DE2658316A1

DE2658316A1 - Elektronenquelle

Info

Publication number: DE2658316A1
Application number: DE19762658316
Authority: DE
Inventors: Seiichi Nakagawa; Youichi Shibuki
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1977-07-07
Also published as: US4068145A; NL7614122A; DE2658316B2; GB1572249A; DE2658316C3; JPS5277661A; FR2336787A1; FR2336787B1; JPS5636530B2

Description

Patentanwälte
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B 8098

NIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418 Nakagamicho, Akishimashi, Tokyo, 196 / JAPAN

E lektr one nque Ue

Die Erfindung betrifft eine Elektronenquelle und insbesondere eine thermische Emissionselektronenquelle mit einer Kathodenspitze aus einem Material, aus. welchem bei Erhitzen Elektronen austreten.

Aus der US-Patentschrift 3 532 923 sind Lanthanhexaborid und pyrolitisches Graphit als geeignete Stoffe für Elektronenemitter bzw. Elektronen aussendende Kathoden und als Trägermaterial für derartige Kathoden bekannt. Die Träger, welche eine derartige Anordnung tragen, sind einer Erhitzung unterworfen, und es besteht die Gefahr, daß sie starke plastische Verformungen annehmen. Dadurch kann die

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Kathode aus der gewünschten Stellung verschoben werden und außerdem kann der mechanische Kontakt zwischen dem Träger und der Kathode beeinträchtigt werden. Nachteilig ist hierbei, daß die Elektronenstrahlqueile sich verschiebt und die Intensität des Elektronenstrahles schwankt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Elektronenstrahlquelle zu zeigen, bei der die Erhitzung der Träger der Kathodenspitze und die damit verbundene plastische Verformung der Träger ohne nachteilige Auswirkungen hinsichtlich einer Lageverschiebung der Kathode und des Kontaktes zwischen Träger und Kathode ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung eine Elektronenstrahlquelle, insbesondere thermische Emissionselektronenquelle, mit folgenden Merkmalen:

a) Die Emitterspitze bzw. Kathodenspitze besteht aus einem Material, welches bei Erhitzung Elektronen aussenden kann;

b) für die Kathodenspitze sind zwei Heizelemente vorgesehen, welche in der Weise angeordnet sind, daß die Emitterspitze zwischen diesen eingeklemmt ist;

c) zum Festklemmen der Heizelemente sind zwei Träger vorgesehen. Diese bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, so daß elektrischer Strom durch die Kathode und die Heizelemente hindurchfließen kann, und

d) zwei elastische Glieder aus einem Material, welches seine Elastizität über einen breiten Temperaturbereich behält, von denen jeweils ein Ende an einer Stelle am Trägerelement befestigt ist, an welcher der Temperaturanstieg aufgrund der von den Heizelementen herangeführten Wärme so gering ist, daß die Formverän-

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derung, insbesondere Ausdehnung der Trägerelemente aufgrund der Erwärmung durch die Deformation der elastischen Elemente absorbiert bzw. ausgeglichen wird.

Die Erfindung zeigt somit einen Glühelektronenemitter, welcher mit Hilfe von Elementen, beispielsweise aus Borkarbid, welche von elektrisch leitfähigen Trägere lementen gehalten sind, getragen wird, wobei die Trägerelemente elastische Glieder aufweisen, in der Weise, daß eine Verschiebung des Emitters bzw. der Kathode, welche unter Wärmeeinfluß auftreten kann, beseitigt bzw. ausgeglichen wird.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Aufbau, in weichem ein Emitter bzw. eine Kathode aus Lanthanhexaborid verwendet wird;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 3 wesentliche Teile anderer Ausführungsbeispiele der Er- ^{und 4} findung.

In Figur 1 wird ein Emitter (Kathode) 1 aus Lanthanhexaborid von Heizelementen 2 und 3 aus pyrolitischem Graphit gehalten. Die Heizelemente 2 und 3 aus pyrolitischem Graphit werden von elektrisch leitfähigen Trägerelementen 4 und 5 getragen. Diese erstrecken sich durch einen isolierenden Halter 6 und sind an diesem mit Hilfe von Schraubenmuttern 7 und 8 befestigt. Der isolierende Halter 6 ist am Gehäuse 15 der Elektronenstrahlquelle befestigt. Auf das Gehäuse 15

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ist θιγιθ

/Wehnelt-Elektrode 16 mit einer Öffnung 17 aufgeschraubt. Der untere Teil der elektrisch leitenden Trägerelemente 4 und 5 besitzt jeweils einen Ausschnitt bzw. einen Schlitz, wie es durch 9 und 10 und 11 und 12 dargestellt ist. In die Ausschnitte ragen Schrauben 13 und 14. Durch das Einschrauben der Schrauben 13 und 14 verändert sich die elastische Nachgiebigkeit der Elemente 9 und 11, welche direkt die Heizelemente 2 und 3 aus Graphit tragen. Auf diese Weise kann die relative Lage des Emitters 1 gegenüber der Öffnung 17 der Wehnelt-Elektrode geändert werden.

Ausgangsklemmen einer Heizstromquelle, welche nicht näher dargestellt ist, sind mit den Trägerelementen 4 und 5 verbunden, so daß die Heizelemente 2 und 3 aus Graphit und der Emitter 1 erhitzt werden. Die Heizelemente 2 und 3 aus Graphit sind geschichtet,und die Schichtungen liegen senkrecht zur Fließrichtung des Heizstromes. Die Schichtungen sind so ausgerichtet, daß der elektrische Widerstand und das Verhältnis von spezifischem Widerstand und Wärmeleitfähigkeit der Heizelemente 2 und 3 aus Graphit hoch sind.

Bei dieser Elektronenstrahlquelle werden die Heizelemente aus Graphit in der Weise vom Heizstrom aufgeheizt, daß der erhitzte Emitter 1 Elektronen aussendet. Gleichzeitig erreichen jedoch die inneren Glieder 9 und 11 eine Temperatur von etwa 1500⁰K^ 1700 K. Die äußeren Glieder 10 und 12 erreichen eine Temperatur von etwa 500 K. Sobald die Heizelemente eine Temperatur von 2000 K erreichen, besitzt der Emitter bzw. die Kathode eine Temperatur von 190O⁰K. Demzufolge werden die inneren Glieder 9 und 11 plastisch verformt, da sie unter dem von den Schrauben 13 und 14 ausgeübten Druck stehen und durch die Heizelemente 2 und 3 erhitzt werden. Diese Deformation der inneren Glieder 9 und 11 führt zu einem unzureichenden mechanischen Kontakt zwischen dem Emitter 1 und den Heizelementen 2 und 3.

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Außerdem wird auch der mechanische Kontakt zu den inneren Elementen 9 und 11 verschlechtert. Die Stärke des Heizstromes schwankt daher, da der elektrische Kontakt jeder Berührungsstelle sich ändert. Außerdem schwankt auch die Temperatur des Emitters 1 und damit schwankt auch der thermische Emissionsstrom. Gleichzeitig verschiebt sich noch der Emitter 1. Das bedeutet, daß bei dieser Elektronenstrahlquelle die Intensität des Elektronenstrahles und die Lage der Elektronenstrahlquelle schwierig stabil gehalten werden können. Demzufolge bringt die Erfindung gegenüber dieser Elektronenstrahlquelle den wesentlichen Vorteil mit sich, daß eine stabile Elektronenstrahlquelle vorgeschlagen wird.

Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bandähnliche bzw. in etwa geradlinig verlaufende elastische Elemente 18 und 19 aus einem Material, dessen Elastizität über einen breiten Temperaturbereich erhalten bleibt, beispielsweise über einen Temperaturbereich von 273⁰K^lSOO K ,besitzen einen niedrigen Linear itätsgradiente η innerhalb der Elastizitätsgrenze ,wenn man die charakteristische Spannungsdehnungskurve aufzeichnet. Beim Ausführungsbeispiel bestehen die elastischen Elemente 18 und 19 aus Molybdän oder aus einer Legierung von Molybdän und Titan (Mo + 0,5Ti). Ein Ende eines jeden elastischen Elementes 18 und 19 ist an den Trägerelementen 4 und 5 mit Hilfe von Schrauben 20 und 21 befestigt. Die Befestigungspunkte bzw. -stellen sind so gewählt, daß der Temperaturanstieg aufgrund der von den Heizelementen 2a und 3a herbeigeführten Wärme niedrig ist. Die anderen Enden der elastischen Elemente 18 und 19 stehen in Druckkontakt mit den vorstehenden Enden von Isolatoren 22 und 23. Diese sind beweglich an den Trägerelementen 10 und 12 angeordnet und ragen durch diese hindurch. Die anderen Enden der Isolatoren 22 und 23 stehen mit den Trägerelementen 9 und 11 (innere Trägerelemente) in der Weise in Berührung, daß

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die Elastizität der elastischen Elemente 18 und 19 durch den Druckkontakt verformt werden. Auf diese Weise lassen sich die Heizelemente 2a, 3a und die Kathode 1 festklemmen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel können die beiden Heizelemente 2a und 3a aus Borkarbid (BX) bestehen. Dieses besitzt eine höhere Schmelztemperatur (etwa 3000⁰K) als das pyrolitische Graphit (etwa 2200⁰K). Die Wärme, welche durch die Heizelemente 2a und 3a erzeugt wird, erhöht die Temperatur des Emitters 1 und die Temperatur der inneren Trägerelemente 9 und 11. Wenn die Heizelemente 2a und 3a aus Borkarbid eine Temperatur von 2000⁰K erreichen, haben die Trägerelemente 9 und 11 eine Temperatur von etwa 1500⁰K ^ 1700⁰K. Aufgrund dieses Temperaturanstieges werden die Trägerelemente 9 und 11 von der Mitte der Elektronenstrahlquelle weg nach außen erweitert. Die elastischen Elemente 18 und 19 werden dabei über die Isolatoren 22 und 23, welche stabförmig ausgebildet sein können, einer mechanischen Spannung unterworfen. Da die elastischen Elemente 18 und 19 an den Trägerelementen 4 und 5 an Stellen befestigt sind, an denen der Temperaturanstieg aufgrund der von den Heizelementen 2a und 3a herbeigeführten Wärme niedrig ist, behalten diese ihre Elastizität bei, und sie werden in Abhängigkeit von der mechanischen Spannung gedehnt. Die Verformung der inneren Trägerelemente 9 und 11 aus dem elektrisch leitfähigen Material aufgrund der Wärmeausdehnung wird durch die elastischen Elemente 18 und 19 absorbiert bzw. ausgeglichen. Der elektrische Widerstand an jeder mechanischen Kontaktstelle bleibt daher praktisch stabil ,und auch der Emitter kann ortsfest bzw. stationär an der vorbestimmten Stelle gehalten werden.

Die Figur 3 zeigt einen wesentlichen Teil eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Isolatoren 22a und 23a in der Weise angeordnet, daß sie durch die Träger-

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elemente 10a und 12a schräg hindurchgeführt sind. Sie bilden einen spitzen Winkele mit der Vertikalen und weisen gegenüber der Vertikalen geneigte Oberflächen auf. Die Spannungskraft F, welche von den Trägerelementen 9 und 11 ausgeübt wird, ist auf F sinus θ verringert. Diese Spannung wird von den elastischen Elementen 18a und 19a absorbiert bzw. aufgenommen.

Die Figur 4 zeigt einen wesentlichen Teil eines weiteren Äusführungsbeispieles gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind elastische Elemente 24 und 25 in den Schlitzen bzw. Einschnitten der Trägerelemente 4 und 5 angeordnet. Jeweils ein Ende der elastischen Elemente 24, 25 ist mit Hilfe eines isolierenden Anschlages 26 und 27 festgelegt bzw. befestigt. Das andere Ende eines jeden elastischen Elementes 24 und 25 ist verkeilt, wie es aus den Figuren zu ersehen ist. Auf diese Weise bilden die elastischen Elemente einen Bogen, dessen Wölbung mit den äußeren Trägerelemente 10 und 12 in Berührung steht. Demzufolge ist die von der mechanischen Spannung ausgeübte Kraft, welche aus der Expansion der inneren Trägerelemente 9 und 11 resultiert, durch die elastischen Elemente 24 und 25 aufgenommen und absorbiert.

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Claims

Patentansprüche

1.) Elektronenstrahlquelle, insbesondere Glühemissionselektronenj3trahlquelle,mit einer Kathode aus einem Material,das bei Erhitzung Elektronen aussendet, mindestens zwei Heizelementen, zwischen welche die Kathode mit Hilfe von Trägerelementen eingeklemmt ist und bei der die Trägerelemente aus einem elektrisch leitfähigen Material sind, durch welche zur Erhitzung der Heizelemente und der Kathode ein elektrischer Strom hindurchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elastische Elemente (18, 19; 18a, 19a; 24, 25) aus einem Material, dessen Elastizität über einen breiten Temperaturbereich ein konstantes Verhalten aufweist, jeweils mit einem Ende an den Trägerelementen(4 und 5)an Stellen befestigt sind, an denen der Temperaturanstieg aufgrund der von den Heizelementen (2, 2a, 3, 3a) abgeführten Wärme niedrig ist, so daß die Verformung der Trägerelemente, insbesondere die Wärmeexpansion durch Verformung der elastischen Elemente absorbiert bzw. aufgenommen wird.

2. Elektronenstrahlquelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß die Kathodenspitze aus Lanthanhexaborid besteht.

3. Elektronenstrahlquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (2, 2a, 3, 3a) aus pyrolitischem Graphit bestehen.

4. Elektronenstrahlquelle nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (2, 2a, 3, 3a) aus Borkarbid bestehen.

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5. Elektronenstrahlquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger elemente (4, 5) mit Schlitzen bzw. Einschnitten versehen sind, in der Weise, daß zwi-

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sehen die/Einschnitte begrenzenden Trägerteile (9, 11) die Heizelemente (2, 3, 2a, 3a) mit Hilfe des von den elastischen Elementen (18a, 19a, 24, 25) ausgeübten Druckes eingeklemmt sind.

6. Elektronenstrahlquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die elastischen Elemente (18a, 19a; 24, 25) und die Trägerteile (9, 11) Isolatoren (22, 23; 26, 27) geschaltet sind, welche den von den elastischen Elementen ausgeübten Druck auf die Träger teile übertragen.

7. Elektronenstrahlquelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoren (26, 27) als Anschläge für die einen Enden der elastischen Elemente (24, 25) ausgebildet sind, welche bogenförmig in die Ausschnitte der Trägerelemente (4 und 5) eingespannt sind.

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