DE2642463C2

DE2642463C2 - Device for electrically braking a stream of electrically charged particles

Info

Publication number: DE2642463C2
Application number: DE19762642463
Authority: DE
Inventors: Anatoly Nikolaevi&ccaron; Novosibirsk &Scaron;arapa; Evgeny Aramovi&Ccaron; Moskva Abramian
Original assignee: INSTITUT VYSOKICH TEMPERATUR AKADEMII NAUK SSSR MOSKVA SU
Current assignee: INSTITUT VYSOKICH TEMPERATUR AKADEMII NAUK SSSR MOSKVA SU
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1983-08-25
Also published as: GB1534888A; DE2642463A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum elektrischen Bremsen eines Stromes von elektrisch geladenen Teilchen mit wenigstens drei auf dem Wege der Teilchen nacheinander wirksam werdenden Elektroden, von denen eine erste Elektrode ein der Energie der Teilchen entsprechendes Potential, eine zweite Elektrode ein Potential nahe Null und eine dritte Elektrode ein dem Potential der ersten Elektrode vorzeichengleiches, aber im Betrage geringeres Potential aufweist.The invention relates to a device for electrically braking a current from electrical charged particles with at least three electrodes acting one after the other on the path of the particles, of which a first electrode has a potential corresponding to the energy of the particles, a second Electrode has a potential close to zero and a third electrode at the potential of the first electrode has the same sign but a lower potential.

Eine Einrichtung dieser Art ist auf den Seiten 30 bis 32 von »Geräte, Technik, Experimente« (SU-Zeitschrift) Nr. 2, 1971 beschrieben. Bei einer solchen Einrichtung wird der Bremsvorgang beeinflußt durch die Stärke des zu bremsenden Teilchenstromes, durch die Auftreffenergie der strömenden Teilchen, d. h. im wesentlichen durch das Potential der dritten Elektrode, und durch die Größe des Stromes der den zu bremsenden Teilchen entgegenfliegenden Sekündärteilchen. In diesem Zusammenhang besteht der Wunsch, die Stärke des zu bremsenden Teilchenstromes möglichst groß zu machen, die Auftreffenergie der Teilchen und den Sekundärteilchenstrom dagegen möglichst klein zu halten. Eine Erhöhung der Stärke des zu bremsenden Teilchenstromes verlangt nun bei der bekannten Einrichtung vor allem auch eine Vergrößerung der Durchtrittsöffnungen für den Durchgang des Teilchenstromes durch die zweite Elektrode. Dabei stößt man nun zum einen sehr bald an konstruktive Grenzen, und zum anderen vergrößert sich mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt in der zweiten Elektrode auch der Anteil an austretenden Sekundärteiichen im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, wo diese Sekundärteilchen durch das elektrische Feld eine Beschleunigung erfahren, da sie dem zu bremsendenA facility of this kind is on pages 30 to 32 of "Equipment, Technology, Experiments" (SU magazine) No. 2, 1971. In such a device, the braking process is influenced by the strength of the particle flow to be braked by the impact energy of the flowing particles, d. H. essentially by the potential of the third electrode, and by the magnitude of the flow of the particles to be braked secondary particles flying towards them. In this context there is a desire to make the strength of the particle flow to be braked as large as possible, the impact energy of the particles and the secondary particle flow, on the other hand, are as small as possible keep. An increase in the strength of the particle flow to be braked now requires the known Facility above all an enlargement of the passage openings for the passage of the particle flow through the second electrode. On the one hand, you will soon reach constructive limits, and on the other hand, the larger the opening cross-section in the second electrode, too Percentage of secondary ponds emerging in the area between the first and the second electrode, where these secondary particles are accelerated by the electric field, since they are the one to be braked

ι» Teilchenstrom entgegengesetzt laufen. Damit ergibt sich ein wesentlich und unerwünscht vergrößerter Sekundärteilchenstrom.ι »Particle flow run in the opposite direction. This results in a significantly and undesirably increased secondary particle flow.

Aus der GB-PS 8 33 979 ist weiter eine Tetrode bekannt, die einen Elektrodenaufbau zeigt, mit dessenFrom GB-PS 8 33 979 a tetrode is also known which shows an electrode structure with which

Ii Hilfe ein Strom von Elektronen erzeugt und beschleunig werden soll. Dabei sind in den Weg der Elektronen von einer Kathode zu einer Anode ein Steuergitter und ein Schirmgitter eingefügt, von denen das Schirmgitter aus Elementen bestehen kann, die einen entgegen derIi help a stream of electrons is generated and accelerated shall be. There are a control grid and in the path of the electrons from a cathode to an anode a screen grid inserted, of which the screen grid can consist of elements that oppose the one

2i> Richtung des Elektronenstromes spitz zulaufenden Querschnitt aufweisen. Mit dieser Querschnittsbemessung soll erreicht werden, daß möglichst wenige Elektronen auf das auf Kathodenpotential gehaltene Schirmgitter auftreffen, im übrigen ist die Potentialver-2i> direction of the electron flow tapering to a point Have cross-section. With this cross-section dimensioning it should be achieved that as few as possible Electrons strike the screen grid, which is kept at cathode potential, otherwise the potential difference is

2Ί teilung für die insgesamt vier Elektroden so getroffen, daß sich ein in Richtung von der Kathode auf die Anode zuwirkendes Beschleunigungsfeld für die Elektronen ergibt. Besondere Vorkehrungen gegen einen Austritt von Sekundärelektronen sind dagegen nicht getroffen. 2Ί division for the total of four electrodes is made so that there is an acceleration field for the electrons acting in the direction from the cathode to the anode. However, no special precautions have been taken to prevent secondary electrons from escaping.

Ji) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sich ein Strom elektrisch geladener Teilchen von hoher Stromstärke so abbremsen läßt, daß die Teilchen dieses Stromes mit hohem Wirkungsgrad zurückgewon-Ji) The invention is based on the object of a To train device of the type mentioned so that a stream of electrically charged particles of high current strength can be decelerated so that the particles of this current recovered with high efficiency.

r> nen werden können, wobei der Anteil der bei der Abbremsung des Teilchenstromes entstehenden Sekundärteilchen nur einen verschwindend kleinen Bruchteil des Teilchenstromes erreichen soll.r> nen, with the proportion of the When the particle flow is slowed down, secondary particles are only a tiny fraction of the particle flow should reach.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der ErfindungThe object set is according to the invention

4" gelöst durch eine Einrichtung zum elektrischen Bremsen eines Stromes von elektrisch geladenen Teilchen, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.4 "solved by a device for electric braking a stream of electrically charged particles as characterized in claim 1. Beneficial Further developments of the invention emerge from the subclaims.

■η Mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Bremseinrichtung lassen sich Teilchenströme mit Stromstärken von bis zu 1000A wirksam abbremsen, wobei der entstehende Sekundärteilchenstrom bei weniger als 10-⁵ bis \0~^b des Hauptteilchenstromes liegt und■ η By means of the inventive design the braking device can be particle streams with current densities of up to brake effectively 1000A, the resultant Sekundärteilchenstrom at less than 10- ⁵ is to \ 0 ~ ^b of Hauptteilchenstromes and

5<> gleichzeitig der abzubremsende Teilchenstrom in eine Vielzahl von einzelnen Teilströmen unterteilt wird und damit jeglicher Abbrand an der zweiten Elektrode vermieden bleibt.5 <> at the same time the particle flow to be braked is divided into a large number of individual partial flows and so that any burn-off on the second electrode is avoided.

Ein Einsatz der Erfindung kommt insbesondere im Rahmen von Hochspannungsröhren mit Elektronenbündel-Rückgewinnung sowie in Elektronenbündel-Energieübertragungsleitungen in Betracht.The invention is used in particular in the context of high-voltage tubes with electron beam recovery as well as in electron beam energy transmission lines.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigtExemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. It shows

w) F i g. I schematisch eine Gesamtansicht einer Einrichtung zum Beschleunigen und zum Bremsen eines Stroms elektrisch geladener Teilchen;w) F i g. I schematically shows an overall view of a device to accelerate and decelerate a stream of electrically charged particles;

F i g. 2 ein Verteilungsdiagramm für die Potentiale an den Elektroden der Einrichtung von Fig. 1;F i g. 2 shows a distribution diagram for the potentials at the electrodes of the device of FIG. 1;

b5 Fig.3 eine Einzelheit A der Bremseinrichtung in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab und im Längsschnitt: Fig. 4 eine Draufsicht auf Elektroden der Bremseinrichtung von Fi g. I;b5 FIG. 3 shows a detail A of the braking device in FIG. 1 on an enlarged scale and in longitudinal section: FIG. 4 is a plan view of electrodes of the braking device from FIG. I;

F i g. 5 einen Schnitt V-V in F i g. 4;F i g. 5 shows a section V-V in FIG. 4;

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zum Bremsen von Elektronen mit vier Elektroden im Längsschnitt;F i g. 6 shows an exemplary embodiment of a device for braking electrons with four electrodes in Longitudinal section;

F i g. 7 eine Draufsicht auf einen Abschnitt der dritten Elektrode der Bremseinrichtung von F i g. 6 mit runden öffnungen;F i g. Figure 7 is a plan view of a portion of the third Electrode of the braking device from FIG. 6 with round openings;

F i g. 8 eine Einzelheit B von F i g. 6 in vergrößertem Maßstab;F i g. 8 shows a detail B from FIG. 6 on an enlarged scale;

F i g. 9 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zum Bremsen von Elektronen im Längsschnitt;F i g. 9 schematically shows a further exemplary embodiment for a device for braking electrons in longitudinal section;

•Fig. 10 eine Einrichtung zum Bremsen von Elektronen mit einem Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Längsschnitt;• Fig. 10 a device for braking electrons with a means for generating a magnetic field in longitudinal section;

Fig. 11 eine Einzelheit Cvon Fig. 10 in vergrößertem Maßstab;Fig. 11 shows a detail C of Fig. 10 on an enlarged scale Scale;

Fig. 12 einen Ausschnitt aus einer Einrichtung zum Bremsen von Elektronen mit fünf Elektroden im Längsschnitt; undFig. 12 shows a section of a device for Braking electrons with five electrodes in a longitudinal section; and

Fig. 13 ein Verteilungsdiagramm für die Potentiale an den Elektroden der Einrichtung von Fig.! 2.13 is a distribution diagram for the potentials on the electrodes of the device of Fig.! 2.

Die angeführten Ausführungsbeispielc der Einrichtung sind zur Bremsung beschleunigter Elektronenströme bestimmt Jedoch können gleiche Einrichtungen auch zur Bremsung von Strömen anderer geladener Teilchen, z. B. von Ionenströmen, benutzt werden.The cited embodiments of the device are intended to slow down accelerated electron flows. However, the same devices can also for braking flows of other charged particles, e.g. B. ion currents can be used.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Einrichtung zum Beschleunigen und zum elektrischen Bremsen von Elektronen enthält eine Kathode 1 und eine Anode 2, zwischen denen eine Beschleunigungsspannungsquelle 3 angeschlossen ist Mit diesem Aufbau wird ein Elektronenstrom 5 erzeugt, der einen Kanal 4 durchströmt, der elektrisch mit der Anode 2 verbunden ist. Die Anode 2 und die Kathode 1 bilden dabei einen Elektroneninjektor 6. Zum Bremsen des beschleunigten Elektronenstroms 5 ist eine Einrichtung 7 mit zwei Spannungsquellen 8 und 9 und drei hintereinander im Wege des Elektronenstroms 5 angeordneten Elektroden 10, 11 und 12 vorgesehen. Hierbei hat die erste Elektrode 10 ein Potential, das der Energie des Elektronenstroms 5 entspricht (ungefähr gleich dem Potential der Anode 2).'Die zweite Elektrode 11 hat ein Potential, das etwa gleich Null ist, was durch die Spannungsquelle 8 zwischen den Elektroden 10 und U erreicht wird. Die dritte Elektrode 12. die zum Auffangen der Elektroden bestimmt ist, hat ein geringes Potential vom gleichen Vorzeichen wie die erste Elektrode 10 und ist über die Spannungsquelle 9 elektrisch mit der zweiten Elektrode 11 verbunden. Die zweite Elektrode 11 ist in Form eines Satzes von Nadeln 13, die mit ihren Spitzen 17 dem Elektronenstrom 5 zugewandt sind, ausgeführt.The in F i g. 1 schematically illustrated device for accelerating and for electrical braking of Electrons contains a cathode 1 and an anode 2, between which an acceleration voltage source 3 is connected With this structure, an electron stream 5 is generated, which a channel 4 which is electrically connected to the anode 2. The anode 2 and the cathode 1 form one Electron injector 6. For braking the accelerated electron stream 5 is a device 7 with two Voltage sources 8 and 9 and three electrodes arranged one behind the other by way of the electron stream 5 10, 11 and 12 are provided. Here, the first electrode 10 has a potential that corresponds to the energy of the Electron current 5 corresponds (approximately equal to the potential of the anode 2). 'The second electrode 11 has a Potential that is approximately zero, which is caused by the voltage source 8 between the electrodes 10 and U is achieved. The third electrode 12, which is intended to collect the electrodes, has a small one The potential has the same sign as the first electrode 10 and is across the voltage source 9 electrically connected to the second electrode 11. The second electrode 11 is in the form of a set of needles 13, which face the electron stream 5 with their tips 17.

In Fig. 2 zeigt eine Kurve 14 die relative Verteilung der Potentiale zn den Elektroden in F i g. 1. Die Punkte I. II, X, Xl und XII auf der horizontalen Achse dieses Diagramms entsprechen den Elektroden 1,2,10,11 und 12in Fig. 1.In FIG. 2, a curve 14 shows the relative distribution of the potentials in the electrodes in FIG. 1. Points I. II, X, Xl and XII on the horizontal axis of this diagram correspond to electrodes 1, 2, 10, 11 and 12 in FIG.

F i g. 2 zeigt nicht die reale Verteilung der Potentiale im Raum zwischen den Elektroden, wo wegen der Eigenladung des Elektronenstroms das Potential gegen· über dem Potential an den Elektroden abnimmt.F i g. 2 does not show the real distribution of the potentials in the space between the electrodes where because of the Intrinsic charge of the electron current, the potential decreases compared to the potential at the electrodes.

In F i g. 3 ist ein Längsschnitt der Einzelheit A gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Pfeile 15 zeigen die Elektronenbahnen in der Nähe der Nadeln 13, während ein Pieil 16 die Bahn der zu den Spitzen 17 der Nadeln 13 geratenen Elektronen andeutet.In Fig. 3 shows a longitudinal section of the detail A according to FIG. 1 on an enlarged scale. Arrows 15 show the electron trajectories in the vicinity of the needles 13, while a piece 16 indicates the trajectory of the electrons that have reached the tips 17 of the needles 13.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht der Elektroden 11 und 12, gesehen von der Elektrode 10 in F i g. 1, während F i g. 5 einen Schnitt V-V in F i g. 4 zeigt. Die Elektrode 11 ist in Form einer Platte mit gleichmäßig über ihre Fläche verteilten Nadeln 13 ausgebildet Die Elektrode 12 ist in Form einer Platte mit quadratischen Öffnungen 18 ausgeführt, die entsprechend den Nadeln 13 verteilt sind, so daß die Spitzen 17 der Nadeln 13 durch die Öffnungen 18 hindurchgehen. Die Abstände zwischen den Benachbarten Nadeln 13 sind derart gewählt, daßFig. 4 shows a view of the electrodes 11 and 12, seen from the electrode 10 in FIG. 1, while F i g. 5 shows a section V-V in FIG. 4 shows. The electrode 11 is in In the form of a plate with needles 13 evenly distributed over its surface. The electrode 12 is in In the form of a plate with square openings 18 which are distributed according to the needles 13 so that the tips 17 of the needles 13 pass through the openings 18. The distances between the neighboring needles 13 are chosen such that

ίο sich dazwischen ein elektrisches Feld ausbildet, das für die Abschirmung (Schaffung eines Potentialtopfes) der Hauptmasse der aus der dritten Elektrode 12 austretenden Sekundärelektronen ausreichtίο an electric field is formed in between, which for the shielding (creation of a potential well) of the main mass of those emerging from the third electrode 12 Secondary electrons are sufficient

Das den Sekundärteilchenstrom bestimmende Ker.n-The Ker.n- which determines the secondary particle flow

i-> maß ist das Maß der Spitze 17 der Nadeln 13. Bei der beschriebenen Einrichtung ist ein Spitzenmaß von 2—3 μπι leicht erreichbar, wobei man an der Nadelgrundfläche ein Maß von 80— 100 μπι haben kann.
F i g. 6 zeigt schematisch eine Einrichtung zumi-> dimension is the dimension of the tip 17 of the needles 13. With the device described, a tip dimension of 2-3 μm can easily be achieved, with a dimension of 80-100 μm at the needle base area.
F i g. 6 shows schematically a device for

2» Bremsen eines beschleunigten Elektronenstroms, bsi der in der dritten Elektrode ?.2 in den mittleren Bereichen zwischen den Nadeh; 13 öffnungen 20 ausgeführt sind. Außerdem ist hinter der dritten Elektrode 12 im Wege des Elektronenstroms 5 eine2 »Braking an accelerated electron flow, including that in the third electrode ? .2 in the middle areas between the needles; 13 openings 20 are executed. In addition, behind the third electrode 12 by way of the electron flow 5 there is one

2-, vierte Elektrode 21 angeordnet, die in Form von Kammern 22, deren Zahl der Zahl der Öffnungen 20 in der Elektrode 12 entspricht, ausgeführt ist. Jede Kammer 22 ist gegenüber der entsprechenden Öffnung 20 angeordnet. Die vierte Elektrode 21 hat ein Potential 2-, fourth electrode 21 arranged, which is in the form of chambers 22, the number of which corresponds to the number of openings 20 in the electrode 12, is executed. Each chamber 22 is arranged opposite the corresponding opening 20. The fourth electrode 21 has a potential

»ι von gleichem Vorzeichen wie die dritte Elektrode 12, aber von etwas höherem Absolutwert. Die vierte Elektrode 21 kann sowohl aus vielen einzelnen, untereinander mechanisch und elektrisch verbundenen Elementen als auch aus einer ganzen Platte, in der die»Ι of the same sign as the third electrode 12, but of a somewhat higher absolute value. The fourth electrode 21 can consist of many individual, mechanically and electrically interconnected elements as well as from a whole plate in which the

i". nötigen Hohlräume durch mechanische Bearbeitung gefertigt sind, ausgeführt sein.i ". necessary cavities are made by machining.

F i g. 7 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt der dritten Elektrode 12. Die Öffnungen 20 sind rund und die Kammern 22. die in Fig.7 mit gestrichenen LinienF i g. 7 shows a plan view of a section of the third electrode 12. The openings 20 are round and the Chambers 22. those in FIG. 7 with dashed lines

4M dargestellt sind, soweit sie sich hinter der Elektrode 12 befinden, zylindrisch ausgeführt.4M are shown as far as they are behind the electrode 12 are located, cylindrical.

F i g. 8 zeigt in vergrößertem Maßstab die Einzelheit B in Fig.6. die eine Zelle der Bremseinrichtung darstellt. Mit gestrichelten Linien sind Bahnen 24 derF i g. 8 shows the detail B in FIG. 6 on an enlarged scale. which represents a cell of the braking device. With dashed lines are tracks 24 of

4. Sekundärelektronen und mit aasgezogenen Linien Äquipotentiallinien 25 des elektrischen Feldes angedeutet. Die Äquipotentiallinien 25 des zwischen der zweiten Elektrode 11 (Nadeln 13) und der dritten Elektrode 12 vorhandenen elektrischen Feldes bilden elektrostati-4. Secondary electrons and with drawn lines Equipotential lines 25 of the electric field indicated. The equipotential lines 25 of the between the second Electrode 11 (needles 13) and the third electrode 12 existing electric field form electrostatic

>" sehe Linsen, die den Elektronenstrom 5 fokussieren.> "see lenses that focus the electron stream 5.

Fig.9 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremseinrichtung fü^r die Rückgewinnung der Energie eines intensiven Elektrant ibündels. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, wiederholt die9 shows schematically an embodiment of a braking device according to the invention fo ^r the recovery of the energy of a power supply point ibündels intensive. As can be seen from Fig. 9, the repeats

'·' Geometrie im allgemeinen die Optik von Elektronenkanonen bzw. -Sirahlerzeugern mit Kompression des Elektronenbündels, die recht eingehend untersucht sind. ■ Die zweite, dritte und vierte Elektrode sind bei diesem Ausführungsbeispiel auf einer Kugelfläche angeordnet.'·' Geometry in general the optics of electron guns or sirahlgenerators with compression of the Electron bundle, which have been studied in great detail. ■ The second, third and fourth electrodes are on this one Embodiment arranged on a spherical surface.

wi Zur Beseitigung von Randeffekten ist außen eine weitere Elektrode 26 angeordnet, wobei die Form der Elektroden 10 und 26 entweder auf rechnerischem Wege oder in einem elektrolytischen Bad ermittelt wird.wi To remove edge effects, there is an outside further electrode 26 arranged, the shape of the electrodes 10 and 26 either on a mathematical basis Ways or in an electrolytic bath is determined.

Es ist bekannt, daß das Vorhandensein einesIt is known that the presence of a

»i Längsmagnetfelchs in Elektroneninjektoren (zum Beispiel das konvergierende Magnetfeld in Kanonen mit Kompression des Elektronenbündels) es gestattet, eine exaktere Bündelgrenze zu erhalten, was bei Injektoren»I Longitudinal magnetic fields in electron injectors (for example the converging magnetic field in guns with compression of the electron beam) allows a to get more exact bundle limit what with injectors

mit hohem Kompressionsgrad praktisch zur Verminderung des Bündelquerschnitts führt. Falls als Injektor eine Kanone mit einem Magnetfeld benutzt ist und bei dem Transport des Bündels dieses auch in einem Längsmagnetfcld angeordnet ist. ist es zweckmäßig, die Bremseinrichtung mit einem Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Feldlinien im Hohlraum zwischen der ersten und der zweiten Elektrode längs der Bahnen der geladenen Teilchen ausgerichtet sind, zu versehen.with a high degree of compression practically leads to a reduction in the cross-section of the bundle. If the injector is a Cannon is used with a magnetic field and during the transport of the bundle this also in a longitudinal magnet field is arranged. is it appropriate to the Braking device with a means for generating a magnetic field whose field lines in the cavity between of the first and second electrodes are aligned along the charged particle trajectories.

Ei;n Ausführungsbeispiel für eine solche Bremseinrichtung mit einem Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist schematisch in Fig. IO dargestellt. Diese Einrichtung ist mit einem Elektromagneten versehen, der aus einem Magnetleiter, der durch zwei Abschnitte 27 und 28 gebildet wird, und zwei Spulen 29 und 30 besteht. Auf der Kugelfläche des Abschnitts 27 des Magnetleiters sind Spitzen 31 aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeordnet, deren Anzahl der Anzahl der KsiMiTicrri 22 entspricht Hierbei befindet sich da; Ende jeder Spitze 31 in dem Hohlraum der entsprechenden Kammer 22. In Fig. 10 sind weiter Feldlinien 32 für das Magnetfeld des Elektromagneten und Feldlinien 33 für den rückwärtigen Magnetfluß angedeutet. Zum Schließen des Magnetflusses kann auch ein ferromagnetisches Joch aus vielen voneinander isolierten Elementen benutzt werden.An exemplary embodiment of such a braking device with a means for generating a magnetic field is shown schematically in Fig. IO. This device is provided with an electromagnet, which consists of a magnetic conductor that is passed through two Sections 27 and 28 is formed, and two coils 29 and 30 are made. On the spherical surface of section 27 of the magnetic conductor tips 31 made of a ferromagnetic material are arranged, the number of which the KsiMiTicrri 22 corresponds to where is there; End of each tip 31 in the cavity of the corresponding chamber 22. In Fig. 10 are further field lines 32 for the magnetic field of the electromagnet and field lines 33 indicated for the rearward magnetic flux. To the A ferromagnetic yoke made of many elements isolated from one another can also close the magnetic flux to be used.

Fig. 11 zeigt im vergrößerten Maßstab die Einzelheit C in Fig. 10, die eine Zelle der Bremseinrichtung darstellt. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß sich die Feldlinien 32 des Magnetfeldes an den ferromagnetischen Spitzen 31 konzentrieren.FIG. 11 shows, on an enlarged scale, the detail C in FIG. 10, which represents a cell of the braking device. From this illustration it can be seen that the field lines 32 of the magnetic field are concentrated at the ferromagnetic tips 31.

In F i g. 12 ist schematisch eine Einzelzelle nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Bei .diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen der dritten und vierten Elektrode eine fünfte Elektrode 34 angeordnet, deren Geometrie der der dritten Elektrode J2 ähnlich ist. wobei öffnungen 35 in der fünften Elektrode 34 gegenüber den öffnungen 20 der dritten Elektrode 12 liegen.In Fig. 12 is schematically a single cell according to one Another embodiment of the invention shown. In. This embodiment is between the third and fourth electrode, a fifth electrode 34, the geometry of which is that of the third electrode J2 is similar. with openings 35 in the fifth Electrode 34 lie opposite the openings 20 of the third electrode 12.

Die fünfte Elektrode 34 hat ein Potential von gleichem Vorzeichen wie die Potentiale der dritten und vierten Elektrode, aber von geringerem Absolutwert.The fifth electrode 34 has a potential of the same sign as the potentials of the third and fourth electrode, but of lower absolute value.

In Fig. 13 ist durch eine Kurve 36 die relative Verteilung der Potentiale an den Elektroden der Einrichtung gemäß Fig. 12 gezeigt. Mit I. II. Ill, IV und V auf der Horizontalachse des Diagramms sind die Punkte bezeichnet, welche die Potentiale an der ersten, zweiten, dritten, vierten bzw. fünften Elektrode bestimmen.In FIG. 13, the relative distribution of the potentials at the electrodes is indicated by a curve 36 Device according to FIG. 12 shown. With I. II. Ill, IV and V on the horizontal axis of the diagram are the Points denote which the potentials at the first, second, third, fourth and fifth electrodes determine.

Die Einrichtung zum Bremsen eines Stroms beschleunigter Elektronen arbeitet wie folgt.The device for braking a stream of accelerated electrons operates as follows.

Der in den Wirkungsbereich des zwischen den Elektroden 10 und 11 angelegten elektrischen Feldes geratene Elektronenstrom 5 (Fig. 1) verliert seine Energie und nähert sich der Elektrode 11. Hier gelangt ein Teil der Elektronen zu den Stirnflächen der Nadein 13 und wird dem Hauptbündel entgegen reflektiert, wobei er wieder Energie gewinnt. Das ist aber ein recht kleiner Teil des Stroms, da die Räche der Spitzen 17 der Nadeln 13 kleiner als 10--⁵—10~⁶ der gesamten Fläche des Elektronenstroms 5 gemacht werden kann.The electron current 5 (FIG. 1) which has come into the effective area of the electric field applied between the electrodes 10 and 11 loses its energy and approaches the electrode 11. Here some of the electrons reach the end faces of the needles 13 and are reflected against the main bundle whereby he regains energy. This is but a very small part of the current, since the avenge of the tips of the needles 13 is smaller 10-- ~ ⁵ -10 ⁶ the entire surface of the electron stream 5 may be made as 17.

Der Hauptteil der Elektronen gelangt in den Raum zwischen den Nadeln 13 und bewegt sich in der ursprünglichen Richtung — zur dritten Elektrode 12 hin — weiter. Wie bereits erwähnt wurde, äst zwischen den Elektroden 11 und 12 eine Beschleunigungsspannung angelegt. Somit haben die Elektronen beim Annähern an die Elektrode 12 eine Energie, die nahezu demThe main part of the electrons get into the space between the needles 13 and move in the original direction - towards the third electrode 12 - further. As already mentioned, between the Electrodes 11 and 12 applied an accelerating voltage. Thus the electrons have when approaching to the electrode 12 an energy that is almost the

Potential der Elektrode 12 gleich ist. Nicht unwichtig ist. daß die Äquipotentiallinien (Fig.8) dieses Beschleunigungsfeldes die Form einer Fokussierungslinse haben und der Elektronenstrom durch die Elektrode 11 in Teilströme unterteilt wird, deren jeder zur Elektrode 12 (Fig. 3. Fig.8) in dem mittleren Teil der Zelle der zweiten Flektrode 11 fokussiert wird.Potential of the electrode 12 is the same. Is not unimportant. that the equipotential lines (Fig.8) of this acceleration field are in the form of a focusing lens and the flow of electrons through the electrode 11 in Partial currents is divided, each of which leads to the electrode 12 (Fig. 3. Fig.8) in the central part of the cell of the second Flektrode 11 is focused.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 gelangen die Teilströme des Elektronenstroms 5 in die Hohlräume der vierten Elektrode 21. Zwischen den Elektroden 12 und 21 ist eine geringe Beschleunigungsspannung für den Hauptstrom und dementsprechend eine Bremsspannung für die Sekundärelektronen von der Elektrode 21 vorhanden. Somit hut jede Zelle der Elektrode 21 eine optimale Geometrie zur maximalen Unterdrükkung der Sekundärelektronen. Die Elektrode 12 spielt hierbei die Rolle eines Bremsgitters. Das Maß a (F i g. 8) wie auch die anderen Maße der Elektrode 21 müssenIn the embodiment according to FIG. 6, the partial currents of the electron current 5 reach the cavities of the fourth electrode 21. Between the electrodes 12 and 21 there is a low acceleration voltage for the main current and, accordingly, a braking voltage for the secondary electrons from the electrode 21. Thus, each cell of the electrode 21 has an optimal geometry for the maximum suppression of the secondary electrons. The electrode 12 plays the role of a braking grid. The dimension a (Fig. 8) as well as the other dimensions of the electrode 21 must

sind Ausführungsbeispiele möglich, wo das Maß a gleich Null ist. Zur Verminderung der Sekundäremission können natürlich auch andere Maßnahmen getroffen werden: Auswahl des Werkstoffes für die Elektrode 21. der Form der Innenfläche der Hohlräume u. a.Embodiments are possible where the dimension a is equal to zero. Other measures can of course also be taken to reduce the secondary emission: selection of the material for the electrode 21, the shape of the inner surface of the cavities, among other things

Das Vorliegen von Beschleunigungsfeldern in der Nähe der Elektroden 12 und 21 erhöht etwas die Auftreffenergie der Elektronen, aber diese Werte sind recht kleift So kann z. B. bei einer Anfangsenergie des Bündels von 100—200 keV das Potential der Elektrode 21. das die Auftreffenergie bestimmt, nur 500—1000 eV betragen, was einer Auftreffenergie eier Elektronen von 500- 1000 eV entspricht.The presence of accelerating fields in the vicinity of the electrodes 12 and 21 increases this somewhat Impact energy of the electrons, but these values are quite small. B. at an initial energy of the A bundle of 100-200 keV is the potential of electrode 21, which determines the impact energy, only 500-1000 eV amount to what an impact energy eei electrons of 500-1000 eV.

Die Durchlässigkeit der zweiten Elektrode 11 (F i g. 6) ist sehr groß: sie sichert einen Sekundärelektronenstrom von der Elektrode 11 von weniger als 10~⁵— I0-" des Hauptstroms. Aber bestimmend sind in diesem Fall Hie Sckiindärteilchen, die aus der Elektrode 12 mit voller Energie ungefähr senkrecht zur Auftreffläche (d. h. zur Fläche der Elektrode 12) austreten. Es ist bekannt, daß 1—2% der Sekundärteilchen eine den Primärteilchen gleiche Energie haben, so daß ein Teil von diesen unter Winkeln austreten, die nahezu einer Normalen entsprechen. Natürlich kann die Tiefe des Potentialtopfes, der die Sekundärteilchen aufhält, nicht auf die volle Energie der fallenden Teilchen ausgelegt sein: sie sichert lediglich eine Sperrung des größeren Teils von Sekundärteilchen, deren Energie 0,1—0.2 der Energie des Bündels beträgt. Infolgedessen beträgt der Sekundärteilchenfluß bei Wegfall der erfindungsgemäßen Mittel nicht weniger als 10~³— 10-⁴des Hauptstroms.The transmittance of the second electrode 11 (F i g. 6) is very large: it ensures a secondary electron current from the electrode 11 of less than 10 ~ ⁵ - I0- "of the main stream, but are determinative in this case Hie Sckiindärteilchen consisting of. Electrode 12 emerge with full energy approximately perpendicular to the surface of incidence (ie the surface of electrode 12.) It is known that 1-2% of the secondary particles have an energy equal to that of the primary particles, so that some of these emerge at angles that are almost one Of course, the depth of the potential well holding the secondary particles cannot be designed for the full energy of the falling particles: it only ensures blocking of the larger part of secondary particles, the energy of which is 0.1-0.2 of the energy of the bundle. as a result, the amounts as ions on discontinuation of the compositions of the invention not less than 10 ~ ³ - 10 ⁴ of the main stream.

Demgegenüber ist es beim Durchgang des Stroms in Form von Teilströmen in die Kammern 22 der Elektrode 21 möglich, den Sekundärteilchenstrom noch um eine bis zwei Größenordnungen zu reduzieren. Dieser Faktor ist normal für Kollektoren in Form eines Faraday-Zylinders.In contrast, it is when the flow in the form of partial flows into the chambers 22 of the Electrode 21 possible to reduce the secondary particle flow by one or two orders of magnitude. This factor is normal for collectors in the form of a Faraday cylinder.

Somit kann der Sekundärelektronenstrom bei der erfindungsgemäßen Einrichtung weniger als 10~^s— 10-⁶ des Hauptstroms betragen.Thus, the secondary electron current is less than 10 ~ ^s in the inventive device - be 10- ⁶ of the main stream.

Ein derart hoher Abschirmungsgrad der Sekundärelektronen ermöglicht die Bremsung von stationären Höchstleistungs-EIektronenströmen.Such a high degree of shielding of the secondary electrons enables the braking of stationary electrons High-performance electron streams.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.9 dehnt sich bei der Bremsung im elektrischen Feld zwischen der ersten und zweiten Elektrode der Elektronenstrom 5 aus und kommt ungefähr senkrecht an die Kugelfläche, die durch die zweite, dritte und vierte Elektrode gebildet wird, heran. Bei einem derartigen Annähern desIn the embodiment according to FIG. 9, it expands During braking in the electric field between the first and second electrodes, the electron current 5 and comes approximately perpendicular to the spherical surface formed by the second, third and fourth electrodes will, approach. With such an approximation of the

Elektronensiroms an jede Zelle zur Bremsung nach der Fokussierung durch das elektrische Feld der 7elle gerät er genau in die öffnungen 20 und in den Hohlraum der Kammern 22. rlierbei gelangt zur Elektrode 12 eine minimale Anzahl von Teilchen, so daß die Anzahl der an dieser Elektrode 12 entstehenden Sekundärteilchen nahezu gleich Null ist. Dies ist sehr wichtig, da es für die SeLundärelektronen von der Elektrode 12 praktisch keine Abschirmung gibt.Electron siroms to each cell for braking after Focusing through the electric field of the cell, it gets exactly into the openings 20 and into the cavity of the cell Chambers 22. rlierbei reaches the electrode 12, a minimum number of particles, so that the number of secondary particles produced by this electrode 12 is almost equal to zero. This is very important as it is for the Secondary electrons from electrode 12 are practical there is no shielding.

Die in Fig.9 angeführte Geometrie kann zur Bremsung monochromatischer Elektroiienbündel mit einer Energie bis zu 100— 200 keV und bei Stromstärken von mehreren 100 A benutzt werden.The geometry shown in Fig. 9 can be used to brake monochromatic bundles of electrons An energy of up to 100-200 keV and currents of several 100 A can be used.

Eine weitere Verbesserung der optischen Eigenschaften des Systems läßt sich in einer der Elektronenkanone mit Kompression ähnlichen Einrichtung, die ein Magnetfeld (Fig. 10 und II) benutzt, erreichen. Exaktere Bündelgrenzen vermindern dieTeilchenverlusie beim Tianspori und reduzieren m vielen Patten auch den Querschnitt des Teilchenstroms (was wiederum eine Verminderung der Apertur des System ermöglicht und die Anlage transportabler macht).A further improvement in the optical properties of the system can be achieved in one of the electron guns with a compression-like device using a magnetic field (Figs. 10 and II). More precise bundle boundaries reduce particle loss at Tianspori and reduce m many flaps too the cross-section of the particle flow (which in turn enables the aperture of the system to be reduced and makes the system more portable).

Im vorliegenden Fall trägt das Magnetfeld gleichzeitig zur Fokussierung der Teilströme des Elektronenstroms 5 in die öffnungen 20 der Elektrode 12 bei. Der Anteil des Elektronenstroms, der einer magnetischen Fokussierung unterworfen wird, wird durch den Anteil des Magnetflusses, der auf die Spitzen 31 gerät, bestimmt. Ein gewisser Teil des Stromes wird natürlich direkt auf den ferromagnetischen Abschnitt 27 des Ma^netleiters unter Umgehung der Spitzen 31 geleitet. Zur besseren Fokussierungswirkung des Magnetflusses hat man eine optimale Höhe für die Spitzen 31 zu wählen. Die Wahl der optimalen Abmessungen dur Elemente der Bremseinrichtung ist abhängig von den konkreten Parametern des zu bremsenden Stroms sowie von den an die Einrichtung gestellten Anionic rungen: Stromstärke des Elektronenstroms 5, zulässig Auftreffenergie, Größe Hes Sekundarelek'.ronenstroin^ u. a.In the present case, the magnetic field carries at the same time for focusing the partial flows of the electron flow 5 into the openings 20 of the electrode 12. Of the The proportion of the electron flow that is subjected to magnetic focusing is determined by the proportion of the magnetic flux that gets onto the tips 31 is determined. Some part of the stream becomes natural passed directly onto the ferromagnetic section 27 of the magnetic conductor, bypassing the tips 31. For a better focusing effect of the magnetic flux, one has an optimal height for the tips 31 to Select. The choice of the optimal dimensions dur elements of the braking device depends on the specific parameters of the current to be braked as well as the anionic provided to the device Rungen: Amperage of the electron current 5, permissible Impact energy, size Hes secondary elec'.ronenstroin ^ i.a.

Die Verbesserung der Parameter der Bremszone (Verminderung der Auftreffenergie und des Sekundär-Stroms) führt zu einem noch komplizierteren Aufbau des Aufnahmekollektors. Das in Fig. 12 gezeigte Ausfiih rungsbeispiel der Einrichtung zum Bremsen eines Elektronenstroms enthält eine Elektrode 34 mehr als das in Fig. 9 gezeigte Ausführungsbeispiel. DieThe improvement of the parameters of the braking zone (reduction of the impact energy and the secondary current) leads to an even more complicated structure of the receiving collector. The embodiment shown in FIG Approximate example of the device for braking an electron flow contains an electrode 34 more than the embodiment shown in FIG. the

i) zusätzliche Elektrode 34 ermöglicht folgende Arbeitsweise: zur Verbesserung der Bündelfokussierung (Verminderung des Bündeldurchmessers in der Ebene der Platte der Elektrode 12) wird auf die Elektrode 12 ein hÜMCiei Poieiitiai von z.B. 3 —5 kV gegenüberi) additional electrode 34 enables the following mode of operation: to improve the bundle focusing (reduction of the bundle diameter in the plane the plate of the electrode 12), a hÜMCiei Poieiitiai of e.g. 3 - 5 kV is applied to the electrode 12

jo 500—1000 V oei der vorstehend betrachteten Einrichtung (F i g. 9) gegeben. Dann wird im Bereich zwischen den Elektroden 12 und 34 der Elektronenstrom gebremst und sodann vor dem Auftreffen auf die Wandungen des Hohlraumes der Kammer 22 etwasjo 500-1000 V o for the establishment considered above (Fig. 9) given. Then in the area between the electrodes 12 and 34, the electron flow braked and then a little before striking the walls of the cavity of the chamber 22

.'ι beschleunigt. Diese Arbeitsweise gestattet es. das Auftreffpotential recht klein zu halten (unter 500-1000 V), wobei zugleich die Elektrode 12 die Rolle eines Bremsgitters spielt. Die Verbesserung der Bündelfokussierung in der Ebene der Elektrode 12 und.'ι accelerated. This way of working makes it possible. the Keep the impact potential quite small (below 500-1000 V), while at the same time the electrode 12 plays the role a brake grille plays. The improvement of the beam focusing in the plane of the electrode 12 and

ω die Verkleinerung der Durchgangsöffnung 20 in dieser Elektrode 12 gestatten es, den Sekundärelektroncnstrom zu reduzieren.ω the reduction in size of the through opening 20 in this Electrode 12 make it possible to reduce the secondary electron current.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for electrically braking a stream of electrically charged particles with at least three electrodes acting in succession along the path of the particles, from a first electrode has a potential corresponding to the energy of the particles, a second Electrode has a potential close to zero and a third electrode at the potential of the first electrode has the same sign but a lower potential, characterized in that, that the second electrode (11) from with uniform distribution over the cross section of the Particle path is formed behind the third electrode (12) on needles (13) held on a carrier, with their tips (17) through openings (18) in the third electrode (12) in the direction of the first Electrode (10) are passed through.

2. Device according to claim 1, characterized in that the third electrode (12) in the middle areas between the needles (13) of the second electrode (11) contains openings (20) and that behind each of these openings (20) a chamber (22) of a fourth electrode (21) is arranged. the at a sign with the same sign as the potential of the third electrode (12), but slightly higher in magnitude Potential lies (Fig. 6-8).

3. Device according to claim 2, characterized in that between the third electrode (12) and a fifth electrode (34) with a fourth electrode (12) similar to the fourth electrode (21) Geometry and one the pctentia! the third electrode (12) and the fourth electrode (21) is arranged with the same sign, but in the Br- position lower potential, which the openings (20) in the third electrode (12) contains opposite openings (35) (Fig. 12).