DE2314681B2 - METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A BEAM BEAM OF ENERGY-RICH, CHARGED PARTICLES - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A BEAM BEAM OF ENERGY-RICH, CHARGED PARTICLES

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DE2314681B2 DE19732314681 DE2314681A DE2314681B2 DE 2314681 B2 DE2314681 B2 DE 2314681B2 DE 19732314681 DE19732314681 DE 19732314681 DE 2314681 A DE2314681 A DE 2314681A DE 2314681 B2 DE2314681 B2 DE 2314681B2
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Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Erzeugung eines Strahlenbündels, insbesondere eines ausgedehnten Strahlenbündels, energiereicher, geladener Teilchen mittels einer Einrichtung, die innerhalb eines mit einem Austrittsfenster für das Strahlenbündel versehenenThe invention is concerned with the generation of a beam, in particular an extended one Beam, high-energy, charged particles by means of a device that is within a with a Exit window provided for the bundle of rays

ι. Gehäuses eine Teilchenquelle und mehrere Elektrodenι. Housing a particle source and several electrodes

zur Steuerung und Formung des Strahlenbündelsfor controlling and shaping the beam

aufweist, wobei die Beschleunigungsspannung in Formhaving, the accelerating voltage in the form

von Hochspannungsimpulsen zugeführt wird.is supplied by high voltage pulses.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 34 50 996 bekannt.Such a method is known from US Pat. No. 3,450,996.

Bei der Behandlung großer Flächen mit energiereichen Elektronen- oder Ionenstrahlen, die als dünner, abzulenkender Strahl oder als breites Strahlenband auf die zu bestrahlenden Flächen geleitet werder, wird im allgemeinen eine Gleichspannung zur Beschleunigung der geladenen Teilchen verwendet. Wegen seiner Einfachheit, Kompaktheit und seiner konstanten und linearen Su ahlenbahn arbeitet man besonders gern mit breiten Strahlenbändern. Derartige Verfahren werden zur Beseitigung von Metallüberzügen, zur Vernetzung von Kunststoffen und zur Sterilisation von Werkstoffen eingesetzt.When treating large areas with high-energy electron or ion beams, which are thin, beam to be deflected or as a wide beam band directed onto the surfaces to be irradiated, is in the generally a DC voltage is used to accelerate the charged particles. Because of his Simplicity, compactness and its constant and linear walleye are particularly popular with wide bands of rays. Such methods are used to remove metal coatings, for crosslinking of plastics and used for the sterilization of materials.

Spannungen unter 30OkV bereiten in derartigen Systemen im allgemeinen keine Schwierigkeiten mehr.In general, voltages below 30OkV no longer cause problems in such systems.

Die Anwendung höherer Spannungen wirft jedoch Probleme auf, die sich dadurch ergeben, daß in den evakuierten Elektrodensystemen Spannungsüberschläge auftreten.
Durch den Übergang von kontinuierlich anliegenden Versorgungsspannungen zu Impulsspannungen, wie sie bei dem Verfahren nach der US-PS 34 50 996 angewendet werden, konnte man bereits die Spannungen steigern, ohne daß es zu Durchschlägen kam. So beschreiben Smith und Mason in dem Aufsatz »Preliminary Measurements of Time Lags to Breakdown of Large Gaps« in der Zeitschrift »Proceedings 2 nd Int. Symp. on Insulation of High Voltages in Vacuum«, S.97 (1966), und W.A.Smith im Aufsatz »Impulse Breakdown and the Pressure Effect« in der Zeitschrift »Proceedings 3 rd Int. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum«, S. 203 (1968), Experimente mit dem Verhalten von Entladungsstrekken im Vakuum bei Impulsen mit Spannungen bis zu 340 kV im Vergleich mit dem Verhalten bei kontinuierlichen Spannungen. Die Impulse stiegen dabei verhältnismäßig steil an, fielen aber als Abklingimpulse weit langsamer wieder ab. Die Durchschlagsspannung lag bei Impulsen um etwa 60% höher als bei kontinuierlicher Spannung, und der Durchschlag stellte sich bei einer Durchschnittszeit von 24 Mikrosekunden nach dem Start des Impulses ein.However, the use of higher voltages poses problems which result from the fact that voltage flashovers occur in the evacuated electrode systems.
Through the transition from continuously applied supply voltages to pulse voltages, as used in the method according to US Pat. No. 3,450,996, it was already possible to increase the voltages without breakdowns occurring. Smith and Mason describe in the article “Preliminary Measurements of Time Lags to Breakdown of Large Gaps” in the journal “Proceedings 2nd Int. Symp. On Insulation of High Voltages in Vacuum ", p.97 (1966), and WASmith in the article" Impulse Breakdown and the Pressure Effect "in the journal" Proceedings 3 rd Int. Symp. On Discharges and Electrical Insulation in Vacuum ", p. 203 (1968), experiments with the behavior of discharge paths in a vacuum with pulses with voltages up to 340 kV in comparison with the behavior with continuous voltages. The impulses rose relatively steeply, but fell again much more slowly as decay impulses. The breakdown voltage for pulses was about 60% higher than for continuous voltage, and breakdown occurred an average of 24 microseconds after the start of the pulse.

Ein besonders ansprechendes Verfahren zur Durchführung der impulsförmigen Arbeitsweise wird durch die Verwendung eines »doppelresonanten« Impulsüber-A particularly appealing method for performing the pulsed mode of operation is through the use of a "double-resonant" impulse transfer

(15 tragungsnetzwerks erreicht, -.vie es beispielsweise durch E. A. Abramyan zur Benutzung bei Beschleunigern mit bleistiftförmigem Strahl in dem Aufsatz »High-Current Transformer Accelerators« beschrieben, der vom (1 5 transmission network, - as described, for example, by EA Abramyan for use in accelerators with pencil-shaped beams in the article "High-Current Transformer Accelerators", published by

Institut für Nuklear-Physik, Nowosibirsk, UdSSR, 1970, veröffentlicht worden ist. Diese Art von Übertrager arbeitet besonders wirkungsvoll, wenn Primär- und Sekundärkreis jeweils auf Resonanz bei derselben Frequenz mit einem Koppelfaktor von ungefähr 0,6 gebracht werden. Die betriebsfähige Halbperiode für Elektronenstrahlbeschleunigung ist dabei die zweite Halbperiode mit der größeren Amplitude, die, wie später noch unter Bezugnahme auf F i g. 3 gezeigt wird, einen negativen Wert besitztInstitute of Nuclear Physics, Novosibirsk, USSR, 1970. This type of transformer works particularly effectively when the primary and secondary circuits are each brought to resonance at the same frequency with a coupling factor of approximately 0.6. The operational half cycle for electron beam acceleration is the second half cycle with the larger amplitude, which, as will be explained later with reference to FIG. 3 shown wi r d, has a negative value

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betriebsweise der eingangs genannten Art für einen Teilchenbeschleuniger anzugeben, die die Anwendung einer noch höheren Beschleunigungsspannung ermöglicht.The present invention is based on the object of an operating mode of the type mentioned at the beginning Specify type for a particle accelerator that requires the application of an even higher acceleration voltage enables.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the invention specified in claim 1. Further training of the Invention are the subject of the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird eine neuartige Impulsform verwendet, die überraschenderweise eine Steigerung der Beschleunigungsspannung um einige 100 kV zuläßt, ohne daß es zu einem Überschlag kommt.In the procedure according to the invention, a novel pulse shape is used, which surprisingly an increase in the acceleration voltage by a few 100 kV allows without it to a Rollover is coming.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie deren weitere Vorteile sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigtEmbodiments of the invention and its further advantages are intended below with reference to be explained in more detail on the drawings. It shows

F i g. 1 die Durchschlagsfestigkeit im Vakuum zwischen einer Elektrode und dem Gehäuse bei einem bestimmungsgemäßen Bestrahlungsgerät als Funktion der Spaltbreite zwischen den Elektroden und dem Gehäuse, wobei die Kurve A die Verhältnisse beim Anliegen kontinuierlicher Spannung und die Kurve B die Verhältnisse bei der Verwendung der beanspruchten Impulsformen für die Spannung zeigen,F i g. 1 shows the dielectric strength in a vacuum between an electrode and the housing in the case of a proper irradiation device as a function of the gap width between the electrodes and the housing, curve A showing the relationships when a continuous voltage is applied and curve B the relationships when using the claimed pulse shapes for the Show tension

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer Elektronenstrahlquelle, F i g. 2 shows a perspective illustration of an electron beam source;

Fig.3 ein Diagramm einer Spannungswellenform, das einen Impuls des Resonanzübertragers darstellt,Fig. 3 is a voltage waveform diagram showing a pulse of the resonance transformer,

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Elektronenstrahlquelle und4 shows a longitudinal section through a modified one Embodiment of an electron beam source and

Fig.5 einen Längsschnitt durch eine koaxiale Ausführungsart ähnlich der nach F i g. 4 zur gleichzeitigen Bestrahlung von Gegenständen aus sehr verschiedenen Richtungen.5 shows a longitudinal section through a coaxial embodiment similar to that according to FIG. 4 for simultaneous Irradiation of objects from very different directions.

Der Vorgang, der die Durchschlagsfestigkeit im Vakuum bei großen Elektrodenspalten begrenzt, wird »Strombelastung« genannt, die durch die Summe kleiner Impulse von Ladungen hervorgerufen wird, die als Mikroentladungen zwischen den Elektroden überwechseln, was zur Verschlechterung des Vakuumzustandes mit darauf folgenden Gasentladungen führt.The process that limits dielectric strength in a vacuum with large electrode gaps becomes "Current load" called, which is caused by the sum of small impulses of charges that as micro-discharges switch between the electrodes, which leads to a deterioration in the vacuum condition with subsequent gas discharges.

Es war zuvor erläutert worden, daß mit Impulsen, die relativ flache Abfallflanken zeigen, eine Steigerung der Durchschlagsspannung gegenüber kontinuierlichen Spannungen um 60% zu erzielen ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden jedoch Impulse verwendet, die typischerweise eine Dauer von weniger als 10 Mikrosekunden aufweisen und vergleichbar steile Anstiegs- und Abfallsflanken aufweisen. Die Impulsdauer ist begrenzt, um die Bildung von Vakuumentladungen zu verhindern. Dadurch werden Beschleunigungssysteme mit einem einzelnen Spalt mit beinahe einem Megavolt Durchschlagsspannung ermöglicht, was eine außerordentliche Steigerung gegenüber den bisher anwendbaren Spannungen darstellt. Ein weiterer Vorteil des Ausfiihiungsbeispiels liegt darin, daß die Leitungsdurchführungen in den evakuierten Raum kapazitätsmäßig durch geeignete geometrische Formung abgestuft und dadurch kleiner gemacht werden können als die entsprechenden Durchführungen für Gleichstromanschlüsse.It has previously been explained that with pulses showing relatively flat falling edges, an increase in the Breakdown voltage compared to continuous voltages can be achieved by 60%. In which In the present exemplary embodiment, however, pulses are used which typically have a duration of have less than 10 microseconds and have comparatively steep rising and falling edges. the The pulse duration is limited in order to prevent the formation of vacuum discharges. This will make speed systems with a single gap with nearly one megavolt breakdown voltage allows which represents an extraordinary increase compared to the previously applicable tensions. A Another advantage of the exemplary embodiment is that the line bushings in the evacuated Space is graded in terms of capacity through suitable geometric shaping and thus made smaller can be used as the corresponding bushings for direct current connections.

Der Übertrager kann so ausgelegt werden, daß er in s einem Bereich bis zu ungefähr 8OkHz und darüber arbeitet, was zu einer Halbperiodendauer von ungefähr 6 Mikrosekunden führt. Wie in dem oben erwähnten Aufsatz von Abramyan beschrieben, können die Heizleistung und die Gittersteuerungen über dieThe transmitter can be designed to work in a range of up to about 80 kHz and above works, resulting in a half cycle of approximately 6 microseconds leads. As described in Abramyan's article mentioned above, the Heating power and the grid controls via the

in Anschlußklemme für die Hochspannung zugeführt werden, indem die Sekundärseite des Impulsübertragers als Wicklung mit mehreren parallelen Leitern ausgeführt ist, die bifilar gewickelt sind. Die Sekundärwicklung kann auch die äußere Abschirmung eines Mehrleiterkabels sein, wobei die inneren Leiter die niedrigen Heiz- und Signalspannungen zur Anschlußklemme der Hochspannung führen. Ein weiterer Vorteil der beanspruchten Impulsform besteht darin, daß die Speisedurchführung in den evakuierten Raum kapazitätsmäßig durch eine geeignete geometrische Form abgestuft und dann, wie zuvor festgestellt, kleiner als die entsprechenden Durchführungen für Gleichstrom bei kontinuierlicher Arbeitsweise ausgeführt werden kann.fed in terminal for high voltage are designed by making the secondary side of the pulse transformer as a winding with several parallel conductors is that are wrapped bifilar. The secondary winding can also be the outer shield of a Multi-conductor cable, with the inner conductor carrying the low heating and signal voltages to the terminal the high voltage lead. Another advantage of the claimed pulse shape is that the Feed throughput in the evacuated room in terms of capacity through a suitable geometric shape graded and then, as previously stated, smaller than that corresponding bushings for direct current can be carried out with continuous operation.

In F i g. 2 ist ein solches Impulsübertragungsnetzwerk PT mit einer primären Wicklung P dargestellt, die vorzugsweise kegelstumpfförmig geformt ist und im wesentlichen selbsttragende relativ großformatige Kupfer- oder andere Leiterstreifen enthält, die innerhalb eines leitenden evakuierten Gehäuseaufbaus 15 an ihrem einen Ende angeordnet sind, und zwar im wesentlichen in einer Linie mit einer Elektronenstrahlquelle EG, die länglich ausgebildet ist, wobei das Gehäuse 15 als die Anode dient und ein elektronendurchlässiges Austrittsfenster 17 aufweist, wie es beispielsweise in der DT-OS 22 29 825 beschrieben ist. Eine herkömmliche Impulssteuerungsschaitung PD (etwa für 50 kV-Impulse) ist mit der Primärwicklung P verbunden, wobei die Primärwicklung die zylindrische Sekundärwicklung S als Mehrfachwicklung mit mehreren parallel gewickelten Leitern koaxial umgibt, die gegen eine Verbindung mit dem Vakuum V im Anodengehäuse 15 (etwa in der Größenordnung von wenigstens IC3Torr)durch einen ein isolierendes Gas /, wie SFe, oder eine isolierende Flüssigkeit, wie öl od. dgl.In Fig. 2, such a pulse transmission network PT is shown with a primary winding P , which is preferably frustoconical in shape and contains substantially self-supporting relatively large-sized copper or other conductor strips which are arranged within a conductive evacuated housing structure 15 at one end thereof, essentially in FIG a line with an electron beam source EG, which is elongated, the housing 15 serving as the anode and having an electron-permeable exit window 17, as is described, for example, in DT-OS 22 29 825. A conventional pulse control circuit PD (for about 50 kV pulses) is connected to the primary winding P , the primary winding coaxially surrounding the cylindrical secondary winding S as a multiple winding with several parallel-wound conductors, which prevent a connection to the vacuum V in the anode housing 15 (about in the order of magnitude of at least IC 3 Torr) by an insulating gas / such as SFe, or an insulating liquid such as oil or the like.

enthaltenden isolierenden Zylinder C, beispielsweise aus keramischem Material, abgedichtet 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 entwickelt werden, um in einem Konverter 21 auf bekannte Weise umgesetzt zu werden. Die als Elektronenquelle dienende Kathode 1 ist als ein sich in Längsrichtung erstreckender Heizdraht dargestellt, der innerhalb eines Kanals 3 angeordnet und mit einem sich in Längsrichtung parallel zu und von der gleichen Ausdehnung mit der Kathode 1 und in ihrer Querrichtung zu den Wänden des Kanals 3 erstreckenden Steuergitter 7 ausgerüstet ist, wie es beispielsweise in der DT-OS 22 29 825 beschrieben ist. Die Kathode 1 und das Steuergitter 7 koaxial umgebend ist ein als elek.rostatische Abschirmung dienender Faradayscher Käfig 11 mit einer weiteren in Längsrichtung verlaufenden Gitterelektrode 13 angeordnet, die mit der Kathodecontaining insulating cylinder C, for example made of ceramic material, is sealed. The left-hand terminal of the secondary winding can be connected to the anode housing 15 via the earth terminal G , and the low voltage for the aforementioned heating wire and the grid control can be developed between the multiple turns to be implemented in a converter 21 in a known manner. The cathode 1 serving as the electron source is shown as a longitudinally extending heating wire which is arranged within a channel 3 and with a longitudinal direction parallel to and of the same extent as the cathode 1 and in its transverse direction to the walls of the channel 3 Control grid 7 is equipped, as described for example in DT-OS 22 29 825. Coaxially surrounding the cathode 1 and the control grid 7 is a Faraday cage 11, which serves as an electrostatic shielding, with a further grid electrode 13 extending in the longitudinal direction and which is connected to the cathode

('s 1 und dem Steuergitter 7 in einer geraden Linie liegt, um den Strahl energiereicher Elektroden als breites Band zu formen, der durch das Fenster 17 austreten kann.
Die hohe Impulsspannung aus der Sekundärwicklung('s 1 and the control grid 7 lies in a straight line in order to form the beam of high-energy electrodes as a wide band that can exit through the window 17.
The high pulse voltage from the secondary winding

S wird von der Hochspannungs- oder rechtsseitigen Anschlußklemme der Sekundärwicklung S an die Elektrode 13 angelegt, wenn die Kathode 1 Elektronen als Folge eines geeignet getakteten Steuergitterimpulses abgeben soll, der an das Steuergitter 7 angelegt wird. S is applied to the electrode 13 from the high-voltage or right-hand terminal of the secondary winding S when the cathode 1 is to emit electrons as a result of a suitably timed control grid pulse which is applied to the control grid 7.

Diese Arbeitsweise ist in der Wellenform nach F i g. 3 dargestellt. Die Resonanzübertragung durch den Impulsübertrager PTerzeugt eine gedämpfte Schwingung 11', beispielsweise mit etwa 8OkHz Grundfrequenz, wobei die erste negative Halbperiode 11" für die Hochspannungsimpulsabgabe verwendet wird. Das Steuergitter 7 wird 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 Mikrosekunden lang ist, was noch ausreicht, um einen Durchschlag am Elektrodenspalt zu verhindern.This operation is shown in the waveform of FIG. 3 shown. The resonance transmission through the impulse transmitter PT generates a damped oscillation 11 ', for example with a base frequency of about 8OkHz, where the first negative half-cycle 11 "is used for high voltage pulse delivery Control grid 7 is clocked, as shown at 13 ', around the essentially monoenergetic Electron pulse cause within the voltage pulse duration, which is a slightly longer time than some Has microseconds, i.e. about six or more microseconds, which is enough to make one To prevent breakdown at the electrode gap.

Obgleich der Resonanzimpulsübertrager PT in einer Linie mit der Elektronenquelle EG in der Ausführung nach F i g. 2 angebracht ist, kann der Übertrager in einer Ausführungsform, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist, auch innerhalb einer zwischenliegenden Querausdehnung angeordnet sein. Andere Anbringungslagen sind ebenfalls möglich. 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. Diese Konstruktion ist darüber hinaus besonders vorteilhaft zur Bestrahlung von Gegenständen O, wie in F i g. 5 dargestellt, wie beispielsweise in Längsrichtung zu behandelnden kunststoffüberzogenen Draht, der in Längsrichtung des Fensters 17 an diesem vorbeigezogen wird. Wo gleichzeitige Bestrahlung von sehr verschiedenen Richtungen oder eine koaxiale Bestrahlung gewünscht wird, kann man zu einer koaxialen Anordnung mit zylindrischen Kathoden und Gittern greifen, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist.Although the resonance pulse transmitter PT is in line with the electron source EG in the embodiment according to FIG. 2 is attached, the transmitter can in an embodiment as shown in FIG. 4 can also be arranged within an intermediate transverse extent. 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 are equipped with a sealed voltage bushing B. This construction is also particularly advantageous for irradiating objects O, as in FIG. 5, such as, for example, plastic-coated wire to be treated in the longitudinal direction, which is drawn past the window 17 in the longitudinal direction. Where simultaneous irradiation from very different directions or coaxial irradiation is desired, one can resort to a coaxial arrangement with cylindrical cathodes and grids, as shown in FIG. 5 is shown.

Es sei bemerkt, daß kein Erfordernis für eine Vakuumdurchführung für die Speiseleitungen bei diesen Ausführungsformen besteht, da der Impulsübertrager selbst in das Vakuum V hineinragt. Die Sekundärseite des Übertragers muß selbst gut dielektrisch abgestuft sein und stuft so auch die dielektrische Oberfläche ab, die den Hochspannungsanschluß im Vakuum trägt. Typischerweise hat die innerhalb eines keramischen Rohres C mit einem Vakuum auf der Außenseite und einem Hochdruckgas oder einer isolierenden Flüssigkeit auf der Innenseite untergebrachte Sekundärwicklung S des Impulsübertragers ihren Hochspannungsanschluß so geformt, daß mehrere radiale Elektronenstrahlen beschleunigt werden können, um ein solches koaxiales Produkt, wie den Draht oder das Kabel O (F i g. 5), zu bestrahlen.It should be noted that there is no requirement for a vacuum feed-through for the feed lines in these embodiments, since the pulse transmitter itself protrudes into the vacuum V. The secondary side of the transformer itself must be dielectrically graded well and thus also graduate the dielectric surface that carries the high-voltage connection in a vacuum. Typically, the secondary winding S of the pulse transformer, housed inside a ceramic tube C with a vacuum on the outside and a high pressure gas or an insulating liquid on the inside, has its high-voltage connection shaped so that several radial electron beams can be accelerated to form such a coaxial product as the Wire or cable O (Fig. 5), to irradiate.

Bei tatsächlichen Erprobungen wurde ein Aufbau der oben beschriebenen Art gewählt, um bei 15OkV Gleichspannung zu arbeiten. Bei einer solchen kontinuierlichen Arbeitsweise fing das System bei ungefähr 80 kV an, sich zu konditionieren, d. h. es zeigte Anzeichen von Aufladungen durch Elektronen im ι Vacuum, und die Konditionierung dauerte zwei Stunden, um 150 kV zu erreichen. Als man das System gemäß der Fig.5 mit Impulsen von 8Mikrosekunden Länge bei 5 Impulsen pro Sekunde betrieb, wurden 20OkV sofort und über 30OkV innerhalb weniger Minuten der Konditionierung erreicht. Das Vakuum wies dabei einen Druck von ungefähr 2 χ 106 Torr auf mit einem ungefähr 10 cm großen Spalt zwischen derr Hochspannungsbeschleunigungsgitter und dem Fenster in dem äußeren geerdeten koaxialen Gehäuse, das einer Durchmesser von etwa 76 cm aufwies.In actual tests, a structure of the type described above was chosen to work at 150 kV DC voltage. With such a continuous operation, the system began to condition at approximately 80 kV, that is, it showed signs of being charged by electrons in the vacuum, and the conditioning took two hours to reach 150 kV. When the system according to FIG. 5 was operated with pulses 8 microseconds in length at 5 pulses per second, 20 kV was reached immediately and over 30 kV within a few minutes of conditioning. The vacuum had a pressure of approximately 2 × 10 6 Torr with an approximately 10 cm gap between the high voltage acceleration grid and the window in the outer grounded coaxial housing, which was approximately 76 cm in diameter.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

'' J'' J

5 98515,9851

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Erzeugung eines Strahlenbündels, insbesondere eines ausgedehnten Strahlenbündels, energiereicher, geladener Teilchen, mittels einer Einrichtung, die innerhalb eines mit einem Austrittsfenster für das Strahlenbündel versehenen Gehäuses eine Teilchenquelle und mehrere Elektroden zur Steuerung und Formung des Strahlenbündels aufweist, wobei die Beschleunigungsspannung in Form von Hochspannungsimpulsen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegs- und Abfallflanken der Beschleunigungsspannung sehr steil und untereinander etwa gleich sind, wobei die im Vergleich zu den Flanken sehr viel längere Gesamtimpulsdauer eines einzelnen Impulses derart begrenzt ist, daß ein Überschlag innerhalb des Gehäuses nicht stattfindet.1. A method for generating a beam, in particular an extended beam, high-energy, charged particles, by means of a device that is within a with a Exit window for the bundle of rays provided housing a particle source and several electrodes for controlling and shaping the beam, the acceleration voltage is supplied in the form of high voltage pulses, characterized in that the Rising and falling edges of the acceleration voltage are very steep and roughly equal to one another The total pulse duration of a single pulse is much longer than that of the edges is limited in such a way that flashover does not take place within the housing. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtimpulsdauer eines Einzelimpulses weniger als 10 μεεο beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the total pulse duration of a single pulse is less than 10 μεεο. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung und Begrenzung der Hochspannungsimpulse durch auf Resonanz abgestimmte Übertragung der Impulse bewirkt wird, wobei ein Hochspannungsimpuls jeweils durch eine Halbwelle der Resonanzschwingung gebildet wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the setting and Limitation of the high-voltage impulses through the transmission of the impulses adjusted to resonance is effected, with a high-voltage pulse in each case by a half-wave of the resonance oscillation is formed. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Resonanzschwingung ungefähr 80 kHz beträgt.4. The method according to claim 3, characterized in that the frequency of the resonance oscillation is approximately 80 kHz. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Teilchen Elektronen darstellen und die Halbwelle der Resonanzschwingung eine negative Halbwelle ist.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the charged particles are electrons represent and the half-wave of the resonance oscillation is a negative half-wave. 6. Impulsübertrager mit abgestimmten Wicklungen in einer Impulsschaltung zum Erzeugen einer impulsförmigen Beschleunigungsspannung für eine Elektronenbestrahlungsquelle zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (P) des Impulsübertragers (PT) innerhalb des evakuierten Gehäuses (15) der Elektronenbestrahlungsquelle angeordnet und dem darin vorhandenen Vakuum (V) ausgesetzt ist und die Sekundärwicklung (S) im wesentlichen koaxial dazu, jedoch gegen das Vakuum fty isoliert darin angeordnet ist.6. Pulse transmitter with coordinated windings in a pulse circuit for generating a pulse-shaped acceleration voltage for an electron irradiation source for performing the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the primary winding (P) of the pulse transmitter (PT) within the evacuated housing (15) the electron irradiation source is arranged and exposed to the vacuum (V) present therein and the secondary winding (S) is arranged therein substantially coaxial thereto, but isolated from the vacuum fty. 7. Übertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wicklungen (P, S) im wesentlichen in einer Linie mit der Elektronen emittierenden Elektrode (1) und den Steuer- bzw. Beschleunigungselektroden (7,13) der Elektronenquelle angeordnet sind.7. Transmitter according to claim 6, characterized in that its windings (P, S) are arranged essentially in line with the electron-emitting electrode (1) and the control or acceleration electrodes (7, 13) of the electron source. 8. Übertrager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (P) aus relativ großformatigen Windungen besteht und kegelstumpfförmige Gestalt aufweist, die Sekundärwicklung (S) zylindrisch ist und in einem abgeschlossenen, zylindrischen, dielektrischen Körper (C) angeordnet ist, der mit einem isolierenden Fluid gefüllt ist.8. Transformer according to claim 6 or 7, characterized in that the primary winding (P) consists of relatively large-format turns and has a frustoconical shape, the secondary winding (S) is cylindrical and is arranged in a closed, cylindrical, dielectric body (C) , which is filled with an insulating fluid. 9. Elektronenstrahlquelle zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem länglichen, evakuierten zylindrischen, als Anode dienenden Gehäuse (15) mit einem in seinem Mantel angeordneten, sich längs erstreckenden elektronendurchlässigen Fenster (17) eine sich längs erstreckende Glühkathode (1) angeordnet ist, zwischen der und dem Fenster (17) ein sich längs erstreckenden erstes Gitter (7) und zwischen dem ersten Gitter (7) und9. electron beam source for performing the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in an elongated, evacuated cylindrical, serving as an anode Housing (15) with a longitudinally extending electron-permeable element arranged in its jacket Window (17) a longitudinally extending hot cathode (1) is arranged between which and the window (17) a longitudinally extending first grille (7) and between the first grille (7) and dem Fenster (I7) ein sich längs ersireckendes zweites Gitter (13) angeordnet sind.the window (I 7 ) a longitudinally extending second grid (13) are arranged.
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