DE3038644C2

DE3038644C2 - Steuerungsverfahren für eine Gasentladungs-Elektronenkanone

Info

Publication number: DE3038644C2
Application number: DE19803038644
Authority: DE
Inventors: Vladlen Aleksandrovi&ccaron; Moskva Cernov; Jan Janovi&ccaron; Udris
Original assignee: Vsesojuznyj Elektrotechniceskij Institut Imeni Vi Lenina Moskva Su
Current assignee: Vsesojuznyj Elektrotechniceskij Institut Imeni Vi Lenina Moskva Su
Priority date: 1980-10-13
Filing date: 1980-10-13
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE3038644A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine Gasentladungs-Elektronenkanone durch Stromsteuerung des Elektronenstrahls, bestehend in einer betragsmäßigen Änderung der Potentialcrifferenz zwischen eier Auftreffplatte und der Anode.

Das erfüidungsgcmäße Steuerungsverfshren für eine Gasentladungs-Elektronenkanone findet in der Elektronenstrahltechnologie bei der Herstellung von technologischen Gasentladungs-Elektronenkanonen und Elektronenstrahlanlagen sowie bei der Durchführung von wissenschaftlichen Forschungen auf diesem Gebiet Anwendung.

Aus der GB-PS 11 45 013 ist ein Steuerungsverfahren für eine Gasentladungs-Elektronenkanone mit Glimmentladung bekannt, bei dem der Gasentladungs-Elektronenkanone trit Glimmentladung, die eine Anode in Form eines an beiden Enden offenen Rohres, eine an einem der Enden der Anode ungeordnete Kathode und eine zwischen der Kathode und Anode liegende Steuerelektrode enthält, an die Steuerelektrode ein variables elektrisches Potential von einer entsprechenden Speisequelle angelegt wird. Die Steuerung erfolgt hierbei je nach Intensität des durch die Gasentladungs-Elektronenkanone erzeugten Elektronenstroms.

Die durch dieses Verfahren realisierte Steuerung der Gasentladungs-Elektronenkanone mit Glimmentladung gestattet es, den Strom des Elektronenstrahls sowohl bei einem Plus- als auch bei einem Minuspotential der Steuerelektrode gegenüber der Kathode bis zu einigen hundert Volt zu ändern. Da bei technologischen Anlagen die Anode meist an Erde und die Kathode auf einem hohen (einige zehn Kilovolt und darüber) Potential gegen Anode liegt, erfordert die Steuerung nach dem genannten Verfahren eine spezielle Hochspannungs-Speisequelle für die Steuerelektrode, was herstellungstechnisch kompliziert und für den Betrieb ungeeignet ist. Darüber hinaus ist die Steuerkennlinie der Gasentladungs-Elektronenkanone im gesamten Regelbereich des Stroms des Elektronenstrahls mehrdeutig, d. h. es ist immer möglich, ein und denselben Strom des Elektronenstrahls bei verschiedenen Potentialwerten der Steuerelektrode zu bekommen. Das letztere bereitet bestimmte Schwierigkeiten bei der Steuerung der Kanone.

Aus der GB-PS 14 61 415 ist ein Steuerungsverfahren für eine Gasentladungs-Elektronenkanone der eingangs genannten Art bekannt, bei dem in der Gasentladungs-Elektronenkanone, die eine Kathode und eine in Form eines von der Kathodenseite in eine Platte übergehenden Hohlraumes mit einem gleichbleibenden Quer- S5 schnitt ausgeführte Anode aufweist, die Änderung der (Strom-)intensität des Elektronenstrahls mit Hilfe einer betragsmäßigen Änderung des elektrischen Potentials erfolgt. Dieses Potential ist vom Mittelabgriff eines Spannungsteilers an die Anode angelegt, dessen eines Ende an die Kathode und dessen anderes Ende an die Auftreffplatte angeschlossen ist, auf die der Elektronenstrahl der Gasentladungs-Elektronenkanone fällt Das Anodenpotential wird gegen die Auftreffplatte negativ gehalten, weshalb zwischen der Anode der Kanone und der Aüftreffplatte ,eine Glimmentladung mit einer Hohlkathode brennt, deren Rolle die Anode-vier Kanone übernimmt, die als Hilfsquelle von in den Elektronenstrahl gelieferten Elektronen dient Durch die Elektronen dieser Hilfsquelle wird zwar eine Stabilisierung des Elektronenstroms bei sich änderndem Gasdruck erreicht Diese Elektronen tragen jedoch zur Entstehung von Elektronen im Elektronenstrahl mit einer Energie bei, die geringer als die Energie der durch die Kathode der Gasentladungs-Elektronenkanone erzeugten Elektronen ist

Infolgedessen wird die Ausnutzung des durch eine derartige Kanone erzeugten Elektronenstrahls wegen Verschlechterung seiner Fokussiening und Änderung der geometrischen Maße schwierig. Außerdem ist die Anwendung dieser Steuerungsmethode für den Strom des Elektronenstrahls der Gasentladungs-Elektronenkanone nur bei einem ausreichend großen Pegel des Gasdrucks in einem Raum möglich, in dem sich die Anode und die Auftreffplatte befinden, wo eine Entladung zwischen der Anode und der Auftreffplatte entstehen und brennen kann. Dieser Pegel des Gasdrucks ist praktisch gleich dem Gasdruck im Entladungsraum der Gasentladungs-Elektronenkanone. Die genannte Methode ist bei niedrigen Pegeln des Gasdrucks im Umgebungsraum der Auftreffplatte nicht anwendbar.

Aus der US-PS 33 77 506 ist es bekannt, daß bei Gasen tladungs-Eiektronenkanonen mit einer Hohlkathode der Elektronenstrom durch ein an die Hohlkathode angelegtes variables magnetisches Längsfeld bei sich änderndem Gasdruck konstant gehalten werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren für eine Gasentladungs-Elektronenkanone der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auch bei niedrigen Pegeln des Gasdrucks im Umgebungsraum der Auftreffplatte eine wirksame Steuerung des Elektronenstroms möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Potentialdifferenz zwischen der Auftreffplatte und der Anode bei Anlegen eines magnetischen Längsfeldes im Bereich der Anode nach der Polarität geändert wird.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens bei einer Gasentladungs-Elektronenkanone gibt die Möglichkeit, die Kanone bei verschiedenen Pegeln des Gasdrucks im Umgebungsraum der Auftreffplatte wirksam zu steuern sowie bei relativ niedrigen Steuerpotentialen des Stroms des Elektronenstrahls zu arbeiten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsschaltbild einer Elektronenstrahlanlage mit einer Gasentladungs-Elektronenkanone und

F i g. 2 die graphische Abhängigkeit des Stroms des Elektronenstrahls von der Steuerpotentialdifferenz zwischen der Anode und der Auftreffplatte der Kanone.

Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens für eine Gasentladungs-Elektronenkanone wird auf einer Elektronenstrahlanlage

realisiert, die eine Gasentladungs-Elektronenkanone 1 (Fig. 1) für eine Hochspannungs-Glimmentladung mit einem Kanal 2 zum Herausführen eines Elektronenstrahls 3 aus dem Gasentladungsraum auf eine Auftreffplatte 4 enthält. Die Elektronen-Strahlanlage weist Elektromagnetspulen 5 auf, die ein magnetisches Längsfeld im Anodengebiet 6 der Kanone 1 aufbauen. Der Kanal 2 zum Herausführen des Elektronenstrahls 3 und die Anode 7 der Elektronenkanone 1 Hagen auf gleichem Potential und sind gegen die Auftreffplatte 4 isoliert. Die die Elektronen im Elektronenstrahl 3 beschleunigende Potentialdifferenz wird zwischen der Kathode 8 und der Anode 7 der Gasentladungs-Elektronenkanone 1 angelegt Die Steuerpotentialdifferenz wird zwischen der Auftreffplatte 4 und dem Kanal 2 zum Herausführen des Elektronenstrahls 3 von einer Speisequelle 9^s angelegt und nach dem Betrag und der Polarität geändert.

Der Wert des Entladestroms in der Gasentladungs-Elektronenkanone 1 hängt von der lonenkonzentration in dem im Anodengebiet 6 befindlichen Entladur.gsplasma 10 ab.

Da der Strom des Elektronenstrahls 3 dem Entladestrom proportional ist, dienen die Steuermittel für den Entladestrom zugleich als Steuermittel für den Strom des Elektronenstrahls 3.

Wenn die Bedingungen für das Verschwinden der Ionen des Plasmas 10 aus dem Anodengebiet ungünstig sind und deren Erzeugung in diesem Gebiet intensiv ist, erweist sich der Entladestrom als sehr empfindlich gegen eine Änderung der Bedingungen, von denen das Verschwinden der Ionen abhängt Die Ionen können das Plasma 10 verlassen, indem sie in Richtung der Auftreffplatte 4 und der Kathode 8 entweichen.

Wie die graphische Darstellung (F i g. 2) der Abhängigkeit des Stroms / des Elektronenstrahls 3 (Fig. 1) von der Steuerpotentialdifferenz Uzwischen der Anode 7 und der Auftreffplatte 4 der Gasentladungs-Elektronenkanone 1 im Abschnitt a zeigt, weist die Konzentration der positiven Ionen im Plasma bei einem Pluspotential der Auftreffplatte 4 gegen die Anode 7 der Kanone 1 und des Kanals 2 zum Herausführen des Elektronenstrahls 3 einen Maximalwert auf, weil praktisch aer einzige Weg zum Verschwinden der Ionen aus dem Plasma deren Entweichen in Richtung der Kathode 8 ist Deren Entweichen in Richtung der Wände des Kanals 2 steht das durch die Spule 5 erzeugte magnetische Längsfeld im Wege. Das Entweichen der Ionen in Richtung der Auftreffplatte 4 ist wegen des positiven Potentials der Auftreffplatte 4 gegen die Anode 7 unmöglich.

Bei Änderung der Steuerpotentialdifferenz zwischen der Anode 7 und der Auftreffplatte 4 besteht in einem Abschnitt b (Fig.2) die Möglichkeit zum Entweichen der Ionen in Richtung der Auftreffplatte 4. Die Ionenkonzentration im Plasma 10 sowie der Strom des Elektronenstrahls 3 fallen ab, bis eine zeitweilige Sättigung gemäß Abschnitt c des Diagramms erreicht worden ist

Bei weiterem Anstieg der Steuerpotentialdifferenz zwischen der Anode 7 und der Aufrreffplatte 4 ergibt sich eine neue Quelle für eine ionenerzeugung im Plasma 10, nämlich Ionisation durch aus der Auftreffplatte 4 heraustretende und im Zwischenraum Auftreffplatte 4 — Anode 7 beschleunigte Sekundärelektronen. Die lonenkonzentration im Plasma 10 und der Strom des EleKtronenstrahls 3 steigen im Maße der Erhöhung negativer Werte der Steuerpotentialdifferenz zwischen der Auftreffplatte 4 und der Anode 7, also der Energie und der Ionisierungsfähigkeit der Sekundärelektronen, an, was dem Abschnitt d in der graphischen Abhängigkeit des Stroms des Elektronenstrahls von der Steuerpotentialdifferenz entspricht.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens für eine Gasentladungs-Elektronenkanone gestattet es somit, die Elektronenstrahlanlage im ganzen durch Anwendung einer Niedervolt-Speisequelle zur Steuerung der Kanone zu verbilligen und den Bereich einer möglichen Steuerung der Kanone im Gebiet niedrigerer Drücke eines den Umgebungsraum der Auftreffplatte füllenden Gases zu erweitern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuerungsverfahren für eine Gasentladungs-Elektronenkanone durch Stromsteuerung des Elektronenstrahls, bestehend in einer betragsmäßigen Änderung der Potentialdifferenz zwischen einer Auftreffplatte und einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen der Auftreffplatte (4) und der Anode (7) bei Anlegen eines magnetischen Längsfeldes im Bereich der Anode (7) nach der Polarität geändert wird.