DE2500339A1

DE2500339A1 - Teilchenfalle fuer evakuierte gefaesse

Info

Publication number: DE2500339A1
Application number: DE19752500339
Authority: DE
Inventors: Tiziano Giorgi; Paolo Della Porta
Original assignee: SAES Getters SpA
Current assignee: SAES Getters SpA
Priority date: 1974-01-07
Filing date: 1975-01-07
Publication date: 1975-07-17
Also published as: FR2257142B3; JPS50119563A; FR2257142A1; US3973157A; IT1009545B; GB1489474A; NL7500159A

Description

DR. MÜLLER-BORE dml.-ing. GROEN:NG PiR.-chem. dr. DEUFEL

DIPL.-CHEM. DR. b C H ö i\ DIFL.-PHYS HtRTEL 2500339

PATENTANWÄLTE

G 1-7/32

Mü/th

S.A.E.S. Getters S. p. A. Mailand / Italien

Teilchenfalle für evakuierte Gefäße

Priorität:

Italien

Nr. 19H1 A/74

7. Januar 1974

50 9829/0 856

Dr. Müller-Bore Dipl.-Ing. Groaning · Dr. Deufel ■ Dr. Schön · Dipl.-Phys. Hertel

33 Braunschweig. Am Burgerpark B ₈ München 22, Robert-Koch-Straße 1

Telefon (0531) 7 38 87 Telefon (088) 29 36 46, Telex 5-22 030 mbpat, Kabel: Muebopat München

Bank: Zentralkasse Bayer. Volksbanken München, Kte.-Nr. 9£K - Pasted»*: München 954 95-802

Die Erfindung betrifft eine Teilchenfalle zum Auffangen atomarer oder subatomarer elektrisch geladener Partikel und bezieht sich außerdem auf die Anwendung einer aolchen Teilchenfalle auf eine Vorrichtung oder Anordnung zum Auffangen solcher Partikel.

In vielen Vorrichtungen wird vom Fluß molekularer, atomarer oder subatomarer Partikeln in einer steuerbaren Umgebung Gebrauch gemacht. Die Umgebung kann ein Vakuum oder ein Gas unter bestimmtem Druck sein, je nach der Punktion der speziellen Vorrichtung. Die Teilchen selbst können Elektronen oder elektrisch geladene Ionen oder Moleküle sein. Diesen Vorrichtungen ist im allgemeinen eine Einrichtung zur Beschleunigung der Partikel etwa eine Anordnung von Elektroden zugeordnet, deren Potentiale bekannt sind. Häufig werden auch magnetische Felder verwendet.

Wie immer die Natur der Partikel beschaffen ist, werden diese für gewöhnlich in Bewegung gesetzt bzw. beschleunigt und besitzen damit eine bestimmte kinetische Energie.

In einigen Fällen läßt man zur Erreichung bestimmter gewünschter Funktionen Primärpartikel auf ein Target auftreffen. Bei Elektronenröhren beispielsweise werden die von einer Kathode emittierten Elektronen durch ein elektrisches Potential beschleunigt und gewinnen so eine bestimmte kinetische Energie, werden dann eventuell auf einer Anode gesammelt, wobei die kinetische Energie der Elektronen wenigstens teilweise in andere Energieformen umgesetzt wird.

In anderen Fällen können die Partikel von ihrem gewünschten Weg abweichen und auf Flächen in der Vorrichtung auftreffen, die eigentlich nicht mit solchen Teilchen beaufschlagt werden sollten. Dies ist häufig bei Vorrichtungen der Fall, die als Teilchenspeichervorrichtungen oder Beschleuniger bekannt sind,

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etwa bei Zyklotrons, Betatrons usw.. Der gesteuerte Strahl der Partikel kann außerdem mit Molekülen oder Atomen der Reatgaaatmosphäre in der Vorrichtung kollidieren und "bewirken, daß diese Moleküle oder Atome in unerwünschter Weise auf bestimmte Flächen im Inneren der Vorrichtung auftreffen.

Trifft ein Teilchen auf eine Fläche auf, so können verschiedene Phänomene auftreten, je nach der kinetlachen Energie und Beschaffenheit des Teilchens und der Fläche: Die kinetische Energie des Teilchens kann in Schwingungen des die getroffene Fläche bildenden Atomgitters umgesetzt werden, was zu einer Erwärmung führt. Die Energie des Teilchens kann dabei nur auf ein Atom oder wenige Atome des beaufschlagten Flächengitters übertragen werden, wobei diese Atome aus der· Verankerung in der Fläche herausgelöst werden können. Die herausgelösten Atome können sich auf anderen Flächen in der Vorrichtung niederschlagen. Dieses Phänomen ist als Sprüheffekt oder Spratzen bekannt und für gewöhnlich unerwünscht. Ein auftreffendes Teilchen kann auch zur Re-Emission geladener Teilchen von der Fläche aus führen. Dieser bekannte Effekt wird als Elektronensekundäremission bezeichnet. Auch diese Sekundäremission ist sehr oft unerwünscht. Dazu alternativ können die ieilohen auch einfach reflektiert werden. An einer so getroffenen Fläche, die erwünscht oder unerwünscht durch Teilchen beaufschlagt wird, können sioh unerwünschte Effekte auslösen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zügrunde, einen Körper bzw. ein Material anzugeben, mit dem sich einer oder mehrere der Nachteile vermeiden lassen, die bei bekannten Teilchen sammelnden Flächen auftreten. Inabesondere soll die zu schaffende Teilchenfalle im wesentlichen frei sein von Spratzeffekten und es soll praktisch keine Sekundärelektronenemission auftreten. Diese Teilchenfalle soll sioh insbesondere zur Verwendung in Elektronenröhren und sonstigen Beschleunigungs- und Speichervorrichtungen der oben genannten Art eigneirt.

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Die Lösung dieser technischen Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen, deren vorteilhafte Weiterbildungen in Unteransprüchen bzw. deren Anwendung in weiteren Patentansprüchen gekennzeichnet sind.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Falle für molekulare, atomare oder subatomare Partikel ein dreidimensionales Netzwerk, das eine Vielzahl von miteinander verbundener freier Zellen festlegt. Solche dreidimensionale Netzwerkmaterialien sind bekannt und Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise in den GB-PSn 1 263 704 und 1 289 69O sowie in der US-PS 3 679 552 beschrieben. Diese dreidimensionalen Netzwerke sind in der Vergangenheit zum Auffangen von in der Luft enthaltenen Partikeln etwa Staub oder Pollen verwendet worden. Wahrscheinlich wirken sie dabei auf die Strömungs- oder Fließcharakteristika der den Staub enthaltenden Luft ein und wirken als mechanisches Filter, da die Porengröße des Filters kleiner ist als die Größe der Staubpartikel. Wie immer die Staubpartikel eingefangen werden, sie treffen auf das Netzwerk mit so niedriger Energie pro Maaeeneinheit auf, daß Sekundäremissions- und/oder Spratzeffekte nicht möglich sind. Es wurde nun gefunden, daß ein als dreidimensionales Netzwerk aufgebauter Körper mit einer Vielzahl untereinander verbundener freier Zellen, der durch molekulare, atomare oder subatomare Partikel mit ausreichender Energie, um Sekundäremission oder Spratzen auszulösen, beaufschlagt wird, diese Sekundäremissions- und Spratzeffekte wesentlich reduziert im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Flächen für diesen Zweck.

Ganz allgemein kann der als Teilchenfalle gemäß der Erfindung zu verwendende Körper aus einem Material bestehen, das sich in dreidimensionaler Struktur mit einer Vielzahl von untereinander verbundener freier Zellen herstellen läßt. Das Material

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sollte jedoch den Heratellungs- und Verwendunga"bedingungen in der Vorrichtung widerstehen können, in der die betreffende Fläche vorgesehen ist.

Als Beispiele für Materialien, die sioh als dreidimensionales Netzwerk verwenden lassen, sei auf Graphit, Kupfer, Nickel, Chrom, Eisen, Titan, Wolfram, Kobalt, Molybdän und/oder auf Legierungen aus dieaen Materialien und/oder mit anderen Materialien hingewiesen.

Im allgemeinen ist die Zellengröße des Materials so, daß eine Herstellung des für den Körper der Teilchenfalle zu verwendenden Materials auf möglichst einfache Weise.möglich ist. Vorzugsweise ist die Zellengröße kleiner als vier Zellen pro Zentimeter und vorzugsweise kleiner ala zehn Zellen pro Zentimeter.

Bei geringerer Anzahl von Zellen pro Zentimeter ist der Körper der Teilchenfalle zu durchlässig und nicht in der Lage, Primärpartikel zu sammeln, es sei denn bei übermäßiger Dicke des dreidimensionalen Netzwerkes, das den Teilchenfallen bildenden Körper bildet. Es gibt grundsätzlich keine Obergrenze für die Anzahl von Zellen pro Zentimeter, abgesehen von jenen, die durch die Technologie der Herstellung für das dreidimensionale Netzwerk vorgegeben sind.

Die gegenwärtige Grenze liegt bei etwa 80 Zellen pro Zentimeter, es ist jedoch kein Grund ersichtlich, der die Verwendung von netzwerkartig strukturierten Materialien hindern würde, die eine höhere Anzahl von Zellen pro Zentimeter aufweisen.

Passiert ein Primärteilchen die Fläche, die das Volumen für das dreidimensionale Netzwerk umgrenzt, so trifft es im allgemeinen nicht direkt auf das das Netzwerk bildende Material auf, sondern durchläuft einen Teil der freien Räume. Nach einem gewissen Abstand unter der Oberfläche trifft das Primärteilchen auf das das Netzwerk bildende Material auf und je nach Beschaffenheit des Primärteilchens, seiner Energie und der Beschaffenheit

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des Materials dea Netzwerks bewirkt es unterschiedliche Erwärmungsgrade, Spratzen- und/oder Sekundärteilchenemission. Dieses Spratzen oder die Sekundärteilchenemission findet nun jedoch in einem Bereich statt, der mindestens zum Teil durch das dreidimensionale Netzwerk umschlossen ist. Es ist daher ziemlich wahrscheinlich, daß die Sekundärpartikel mit dem Material der Netzwerkstruktur kollidieren, anstatt über die Oberfläche zu entkommen. Auf diese Weise werden die herausgeschlagenen Atome oder emittierten Partikel wirksam eingefangen. Es sei bemerkt, daß ein bestimmter Prozentsatz der Primärpartikel auch auf das das Netzwerk bildende Material in einem Bereich nahe der Oberfläche auftrifft, die das Volumen umgrenzt, das das Netzwerk enthält. Dieser Prozentsatz liegt im allgemeinen jedoch nicht höher als 10 bis 20 % der ursprünglich (auf die Fläche gerichteten) Primärpartikel. Der tatsächliche Prozentsatz hängt von der Dicke der einzelnen Arme oder Stege des Netzwerkes relativ zur Zellengröße ab. Ein Maß für dieses Verhältnis ist gegeben durch das Verhältnis der scheinbaren Dichte des dreidimensionalen Netzwerkes zur Dichte bzw. Schüttdichte des das Netzwerk bildenden Materials. Das Verhältnis dieser scheinbaren Dichte zur Dichte des Materials sollte zwischen 1 : 2 und 1 : 100, vorzugsweise zwischen 1 : 5 und 1 : 50, liegen. Bei niedrigen Verhältnissen der scheinbaren Dichte des Netzwerkes zur Dichte des Materials liegt eine geringe Porosität vor. Ein solches Material ist nicht in der Lage, einen ausreichenden Anteil der Primärpartikel einzufangen, so daß Spratzen und Sekundär ρ ar tikelemission auftreten. Ist das Verhältnis der scheinbaren Dichte zur Dichte des Materials zu hoch, so weist das Netzwerk hohe Porosität auf, so daß eine übermäßige Dicke des Netzwerkmaterials erforderlich ist, um die Primärpartikel in ausreichendem Maße einfangen zu können.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend in "beispielsweise Ausführungsform anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 die stark vergrößerte Darstellung des Körpers einer Teilchenfalle mit erfindungsgemäßen Merkmalen;

Pig. 2 einen Querschnitt, gesehen in Richtung der Pfeile an der Linie 2-2 in Pig. 1; und

Pig. 3 die Schnitt an sieht einer Elektronenröhre, "bei der eine Teilchenfalle mit erfindungsgemäßen Merkmalen verwendet ist.

Pig. 1 läßt die Struktur einer Teilchenfalle 10 erkennen, die Merkmale der Erfindung aufweist. Diese Teilohenfalle 10 umfaßt ein dreidimensionales Netzwerk 11. Dia Stege oder Verbindungsstreben 12, 12', 12" des Netzwerkes 11 umgrenzen offene Plächen 13, 13' usw. zwischen miteinander verbundenen Zellen 14, 15 usw» im Inneren des dreidimensionalen Netzwerkes 11.

Pig. 2 zeigt einen Querschnitt für die strebe 12, die einen äußeren Wandabschnitt 21 und einen Innentfäum 22 aufweist.

Pig. 3 veranschaulicht die Sohnitiansioht einer Verstärker-Tetrode 30 mit einer Kathode 31 als Elektronenquelle, einem Steuergitter 32, einem Schirmgitter 33 unä einer Anode 34. Die Anode 34 enthält einen Abschnitt 35 hoher thermischer Leitfähigkeit und einen Bereich 36 aus einem metallischen Material mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur, das eine Vielzahl von miteinander verbundener freier Zellen festlegt. . Der Bereich 36 ist mit dem Abschnitt 35 in geeigneter bekannter Weise verbunden.

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Es aei "betont, daß das Netzwerk auch so ausgelegt werden kann, daß es gleichzeitig andere Punktionen erfüllt, etwa das Abstrahlen von Wärmeenergie. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die "betreffende Fläche geschwärzt wird oder daß im Inneren der Anordnung eine Schicht eines wärmeabstrahlenden Materials aufgebracht wird, etwa aus Graphit oder anderen Substanzen, die sich zur Verwendung im Vakuum eignen und eine hohe Wärmeabstrahlkapazität besitzen.

Die Erfindung ist nachfolgend durch Beispiele weiter erläutert. Diese Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung der praktischen Anwendung der Erfindung in ihrer besten gegenwärtig bekannten Anwendungsart.

Beispiel 1:

Es wird eine Elektronenröhre hergestellt, die einen Glaskolben, eine Kathode, ein Steuergitter und eine erste Anode umfaßt. Das Material der ersten Anode besteht aus Ruß oder Nickelblech. Außerdem wird eine zweite Anode vorgesehen, die auch während normaler Betriebsfunktion der Elektronenröhre auf solchem Potential gehalten wird, daß sie als Sammler für von der ersten Anode emittierte Sekundärelektronen wirkt.

Die Elektronenröhre wird in Betrieb gesetzt und der von der ersten zur zweiten Anode fließende Sekundärelektronenstrom wird gemessen.

Beispiel 2:

Über die erste Anode der Elektronenröhre gemäß Beispiel 1 wird eine Schicht eines dreidimensionalen Netzwerkmaterials aufgebracht, das eine Vielzahl von untereinander verbundener freier Zellen umgrenzt und eine Zellenanzahl von vierzig Zellen pro Zentimeter aufweist. Das Netzwerkmaterial besteht aus rußüberzogenem Nickel. Dieses Netzwerkmaterial hat eine

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scheinbare Dichte von einem Achtel der Dichte des Nickels.

Die Elektronenröhre wird sodann unter gleichen Betriebsbedingungen wie in Beispiel 1 betrieben und der Sekundarelektronenstrom von der ersten zur zweiten Anode wird gemessen. Es ergibt sich, daß der Sekundarelektronenstrom in diesem Fall kleiner ist als im Beispiel 1.

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Claims

Patentansprüche

( 1 .) Teilchenfalle für evakuierte Gefäße, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Teilchenfalle dreidimensionale Netzwerkstruktur mit einer Vielzahl untereinander verbundener freier Zellen mit mehr als vier Zellen
pro Zentimeter aufweist und aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Graphit, Nickel, Chrom, Eisen, Kupfer, Titan, Wolfram, Kobalt, Molybdän und/oder legierungen dieser Material und/oder mit anderen Materialien umfaßt.
2. Teilchenfalle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des Materials mit Netzwerkstruktur so getroffen ist, daß e±n Teil von auf die das Netzwerk umgrenzende Fläche auftreffenden geladenen Teilchen diese Fläche ohne
Beaufschlagung des Materials passieren, während wenigstens ein Prozentsatz dieses Teils auf das Material nach Durchtritt durch die Fläche auftrifft, und daß die Verstrebungsstege

des Netzwerkes Außenwände umfassen, die einen Innenraum umschließen.
3. Teilchenfalle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von scheinbarer Dichte des Netzwerkes zur
Dichte des das Netzwerk bildenden Materials zwischen 1 : 2 und 1 : 100 liegt.
4. Teilchenfalle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese in eine Elektronenröhre eingesetzt ist.
5. Teilchenfalle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese auf die Anode aufgebracht ist.

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6. Teilchenfalle nach, einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese in eine Vorrichtung zur Beschleunigung oder Speicherung von geladenen Teilchen mindestens auf jene Fläche der Vorrichtung aufgebracht ist, die durch Elektronen oder geladene Teilchen beaufschlagt ist.

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