DE3039850A1 - DISCHARGE DEVICE WITH HOLLOW CATHODE - Google Patents
DISCHARGE DEVICE WITH HOLLOW CATHODEInfo
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KF-55P898-3KF-55P898-3
Entladungsvorrichtung mit HohlkathodeDischarge device with hollow cathode
Die Erfindung betrifft eine Entladungsvorrichtung und insbesondere eine Lichtbogen-Entladungsvorrichtung mit Hohlkathode.The invention relates to a discharge device and, more particularly, to an arc discharge device Hollow cathode.
Die Hohlkathode einer Lichtbogen-Entladungsvorrichtung besitzt eine lange Betriebslebensdauer und vermag einen vergleichsweise großen Strom zwischen sich und der Anode zu erzeugen, weshalb solche Hohlkathoden in jüngster Zeit verbreitet für Hochleistungs-Ionenquellen, Laser-Entladungsvorrichtungen und dgl. eingesetzt wurden. Die Konfiguration der Hohlkathode erlaubt jedoch nicht ohne weiteres eine Emission von Elektronen von ihrer Fläche beim Zünden der Entladung; außerdem ist ein großer elektrischer Strom erforderlich, um eine gleichmäßige bzw. konstante Entladung nach der Entladungseinleitung zu erzielen. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wird üblicherweise ein Heizelement in der Hohlkathode angeordnet, wobei die Kathode durch Stromzufuhr zum Heizelement vorgeheizt wird, so daß sie beim Zünden der Entladung ohneThe hollow cathode of an arc discharge device has a long service life and is capable of one to generate a comparatively large current between itself and the anode, which is why such hollow cathodes have recently been developed widely used for high power ion sources, laser discharge devices and the like. Were used. However, the configuration of the hollow cathode does not allow without it further, an emission of electrons from its surface when the discharge is ignited; also is a great electric Electricity is required to ensure an even or constant discharge after the discharge has been initiated achieve. To avoid this difficulty, a heating element is usually placed in the hollow cathode, wherein the cathode is preheated by supplying power to the heating element, so that it is ignited without the discharge
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weiteres Elektronen zu emittieren vermag. Bei einer mit einem Heizelement versehenen Hohlkathode ist es jedoch nicht ganz einfach, die Kathode zur Emission einer großen Zahl thermischer Elektronen vorzuheizen; außerdem fällt häufig das Heizelement aus. Darüber hinaus dauert es ziemlich lange, bis die Hohlkathode durch das Heizelement für die Entladungseinleitung genügend erwärmt bzw. vorgeheizt worden ist.able to emit further electrons. In the case of a hollow cathode provided with a heating element, however, it is not very easy to preheat the cathode to emit a large number of thermal electrons; aside from that often the heating element fails. In addition, it takes quite a long time for the hollow cathode to come through the heating element has been sufficiently heated or preheated to initiate the discharge.
Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Hohlkathoden-Entladungsvorrichtung, bei wel-•cher die Entladung einfach einleitbar ist und der übergang von der anfänglichen Entladung bzw. .Entladungseinleitung zur ständigen Entladung stabil und zuverlässig gewährleistet werden kann.The object of the invention is therefore in particular to create a hollow cathode discharge device in which the discharge can be initiated easily and the transition from the initial discharge or discharge initiation can be guaranteed to be stable and reliable for constant discharge.
Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features characterized in the attached patent claims.
Die erfindungsgemäße Hohlkathoden-Entladungsvorrichtung kennzeichnet sich durch einen Vakuumkolben, eine Anode und eine Hohlkathode, wobei diese Elektroden im Vakuumkolben angeordnet sind, eine Einrichtung zur Zufuhr eines Lichtbogenstroms zwecks Aufrechterhaltung einer Lichtbogenentladung zwischen Anode und Hohlkathode, eine Einrichtung zum Evakuieren des Kolbens, eine Einrichtung zur Zufuhr von Niederdruckgas zum Kolben über die Hohlkathode, eine Einrichtung zur Begrenzung des Stroms des über die Hohlkathode in den Kolben eingeleiteten Niederdruckgases, um den Gasdruck in der Hohlkathode über dem im Kolben herrschenden Gasdruck zu halten, und eine Einrichtung zur Herbeiführung einer Entladung in der Hohlkathode.The hollow cathode discharge device according to the invention is characterized by a vacuum flask, an anode and a hollow cathode, these electrodes being in the vacuum flask are arranged, a device for supplying an arc current for the purpose of maintaining a Arc discharge between anode and hollow cathode, a device for evacuating the bulb, a device for the supply of low pressure gas to the piston via the hollow cathode, a device for limiting the Flow of the low-pressure gas introduced into the piston via the hollow cathode to increase the gas pressure in the hollow cathode to keep above the gas pressure prevailing in the piston, and a device for bringing about a Discharge in the hollow cathode.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The following are preferred embodiments of the invention explained in more detail with reference to the accompanying drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Entladungsvorrichtung mit einer Hohlkathode gemäß der Erfindung,1 shows a schematic representation of a discharge device with a hollow cathode according to FIG the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Entladungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Hohlkathode,Fig. 2 is a schematic representation of another Embodiment of the discharge device with a hollow cathode according to the invention,
Fig. 3 eine Darstellung einer anderen Ausführungsform der Elektrode gemäß Fig. 2, FIG. 3 shows a representation of another embodiment of the electrode according to FIG. 2,
Fig. 4 eine den Fig. 1 und 2 ähnelnde Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, 4 shows a representation, similar to that of FIGS. 1 and 2, of a further embodiment of the invention,
Fig. 5 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung undFIG. 5 shows a representation similar to FIG. 4 of yet another embodiment of the invention, and FIG
Fig. 6 eine schematische Teilschnittansicht einer • Abwandlung gegenüber den Fig. 4 und 5.6 shows a schematic partial sectional view of a modification compared to FIGS. 4 and 5.
Fig. l veranschaulicht schematisch die Anwendung der erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung auf eine Leistungslonenquelle. Dabei sind eine Hohlkathode 2 und eine zylindrische Anode 4 in einem Vakuumkolben 6 angeordnet, der durch eine Absaugvorrichtung 8 evakuierbar ist. Das eine offene Ende der Hohlkathode 2 ist durch eine Scheibe 10 mit einer öffnung 12 verschlossen, wobei Gas, z.B. Wasserstoff, unter einem Druck von einigen Torr von einem Gasvorrat 7 in die Hohlkathode 2 und aus dieser über die öffnung 12 in den Vakuumkolben 6 eingeführt wird. DerFig. 1 illustrates schematically the application of the invention Discharge device onto a power ion source. There are a hollow cathode 2 and a cylindrical anode 4 arranged in a vacuum flask 6 which can be evacuated by a suction device 8. That an open end of the hollow cathode 2 is closed by a disk 10 with an opening 12, whereby gas, e.g. Hydrogen, under a pressure of a few Torr from a gas supply 7 into the hollow cathode 2 and from this via the opening 12 is introduced into the vacuum flask 6. Of the
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Gasdruck innerhalb der Hohlkathode 2 wird auf einem höheren Pegel als der Druck im Vakuumkolben 6 gehalten. Beispielsweise kann der Gasdruck in der Hohlkathode 2 eine Größe von 1-10 Torr besitzen, während der Gasdruck im Vakuumkolben 6 auf 10 bis 10 Torr gehalten wird. Die Hohlkathode 2 besteht aus einem feuerfesten bzw. wärmebeständigen Metall, wie W, Ta oder Mo, oder sie ist an ihrer Innenfläche mit einer Elektronenquelle aus einem Material mit niedriger Austrittsarbeit (work function), wie BaO oder LaB,., versehen. EineGas pressure within the hollow cathode 2 is kept at a higher level than the pressure in the vacuum bulb 6. For example, the gas pressure in the hollow cathode 2 can have a size of 1-10 Torr, while the gas pressure is maintained in the vacuum flask 6 at 10 to 10 torr. The hollow cathode 2 consists of a refractory or heat-resistant metal such as W, Ta or Mo, or it is on its inner surface with an electron source made of a material with a low work function, such as BaO or LaB,. One
Lichtbogen-Stromversorgung 14 für die Entladung, ein Haupt-Schalter 15 und ein Widerstand 16 zur Begrenzung des Entladungsstroms zwischen Anode 4 und,Hohlkathode sind in Reihe zwischen die zylindrische Anode 4 und die Hohlkathode 2 geschaltet. Im allgemeinen wird eine Spannung, die ausreichend niedriger ist als die durch das Paschensche Gesetz bestimmte Entladungs-Zündspannung, beim Zünden der Entladung von der Stromversorgung 14 über den zu diesem Zeitpunkt geschlossenen Schalter 15 zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 angelegt. Somit wird die Entladung auch dann noch nicht eingeleitet, wenn diese Spannung von der Stromversorgung 14 her zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 anliegt. Erfindungsgemäß ist in der Hohlkathode 2 eine Entladungs-Zünd- bzw. -Einlei teinrichtung angeordnet, die eine Entladung in der Hohlkathode 2 hervorruft, um in dieser iür die Herbeiführung der Entladung zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 zahlreiche Elektronen zu erzeugen. Der Grund für die Anordnung dieser Einrichtung ist folgender:Arc power supply 14 for discharge, a main switch 15 and a resistor 16 for limiting of the discharge current between anode 4 and, hollow cathode are connected in series between the cylindrical anode 4 and the hollow cathode 2. In general, a Voltage sufficiently lower than the discharge ignition voltage determined by Paschen's law, when the discharge from the power supply 14 is ignited via the switch 15 which is closed at this point in time Hollow cathode 2 and anode 4 applied. Thus, the discharge is not initiated even if this voltage from the power supply 14 is applied between the hollow cathode 2 and anode 4. Is according to the invention In the hollow cathode 2 a discharge ignition or -Einlei teinrichtung arranged, the discharge in the Hollow cathode 2 causes in order to bring about the discharge between hollow cathode 2 and anode 4 generate numerous electrons. The reason for arranging this facility is as follows:
Nach dem Paschenschen Gesetz ist die für die Entladung erforderliche Spannung um so niedriger, je höher der Gasdruck ist, unter dem die Entladung stattfinden soll und der niedriger ist als ein vorbestimmter Gasdruck.According to Paschen's law, the higher the voltage, the lower the voltage required for the discharge Is the gas pressure under which the discharge is to take place and which is lower than a predetermined gas pressure.
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Da der Gasdruck innerhalb der Hohlkathode 2 durch die Öffnung 12 auf einem höheren Wert als im Raum zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 gehalten wird, ist die zur Herbeiführung der Entladung in der Hohlkathode 2 benötigte Hochspannung niedriger. Mit anderen Worten: die innere Entladung innerhalb der Hohlkathode 2 kann hervorgerufen werden, ohne daß eine sehr hohe Spannung erforderlich ist. Bei der inneren Entladung in der Hohlkathode 2 entsteht ein Plasma, das in den Kolben 6 diffundiert und dabei die Entladung zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 erzeugt.Since the gas pressure inside the hollow cathode 2 through the opening 12 is at a higher value than in the space between Hollow cathode 2 and anode 4 is held, is the one required to bring about the discharge in the hollow cathode 2 High voltage lower. In other words: the internal discharge within the hollow cathode 2 can without the need for a very high voltage. During the internal discharge in the hollow cathode 2 a plasma arises which diffuses into the bulb 6 and thereby the discharge between the hollow cathode 2 and anode 4 generated.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist dies Entladung-Zündeinrichtung ein Heizelement 18, das zwischen zwei Schäfte (stems) 2O und 22 geschaltet ist, die gegenüber der Hohlkathode 2 elektrisch isoliert und aus ihr nach außen geführt sind. An die beiden Schäfte 20 und 22 ist eine Heizstromversorgung 28 zur Lieferung des Heizstroms zum Heizelement 18 angeschlossen. Der eine Schaft 20 oder 22 ist über einen Zündschalter 26 mit dem Minuspol der Stromversorgung 2 8 verbunden, und die Hohlkathode 2 ist mit dem Pluspol der Zündstromversorgung 28 verbunden.In the embodiment according to FIG. 1, this is a discharge ignition device a heating element 18, which is connected between two shafts (stems) 2O and 22, the opposite the hollow cathode 2 are electrically isolated and led out of it to the outside. Is on the two shafts 20 and 22 a heating current supply 28 for supplying the heating current to the heating element 18 is connected. One shaft 20 or 22 is connected to the negative pole of the power supply 28 via an ignition switch 26, and the hollow cathode 2 is connected to the positive pole of the ignition power supply 28.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Heiz(element) strom von der Heizstromversorgung 24 zum Heizelement 18 geliefert, welches die Innenfläche der Hohlkathode 2 so erwärmt, daß diese leicht Elektronen zu emittieren vermag. Wenn der Schalter 26 geschlossen wird, während der Hohlkathode 2 kein Gas zugeführt wird, emittiert das Heizelement 18 Elektronen, welche die Innenfläche der Hohlkathode 2 bombardieren und dadurch die Hohlkathode 2 aufheizen. Die Leistung der Heizstromversorgung 24 kann daher vergleichsweise klein sein. Wenn bei geschlossenemIn the embodiment described, the heating (element) current from the heating power supply 24 to the heating element 18 supplied, which heats the inner surface of the hollow cathode 2 so that it can easily emit electrons. If the switch 26 is closed while no gas is being supplied to the hollow cathode 2, the heating element emits 18 electrons which bombard the inner surface of the hollow cathode 2 and thereby heat the hollow cathode 2. The power of the heating power supply 24 can therefore be comparatively small. If with closed
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Schalter 26 ein Gas vom Gasvorrat 7 zur Hohlkathode 2 geleitet wird, wird ein Entladungslichtbogen zwischen Hohlkathode 2 und Heizelement 18 gezündet. Das in der Hohlkathode 2 erzeugte Plasma verteilt sich über die Öffnung 12 zur Anode 4. Infolgedessen wird bei geschlossenem Schalter 26 unweigerlich ein Entladungslichtbogen zwischen der Hohlkathode 2 und der Anode 4 gezündet, wenn die Spannung der Lichtbogenstromversorgung 14 niedriger ist als die Durchbruchspannung, die durch den Gasdruck zwischen Anode 4 und Scheibe 10 bestimmt wird.Switch 26 a gas from the gas supply 7 to the hollow cathode 2 is conducted, a discharge arc between the hollow cathode 2 and heating element 18 is ignited. That in the Plasma generated hollow cathode 2 is distributed over the opening 12 to the anode 4 Switch 26 inevitably ignites a discharge arc between the hollow cathode 2 and the anode 4, when the voltage of the arc power supply 14 is lower than the breakdown voltage caused by the gas pressure between anode 4 and disk 10 is determined.
Sobald die Entladung zwischen Kohlkathode. 2 und Anode 4 gezündet ist, bleibt sie auch dann erhalten, wenn der Schalter 26 geöffnet wird. Um die Zündung eines Entladungslichtbogens erfolgreicher bzw. zuverlässiger zu gestalten, kann der Gasdruck in der Hohlkathode 2 dadurch erhöht werden, daß ihr das Gas zu Beginn der Gaszufuhr in größerer Strömungs- oder Durchsatzmenge zugeführt wird als in der restlichen Periode der Gaszufuhr. As soon as the discharge between the carbon cathode. 2 and anode 4 is ignited, it remains even if the switch 26 is opened. To ignite a discharge arc To make it more successful or more reliable, the gas pressure in the hollow cathode 2 can thereby be increased so that you are supplied with the gas at the beginning of the gas supply in a larger flow or throughput amount becomes than in the remaining period of gas supply.
Falls in der Hohlkathode 2 kein Elektronenbeschuß stattfindet und die Zündstromversorgung 28 nur zum Zünden eines Entladungslichtbogens benutzt wird, können die Pole der Stromversorgung 28 entgegengesetzt zu dem in Fig. 1 dargestellten Zustand angeordnet sein.If there is no electron bombardment in the hollow cathode 2 and the ignition power supply 28 only for ignition of a discharge arc is used, the poles of the power supply 28 can be opposite to those in Fig. 1 be arranged state shown.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung dargestellt, bei welcher eine Scheibenelektrode 30 anstelle des Heizelements 18 gemäß Fig. 1 in der Hohlkathode 2 angeordnet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist im Unterschied zu derjenigen nach Fig. 1 die Hohlkathode 2 anIn Fig. 2 is a modified embodiment of the invention Discharge device shown in which a disk electrode 30 instead of the heating element 18 according to FIG. 1 is arranged in the hollow cathode 2. In the embodiment according to FIG. 2, the difference is to that of FIG. 1, the hollow cathode 2
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die Minuskleirane der Zundstromversorgung 28 angeschlossen, während die Scheibenelektrode 30 über einen diese tragenden Schaft (stem) 32 und den Zündschalter 26 mit dem Pluspol der Zündstromversorgung 28 verbunden ist. Beim Schließen des Schalters 26 wird von der Zündstromversorgung 28 her eine Entladungszündspannung zwischen die Innenfläche der Hohlkathode 2 und die Innenfläche der Scheibenelektrode 30 angelegt, um eine Entladung herbeizuführen, d.h. Elektronen von der Innenfläche der Hohlkathode 2 zu emittieren, wobei sich diese Elektronen zu der an einem positiven Potential liegenden Scheibenelektrode 30 bewegen. Nach dem vorher erwähnten Paschenschen Gesetz erfolgt diese Entladung in der Hohlkathode 2 bei einer niedrigeren als der zwischen Anode 4 und Hohlkathode 2 anliegenden Spannung. In die Hohlkathode 2 wird H0-GaS eingeleitet. Wenn der Gasdruck in derThe minus clover of the ignition power supply 28 is connected, while the disk electrode 30 is connected to the positive pole of the ignition power supply 28 via a stem 32 carrying it and the ignition switch 26. When the switch 26 is closed, a discharge ignition voltage is applied from the ignition power supply 28 between the inner surface of the hollow cathode 2 and the inner surface of the disk electrode 30 in order to bring about a discharge, ie to emit electrons from the inner surface of the hollow cathode 2, these electrons becoming attached to the Move disk electrode 30 lying at a positive potential. According to the aforementioned Paschen's law, this discharge takes place in the hollow cathode 2 at a lower voltage than that applied between anode 4 and hollow cathode 2. H 0 gas is introduced into the hollow cathode 2. When the gas pressure in the
-1 Hohlkathode 2 einen Wert in der Größenordnung von 10 Torr erreicht, tritt zwischen der Scheibenelektrode 30 und den Innenflächen der Hohlkathode 2 und der Scheibe 10 eine Hohlkathoden-Glüh- oder -Glimmentladung auf, wodurch in der Hohlkathode 2 ein Plasma erzeugt wird. Die Innenflächen von Hohlkathode 2 und Scheibe 10 werden, hauptsächlich durch lonenbeschuß, so weit aufgeheizt, daß sie Elektronen emittieren. Wenn sich das Plasma bis zu einem bestimmten Grad verdichtet hat, diffundiert es durch die Öffnung 14 zur Anode 4, wobei zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 eine Lichtbogenentladung auftritt. Sobald sich die Entladung zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 stabilisiert hat, wird sie auch beim anschließenden öffnen des Schalters 26 nicht mehr unterbrochen.-1 hollow cathode 2 reaches a value in the order of magnitude of 10 Torr, occurs between the disk electrode 30 and the inner surfaces of the hollow cathode 2 and the disk 10 have a hollow cathode glow or glow discharge, whereby a plasma is generated in the hollow cathode 2. The inner surfaces of the hollow cathode 2 and disk 10 are mainly by ion bombardment, heated so far that they emit electrons. When the plasma has condensed to a certain degree, it diffuses through the opening 14 to the anode 4, an arc discharge between the hollow cathode 2 and the anode 4 occurs. As soon as the discharge between the hollow cathode 2 and anode 4 has stabilized, it becomes not even when the switch 26 is subsequently opened more interrupted.
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Die Scheibenelektrode 30 gemäß Fig. 2 kann auch durch einen Zylinder 33 gemäß Fig. 3 oder durch Elektroden anderer Formen ersetzt werden. Zur Begünstigung der Elektronenemission von der Hohlkathode 2, d.h. zur Begünstigung der Entladung zwischen Scheibenelektrode 30 oder Zylinderelektrode 33 und Hohlkathode 2, kann eine Elektronenquelle mit niedriger Austrittsarbeitsfunktion, z.B. eine Bariumoxid enthaltende Elektronenquelle, auf die Innenfläche der Hohlkathode 2 aufgetragen sein.The disk electrode 30 according to FIG. 2 can also be provided by a cylinder 33 according to FIG. 3 or by electrodes other forms can be substituted. To favor the electron emission from the hollow cathode 2, i.e. to favor the discharge between disk electrode 30 or cylinder electrode 33 and hollow cathode 2, can an electron source with a low work function function, e.g. an electron source containing barium oxide, be applied to the inner surface of the hollow cathode 2.
.Die Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen weitere Ausführungsformen. Dabei besteht die mit der Öffnung 12 versehene Scheibe 10 aus einem leitfähigen Metall, und sie ist am einen offenen Ende der Hohlkathode 2 unter Zwischenfügung eines Isolierrings 34 aus einem Werkstoff, der hohe Temperaturen auszuhalten vermag, z.B. aus Bornitrid (BN), angebracht. Zur Verhinderung einer Wärmeableitung von der Hohlkathode 2>nach außen ist die Hohlkathode 2 in ein Wärmeabschirmgehäuse 36 unter elektrischer Isolierung diesem gegenüber eingesetzt. Das Wärmeabschirmgehäuse 36 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall, und es ist elektrisch mit der Scheibe 10 verbunden. Vorzugsweise« kann ein Heizelement 38 zum Beheizen der Hohlkathode 2 an deren Außenumfangsflache angeordnet sein. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 h-^ steht außerdem die Hohlkathode 2 aus einem Elektronenquellenmaterial, das leicht Elektronen abzugeben vermag. Zwei sich vom Heizelement 38 durch das Gehäuse 26 erstreckende Stromquellenanschluß-Schäfte 21 und 23 sind nach außen geführt und mit der Heizstromversorgung 24 verbunden. Die Hohlkathode 2 wird von einem Tragring 2 getragen, der mit einem im Gehäuse 36 angeordneten und von diesem elektrisch isolierten leitenden Metallzylinder 42 verbunden ist,4, 5 and 6 illustrate further embodiments. There is the one provided with the opening 12 Disc 10 made of a conductive metal, and it is at one open end of the hollow cathode 2 with interposition an insulating ring 34 made of a material that can withstand high temperatures, e.g. made of boron nitride (BN), appropriate. To prevent heat dissipation from the hollow cathode 2> to the outside, the hollow cathode 2 is in a heat shield case 36 is used with electrical insulation from this. The heat shield case 36 is made of an electrically conductive metal and is electrically connected to the disk 10. Preferably" For example, a heating element 38 for heating the hollow cathode 2 can be arranged on its outer circumferential surface. In the embodiment according to FIG. 4 h- ^ also stands the hollow cathode 2 made of an electron source material that can easily donate electrons. Two from Heating element 38 through the housing 26 extending power source connection shafts 21 and 23 are led to the outside and connected to the heating power supply 24. The hollow cathode 2 is carried by a support ring 2, which with a conductive metal cylinder 42 arranged in the housing 36 and electrically insulated therefrom is connected,
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und sie ist über den Tragring 41 und den Metallzylinder 42 mit dem Minuspol der Zündstromversorgung 28 und dem Minuspol der Lichtbogenstromversorgung 14 verbunden. Das Gehäuse 36 ist über einen Widerstand 44 und den Entladung-Startschalter 26 an den Pluspol der Zündstromversorgung 28 angeschlossen. Das Gehäuse 36 ist mit einem Gaseinlaßrohr (stutzen) zur Einleitung von Niederdruckgas in die Hohlkathode 2 versehen.and it is via the support ring 41 and the metal cylinder 42 to the negative pole of the ignition power supply 28 and the Negative pole of the arc power supply 14 connected. The housing 36 is across a resistor 44 and the discharge start switch 26 connected to the positive pole of the ignition power supply 28. The housing 36 is provided with a gas inlet pipe (Nozzle) for introducing low-pressure gas into the hollow cathode 2.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist eine innerhalb der Hohlkathode 2 angeordnete Scheibenelektrode 46 über "einen sie tragenden Schaft 45 und einen Widerstand 48 an die Minuspole von Zünd- und Lichtbogenstromversorgung 28 bzw. 14 angeschlossen. Vorzugsweise ist auf der Oberfläche der Scheibenelektrode 46 eine Elektronenquellenschicht 47 vorgesehen. Die Elektrode 46 gemäß Fig. 5 kann auch durch eine Elektrode anderer Form ersetzt werden. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 4 kann gemäß Fig. 5 die Elektrode 46 zweckmäßig relativ zur Scheibe 10 und somit in einer vorbestimmten Stellung angeordnet werden, in welcher die durch das Paschensche Gesetz bestimmte EntladungsZündspannung am kleinsten ist. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 kann die Hohlkathode 2' aus einem Elektronenquellenmaterial hergestellt sein.In the embodiment according to FIG. 5, a disk electrode 46 arranged inside the hollow cathode 2 is above "a shaft 45 carrying them and a resistor 48 to the negative poles of the ignition and arc power supply 28 or 14 connected. Preferably, there is an electron source layer on the surface of the disk electrode 46 47 provided. The electrode 46 according to FIG. 5 can also be replaced by an electrode of a different shape will. In contrast to the embodiment according to FIG. 4, according to FIG. 5, the electrode 46 can expediently be relatively to the disc 10 and thus be arranged in a predetermined position, in which the by the Paschensche Act certain discharge ignition voltage is smallest. As in the embodiment according to FIG. 4, the hollow cathode 2 'can be produced from an electron source material be.
Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 wird eine Entladung zwischen Scheibe 10 und Hohlkathode 2 oder Elektrode 46 hervorgerufen, wodurch zuverlässig eine Entladung zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 eingeleitet wird. Insbesondere wird die Hohlkathode 2 durch das Heizelement 38 aufgeheizt und (dadurch) in einen Zustand versetzt, in welchem sie leicht Elektronen zu emittierenIn the embodiments according to FIGS. 4 and 5, a discharge between disk 10 and hollow cathode 2 or Electrode 46 caused, whereby a discharge reliably initiated between hollow cathode 2 and anode 4 will. In particular, the hollow cathode 2 is heated by the heating element 38 and (thereby) in a state offset, in which they easily emit electrons
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vermag. Durch anschließendes Schließen des Schalters 26 kann in einfacher Weise eine Entladung zwischen Scheibe 10 und Hohlkathode 2 oder Elektrode 46 herbeigeführt werden. Bei dieser Entladung wird innerhalb der Hohlkathode 2 ein Plasma erzeugt und dadurch die Innenfläche der Hohlkathode 2 erwärmt. Beim Schließen des Schalters 15 wird eine Hochspannung zwischen Hohlkathode 2 und Anode 4 angelegt, so daß eine sich anschließend stabilisierende Lichtbogenentladung zwischen diesen Elektroden auftritt.able. By subsequently closing the switch 26, a discharge between the panes can be carried out in a simple manner 10 and hollow cathode 2 or electrode 46 are brought about. This discharge takes place inside the hollow cathode 2 generates a plasma and thereby heats the inner surface of the hollow cathode 2. When the switch is closed 15, a high voltage is applied between hollow cathode 2 and anode 4, so that a subsequently stabilizing Arc discharge occurs between these electrodes.
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung, die sich von denjenigen nach Fig. 4 und 5 nur dadurch unterscheidet, daß eine zweite Öffnung 49 vorgesehen ist. Diese besitzt die Form einer durchgehenden Bohrung in einem zwischen dem einen Ende der Hohlkathode 2 und der elektrisch leitenden Scheibe 10 angeordneten Isolator 34 aus einem hochtemperaturbeständigen Werkstoff, wie Al 0 oder BN.Fig. 6 shows a modified embodiment of the invention Discharge device, which differs from those of FIGS. 4 and 5 only in that a second opening 49 is provided. This has the form of a through hole in one between the one end of the hollow cathode 2 and the electrically conductive disk 10 arranged insulator 34 made of a high temperature resistant Material such as Al 0 or BN.
Da hierbei zwei Öffnungen 12 und 49 vorgesehen sind, ist der Widerstand für den Gasstrom durch Hohlkathode 2 und Kolben 6 zur Absaugvorrichtung 8 vergrößert, so daß sich bei gleicher Strömungsmenge des Gases zur Hohlkathode 2 der Gasdruck in letzterer erhöht. Da außerdem die Öffnung 49 im Isolator 34 vorgesehen ist, kann das durch die Scheibe 10 erzeugte elektrische Feld leicht durch den Isolator 34 in die Hohlkathode 2 eindringen, wodurch die Zündung eines Entladungslichtbogens begünstigt wird.Since here two openings 12 and 49 are provided, is the resistance to the gas flow through the hollow cathode 2 and piston 6 to the suction device 8 is increased, so that with the same flow rate of the gas to the hollow cathode 2, the gas pressure in the latter increases. Since the Opening 49 is provided in the insulator 34, the electric field generated by the pane 10 can easily pass through penetrate the insulator 34 into the hollow cathode 2, whereby the ignition of a discharge arc is promoted.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 6 läßt sich der Entladungslichtbogen leichter und erfolgreicher bzw. zuverlässiger zünden, wenn das Gas zu Beginn der Gaszufuhr mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durch-In the embodiments according to FIGS. 1 to 6, can the discharge arc becomes easier and more successful or ignite more reliably if the gas at the beginning of the gas supply with a high flow velocity or through
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satzmenge vom Gasvorrat zur Hohlkathode geleitet wird, um dann, wenn eine stabile Entladung erreicht ist, mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit zugeführt zu werden.set amount is passed from the gas supply to the hollow cathode to then, when a stable discharge is reached, with to be supplied at a low flow rate.
Das vom Gasvorrat gelieferte Gas ist nicht auf H„ beschränkt, vielmehr können an seiner Stelle auch andere Gase, wie Edelgas und Metalldampf, verwendet werden.The gas supplied by the gas supply is not limited to H ", rather, other gases, such as noble gas and metal vapor, can also be used in its place.
Bei der erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung wird also zunächst eine Entladung in der Hohlkathode hervorgerufen, in welcher die Entladung leicht herbeigeführt ■werden kann, worauf eine Entladung zwischen Hohlkathode und Anode eingeleitet wird. Auf diese Weise kann zuverlässig eine ständige bzw. gleichbleibende Entladung erreicht werden, ohne daß für die Einleitung der Entladung eine hohe Stromleistung erforderlich wäre.In the discharge device according to the invention thus initially caused a discharge in the hollow cathode, in which the discharge is easily brought about ■ can be, whereupon a discharge is initiated between the hollow cathode and anode. This way can be reliable a constant or constant discharge can be achieved without having to initiate the discharge a high power output would be required.
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