DE2657114C2 - Beschleunigungssystem für ein Bündel geladener Teilchen in einer Elektronen- oder Ionenstrahlkanone - Google Patents
Beschleunigungssystem für ein Bündel geladener Teilchen in einer Elektronen- oder IonenstrahlkanoneInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschleunigungssystem für ein Bündel geladener Teilchen in Elektronen-
oder lonenstrahlkanonen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektronen- oder lonenstrahlkanonen mit Beschleunigungssystemen dieser Art dienen zur Elektronen- und
Ionenstrahlbearbeitung von Werkstücken, z. B. zum Schweißen, Schmelzen und Metallisieren, zur Bearbeitung
von Teilen mit. vorgegebenen Abmessungen sowie für andere Verfahren der Elektronenstrahltechnologie.
Vorliegend gehl es insbesondere um die Erzeugung von energiereichen Bündeln geladener Teilchen mit einer
Leistung von über 10 kW.
Bei einer aus DE-OS 24 33 781 bekannten Ausbildung eines Beschleunigungssystems für ein Bündel geladener
Teilchen in Elektronen- und lonenstrahlkanonen ist nur eine Beschleunigungselektrode vorhanden, so daß das
System nur einen Entladungsr.->um aufweist. Das Gehäuse
ist als doppelwandige Röhre ausgebildet, in deren Zwischenwandraum eine elektrisch leitende Flüssigkeit
strömt, welche sowohl Kühlzwecken dient, als auch durch Änderung ihrer Konzentration eine Veränderung
des Widerstands ermöglicht. Im Inneren des Gehäuses sind im Abstand elektrisch leitende Ringe angeordnet,
die mit dem Kühlmittel elektrisch leitend verbunden ίο sind, so daß dieses als Spannungsteiler wirkt
Wesentlich höhere Strahlleistungen werden erzielt mit Beschleunigungssystemen für Elektronen- oder lonenstrahlkanonen
mit mehreren hintereinander angeordneten Beschleunigungselektroden der oberbegriff-Hch
vorausgesetzten Art, bei denen als Spannungsteiler das durch eine Rohrschlange fließende Kühlmittel dient.
Zur Gewährleistung des elektrischen Kontaktes zwischen der Flüssigkeit und den Elektroden sind in dem
dielektrischen Rohr öffnungen vorgesehen, in welche elektrisch leitende Hülsen eingesetzt sind, welche mit
den Elektroden des Beschleunigungssystems verbunden sind. Die außenliegenden Hülsen sind an eine Speisequelle
angeschlossen.
Obwohl dieses System gegenüber dem System mit einer Beschleunigungselektrode Vorteile aufweist, verursachen
jedoch die Hülsen eine Vergrößerung der Abmessungen des Kühlsystems und folglich des gesamten
Beschleunigungssystems, was seinerseits die Anwendungsmöglichkeiten des Beschleunigungssystems in den
Einrichtungen der Elektronen- und lonenstrahltechnologie beschränkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verminderung der Abmessungen des Beschleunigungssystems
bei Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Systems durch die Gewährleistung vorteilhafter Temperaturverhältnisse
im Betrieb des Systems.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
Bei einer solchen erfindungsgemäßen Konstruktion durchströmt das Kühlmittel unmittelbar den Körper des
elektrischen ßesehleunigungssystems bei großer Kontaktfläcne zwischen dem Kühlmittel und den wärmebelastetcn
Teilen des Systems. Durch die Ausbildung von zwei parallel zueinander verlaufenden und gegensinnig
durchströmten Leitungswegen der Rohrschlange gelingt es außerdem, einen Wasserspanr.ungsteiler mit
Zweigen von gleichem Widerstand auf der gesamten Länge des Teilers zu schaffen, was zu einem Ausgleich
der Potentiale des Wassereinlaufes und -auslaufes führt und den Anschluß des Wasserspannungsteilers an das
gewöhnliche Wasserleitungssystem ermöglicht.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Beschleunigungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt
F i g. 1 schematisch ein Beschleunigungssystem mit drei Beschleunigungselektroden und einem Kühlsystem
im Querschnitt;
Fig. 2 ein U-förmiges Rohr, das zur Bildung der Rohrschlange verwendet wird-,
F i g. 3 den Anschluß der Zweige der Rohrschlange an
die Kanäle der Elektroden;
F i g. 4 die elektrische Ersatzschaltung des BeschlcunigungssvMems
gemäß F i g. 1:
F i g. 5 eine Elcktmnenstrahlkanonc mit einem Bcschlcunigungssystem:
F i g. 6 den Schnitt nach der Linie Vl-Vl der I ι g. 5.
Das Beschleunigungssystem gemäß F i g. 1 besteht aus einer Quelle 1 geladener Teilchen und drei Beschleunigungselektroden
2, 3 und 4. Zwischen den Beschleunigungselektroden sind vakuumdichte Hochspannungszwischenisolatoren
5 angeordnet, die gleichzeitig als Gehäuse des Beschleunigungssystems dienen. Die
Elektroden 2,3 und 4 haben zentrale öffnungen 6, durch
welche die geladenen Teilchen geleitet werden.
Jede Elektrode weist zwei Kanäle 7 von gleicher Länge und gleichem Querschnitt auf; durch diese Kanäle
vorzugsweise runden Querschnitts strömt das Kühlmittel, meistens Leitungswasser. Auf der Außenfläche der
Isolatoren 5 ist eine Rohrschlange 8 verlegt, die in dem Kühlmittelkreislauf einbezogen ist.
Die Rohrschlange wird von einem U-förmigen auf die isolatoren aufgewickelten Rohr A gebildet, wie es in
F i g. 2 dargestellt ist. Dadurch werden zwei parallel zueinander verlaufende, gegensinnig durchströmte Leitungswege
in Gestalt von Zweigrohrleitungen gebildet. Durch die eine Zweigrohrleitung der Rohrschlange
fließt das Wasser in einer Richtung und durch die andere Zweigrohrleitung in entgegengesetzter Richtung.
Die Zweigrohrleitungen der Rohrschlange sind an die Quelle 1 der geladenen Teilchen und die Elektroden 2,3
und 4 angeschlossen, wie das aus F i g. 3 zu ersehen ist, nämlich mittels Hülsen 9, über die die Kanäle 7 der
Elektroden 2,3 und 4 mit der Rohrschlange 8 verbunden sind.
In der in Fig.4 wiedergegebenen elektrischen Ersatzschaltung
des Beschleunigungssystems entsprechen die Bezugszeichen 1, 2, 3, 4 und 9 den Bezugszeichen in
F i g. 1 und 2. Die Länge der Abschnitte der Zweigrohrleitungen der Rohrschlange /12, /23 und /3.4 bestimmt die
Länge der Kühlflüssigkeitssäule, die durch die Abschnitte zwischen den Elektroden 1-2; 2-3; 3-4 fließt.
Die Hülsen 9 sind aus einem korrosionsbeständigen, elektrisch leitenden Werkstoff, z. B. Kupfer ausgeführt
und an den Elektroden auf geeignete Weise, z. B. durch Löten oder Schweißen befestigt. Die Enden der getrennten
Zweige der Rohrleitungen sind dicht auf den Stutzen der Hülsen 9 aufgesetzt und an diesen auf geeignete
Weise, z. B. unter Verwendung von Epoxydharz abgedichtet.
Auf diese Weise sind alle Kanäle der Elektroden mittels der dielektrischen Rohre und Hülsen verbunden
und werden von gewöhnlichein Leitungswasser als Kühlmittel durchströmt, welches kontinuierlich zugeführt
wird und in jeweils benachbarten Rohren in gegenläufigen Richtungen fließt. Die Wassersäulen bewirken
einen elektrischen Kontakt zwischen allen Elektroden 2,3 und 4 und der Quelle 1 der geladenen Teilchen.
Wenn die hohe Beschleunigungsspannung an die Quelle t der geladenen Teilchen sowie an die Elektrode
4 des Beschleunigungssystems gelegt wird, wirken die Wassersäulen als Spannungsteiler zwischen allen Elektroden,
und das elektrische Potential der Elektroden 2 und 3 stellt sich proportional den Längen der Abschnitte
und der Wassersäulen zwischen den Elektroden ein.
Da sich das Kühlmittel in benachbarten Rohren und Kanälen gegenläufig bewegt, werden sich auf der gesamten
Erstreckung der Leitungswege mittlere Temperaturen, also besonders günstige Tcmperaturverhältnisse
einstellen.
Der Innendurchmesser und die Länge der Rohrschlange
8 werden linier Berücksichtigung des erforderlichen Widerstands, d. h. de, Gesamtstromsdes Teilers
und des Stroms auf seinen einzelnen Abschnitten, sowie auch der VVänhebelastung des Systems und den gewünschten
Temperaturverhältnissen eier Elektroden gewählt
Unschädlich sind Schwankungen der Leitfähigkeit des Wassers aus dem Stadtwasserleitungsnetz, dessen
Temperatur und chemische Zusammensetzung sich bekanntlich über die Zeit ändert. Diese Änderungen der
Leitfähigkeit beeinflussen jedoch praktisch den Betrieb des Beschleunigungssystems nicht, weil die Verteilung
der Potentiale zwischen den Elektroden unverändert bleibt.
Um einen Niederschlag von Rost, Salzen usw. an den
Wänden der Kanäle zu verhindern, ist am Eintritt in das Kühlsystem ein Filter 10 vorgesehen. Es ist auch eine
periodische Spülung der Kanäle mit schwachen Lösungen von Säuren bzw. Laugen möglich.
Die in F i g. 5 dargestellte Elektronenstrahlkanone enthält eine Elektronenquelle 11, welche die geladenen
Teilchen emittiert, sowie Beschleunigungselektroden 12, 13 14 und 15, welche an entsprechenden Sitzstellen
innerhalb des einstückigen Gehäuses 16 angeordnet und befestigt sind.
Das Gehäuse 16 besteht aus einem isolierenden Material, z. B. Keramik, organischem Glas oder Epoxydharz,
welches außerdem vakuumdicht und fest ist.
Das Kühlsystem ist in Form einer Rohrschlange 17 ausgeführt, deren benachbarte Zweigrohrleitungen parallel
zueinander verlaufen und gegensinnig durchströmt sind. Dabei wird hier die U-förmige Rohrschlange
von im Körper des Gehäuses 16 ausgeführten Kanälen gebildet, die aus den Zweigrohrleitungen a und b
bestehen.
Diese Kanäle haben einen konstanten Querschnitt auf der gesamten Länge der Rohrschlange, (ede der Elektroden
11, 12, 13, 14 und 15 weist wie in dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Kanäle von
gleicher Länge und gleichem Querschnitt auf. Jeder von diesen Kanälen ist mit den Zweigrohrleitungen der
Rohrschlange durch in dem Gehäuse 16 vorgesehene Radialkanäle 30 verbunden. In F i g. 5 sind nicht alle Radialkanäle
wiedergegeben, um die Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht zu beeinträchtigen.
In den Kanälen sind Verbindungshülsen 31 aus einem elektrisch leitenden Material angeordnet. Mittels dieser
Hülsen werden die mit der Rohrschlange 17 verbundenen Radialkanäle 30 an die Kanäle der Elektroden angeschlossen.
Die Anschlußstellen sind auf eine geeignete und mit dem Werkstoff des Gehäuses 16 verträgliche
Weise abgedichtet, z. B. durch Löten oder unter der Verwendung eines Gummiringes. Das Kühlwasser wird
durch einen Zuflußstutzen 18 zugeführt und in einen Abflußstutzen 19 entlassen.
Mittels der letzten (außenliegenden) Beschleunigungselektrode 15 wird die Elektronenstrahlkanone am
Deckel 20 einer Schweißkammer (in den Zeichnungen nicht wiedergegeben) befestigt. Dabei ist die Beschleunigungselektrode
15 vakuumdicht an der Sitzstelle des Gehäuses 16 und der Sitzstelle des Deckels 20 der
Schweißkammer mittels entsprechender Dichtungen 21 und 22 und Schrauben 23 und 24 befestigt.
bo Die Zentrierung aller Elektroden und der Elektronenquelle in bezug auf die geometrische Achse der Kanone
wii J bei der Montage der Kanone nach Schablonen vor
dem Eingießen des Isohuionsstoffes des Gehäuses vorgenommen.
Das Hochspannungskabel 25 wird von der
f)5 Speisequelle durch eine im isolierenden Deckel 26 vorgesehene
Seilenöffnung geführt. Die Abdichtung des Kabels 25 wird an der Stelle, wo es in den Deckel 26
eingeführt wird, mittels eines Dichtungsmittels 27 ver-
wirklicht. Der Deckel 26 wird vakuumdicht am Gehäuse 16 mittels Schrauben 28 unter der Verwendung einer
Gummidichtung 29 befestigt.
Eine solche Konstruktion der Hochspannungseinführung in Verbindung mit einer gekühlten Elektronenquelle
11 macht das Eingießen eines flüssigen Dielektrikums oder das Einpumpen eines Gasdielektrikunis in
den oberen Teil der Kanone entbehrlich. Damit wird die für die Einrichtung und Umstellung der Kanone im Betrieb
erforderliche Zeit reduziert und die elektrische Festigkeit und Betriebszuverlässigkeit erhöht. Die Kanone
ist außen mit einer Schutzummantelung 32, 33 aus Blei abgedeckt, welche die im Betrieb der Kanone entstehende
Röntgenstrahlung absorbiert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Beschleunigungssystem für ein Bündel geladener Teilchen in einer Elektronen- oder lonenstrahlkanone,
das mehrere Beschieunigungselektroden, welche entlang der Längsachse des Bündels in einem
Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Stoff hintereinander angeordnet sind, und eine dielektrische
Rohrschlange im oder am Körper des elektrisch isolierenden Gehäuses für die Zirkulation eines Kühlmittels
umfaßt, welches Kühlmittel gleichzeitig als elektrischer Leiter dient, mit den Beschleunigungselektroden elektrisch verbunden ist und als Spannungsteiler
wirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Rohrschlange (8; 17,30) zwei parallel
zueinander verlaufende Leitungswege vorgesehen sind, daß in dem einen Leitungsweg das elektrisch
leitende Kühlmittel in einer Richtung und in dem anderen Leitungsweg dasselbe Kühlmittel gegenläufig
fließt, und daß jede Beschleunigungselektrode (2, 3, 4; 11, 12, 13, 14, 15) zum Durchströmen
des elektrisch leitenden Kühlmittels mindestens zwei Kanäle (7) vom gleichen Querschnitt und von
gleicher Länge aufweist, von welchen die einen Kanäle in Reihe mit dem einen Leitungsweg der
Rohrschlange und die anderen Kanäle in Reihe mit dem anderen Leitungsweg der Rohrschlange verbunden
sind.
2. Beschleunigungssysleni nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (8; 17, 30) von einem auf der gesamten Länge des Beschleunigungssystems
angeordne\en U-förmigen Rohr (8, 17) gebildet ist, dessen Schenkel Zweigrohrleitungen
(a. b) bilden, so daß in jeweils zwei zueinander parallelen
benachbarten Zweigrohrleitungen das Kühlmittel gegenläufig fließt und daß die Kanäle (7) jeder
Beschleunigungselektrode (2, 3, 4; 11, 12, 13, 14, 15) jeweils mit den zwei zueinander parallelen benachbarten
Zweigrohrleitungen mittels Hülsen (9; 31) verbunden sind, die an den Beschleunigungselektroden
starr befestigt sind.
3. Beschleunigungssystem nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Leitungs·
weg der Rohrschlange (8; 17, 30) zwischen benachbarten Beschleunigungselektroden (2,3,4; 11,12,13,
14, 15) Abschnitte gleicher Länge wie der andere Leitungsweg aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19762657114 DE2657114C2 (de) | 1976-12-16 | 1976-12-16 | Beschleunigungssystem für ein Bündel geladener Teilchen in einer Elektronen- oder Ionenstrahlkanone |
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DE19762657114 DE2657114C2 (de) | 1976-12-16 | 1976-12-16 | Beschleunigungssystem für ein Bündel geladener Teilchen in einer Elektronen- oder Ionenstrahlkanone |
Publications (2)
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DE2657114A1 DE2657114A1 (de) | 1978-06-22 |
DE2657114C2 true DE2657114C2 (de) | 1984-05-03 |
Family
ID=5995729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19762657114 Expired DE2657114C2 (de) | 1976-12-16 | 1976-12-16 | Beschleunigungssystem für ein Bündel geladener Teilchen in einer Elektronen- oder Ionenstrahlkanone |
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DE (1) | DE2657114C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004002716A1 (de) * | 2004-01-19 | 2005-08-11 | Siemens Ag | Verfahren zum Reinigen eines Kühl- und/oder Isoliermittels |
Families Citing this family (1)
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Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2433781C2 (de) * | 1974-07-13 | 1984-12-13 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe | Elektronenquelle |
-
1976
- 1976-12-16 DE DE19762657114 patent/DE2657114C2/de not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004002716A1 (de) * | 2004-01-19 | 2005-08-11 | Siemens Ag | Verfahren zum Reinigen eines Kühl- und/oder Isoliermittels |
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DE2657114A1 (de) | 1978-06-22 |
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