DE3114644A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von elektronenimpulsen hoher dichte - Google Patents

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE PATENTANWALT

Aktenzeichen:

31H6U

München, 10. April 1981 Mein Zeichen:

. P 3206

Thermo Electron Corporation 101 First Avenue
Waltham, Mass. 012154 V. St. v. A.

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Elektronenicxpulsen hoher Dichte

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Beschreiblang

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Elekronen/ insbesondere auf eine Vorrichtung, bei der ein durch einen Laser gespeister thermionischer Prozess dazu herangezogen wird, Elektronenimpulse hoher Dichte zu erzeugen.

Impulsweise betriebene Elektronenquellen mit hoher Stromdichte haben für viele Zwecke einen Wert, wir für Schweiß- und Metallbearbeitungseinrichtungen, für die hochauflösende Elektronenstrahl-Mikroskopie, für Röntgenstrahlen-Abgabeeinrichtungen, die intensive kurze Röntgenstrahlenimpulse abgeben, für Hochstromschalter, Elektronenstrahlsysteme, Mikrowellengeneratoren und freie Elektronenlaser. Es ist bereits bekannt, Elektronenimpulse auf thermionischem Wege zu erzeugen, d.h. dadurch, daß eine geeignete Metallkathode mittels eines intensiven Laserstrahls auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, um Elektronen abzugeben. Die so erzeugten Ströme sind jedoch im allgemeinen auf einige 10 Amperes begrenzt. Darüber hinaus wurden diese Elektronen-Abgaben, die in typischer Weise mit fokusierten Einfall-Strahlen erzielt, welche eine Beschädigung der jeweiligen Zieloberfläche durch Verdampfung und Ionisation bewirkten. Damit waren diese Vorgänge nicht rein thermionische Vorgänge. Bei anderen bekannten Versuchen zur Erzeugung von Elektronenimpulsen hoher Dichte wurden die Laserdichten unterhalb des Zerstörungswertes des Metallzieles gehalten. In derartigen Fällen wurden jedoch sehr niedrige Spitzenstromdichten erzielt.

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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, thermionisch Elektronenimpulse mit einer angemessenen Raumfläche und hoher Stromdichte zu erzeugen, beispielsweise mit Strom-

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dichten von 4 - 6 kA pro cm und mit Strömen im Bereich von 2 - 3 kA, wobei die Impulsbreiten von Nanosekunden bis einige 10 Mikrosekunden variieren sollen. Überdies sollen derartige Impulse bei im Kilohertz-Bereich liegenden Impuls-Wiederholungsfrequenzen erzeugt werden.

Darüber hinaus soll eine Vorrichtung geschaffen werden, bei der die Elektronen-Abgabefläche durch den auftreffenden Laserfluß nicht beschädigt wird. Überdies sollen ein schnell wirkender, durch einen Laser gesteuerter Schalter, sowie ein durch einen Laser erwärmter Thermo-Elektro-Energiewandler unter Ausnutzung des thermionischen Prozesses geschaffen werden.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Erzeugung von Elektronenimpulsen hoher Dichte umfaßt eine metallische Zielfläche mit einer Oberfläche, die mit adsorbierten Cäsiumatomen überzogen ist. Ferner ist ein Laser vorgesehen, der die Zieloberfläche auf eine Elektronen-Abgabetemperatur erhitzt, die unterhalb des Schmelzpunktes des metallischen Zieles ist. Diese Erhitzung erfolgt innerhalb einer Zeitspanne, die groß ist im Vergleich zu der Verweilzeit der an der Zieloberfläche adsorbierten Cäsiumatome. Die metallische Zielfläche bzw. das metallische Ziel kann mit Cäsiumatomen vor-überzogen oder vorzugsweise einem Cäsiumdampf ausgesetzt sein, so daß die betreffende Oberfläche fortwährend ergänzt wird, um einen "selbstheilenden" Zustand hervorzurufen. Geeignete metallische Zielflächen können aus Wolfram und Wolfram-Rhenium Legierungen bestehen.

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Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform enthält die Vorrichtung eine Niederdruckkammer, die mit Cäsiumdampf gefüllt ist, in den eine Metallkathode eingebracht wird, um mit dem Cäsiumdampf in Kontakt zu gelangen. In der Kammer ist außerdem eine Anode vorgesehen, und zwar in einem geeigneten Abstand der Kathode. Zwischen Anode und Kathode wird eine Spannung angelegt, und ein Laser wird dazu herangezogen, einen Impulsstrahl zur schnellen periodischen Erhitzung der Kathode abzugeben. Dadurch fließt ein starker Elektronenstromimpuls zwischen der Kathode und der Anode. Der Cäsiumdampf-Druckbereich innerhalb der Kammer liegt vorzugsweise zwischen 10 und 10 Torr.

Die Erfindung kann außerdem in einem schnell ansprechenden Schalter für einen hohen Strom und eine hohe Spannung verkörpert sein. Bei dieser Konfiguration wird ein Elektronenimpuls dadurch erzeugt, daß ein Impulslaserstrahl auf die Vorderseite oder Rückseite einer Zielfläche auftrifft. Der resultierende Elektronenimpuls legt einen Leitungsweg fest, der zur Schließung des Schalters dient.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung von Elektronenimpulsen hoher Dichte.

Fig. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung den Verlauf eines typischen Stromimpulses.

Fig. 3 zeigt in einer graphischen Darstellung die Cäsium-Verweilzeit in Abhängigkeit von der Atombindungsenergie und Temperatur.

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Fig. 4, 5 und 6 zeigen schematisch drei Konfigurationen eines schnell wirkenden Schalters gemäß der Erfindung.

Die Grundlage für das hier erfaßte Verfahren der Erzeugung von Elektronen besteht in der impulsweisen Bestrahlung eines mit Cäsium überzogenen metallischen Zieles, d.h. eines Zieles mit einem Überzug aus Cäsiumatomen, die auf der Zieloberfläche adsorbiert sind, mittels einer Strahlung hoher Dichte. Ein Laserstrahl

heizt die Oberfläche des metallischen Zieles schnell innerhalb einer Zeitspanne auf, die kurz ist im Vergleich zu der Verweilzeit der adsorbierten Cäsiumatome der betreffenden Oberfläche.

Wenn ein metallisches Element einem Cäsiumdampf ausgesetzt wird, stellt sich ein Ausgleichzustand ein, in welchem die Cäsiumatome kontinuierlich an der Oberfläche des metallischen Elements adsorbiert werden und von dem Element wegwandern. Diese adsorbierten, elektrisch positiven Atome wirken elektronisch mit der Metalloberfläche unter Bildung von Dipolen zusammen, welche die Abgabe von Elektronen erleichtern, d.h. die Austrittsarbeit der Metallfläche vermindern. Die Verweilzeit eines Cäsiumatoms ist die mittlere Zeitspanne, während der das betreffende Atom auf der Oberfläche des metallischen Elements verbleibt. Wenn die Oberfläche des Elements schnell genug erhitzt wird, d.h. innerhalb einer Zeitspanne, die kurz ist im Vergleich zu der Verweilzeit der Cäsiumatome, dann wird die Erhitzung vorgenommen, währenddessen die Cäsiumatome an der Oberfläche gebunden bleiben. Diese Übergangs-Kombination von hoher Oberflächentemperatur und geringer Austrittsarbeit des metallischen Elements ermöglicht die Abgabe von überflüssigen Elektronen, die

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eine Quelle hoher Stromdichte bilden.

Eine bevorzugte Avisfühnngsformbsr Elektronenimpulse hoher Dichte erzeugenden Vorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. Eine keramische Vakuumkammer 10 umgibt einen Wolfram-Rhenium-Folien-Zielflächen-Emitter bzw. -Target-Emitter 11, der eine Dicke von etwa 25 Mikrometer aufweisen kann. Der Emitter 11 kann von einer Speisequelle 12 her auf eine vorgewählte Temperatur gesondert durch Widerstandsheizung erhitzt sein.

Innerhalb der Kammer 10 ist eine Ringkollektoranode 13 angeordnet, die sich in räumlichen Abstand etwa 1 cm vor dem Emitter 11 befindet. Ein Cäsiumdampf-Vorratsbehälter 14 ist über einen Schlauch bzw. eine Rohrverbindung 15 mit der Kammer 1O verbunden. Der Cäsium-Vorratsbehälter 14 wird unabhängig thermisch gesteuert, und zwar durch Einstellen des Cäsiumdrucks in der Kammer 10. Eine geeignete Temperatur für den Cäsium-Vorratsbehälter 14 beträgt 350 K. Von einer Spannungsquelle 16 her wird eine Spannung zwischen den Emitter 11 und die Ringkollektaranode 13 angelegt.

Ein Laser 17 dient dazu, den Emitter 11 durch ein Saphirfenster 18 in der Vakuumkammer 10 zu beleuchten. Die Kammer 10 ist ihrerseits innerhalb eines Ofens 19 untergebracht, der im Grunde genommen eine gleichmäßige Innentemperatur aufrechterhält.

Die Arbeitsweise der beschriebenen und in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf ein spezielles Betriebsbeispiel näher ersichtlich werden. Zunächst wird die keramische Vakuumkammer 10 mittels herkömmlicher, nicht dargestellten" Einrichtungen

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auf einen Druck von etwa 10 Torr abgepumpt. Sodann wird Cäsium von dem Cäsium-Vorratsbehälter 14 her in die

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Kammer 10 bis zu einem Druck von etwa 10 Torr eingeleitet. Der die Kammer 10 umgebende Ofen 19 wird auf einer Temperatur von 400 K gehalten. Die Spannungsquelle 16 gibt eine Spannung an den Emitter 11 und die Ringkollektoranode 13 ab. Vorzugsweise steht diese Spannung in maximaler Übereinstimmung mit der Beschränkung des Innen-Kammer-Leckstroms auf einige wenige Mikroampere . Diese maximale Spannung ist etwa umgekehrt proportional dem Cäsiumdampfdruck. Bei einem Cäsiumdampfdruck von

10 Torr, wie er bei diesem Beispiel angenommen ist,

beträgt die maximale Spannung etwa 770 Volt. Der Laser 17 ist ein zwei Verstärkungsstufen aufweisender Neodym-Glas-Oszillator, bei der Q-Wert umgeschaltet wird. Dieser Laser kann Einzelmodus-Impulse bei einem potentiellen Leistungspegel von 500 Megawatt und mit Impulsdauern von etwa 20 Nanosekunden abgeben. Bei diesem Beispiel ist ein 50-Megawatt-Laserimpuls verwendet worden. Der Laser 17 erzeugt einen nicht-fokussiert en kreisförmigen Strahl mit einem Durchmesser von etwa 9 mm. Dieser nicht-fokussierte Strahl wird durch das Saphirfenster 18 in der Kammer 10 auf den Emitter 11 gerichtet. Bei diesem Beispiel wird der Cäsium-Vorratsbehälter 14 auf einer Temperatur von etwa 35O°K gehalten. Der 50-Megawatt-Impuls von dem Laser 17 her erhitzt den Emitter 11 auf etwa 2000⁰K innerhalb der Impulsdauer von 20 ns. Bei auf 2000 K erhitztem Emitter

11 beträgt die Verweilzeit der adsorbierten Cäsiumatome auf dem Emitter 11 etwa 100 ns. Hierbei handelt es sich um eine Zeitspanne, die wesentlich länger ist als die 20 bis 30 ns, die für die Erhitzung des Emitters 11 benötigt werden. Dabei bleiben die Cäsiumatome während des Erhitzungsvorgangs auf der Oberfläche des Emitters 11 adsorbiert, so daß die Austrittsarbeit vermindert ist, wie dies oben bereits erläutert worden ist. Die Austrittsarbeit beträgt unter diesen Bedingungen etwa 2 eV. Die Verweilzeit in Abhängigkeit von der Temperatur und Bindungsenergie wird weiter unten in Verbindung mit Fig.

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erläutert werden. Ein Spitzenstrom von 2500 A ist bei dieser Ausführungsform gemessen worden, wobei der Emitter auf etwa 2000⁰K innerhalb von 20 ns erhitzt war. Da der Elektronenstrahl der emittierten Elektronen einen Durchmesser von etwa 9 mm aufwies (das ist der Durchmesser des Beleuchtungs- bzw. Bestrahlungs-Laserstrahls), gehen die 2500 A über in eine Stromdichte von 3930 A/cm .

Die Herabsetzung des Cäsiumdrucks in der Kammer 10 auf etwa 5 χ 10 Torr führt zu einer Erhöhung der maximalen Spannung, die zwischen dem Emitter 11 und dem Kollektor 13 angelegt werden kann, auf etwa 1000 V. Der bei diesem Druck erzielte Spitzenstrom beträgt etwa 1000 A, was zu

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einer Stromdichte von 1560 A/cm bei einem 9-mm-Strahl führt. Ein Oszillogramm eines derartigen Impulses ist in Fig. 2 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dauer des Stromimpulses in der Größenordnung von einer Mikrosekunde liegt. Diese Dauer ist viele Male größer als die Dauer von 20 ns des Laserimpulses, der den Emitter 11 gemäß Fig. 1 aufheizt. Der Stromimpuls ist im übrigen wegen der Diffusion der Elektronen und der Cäsiumionen von der Zielfläche zu dem Kollektor hin und mit Rücksicht auf die Ionen-Übergangszeit zwischen diesen Elektronen langer als der Laser-Impuls.

Obwohl der Neodym-Glas-Laser 17 gemäß Fig. 1 auf Impuls-Wiederholungsfrequenzen von lediglich einige Impulse pro Minute beschränkt ist, sind für den Einsatz bei der vorliegenden Erfindung Laser mit höheren Wiederholungsraten geeignet. Generell ist die maximale Impulsrate, mit der Stromimpulse mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugt werden können, durch die Adsorptionseigenschaften des Cäsiums auf der Zielfläche bzw. dem Target begrenzt. So legt speziell die Zeitspanne, die zwischen Impulsen erforderlich ist, um eine hinreichende Abkühlung der Oberfläche zu erreichen, die maximale Impuls-Wiederholungsrate

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fest, was bedeutet, daß dem Emitter 11 nicht ermöglicht werden kann, durch wiederholte Laserimpulse so heiß zu werden, daß die Verweilzeit der an dem Emitter adsorbierten Cäsiumatomen geringer ist als die Dauer des Laserimpulses. Diese Beschränkung der Impuls-Wiederholungsrate kann dadurch umgangen werden, daß verschiedene Bereiche der Zielfläche bzw. des Targets mit Hilfe aufeinanderfolgender Laserimpulse erhitzt werden. Auf diese Art und Weise können sehr hohe Wiederholungsraten erzielt werden, und zwar dadurch, daß entweder ein Scheiben- oder Trommel-Target schnell gedreht wird, oder dadurch, daß der Laserstrahl auf unterschiedliche Target-Bereiche gerichtet wird. Es ist zu erwarten, daß unter Anwendung dieser Verfahrensweise Kilohertz-Wiederholungsraten erzielt werden können.

Geeignete Wiederholungsraten können mit Hilfe der in Fig. dargestellten Kurven bestimmt werden. In Fig. 3 ist die Verweilzeit von Cäsiumatomen zu einer Ziel- bzw. Target-Fläche als Funktion der Bindungsenergie der adsorbierten Atome und der Target-Temperatur gezeigt. Bei einer Austrittsarbeit von etwa 2 Ev für mit Cäsium überzogenem Wolfram, wie dies in dem obigen Beispiel erläutert worden ist, wird eine Bindungsenergie von Cäsium an Wolfram mit etwa 2 Ev erwartet. Wird der Emitter mit Hilfe des Lasers auf 2000⁰K erhitzt, so zeigt Fig. 3 eine Cäsium-Adsorptions-Verweilzeit von etwa 100 ns. Wenn jedoch die Wiederholungsrate so wäre, daß das Target auf 3500 K erhitzt würde, so betrüge die Verweilzeit des Cäsiums auf dem Target bei derselben Bindungsenergie von 2 eV etwa 1 ns. Diese Zeitspanne ist kürzer als die Impulsbreite von 20 ns des bei dem obigen Beispiel benutzten Laserimpulses. Wenn die Ziel- bzw. Targetfläche mit Hilfe des Lasers auf eine Temperatur von 35OO°K erhitzt wird, würden somit die Cäsiumatome von der Oberfläche innerhalb der Laserimpulsdauer desorbiert werden, wodurch eine starke

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Abnahme des Stromimpulses erzielt ist.

Die Elektronenabgabe ist nun nicht nur auf die vordere oder beleuchtete Seite einer dem Laserlicht ausgesetzten Zielbzw. Targetfläche beschränkt. Ein thermionische Elektronenabgabe tritt vielmehr auch auf der Rückseite von dünnen Metallfolientargets auf. Derartige Rückseiten-Ströme sind jedoch in typischer Weise 5- bis 10mal niedriger als die Ströme von der Vorderseite des jeweiligen Targets. Dennoch ist die Elektronenabgabe von der Rückseite eines Targets brauchbar für den Aufbau von schnell ansprechenden Schaltern für einen hohen Strom und eine hohe Spannung. Eine derartige Konfiguration bzw. Ausführungsform ist in Fig. veranschaulicht. Der generell mit 30 bezeichnete Schalter weist eine Kammer auf, die Cäsiumdampf 31 bei einem Druck von 10 bis 10 Torr enthält. Die Kammer besteht aus elektrisch isolierten keramischen Seitenplatten 32 und Die Vorderseite des Schalters enthält eine transparente Abdeckplatte 34, die beispielsweise aus Saphir besteht und hinter der ein dünnes Metallfolientarget 35 vorgesehen ist, welches beispielsweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung besteht. Die Metallfolie 35 sollte im Bereich von 25 Mikrometer bis 75 Mikrometer dick sein. Die Rückseite der Kammer ist durch eine Metallanode 36 gebildet. Wenn es erwünscht ist, den Schalter derart zu betreiben, daß der Stromkreis 37 vervollständigt wird, so wird ein Laserlichtimpuls von einem Laser 38 auf die Metallfolie 35 durch das transparente Fenster 34 abgegeben. Der Laserlichtimpuls bewirkt die Abgabe eines Elektronenimpulses hoher Dichte von der Rückseite des Folientargets 35 zu der Anode 36 hin. Dadurch wird der Stromkreis 37 vervollständigt, der eine Einrichtung, die eine Speisequelle enthält, die eine Spannung an die Anode und Kathode abgibt. Ein Schalter, wie er im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben ist, ist in Impuls-Leistungs-

generatoren anwendbar; er kann als Thyristor zum Schalten von starken Strömen bei hohen Spannungen verwendet werden. Durch Anbringen der Anoden-Elektrode 36 nahe des Folientargets 35 kann darüber hinaus die Anordnung gemäß Fig. 4 als wirksamer thermionischer Energiewandler verwendet werden. Dies bedeutet, daß die Anordnung gemäß 4 dazu herangezogen werden kann, die Energie in einem eintreffenden Laserstrahl in elektrische Ströme umzuwandeln. Bei einem Zwischenraum von etwa 10 Mikrometer zwischen dem Folientarget 35 und der Anode 36 würde die Erhitzung des Targets durch den Laser auf 25O0°K durch den thermionischen Prozeß eine elektrische Leistung von 5,2 W/cm erzeugen, und zwar unter der Annahme, daß die Austrittsarbeit des Targets35 der Anode 36 jeweils etwa 2 eV beträgt. Obwohl der Wirkungsgrad einer derartigen Umsetzung gering ist, kann es Anwendungsfälle geben, in denen eine derartige Leistungsumsetzung praktisch ist, wie beispielsweise bei der Leistungsübertrag im Raum bzw. Weltraum, bei der das Target sehr weit von dem Laser entfernt ist.

In Fig. 5 und 6 sind zwei andere Konfigurationen von schnell ansprechenden Schaltern gezeigt, die hohe Ströme und hohe Spannungen zu schalten gestatten. Bei diesen Konfigurationen tritt eine Elektronenemission von der vorderen oder beleuchteten Seite der Targets 40 bzw. 48 auf. Um dem Laserstrahl zu ermöglichen, zu dem Target 40 hin zu gelangen, ist die Anode 42 gemäß Fig. 5 ein Metalldrahtgitter oder -netz, während die Anode 44 gemäß Fig. 6 eine scheibenförmige Metallplatte ist, die ein Loch 45 umgrenzt. Der Schalter gemäß Fig. 6 umfaßt eine Linse 46, mit deren Hilfe der eintreffende Laserstrahl derart fokusiert wird, daß er durch das Loch 45 zu dem Target 48 hin gelangt. Die Fokusierung des Laserstrahls erhöht außerdem dessen Dichte, wodurch der Elektronentransport von dem Target 48 zu der Anode 44 verbessert wird, indem mehr Zwischenelektroden-Cäsiumatome 41 lichtelektrisch ionisiert v/erden,

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wodurch die Raumladung neutralisierende positive Ionen bereitgestellt werden. Die Bahn des Lichtes, welches von dem auf das Target 48 auftreffenden fokusierten Strahl reflektiert wird, kann durch Verwendung eines konkav gekrümmten Targets 50 gesteuert werden, wie dies in Fig. 6 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Es hat sich somit gezeigt, daß eine neue Vorrichtung geschaffen ist, mit deren Hilfe Impuls-Elektronenstrahlen hoher Dichte dadurch erzeugt werden, daß mit Cäsium versehene Targets einer Laser-Bestrahlung ausgesetzt werden. Die betreffende Vorrichtung führt zu sehr hohen Stromdichten und zu Strömen, die oberhalb einer Größenordnung der Ströme liegen,die bisher mit Vorrichtungen erzielt werden konnten, bei denen eine Wechselwirkung zwischen einem Laser und einem Target vorhanden ist. Die zuvor beschriebenen Elektronenabgaben sind auf thermionische Vorgänge hin erfolgt, ohne daß eine tatsächliche Beschädigung der Targetoberfläche durch Verdampfung aufgetreten ist.

Claims (17)

THERMO ELECTRON CORPORATION Waltham, Mass./USA Patentansprüche

1) Vorrichtung zur Erzeugung von Elektronenimpulsen hoher Dichte, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metall-Zielfläche (11; 35; 40; 48) vorgesehen ist, die eine Oberfläche aufweist, welche mit adsorbierten Cäsiumatomen überzogen ist, und daß eine Lasereinrichtung (17; 38) vorgesehen ist, die die betreffende Zielfläche innerhalb einer Zeitspanne erhitzt, welche kurz ist im Vergleich zu der Verweilzeit der Cäsiumatome auf der betreffenden Zieloberfläche, wobei die Erhitzung auf eine Elektronen-Abgabetemperatur erfolgt, die unterhalb des Schmelzpunktes der metallischen Zielfläche liegt und bei der die Elektronenimpulse hoher Dichte abgegeben werden.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Zielfläche aus Wolfram besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Zielfläche eine Wolfram-Rhenium-Legierung enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von einen hohen Strom führenden elektrischen Impulsen eine Cäsiumdampf (von 14 her) enthaltende Niederdruckkammer (10) vorgesehen ist, in der eine Metallkathode (11) derart angeordnet ist, daß sie mit dem Cäsiumdampf in Kontakt gelangt, daß innerhalb der Kammer (10) in Abstand von der Kathode (11) eine Anode (13) angeordnet ist, daß eine Spannungsabgabeeinrichtung (16) vorgesehen ist, die eine Spannung an die Anode (13) und die Kathode (11) anlegt und daß die Lasereinrichtung (17) die Kathode (11) innerhalb einer Zeitspanne erhitzt, die kurz ist im Vergleich zu der Verweilzeit des auf der Kathodenoberfläche adsorbierten Cäsiumdampfes, wobei die Erhitzung auf einen Elektronen-Abgabetemperatur erfolgt, die unterhalb des Schmelzpunkts der Kathode liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus Wolfram besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einer WoIfram-Rhenium-Legierung besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) auf einem Druck im Bereich von 10~ bis 10 Torr gehalten wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von elektrischen Impulsen mit hohem Strom eine Vakuumkammer (10) vorgesehen ist, mit der ein Cäsiumdampf-Vorratsbehälter (14) verbunden ist, dessen Temperatur zur Einstellung des Cäsiumdampfdrucks in der Kammer (10) unabhängig steuerbar ist, daß in der Kammer (10) eine Metallkathode (11) so vorgesehen ist, daß sie mit dem Cäsiumdampf in Kontakt gelangt, daß eine Spannungsabgabeeinrichtung (12) die Kathode durch Widerstandsheizung auf eine vorgewählte Temperatur zu erhitzen gestattet, daß innerhalb der Kammer (10) in Abstand von der Kathode (11) eine Anode (13) angeordnet ist, daß eine Spannungsabgabeeinrichtung eine Spannung an die Kathode (11) und die Anode (13) anzulegen gestattet und daß die Lasereinrichtung (17) die Kathode innerhalb einer Zeitspanne, welche kurz ist im Vergleich zu der Verweilzeit des auf der Kathodenoberfläche adsorbierten Cäsiumdampfes, auf eine Elektronen-Abgabetemperatur zu erhitzengestattet, die unterhalb des Schmelzpunkts der betreffenden Kathode liegt.

9. Verfahren zur Erzeugung eines Elektronenimpulses mit hoher räumlicher Elektronendichte, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Cäsiumdampf enthaltende Niederdruckkammer (10) bereitgestellt wird, in der ein mit dem Cäsiumdampf in Kontakt zu bringendes Metalltarget untergebracht wird, welches mittels eines Lasers innerhalb einer Zeitspanne, die kurz ist im Vergleich zu der Verweilzeit des auf der Targetoberfläche adsorbierten Cäsiumdampfes,auf eine Elektronen-Abgabetemperatur schnell erhitzt wird, die unterhalb des Schmelzpunkts des Targets liegt, derart, daß die Elektronenimpulse mit der hohen räumlichen Elektronendichte erzeugt werden.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Target Wolfram verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Target eine Wolfram-Rhenium-Legierung verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Schaffung eines Elektronen-Leitungsweges, insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Cä-siumdampf bei niedrigem Druck enthaltende Kammer vorgesehen ist, daß eine dünne Metallkathode (35) vorgesehen ist, die eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist und die mit ihrer zweiten Seite mit dem Cäsiumdampf in Kontakt gelangt, daß in Abstand von der zweiten Seite der betreffenden Kathode

(35) eine Anode (36) vorgesehen ist, daß die Lasereinrichtung (38) einen intensiven Laserstrahl derart abgibt, daß dieser auf die erste Seite der dünnen Metallkathode (35) auftrifft,und daß mittels des betreffenden intensiven Laserstrahls die zweite Seite der dünnen Kathode (35) innerhalb einer Zeitspanne, die kurz ist im Vergleich zu der Verweilzeit des auf der zweiten Seite der Kathode (35) adsorbierten Cäsiumdampfes, auf eine Elektronen-Abgabetemperatur erhitzbar ist, die unterhalb des Schmelzpunkts der betreffenden Kathode liegt, derart, daß ein Elektronenleitungsweg zwischen der Kathode (35) und der Anode (36) geschaffen ist.

13. Schnell ansprechender Schalter zum Schalten eines hohen Stroms bei hoher Spannung, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 12 und dadurch, daß eine Spannungsabgabeeinrichtung vorgesehen ist, die

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eine Spannung an die Anode (36) und die Kathode (35) anzulegen gestattet.

14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (42) ein in Abstand von der betreffenden einen Seite der Kathode (40) angeordnetes Metalldrahtgitter (42) enthält, durch das der von der Lasereinrichtung (38) abgegebene intensive Laserstrahl hindurchzutreten und auf die eines Seite der Kathode (40) aufzutreffen vermag.

15. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abstand von einer metallischen Kathode (48) innerhalb der Kammer vorgesehene Anode (44) eine Metallplatte mit einem darin befindlichen Loch (45) ist und daß eine Fokusierungslinse (46) zwischen der Anode

(44) und der Lasereinrichtung (38) derart angeordnet ist, daß der Laserstrahl durch das betreffende Loch

(45) in der Anode (44) hindurchleitbar und zu der Kathode (48 bzw. 50) hinleitbar ist.

16. Vorrichtung zur thermionisehen Energieumsetzung, insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer vorgesehen ist, die Cäsiumdampf unter niedrigem Druck enthält, daß ein dünnes Metalltarget vorgesehen ist, welches eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist und welches mit seiner zweiten Seite mit dem Cäsiumdampf in Kontakt steht, daß in geringem Abstand von der zweiten Seite des Targets eine Elektrode angeordnet ist und daß eine Lasereinrichtung vorgesehen ist, die eine Strahlung auf die erste Seite des betreffenden Target derart auftreffen läßt, daß die zweite Seite des betreffenden dünnen Targets innerhalb einer kurzen Zeitspanne im

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Vergleich zu der Verweilzeit des auf dieser zweiten Targetseite adsorbierten Cäsiumdampfes auf eine Elektronen-Abgabetemperatur erhitzt wird, die unterhalb des Schmelzpunkts des betreffenden Targets liegt, derart, daß zwischen dem Target und der betreffenden Elektrode ein elektrischer Strom und eine elektrische Spannung unter Lieferung einer elektrischen Leistung erzeugt werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Target und der Elektrode etwa 10 Mikrometer beträgt.