the vacuum is in terms of capacity graduated by a suitable geometric shape and then, as previously stated, smaller than the corresponding one DC feed-through can be carried out in the continuously operated curtain.

In Fig. 2 ist ein solches Inipulsübertragernetzwerk PT mit einer primären Wicklung P dargestellt, die vorzugsweise kegel stumpfförmig geformt ist und im wesentlichen selbsttragende relativ großformatige Kupfer— oder andere Leiter— streifen enthält, die innerhalb eines leitenden evakuierten Gehäuseaufbaus 15 an ihrem einen Ende angeordnet sind, im wesentlichen in einer Linie mit einer Elektronenstrahlvorhangkanone EG, wobei das Gehäuse 15 als die Anode der Kanone dient und ein elektronendurchlässiges Austritts— oder Ausgangsfenster 17 trägt, wie in der DT-OS 2 229 825 beschrieben. Eine herkömmliche Impulssteuerungsschaltung PD (etwa für 50 kV-Impulse) ist mit der Primärwicklung P verbunden, wobei die Primärwicklung die zylindrische Sekundärwicklung S mit Vielfachparallelwlndungen koaxial umgibt, die als von einer Verbindung mit dem Vakuum V (etwa in der Größen-Ordnung von zumindest 10""^J Torr) innerhalb des ein isolierendes Gas I wie SFg oder eine isolierende Flüssigkeit wie Öl oder dergleichen enthaltenden Anodengehäuses 15 durch einen keramischen oder anderen isolierenden Zylinder C abgedichtet dargestellt ist« Der linksseitige Anschluß der Sekundärwicklung kann mit dem Anodengehäuse 15 über die Erdklemme G verbunden werden, und die Niederspannung für den zuvor erwähnten Heizdraht und die Gittersteuerung kann zwischen den Vielfachwindungen entwicMt werden, um in Konverter 21 auf bekannte Weise umgewandelt zu verden. Die als Elektronenquelle dienende Kathode 1 ist als ein sich in LängsrichtungIn Fig. 2, such a pulse transmitter network PT is shown with a primary winding P which is preferably frusto-conical in shape and contains essentially self-supporting, relatively large-sized copper or other conductor strips arranged within a conductive evacuated housing structure 15 at one end , substantially in line with an electron beam curtain gun EG, the housing 15 serving as the anode of the gun and bearing an electron-permeable exit or exit window 17, as described in DT-OS 2,229,825. A conventional pulse control circuit PD (for approximately 50 kV pulses) is connected to the primary winding P, the primary winding coaxially surrounding the cylindrical secondary winding S with multiple parallel windings, which are considered to be connected to the vacuum V (approximately in the order of magnitude of at least 10 "" ^J Torr) inside the anode housing 15 containing an insulating gas I such as SFg or an insulating liquid such as oil or the like is shown sealed by a ceramic or other insulating cylinder C. and the low voltage for the aforementioned heating wire and grid control can be developed between the multiple turns to be converted in converter 21 in a known manner. The cathode 1 serving as an electron source is designed as a longitudinal direction

3 0 9 8 A 0 / G '· 7 23 0 9 8 A 0 / G '7 2

erstreckender Heizdraht dargestellt, der innerhalb eines Kanals 3 angeordnet und mit einem sich in Längsrichtung parallel zu und von gleicher Ausdehnung mit der Kathode und in ihrer Querrichtung zu den Wänden des Kanals 3 erstreckenden Steuergitter 7 ausgerüstet ist_s wie in der DT-OS 2 229 825 beschrieben. Koaxial die Kathode 1 und das Steuergitter 7 umgebend ist ein als elektrostatische Abschirmung dienender Faradayscher Käfig ±1 mit einer weiteren in Längsrichtung verlaufenden Gitterelektrode 13 angeordnet, die mit der Kathode 1 und dem Steuergitter 7 in einer geraden Linie liegt, um den Strahl in einen Vorhang aus energiereichen Elektronen mit ausgebreiteter Abmessung zu formen, der heraustreten kann, wenn er sich durch das Fenster 17 ausbreitet. Die hohe Impulsspannung aus der Sekundärwicklung wird von der Hochspannungs- oder rechtsseitigen Anschlußklemme der Sekundärwicklung S an die Elektrode 13 angelegt, wobei dies dann geschieht, wenn die.Katho— denquelle 1 Elektronen als Antwort auf einen geeignet getakteten Steuergitterimpuls aussenden soll, der an das'Steuergitter 7» wie bei Abramyan und anderen beschrieben, angelegt wird. _s is extending heating wire shown disposed within a conduit 3 and extending parallel equipped with a longitudinally to and coextensive with the cathode and in its transverse direction extending to the walls of the duct 3 the control grid 7 as shown in the DT-OS 2229825 described. Coaxially surrounding the cathode 1 and the control grid 7 is a Faraday cage ± 1, serving as an electrostatic shield, with a further longitudinal grid electrode 13, which is in a straight line with the cathode 1 and the control grid 7, around the beam in a curtain of high-energy electrons of expanded dimension that can emerge as it expands through the window 17. The high pulse voltage from the secondary winding is applied to the electrode 13 from the high-voltage or right-hand terminal of the secondary winding S, this being done when the cathode source 1 is to emit electrons in response to a suitably timed control grid pulse which is sent to the Control grid 7 »is laid out as described by Abramyan and others.

Diese Arbeitsweise ist in der Wellenform nach Fig. 3 dargestellt. Die Resonanzübertragung durch den Impulsübertrager PT erzeugt eine gedämpfte Schwingung 11^! (Etwa bis zu 80 kHz), wobei die erste negative Halbperiode 11" für die Hochspannungs— impulsabgabe verwendet wird. Das Steuergitter 7 wird, wie z.13. bei Abramyan und anderen beschrieben, getaktet, und zwar wie dargestellt bei 13', um den im wesentlichen monoenergetischen Elektronenimpuls innerhalb der Spannungsimpulsdauer hervorzurufen, die eine etwas längere Zeit als einige MikroSekunden hat, also etwa sechs oder .mehr, und zwar in Übereinstimmung mit dem Problem, einen Vakuumdurchschlag des Elektrodenspalts abzuwehren, wie er in.Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde.This operation is illustrated in the waveform of FIG. The resonance transmission through the pulse transmitter PT generates a damped oscillation 11 ^! (Approximately up to 80 kHz), the first negative half-cycle 11 "being used for the high-voltage pulse output. The control grid 7 is clocked, as described for example in FIG. 13 in Abramyan et al, and specifically as shown at 13" to cause the essentially monoenergetic electron pulse within the voltage pulse duration, which has a time slightly longer than a few microseconds, i.e. about six or more, in accordance with the problem of repelling a vacuum breakdown of the electrode gap, as described in connection with FIG was explained.

3 0 9 8 4 0 / 0 il 7 23 0 9 8 4 0/0 il 7 2

23U68123U681

— ο —- ο -

Obgleich der Resonanzirapulsübertrager PT (oder andere im wesentlichen auf ähnliche Weise eine Impulsformung durchführende Netzwerke) in einer Linie mit der Elektronenkanone EG in der Ausführung nach Fig. 2 angebracht ist, ist der Übertrager in der Ausführung nach Pig. h innerhalb einer zwischenliegenden Querausdehnung angeordnet, obwohl auch andere Anbringungslagen möglich sind. Bei dieser Abwandlung ist das Ende der durch die Sekundärwicklung S gebildeten Kammer und sein äußerer isolierender Zylinder C mit einer abgedichteten Spannungsdurchführung B ausgerüstet, um zu den innerhalb der Elektronenkanone EG zu bewirkenden notwendigen Spannungsverbindungen zu befähigen. Diese Konstruktion ist darüber hinaus besonders vorteilhaft zur Bestrahlung von Gegenständen 0, wie in Fig. 5 dargestellt, solchen wie ein in Längsrichtung zu behandelnder kunststoffüberzogener Draht, wenn dieser in Längsrichtung an dem Fenster 17 vorbeigezogen wird. Wo gleichzeitige Bestrahlung von sehr verschiedenen Richtungen oder eine koaxiale Bestrahlung gewünscht wird, können zusätzlich solche Elektronenkanonen oder unterschiedlich gerichtete Kanorenteile um den Gegenstand vorgesehen werden, solchen wie EG¹ mit Fenster 17^f usw., die auch vom Impulsübertrager PT getaktet werden, wie in der DT-OS 2 228 47Ö beschrieben.Although the resonant pulse transmitter PT (or other substantially similar pulse-shaping networks) is positioned in line with the electron gun EG in the embodiment of FIG. 2, the transmitter in the embodiment of Pig. h located within an intermediate transverse extent, although other mounting positions are also possible. In this modification, the end of the chamber formed by the secondary winding S and its outer insulating cylinder C is equipped with a sealed voltage feedthrough B in order to enable the necessary voltage connections to be effected within the electron gun EG. This construction is also particularly advantageous for irradiating objects 0, as shown in FIG. 5, such as a plastic-coated wire to be treated in the longitudinal direction, when this is drawn past the window 17 in the longitudinal direction. Where simultaneous irradiation from very different directions or coaxial irradiation is desired, such electron guns or differently directed parts of the cannon can also be provided around the object, such as EG ¹ with window 17 ^f etc., which are also clocked by the pulse transmitter PT, as in FIG DT-OS 2 228 47Ö described.

Es sei bemerkt, daß kein Erfordernis für eine Hochvakuum-Speisedurchführung in diesen Ausführungen besteht, da der Impulsübertrager selbst in das Vakuum V hineinragt, das wie bei 2 (Fig. 5) erhalten wird. Die Sekundärseite des Übertragers muß selbst gut dielektrisch abgestuft sein und stuft so auch die dielektrische Oberfläche ab, die den jiochspannungsansohluß im Vakuum trägt. Typischerweise hat die innerhalb eines keramischen Rohres C mit einem Vakuum auf dor Außenseite und einem llochdruckgas oder einer iso— liercniJon Flüssigkeit auf der Innenseite untergebrachteIt should be noted that there is no requirement for a high vacuum feed duct in these designs, since the impulse transmitter itself protrudes into the vacuum V, which as at 2 (Fig. 5) is obtained. The secondary side of the transformer itself must be dielectrically graded well and thus also grades the dielectric surface that bears the yoke stress base in a vacuum. Typically has those inside a ceramic tube C with a vacuum on the outside and a hole pressurized gas or an iso- liercniJon liquid housed on the inside

23H68123H681

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Sekundärwieklung S des ImpHlsübertragers ihren Hochspannungsanschluß so geformt,, daß mehrere radiale Elektronenstrahlen beschleunigt werden können, um ein solches koaxiales Produkt wie den Draht oder das Kabel 0 von Fig„ 5 zu behandeln. Die Elektronenstrahlen oder ihre Halteaufbau ten können auch gestaltet sein, um spezielle andere als koaxiale Formen zu behandeln.Sekundärwieklung S ImpHlsübertragers of their high-voltage terminal so that a plurality of radial shaped ,, electron beams can be accelerated in order to treat such a coaxial product as the wire or the cable of FIG 0 '5. The electron beams or their holding structures can also be designed to handle specific shapes other than coaxial.

Bei tatsächlichen Erprobungen wurde ein Aufbau der oben beschriebenen Art aufgebaut, um bei 150 kV Gleichspannung-zu arbeiten. Mit solcher Gleichspannungs- oder kontinuierlichen Arbeitsweise fing das System bei ungefähr 80 kV an, sich zu konditionieren (d.h, es zeigte Anzeichen von Elektionenaufladung im Vakuum), und die Konditionierung dauerte zwei Stunden, um 150 kV zu erreichen. Als das System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit 8 Mikrosekundenimpulsen bei fünf Impulsen pro Sekunde betrieben wurde, wurden 200 kV sofort und über 30Ό kV innerhalb weniger Minuten der Konditionierung erreicht. Das Vakuum wies dabei einen Druck von ungefähr 2 χ 10 " Torr auf, mit einem ungefähr 10 cm großen Spalt zwischen dem Hochspannungsbeschleunigungsgitter und dem Fenster in dem äußeren geerdeten koaxialen Gehäuse von ungefähr 76,2 cm Durchmesser.In actual tests, a structure of the one described above was used Kind of built to operate at 150 kV DC work. With such DC or continuous operation, the system started to close at around 80 kV conditioning (i.e., it showed signs of electionic charging in vacuum), and the conditioning took two hours to reach 150 kV. As the system in accordance with the present invention with 8 microsecond pulses Operating at five pulses per second, the conditioning was 200 kV instantly and over 30Ό kV within minutes achieved. The vacuum had a pressure of about 2 × 10 "Torr, with a gap of about 10 cm between the high voltage acceleration grid and the window in the outer grounded coaxial housing approximately 76.2 cm in diameter.

Weitere Abwandlungen sind dem mit dieser Technik vertrauten Fachmann möglich und werden als innerhalb des Wesens und Umfangs der Erfindung fallend betrachtet«Other variations are those familiar with this technique Skilled in the art and are considered to fall within the spirit and scope of the invention "

Paten tan spriich e:Godfather tan spri e:

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3 09 8 4 0 / ü μ 7 23 09 8 4 0 / ü μ 7 2

Claims

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Claims

Device for creating curtains from high-energy charged particles with the help of a beam spread out Dimension, characterized by has the following characteristics: A dimensionally expanding source (l) of charged particles, a first on one side the source arranged and extending along this side and over the source electrode means (7)> a device (21) for applying a potential between the source (1) and the first electrode device (7), a device (II) for generating a dimensionally spread beam of charged Particle, another with the source (l) and the first Electrode device (7) lying in a straight line slectrode device (13) for shaping the beam in a curtain, the source (1) and the electrode devices (7, 13) surrounding evacuated housing structure (15) with a substantially connected to the first (7) and further electrode means (13) lying in a straight line and permeable to charged particles Window (17) for transferring the curtain outside the housing structure, one attached to the housing structure (15) and pulse network device (PT) connected to the further electrode device (I3) for producing a High voltage pulse with essentially comparable steep rising and falling edges, but with a duration which is not sufficient to cause a breakdown within the housing structure (15) between the source (1), the elec- allow electrode devices (7, 13) and the housing structure, and a device (3) connected to the first electrode device (7) for the withdrawal of to enable charged particles from the source (1) during the generation of the high-voltage pulse, so that a substantially greater voltage for a curtain of charged particles in excess of several hundred

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Kilovolts generated without any such leakage will, as the devices with no breakdown during both their direct current as well as impulse arming with regulated Can generate waveform by capacitor discharge. .

2. Device according to claim 1, characterized in that that the pulse network device (PT) contains a primary and secondary transformer (P, S), the former (P) having pulse control means (PD) and the latter (S) is connected to the further electrode device (13) to the source ("I) to clock pulse-wise, with the windings dimensioned are to vibrate at a common frequency and are coupled to contain a high voltage pulse to develop oscillating vibration with a half period of it.

3. Apparatus according to claim 2, characterized that the primary winding (P) is arranged within the evacuated housing structure (15) and the it is exposed to vacuum (V) and the secondary winding (s) is mounted therein substantially coaxially, but insulatively sealed from the vacuum is.

4. Apparatus according to claim 3, characterized that the transformer windings (P, S) in essentially in line with the dimensional extent the source (ί) and the electrode devices (7, 13) are appropriate «,

5t device according to claim 3 »marked thereby t that the transformer windings (P, S-) at one between the ends of the source (i) and the Electrode devices (7, 13) attached are and expand from there.

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Device according to claim 3 »characterized in that the primary winding (P) from relative large-format, essentially frustoconical shaped turns, the secondary winding (S) essentially cylindrical, often smaller turns, that the insulating seal one dielectric cylinder (c) surrounding the secondary winding and that an insulating cylinder (c) contains either a gas or a medium (i) containing insulating liquid is sealed within the secondary winding.

7. Apparatus according to claim 2, characterized in that the transmitter resonance frequency Values up to the order of substantially

80 kHz is adjustable to accommodate high half-cycle voltage pulses with a duration on the order of im essentially a few microseconds.

8. Apparatus according to claim 7 »characterized in that the source (l) consists of a in Longitudinally extending electron cathode, the first Electrode device (7) from a corresponding control grid device extending in the longitudinal direction, the further electrode device (13) from a further grid device and the housing structure (15) from a conductive anode device with an electron-permeable window device (17) for the exit of the generated Electron curtain pulse exists.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that that the pulse network device (PT) consists of the primary (P) and secondary (S) transmission winding exists, v / o with the former with the impulse device (PD)

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and the latter is connected to the further electrode grid device (13) and the windings at a common frequency are resonated and coupled to a the high voltage pulse as to develop an oscillating oscillation containing a negative half-cycle of it "

10. An apparatus for producing a high-energy beam of charged particles, in particular according to one of claims 1 to 9 ^»s as by in that are contained in an evacuated housing (15) in combination; A source (l) for charged particles, a pulse network device (PT), which is a primary

(p) and a secondary (S) transformer winding, the former of which is connected to a pulse control device (PD) to generate a high voltage pulse for pulse— would give the source (l) to develop, with the windings are sized to be at a common frequency in To resonate, and are coupled to one containing the high voltage pulse as a half cycle thereof develop oscillating vibration with the primary winding (P) inside the evacuated housing attached and exposed to the vacuum (V) therein and the Secondary winding (S) arranged essentially coaxially therein, but sealed in an insulating manner from the vacuum is.

11. Apparatus according to claim 10, characterized that the transformer windings (P, S) are placed essentially in line with the source (l) are.

12. Apparatus according to claim 10, d a d u r c h g e k e η η - indicates that the primary winding (p) from relative large-format, essentially frustoconical shaped Turns, the secondary winding (S) essentially

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consists of cylindrical, often smaller turns, that the insulating seal comprises a dielectric cylinder (C) surrounding the secondary winding and that an insulating medium (i) containing either a gas or an insulating liquid within the secondary winding is sealed.

13. Apparatus according to claim 10, characterized in that the transmitter resonance frequency is adjustable to values up to the order of magnitude of essentially 80 kHz, to high half-cycle voltage pulses of a duration on the order of essentially a few microseconds,

14. Apparatus according to claim 13> characterized in that that the source (l) consists of a longitudinally extending electron cathode, the first Electrode device (7) from a corresponding continuous grid device extending in the longitudinal direction, the further electrode device (I3) from a further grid device and the housing structure (15) from a conductive anode device with an electron-permeable window device (17) to exit of the generated electron curtain pulse exists,

15 · Method of extending the high voltage operation of generators to create curtains from high energy charged particles using a beam of spread size, the generators in one Represent electrode structures arranged in an evacuated housing, which are sensitive to high voltage applied to them against breakdown discharges, in particular with the use of a device according to one of claims 1 to 9, characterized in that simultaneously along an extended dimension

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charged particles are generated, a high voltage pulse Applied to the electrode structures, the particles are converted into a high-voltage pulse for a curtain high-energy charged particles to form a beam of spread size, and the high-voltage pulse is set to essentially comparable very steep rising and falling edges, while the much longer one Pulse duration is limited to an amount that is not sufficient to allow a breakdown.

16. The method according to claim 15 »characterized that setting and limiting by causes a resonated transmission of a pulse is to the high voltage pulse with essentially comparably steep rising and falling edges than to create a shark period of that resonance.

17. The method according to claim 16, characterized in that the resonance frequency to values up to is set to the order of substantially 80 kHz, to half-cycle duration pulses of the order of magnitude of essentially a few microseconds produce.

18 »The method according to claim 16, characterized in that the step of generating the charged Particle includes generating electrons and the resonance half cycle as a negative half cycle thereof is selected.

19. The method according to claim 15j, characterized in that an object to be irradiated the curtain is drawn past and another curtain made of high-energy charged particles with the help of a Beam of spread dimension is similarly pulsed and substantially simultaneously on the

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Object is directed from a direction other than that of the first-mentioned curtain.

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