DE3817897A1

DE3817897A1 - Die erzeugung und handhabung von ladungsgebilden hoher ladungsdichte

Info

Publication number: DE3817897A1
Application number: DE3817897A
Authority: DE
Inventors: Kenneth R Shoulders
Original assignee: Jupiter Toy Co
Current assignee: Jupiter Toy Co
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-07-20
Also published as: WO1989006434A1; CN1034092A; JPH01264133A; US5054047A; NL8801457A; AU2948289A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung und Handhabung von Gebilden hoher elektrischer Ladungsdichte ("high electrical charge density entitites"). Insbesondere betrifft sie Gebilde hoher negativer elektrischer Ladungsdichte, die durch elektrische Entladung erzeugt und bei der Übertragung elektrischer Energie verwendet werden können.

Starke Plasmaentladungen, hochstarke Elektronenstrahlen und der gleichen Phänomene sind der Gegenstand verschiedener Untersuchun gen gewesen. Das Buch "Vacuum Arcs Theory and Application" von J. M. Lafferty (ed.), John Wiley & Sons, 1980, enthält eine kurze Geschichte der Untersuchung von Vakuumentladungen sowie ausführ liche Analysen der verschiedenen Besonderheiten von Vakuumlicht bögen im allgemeinen. Die Aufmerksamkeit galt dabei besonders den Kathodenflecken, der Erosion der zur Erzeugung der Entladungen verwendeten Kathoden sowie den Anodenflecken und der Struktur der Entladungen. Die Struktur von Elektronenstrahlen ist in den Kate gorien der Wirbelfäden beschrieben worden. Verschiedene Forscher haben Informationen über Entladungsstrukturen aus Untersuchungen der Targetschäden an Nachweis-Platten bezogen, die das Auftreffen der Entladung auf einer ebenen Platte im elektrischen Weg der Entladung zwischen der Quelle und der Anode erzeugt. Mit einer Elektronenkamera geringster Öffnung ("pinhole camera") sind geometrische Strukturen nachgewiesen worden, die auf örtliche dichte Quellen anderer Strahlung - bspw. Röntgen- und Neutro nenstrahlung - hinweisen, die im Zusammenhang mit Plasmafocus- und anderen Entladungsvorgängen stehen. Beispiele für anomale Strukturen in einer Plasmaumgebung gibt es viele: u.a. den Blitz und insbesondere den Kugelblitz, sowie Funken aller Art, ein schließlich solcher, die sich bei Öffnen oder Schließen von Re laiskontakten unter hoher Spannung bzw. bei niedriger Spannung unter hohen Strömen ergeben.

Die Verwendung eines dielektrischen Elements zum Eindämmen oder Führen einer Hochstromentladung ist aus Untersuchungen geladener Teilchenstrahlen bekannt, die sich in großer Nähe zu einem dielektrischen Körper ausbreiten. Bei derartigen Untersuchungen war der gesamte der Quelle entnommene Teilchenfluß entlang der dielektrischen Führung gerichtet. Daher war das Verhalten des Teilchenflusses von den Eigenschaften der Entladung in ihrer Gesamtheit bestimmt. Der Ausdruck "Entladung in ihrer Gesamtheit" (Gesamtentladung, "gross discharge") soll dabei teilweise die Elektronen, positiven Ionen, negativen Ionen neutralen Teilchen und Photonen bezeichnen, die typischerweise bei einer elektri schen Entladung auftreten. Die Eigenschaften der in der Entladung vorliegenden diskreten Struktur werden dabei von den gemittelten Eigenschaften der Entladung in ihrer Gesamtheit nicht klar unter schieden. Bei solchen Untersuchungen unter Verwendung einer di elektrischen Führung dient letztere ausschließlich zur Pfadein grenzung. Im Kontext der vorliegenden Erfindung werden dielektri sche Führungen für die Behandlung hochdichter Ladungsgebilde - im Gegensatz zu einer Gesamtentladung - eingesetzt.

Die Struktur in Plasmaentladungen, die von Forschern früher festgestellt worden ist, braucht nicht auf den gleichen kausalen Zusammenhängen und nicht einmal den gleichen physikalischen Phä nomenen zu beruhen, die für die vorliegende Erfindung gelten. Während die erfindungsgemäßen hochdichten Ladungsgebilde - auch unerkannt - in verschiedenen Entladungen vorliegen können, of fenbart die vorliegende Erfindung eine Identifikation der Ge bilde, Techniken zum Erzeugen, Isolieren und Handhaben derselben sowie Anwendungen für sie. Die Technologie der vorliegenden Er findung stellt mindestens teilweise eine neue Technologie mit verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten dar, d.h. u.a. der Aus führung sehr schneller Prozesse, der Energieübertragung unter Verwendung von Miniaturbauteilen, der Zeitanalyse anderer Vor gänge und der Punkterzeugung von Röntgenstrahlen.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es um ein Gebilde hoher Ladungsdichte, d.h. einen verhältnismäßig diskreten, in sich ab geschlossenen, negativ geladenen hochdichten Materiezustand, der sich durch das Anlegen eines starken elektrischen Feldes zwischen eine Kathode und eine Anode erzeugen läßt. Dieses Gebilde soll hier als ELECTRUM VALIDUM (abgekürzt EV; abgeleitet vom griechi schen Wort "elektron" für die Elektronenladung und dem lateini schen Wort "valere" in der Bedeutung "Kraft haben, stark sein, mit der Fähigkeit zu vereinigen behaftet" bezeichnet sein. Wie unten ausführlicher erläutert, existieren EVs auch in elektri schen Entladungen.

Die vorliegende Erfindung schließt diskrete EVs aus einzelnen EVs sowie auch EV-"Ketten" ein, wie sie unten definiert sind. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, EVs innerhalb einer Entla dung zu erzeugen und die EVs von dem bei entstehenden diffusen raumladungsbegrenzten Fluß zu trennen.

Es ist ein weiteres Ziel, EVs zeitlich und räumlich zu manipu lieren bzw. zu beeinflussen.

Es ist ein anderes Ziel, EVs so zu isolieren und zu manipulie ren, daß sich eine verhältnismäßig präzise Zeitintervallsteue rung und -messung erreichen lassen.

Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung ist die Schaffung eines EV-Generators mit Kanalquelle auf der Grundlage einer An hebung der räumlichen Elektronendichte bis zum EV-Bildungsniveau unter Anwendung einer Sekundäremission, gekoppelt mit einem Elektronenstoßeffekt.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt in der Schaffung von Mitteln zum Beschleunigen von EVs bspw. in einem Zirkula tor- oder Wellungsmuster zwecks der Erzeugung einer HF-Strah lung, die entweder abgestrahlt oder durch geeignete HF-Abschir mung gespeichert werden kann.

Weiterhin verwendet die Erfindung EVs zum Betreiben eines Flachbildschirms, wobei in einem abschließenden Schritt derar tige EVs zum Erzeugen von Elektronen dienen, die auf eine Leuchtstoffschicht aufschlagen. Als zusätzliche Besonderheiten eines solchen Flachbildschirms sind hier die einzelnen Bestand teile eines solchen Bildschirms gezeigt und beschrieben, bspw. EV-Schalteinrichtungen, EV-Schrittschaltregister und auf durch laufende EVs ansprechende Speichereinrichtungen. Als weitere Besonderheit des Flachbildschirms ist ein Analog/Digital-Ko dierer angegeben, der unter Ausnutzung von durchlaufenden EVs breitbandige Analog-Videospannungen zu einem Ausgangskode digi talisiert, der die Anforderungen der im Bildschirm eingesetzten Schrittschaltregister hinsichtlich der Ansteuerung durch Binär daten erfüllt.

Als weitere Besonderheit der Erfindung sind Mittel zum Umwan deln eines RC-Leiters für EVs zu einem LRC-Leiter für solche EVs angegeben.

Als weitere Besonderheit der Erfindung ist eine Anordnung an gegeben, die ein Paar in der gleichen Ebene sich kreuzende EV- Leiter benutzt.

Fig. 1 ist eine Draufsichtdarstellung eines EV-Generators mit einer Nachweis-Platte zum Nachweis der EV-Erzeugung;

Fig. 2 ist eine Seitenrißdarstellung des EV-Generators der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schaubildliche Längsschnittdarstellung einer anderen Form eines EV-Generators;

Fig. 4 ist ein vergrößerter Längsschnitt einer benetzten Me tallkathode zur Verwendung bspw. im EV-Generator der Fig. 3;

Fig. 5 ist eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer weiteren Form einer benetzten Metallkathode;

Fig. 6 ist eine den Fig. 4 & 5 entsprechende Darstellung einer weiteren Form einer benetzten Metallkathode;

Fig. 7 ist eine Seitenrißdarstellung einer Kathode und einer Anode auf einem dielektrischen Substrat;

Fig. 8 ist eine längs teilgeschnittene Darstellung eines zylin dersymmetrischen EV-Generators mit einem Trennelement;

Fig. 9 ist eine längs teilgeschnittene Darstellung eines plana ren EV-Generators mit einem Trennelement;

Fig. 10 ist eine Draufsichtdarstellung der in Fig. 9 gezeigten Abdeckung des Trennelements;

Fig. 11 ist eine Draufsichtdarstellung einer ebenen RC-EV-Füh rung;

Fig. 12 ist eine stirnseitige Draufsicht der EV-Führung der Fig. 11 mit einer Abdeckung;

Fig. 13 ist eine Draufsichtdarstellung einer weiteren Form einer ebenen RC-EV-Führung;

Fig. 14 ist eine stirnseitige Draufsicht der EV-Führung der Fig. 13;

Fig. 15 ist ein Längsschnittdarstellung einer zylindersymmetri schen RC-EV-Führung;

Fig. 16 ist eine Längsschnittdarstellung einer weiteren Form einer zylindersymmetrischen RC-EV-Führung;

Fig. 17 ist eine Seitenrißdarstellung eines EV-Generators ge meinsam mit einer EV-Führung mit einer Gasumgebung;

Fig. 18 ist eine Enddraufsicht des Generators mit Führung nach Fig. 17;

Fig. 19 ist eine Draufsicht eines EV-Führungssystems unter Ver wendung optischer Reflektoren;

Fig. 20 ist eine Perspektiv-Sprengdarstellung einer LC-EV-Füh rung;

Fig. 21 ist eine Perspektiv-Sprengdarstellung einer weiteren Form einer LC-EV-Führung;

Fig. 22 ist eine Draufsicht einer weiteren Form eines EV-Gene rators, bei der die Kathode einteilig mit der Ausbrei tungsfläche für die EVs innerhalb eines Führungskanals ausgebildet ist;

Fig. 23 ist ein Vertikalschnitt des EV-Generators der Fig. 22 aus deren Ebene 23-23;

Fig. 24 ist eine stirnseitige Draufsicht des mit einer Abdec kung versehenen EV-Generators der Fig. 22 & 23;

Fig. 25 ist ein Längsschnitt einer zylindersymmetrischen EV-Ge nerator- und Startvorrichtung;

Fig. 26 eine teilweise längsgeschnittene Darstellung eines zy lindersymmetrischen EV-Selektors und einer Führung;

Fig. 27 ist eine Draufsicht eines planaren EV-Selektors;

Fig. 28 ist eine stirnseitige Draufsicht des EV-Selektors der Fig. 27;

Fig. 29 ist eine Draufsichtdarstellung eines EV-Teilers;

Fig. 30 ist eine stirnseitige Draufsicht des EV-Teilers der Fig. 2g;

Fig. 31 ist eine Draufsicht eines weiteren EV-Teilers;

Fig. 32 ist eine stirnseitige Draufsicht des EV-Teilers der Fig. 31 mit einer Abdeckung;

Fig. 33 ist eine Draufsicht eines EV-Teilers mit variabler Ver zögerung;

Fig. 34 ist ein vertikaler Teilschnitt durch einen Teil des Teilers der Fig. 33 aus deren Ebene 34-34;

Fig. 35 ist eine Draufsichtdarstellung einer weiteren Form eines EV-Teilers mit variabler Verzögerung;

Fig. 36 ist eine Draufsicht einer EV-Weiche;

Fig. 37 ist ein Vertikalschnitt durch die EV-Weiche der Fig. 36 aus deren Ebene 37-37;

Fig. 38 ist eine Enddraufsicht auf die Weiche der Fig. 36 & 37;

Fig. 39 ist eine Draufsichtdarstellung eines EV-Oszilloskops;

Fig. 40 ist eine Enddraufsicht des EV-Oszilloskops der Fig. 39 mit einer Abdeckung und zeigt die Verwendung einer op tischen Vergrößerungseinrichtung mit diesem;

Fig. 41 ist ein teilgeschnittener Längsriß einer Elektronenkame ra und zeigt eine EV-Quelle vor dieser;

Fig. 42 ist ein Vertikalschnitt durch die Elektronenkamera der Fig. 41 aus deren Ebene 42-42;

Fig. 43 ist ein Seitenriß einer Kamera der in den Fig. 41 & 42 gezeigten Art zum Beobachten eines EV-Oszilloskops und die Optik einer FS-Kamera zum Beobachten des Ausgangs bilds der Elektronenkamera;

Fig. 44 zeigt schaubildlich die Anwendung mehrerer Elektronen kameras zum Beobachten des Verhaltens von EVs;

Fig. 45 ist eine schaubildliche isometrische Darstellung eines planaren Mehrelektroden-EV-Generators;

Fig. 46 ist eine Draufsichtdarstellung eines weiteren Mehrelek troden-EV-Generators;

Fig. 47 ist ein Vertikalschnitt durch den Mehrelektroden-EV- Generator der Fig. 46 aus deren Ebene 47-47;

Fig. 48 ist eine stirnseitige Draufsicht des Mehrelektroden-EV- Generators der Fig. 46 & 47;

Fig. 49 ist ein Längsschnitt durch eine "elektrodenlose" EV- Quelle;

Fig. 50 ist eine schaubildliche Darstellung einer mit EVs ar beitenden Wanderwellenröhre;

Fig. 51 ist eine schaubildliche Draufsicht einer mit EVs arbei tenden Wanderwellenschaltung;

Fig. 52 ist ein Vertikalschnitt durch einen mit EVs arbeitenden Impulsgenerator;

Fig. 53 ist eine Enddraufsicht des Impulsgenerators der Fig. 52;

Fig. 54 ist ein teilgeschnittener Seitenriß eines Feldemis sions-EV-Generators, der die Prinzipien des in den Fig. 52, 53 gezeigten Feldemissionsgenerators anwendet;

Fig. 55 ist eine Draufsichtdarstellung eines planaren Feld emissions-EV-Generators;

Fig. 56 ist ein Schaltbild zum Betrieb des Feldemissions-EV- Generators der Fig. 55;

Fig. 57 ist ein teilgeschnittener Seitenriß eines unter Benut zung von EVs arbeitenden Röntgengenerators;

Fig. 58 ist eine isometrische Sprengdarstellung einer EVs be nutzenden torgeschalteten Elektronenquelle;

Fig. 59 ist eine isometrische Sprengdarstellung einer mit EVs arbeitenden HF-Quelle;

Fig. 60 ist eine schaubildliche Darstellung eines EV;

Fig. 61 ist eine schaubildliche Darstellung einer EV-Kette;

Fig. 62 ist eine Draufsicht einer Kanalquellenanordnung, die zur EV-Erzeugung mit Elektronenvervielfachung arbeitet;

Fig. 63 ist eine stirnseitige Draufsicht auf den in Fig. 62 ge zeigten EV-Generator;

Fig. 64 ist eine graphische Darstellung des im EV-Generator der Fig. 62 gezeigten EV-Generator zu findenden Spannungs gefälles;

Fig. 65 ist eine schaubildliche Draufsichtdarstellung eines Zirkulatoranordnung zur Kreisführung von EVs;

Fig. 66 ist eine Schnittdarstellung des Zirkulators der Fig. 65 aus der Ebene 66-66 der Fig. 65;

Fig. 67 ist eine Draufsichtdarstellung einer Wellungsanordnung;

Fig. 68 ist eine Serie von Kraftdiagrammen zur Verwendung von EVs in verschiedenen Führungsstrukturen;

Fig. 69 ist eine schaubildliche Darstellung eines Paares von EV-Ablenkschaltern;

Fig. 70 ist eine schaubildliche Darstellung einer photoakti vierten Speichereinrichtung zur Verwendung mit EVs;

Fig. 71 ist eine schaubildliche Darstellung einer diodenakti vierten Speichereinrichtung zur Verwendung mit EVs;

Fig. 72 ist eine schaubildliche Darstellung einer ladungsakti vierten Speichereinrichtung zur Verwendung mit EVs;

Fig. 73 ist eine schaubildliche Darstellung eines Paares von EV-Schaltanordnungen;

Fig. 74 ist eine schaubildliche Darstellung einer Speicheran ordnung, die mit EVs gesetzt wird;

Fig. 75 ist eine schaubildliche Darstellung eines EV-Schritt schaltregisters;

Fig. 76 ist ein Blockdiagramm eines mit EVs arbeitenden Flach bildschirms;

Fig. 77 ist ein Vertikalschnitt durch ein EV-Schrittschaltre gister-Tor;

Fig. 78 ist ein Blockdiagramm einer Torreihe sowie einer Zeile von Schrittschaltregistern, die die Tore steuern;

Fig. 79 zeigt schaubildlich die Anordnung eines Zeilenselek tors, der für die Selektion und Einspeisung von EVs in die jeweilige Schrittschaltregisterzeile verantwort lich ist;

Fig. 80 ist eine stirnseitige Draufsicht eines LRC-Leiters für die Verwendung mit EVs;

Fig. 81 ist eine Draufsicht des LRC-Leiters der Fig. 80;

Fig. 82 ist eine Aufrißdarstellung des Führungskanals in dem in den Fig. 80 und 81 gezeigten LRC-Leiter;

Fig. 83 ist eine schaubildliche Draufsichtdarstellung eines Analog-Digital-Kodierers zur Verwendung in mit EVs ar beitenden Bildschirmen;

Fig. 84 ist eine Draufsichtdarstellung zweier sich kreuzender EV-Leiter; und

Fig. 85 ist eine Schnittdarstellung der in der Fig. 84 gezeig ten Ausführungsform aus der Ebene 85-85 der Fig. 84.

1. Definition und einige Eigenschaften von EVs

Ein EV ist ein diskretes, in sich abgeschlossenes und negativ geladenes Bündel von Elektronen. Obgleich die Konfiguration eines EVs noch nicht vollständig erklärt ist, wird, wie sich aus zahlreichen Beobachtungen des Verhaltens von EVs ergeben hat, das Insichabgeschlossensein vermutlich von zwischen den Elektronen des Bündels wirkenden elektromagnetischen Feldern verursacht. Diese Einsicht steht natürlich in scharfem Gegen satz zu einem herkömmlichen Elektronenstrahl, dessen Elektronen nur durch ein externes elektrostatisches oder magnetisches Feld zusammengehalten werden. Wie bekannt, zeigen Elektronen, da je weils negativ geladen, die Neigung, einander abzustoßen.

Es ist weiterhin einzusehen, daß, obgleich das EV ein in sich abgeschlossenes Bündel von Elektronen ist, es bevorzugt und im Gegensatz zu einem Einzelverhalten in Verbindung tritt mit an deren Objekten oder Gebilden wie bspw. anderen EVs, Dielektrika und Elektroden und, sofern es keine solche Verbindung eingehen kann, nach einer gewissen Zeit zerfällt.

Unter den Haupteigenschaften eines EVs sind seine verhältnismä ßig geringe Größe (bspw. größenordnungsmäßig 1 µm in der seit lichen Ausdehnung, aber auch mehr oder weniger bis hinab zu 0,1 µm) sowie seine hohe unkompensierte Elektronenladung (d.h. ohne positive Ionen bzw. mindestens mit einer Obergrenze von einem Ion pro 10000 Elektronenladungen) hervorzuheben, die typischerweise in einer Größenordnung von 10¹¹ Elektronenla dungen liegt. Die beobachtete Mindestladung für ein 1 µm-EV betrug 10 Elektronenladungen. Die Ladungsdichte eines EV nähert sich der durchschnittlichen Dichte eines Festkörpers, d.h. größenordnungsmäßig 6,6×10²³ Elektronenladungen/cm³, aber ohne Raumladungsneutralisation durch Ionen oder relati vistische Bewegung. Die vom EV unter angelegten Feldern er reichte Geschwindigkeit (größenordnungsmäßig ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit) weist darauf hin, daß das Ladungs-zu- Masse-Verhältnis des EV dem eines Elektrons ähnlich ist; die Ablenkung von EVs durch Felder bekannter Polarität zeigt, daß EVs sich wie Elektronen, d.h. negativ geladene Gebilde ver halten.

So weit sich derzeit bestimmen läßt, hat ein EV sehr wahr scheinlich eine etwa sphärische Gestalt; es kann aber auch torusförmig sein und eine Feinstruktur aufweisen. Die Fig. 60 zeigt schaubildlich ein EV als eine zentrale Kugel 800 aus in sich abgeschlossen zusammenhängenden Elektronen, die ein elek tromagnetisches Feld 801 umgibt. Die Verkopplung der EVs er zeugt quasistabile Strukturen. Einzelne EVs sind selten zu be obachten. EVs neigen dazu, sich wie die Perlen einer Kette auf zureihen, wie es schaubildlich in der Fig. 61 dargestellt ist, wo die EV-Perlen in der Kette eine gewisse Freiheit haben, unter dem Einfluß externer oder interner Kräfte sich umeinander zu drehen bzw. zu verdrallen. Wie beobachtet wurde, bilden die Ketten, die geschlossen sind, ringartige Strukturen mit bis zu 20 µm Durchmesser und mehrere Ketten können sich ebenfalls vereinen und sich auf verhältnismäßig geordnete Weise mitein ander ausrichten. In der Kette 810 der Fig. 61 sind die zehn EVs 812, 814, 816, 818, 820, 822, 824, 826, 828 und 830 in einer allgemein kreisförmigen Anordnung dargestellt. Der Ab stand der EV-Perlen einer Kette entspricht normalerweise dem Durchmesser der einzelnen Perlen, der Abstand eines Kettenrings von einem anderen in der Größenordnung etwa einem Ringdurch messer. Ein 1 µm weiter Ring aus zehn EV-Perlen (typische An zahl von Perlen in einem Ring) kann 10¹² Elektronenladungen enthalten. Innerhalb eines Kettenrings lassen sich einzelne EV- Perlen beobachten. Ein EV-Gebilde, das in seinem Wesen einem nichtneutralen Elektronenplasma entspricht, ist am stärksten gebunden, wobei die Bindungskraft zwischen den EV-Perlen in einer Kette schwächer und schließlich die Bindung zwischen Perlenketten am schwächsten ist. Alle diese Bindungsenergien scheinen jedoch höher als die chemische Bindungsenergien von Stoffen zu sein. Weitere Eigenschaften von EVs sind unten er läutert.

2. Generatoren

Ein EV läßt sich am Ende einer Elektrode erzeugen, an die eine ausreichend hohe negative Spannung gelegt ist. Die Fig. 1 & 2 zeigen einen allgemein mit 10 bezeichneten EV-Generator mit einer Elektrode 12 in der allgemeinen Gestalt eines langge streckten Stabes mit einem zu einer Spitze auslaufenden Hals abschnitt 12 a, der allgemein abwärts zu einer Anodenplatte 14 gerichtet ist, die eine dielektrische Platte 16 von der Kathode trennt. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Anode bzw. Fang elektrode 14 auf einer verhältnismäßig positiven Spannung (ggf. das Massepotential) gehalten, während ein negativer Impuls von etwa 10 kV an die Kathode 12 gelegt wird, um an der Spitze der Kathode ein starkes elektrisches Feld zu erzeugen. Bei der re sultierenden Feldemission an der Kathodenspitze entstehen ein oder mehrere EVs im allgemeinen etwa dort, wo die Spitze der Kathode sich dem Dielektrikum bei A nähert oder es berührt. Die EVs werden zur Anode 14 hin angezogen und wandern über die Oberfläche des Dielektrikums 16 bspw. entlang des mit der ge strichelten Linie B angedeuteten Pfades zur Anode, solange die dielektrische Oberfläche ungeladen bleibt. Die Wanderung eines oder mehrerer EVs über die dielektrische Oberfläche kann diese örtlich geladen zurücklassen. Ein folgendes EV läuft dann ent lang einer unregelmäßigen Bahn über sie, sofern die Oberflä chenladung sich nicht vorher zerstreut, wie unten ausführlicher diskutiert. Die isolierende dielektrische Platte 16, bei der es sich vorzugsweise um ein hochwertiges Dielektrikum wie Quarz handelt, verhindert eine direkte Entladung der Kathode 12 zur Anode 14 und bietet auch die Oberfläche an, entlang der die EV wandern können.

Falls erwünscht, kann eine Nachweis-Platte ("witness plate") 18 an der Anode 14 angeordnet sein, um von der Kathode 12 kommende EVs abzufangen. Diese Nachweis-Platte 18 kann eine leitfähige Folie sein, die vom Auftreffen eines EVs eine sichtbare Schad stelle zurückbehält. Sie kann also dazu dienen, die Erzeugung von EVs wie auch deren Auftreffpunkte auf der Anode 14 zu er mitteln. Weiterhin läßt ein über die dielektrische Oberfläche laufendes EV auf ihr einen sichtbaren Streifen zurück. Wie im folgenden diskutiert, lassen sich gemeinsam mit dem Generator 10 weitere Elemente verwenden, um die so erzeugten EVs zu handhaben und/oder auszunutzen.

Der Generator 10 kann in einem geeigneten Gehäuse (nicht ge zeigt) angeordnet und so nach Wunsch im Vakuum oder in einer kontrollierten Gasatmosphäre betrieben werden. Im allgemeinen können alle hierin offenbarten Elemente auf diese Weise in geeigneten Gehäusen angeordnet werden, um die Atmosphäre wählen zu können, in der sie arbeiten sollen. Anschlüsse oder dergl. und Gasleitungen können dazu dienen, elektrische Signale und ein gewähltes Gas mit dem gewünschten Druck durch die Gehäuse wandungen hindurchzuführen.

Die in Fig. 1 angegebene Abmessung von 10 mm ist für EV-Gene ratorkomponenten typisch. Werden EVs in kleiner Zahl erzeugt und gehandhabt, lassen sie sich mit baulich kleinen Vorrich tungen herstellen und führen. Auch wenn größere Vorrichtungen verwendet werden, sucht ein EV die kleinsten Details größerer Strukturen, läßt sich von ihnen führen und wirkt sehr aktiv mit ihnen zusammen; es läßt größere Details unbeachtet. In erster Näherung lassen die Erzeugung und Handhabung einzelner EV-Per len sich mit Strukturen bewerkstelligen, deren Abmessungen über alles bis hinab zu 10 µm betragen.

Generell sind für die Verwendung beim Aufbau von Strukturen zur Erzeugung, Handhabung und Nutzung von EVs sehr stabile Werk stoffe erwünscht, einschl. von Feuerfest-Metallen und -Dielek trika, die danach ausgewählt werden, daß sie der Bindungsener gie eines EVs so nahe wie möglich kommen, um die nutzbare Le bensdauer der Strukturen nicht zu beeinträchtigen. Einige die lektrische Stoffe wie Kunststoffe mit niedrigem Schmelzpunkt sind nicht so gut geeignet wie andere, bspw. Keramiken.

Bei jedem EV-Generator muß unabhängig davon, ob eine Gleich spannung oder ein Impulssignal an die Kathode gelegt wird, der Stromkreis geschlossen werden. Hierzu wird mit einer Elektrode des EV eingefangen (außer im Fall der "elektrodenlosen" Quel len, die unten diskutiert sind) .

Eine weitere Form eines EV-Generators ist allgemein bei 20 in Fig. 3 gezeigt und weist eine zylindersymmetrische Kathode 22 mit einem konischen Ende auf, das einer Anode/Fangelektrode 24 zugewandt, aber von dieser beabstandet angeordnet und ebenfalls zylindersymmetrisch ist. Der Arbeitsstromkreis enthält einen Lastwiderstand 26, über den die Anode 24 an Masse gelegt ist, während ein strombegrenzender Eingangswiderstand 28 zwischen die Kathode 22 und einen Eingangsanschluß 30 gelegt ist. Am Ausgangsanschluß 32 an der Anode 24 können zusätzliche System teile angeschlossen werden - bspw. eine Detektoreinrichtung (nicht gezeigt) wie ein Oszilloskop, mit dem über den Anschluß 32 das Aufschlagen von EVs auf der Anode ermittelt werden kann.

Ein Gehäuse wie ein zylindrischer Glaskolben 34 kann vorgesehen sein, damit die Atmosphäre im Spalt zwischen der Kathode 22 und der Anode 24 sich auf ein Vakuum oder einen gewählten Gasdruck einstellen und kontrollieren läßt. Der rohrförmige Kolben 34 kann auf geeignete Weise verschlossen und mit Verbindungslei tungen (nicht gezeigt) zu einer Vakuumpumpe und/oder einer Gas versorgung versehen sein, um die Atmosphäre innerhalb des Kol bens einzustellen.

Die Kathode 22 kann mit einem negativen Impuls oder mit Gleich spannung von etwa 2 kV relativ zur Anode angesteuert werden. Die Dauer des negativen Impulses kann einige Nanosekunden bis zur konstanten Gleichspannung betragen, ohne die EV-Produktion wesentlich zu beeinflussen. Bei großen Impulsbreiten muß der Eingangswiderstand 28 so gewählt werden, daß sich im Glaskolben keine Glühentladung halten kann. Bei Hochvakuum oder einem nie drigen Druck von bspw. 10-3 Torr läßt die Entladung sich leicht löschen und der Widerstand 28 kann entfallen; bei einer Gasat mosphäre mit höherem Druck muß jedoch der Widerstandswert zum Gasdruck passend so gewählt werden, daß die Entladung gelöscht wird. Zum Betrieb mit sowohl Vakuum als auch Gasatmosphäre und einer Impulsbreite von bspw. 0,1 µs ist ein typischer Wider standswert von 500 bis 1500 Ω geeignet.

Betreibt man den Generator 20 mit Hochvakuum, sollte vorzugs weise der Abstand zwischen der Kathode 22 und der Anode 24 bei an die Kathode gelegtem 2kV-Signal geringer als 1 mm sein. Für den Betrieb mit einer Gasatmosphäre von einigen Torr kann man den Abstand zwischen der Kathode 22 und der Anode 24 auf mehr als 60 cm vergrößern, sofern man am Glaskolben, wie gezeigt, eine Masseebene 36 anordnet. Diese Masseebene 36 kann teilweise oder vollständig um den Kolben 34 herumverlaufen. In speziellen Anwendungen läßt sich der Glaskolben 34 durch andere Anordnun gen zum Führen von EVs ersetzen, wie unten diskutiert, und ver schiedene Schaltungen lassen sich aufbauen, um die Eigenschaf ten der EVs vorteilhaft zu nutzen.

3. Die Kathoden

Die Kathoden (bspw. 12 und 22, wie oben diskutiert) lassen sich mit jeder geeigneten Technologie (Schleifen und Polieren, auch chemisches Ätzen) zulaufend fertigen, um eine Spitze zu errei chen, die spitz genug ist, um die Konzentration eines sehr starken Feldes an ihrem Ende zu erlauben. Unter normalen Bedin gungen wird beim Entstehen der EVs an der Spitze einer solchen Metallelektrode das Elektrodenmaterial zerstreut und die Spitze durch die in ihr verbrauchte Energie zerstört; die zum Erzeugen von EVs erforderliche Spannung nimmt dann zu. Die Kathode kann aber mit einer Quelle eines flüssigen Leiters verbunden sein, so daß die Elektrodenspitze sich sehr schnell regeneriert. Die Fig. 4 zeigt eine Metallelektrode 40, die von einer auf die Kathode aufgebrachten leitfähigen Substanz benezt wird, so daß das Beschichtungsmaterial zur Elektrodenspitze wandern kann. Das wandernde Material erneuert das Ende der Elektrode und er hält die spitze Gestalt, während die Erzeugung der EVs an ihr sie erodieren will. Die Oberflächenspannung des Beschichtungs materials 42, dessen Zerstörung an der Spitze und das elektri sche Feld an der Kathode bewirken gemeinsam eine Wanderung der Beschichtungssubstanz zur Spitze.

In der Fig. 5 ist die Elektrode 44 von einem Rohr 46 umgeben, wobei ein Ringspalt 48 zwischen der Außenfläche der Elektrode und der Innenfläche des Rohrs verbleibt. Dieser Spalt 48 nimmt einen Vorrat des Beschichtungsmaterials 50 auf, das in ihm durch seine Oberflächenspannung gehalten wird, aber die Kathode benetzt und zur Spitze der Kathode wandert, wobei es einen Be lag 52 auf dieser bildet, um eine ausreichend spitz zulaufende Kathodenspitze zu bilden. Dieses Rohr 46 ist vorzugsweise nichtleitend (bspw. Aluminiumoxid-Keramik), um eine unerwünsch te Elektronenemission vom Rohr sowie eine unerwünschte Wande rung des Benetzungsstoffs entlang des Rohrs zu vermeiden. An sonsten kann auch ein leitfähiges Rohr verwendet werden, sofern es der Kathodenspitze nicht zu nahe kommt, da es dann Elektro nen emittieren würde. Das Beschichtungsmaterial 50 kann im allgemeinen eine beliebige metallische Flüssigkeit wie Queck silber sein, das über eine bspw. aus Kupfer gefertigte Elek trode 44 wandert.

Die Kathoden 40, 44 der Fig. 4 bzw. 5 sind für die EV-Emission von einem bestimmten Punkt aus angelegt. Die rohrförmige Elek trode 54 der Fig. 6 ist an einem Ende konisch zu einer scharfen kreisförmigen Kante bzw. Kreislinie 56 ausgenommen, an der EVs erzeugt werden. Der zylindrische Abschnitt des Innenraums der Kathode 54 bildet aufgrund der Oberflächenspannung einen Vorrat des Beschichtungsmaterials 58 aus, das die konische Innenfläche der Kathode benetzt und an ihr entlang zur emittierenden Kante 56 wandert. Das Material 58 erneuert daher die Kreiskante 56, damit sie für die EV-Erzeugung ausreichend scharf bleibt.

Für eine Quelle, die zur EV-Erzeugung wiederholt erregt werden kann, ist im allgemeinen ein wandernder Leiter auf einem leit fähigen Substrat erforderlich, das feldverstärkend gestaltet ist. Die scharfe Spitze einer Kathode (vergl. Fig. 4 oder 5) läßt sich weiterhin dadurch zuspitzen, daß der metallische Be lag auf ihr vom angelegten Feld zu einem mikroskopisch feinen Konus ausgezogen wird. Analog wird das Beschichtungsmaterial in einer Rohrkathode der in der Fig. 6 gezeigten Art infolge von Feldeffekten zur Kreiskante hin gezogen und bildet dort eine besonders scharfe Kante mit mikroskopisch feinen emittierenden Konusstrukturen aus.

Zur Herstellung benetzter Kathoden läßt sich generell eine breite Vielfalt von Werkstoffen einsetzen. Für den Betrieb eines EV-Generators bei Zimmertemperatur läßt die Kathode sich typischerweise als mit Quecksilber beschichteter zugespitzter Kupferdraht aufbauen. Alternativ kann man das Quecksilber auf Silber oder Molybdän auftragen. Analog lassen sich Gallium-, Indium- oder Zinn-Blei-Legierungen zur Beschichtung einer gro ßen Anzahl von Substratmetallen verwenden, um Kathoden herzu stellen. Beispiele für Kathodenstrukturen zum Einsatz bei hohen Temperaturen sind mit Aluminium beschichtetes Titankarbid für den Betrieb bei 600°C und mit Boroxidglas beschichtetes Wolfram für den Betrieb bei etwa 900°C.

Nichtmetallische leitfähige Beläge lassen sich ebenfalls verwenden. Bspw. sind Beläge aus mit Kalium- oder Natriumjodid dotiertem Glyzerin oder aus mit Salpetersäure dotiertem Nitro glyzerin erfolgreich auf einer Anzahl metallischer Substrate wie Kupfer, Nickel, Wolfram und Molybdän verwendet worden. Das Glyzerin wird durch die Säure nitriert bzw. dotiert und dem organischen Stoff so eine gewisse Leitfähigkeit erteilt. Wird das Beschichtungsmaterial nur zu einer sehr dünnen Schicht auf gebracht, ist eine Dotierung zur Leitfähigkeitserteilung jedoch nicht nötig. Die Polarisierung des Stoffes reicht dann aus, um ihn in einem Feld zu bewegen und so zu einer feldverstärkenden Spitze zu pumpen.

Es ist einzusehen, daß der Betrieb einer benetzten Quelle - insbesondere bei unteratmosphärischem Druck oder gar im Vakuum - von einem Verdampfen des Benetzungsstoffs oder der Entwick lung gasförmiger Produkte begleitet ist. Dabei können abhängig vom Benetzungsstoff organische oder anorganische Gase entste hen. Die Feldemission wird von einem Strom in der Kathode be gleitet, der sie aufheizt und den Benetzungsstoff verdampfen läßt. Die feldemittierenden Elektronen schlagen auf die Dampf teilchen und ionisieren sie. Die resultierende positive Ionenwolke verstärkt die Feldemission weiter bis zu einem explosionsartigen "Runaway"-Prozeß, der eine hohe örtliche Elektronendichte bewirkt.

Variationen der benetzten Kathoden können die Wanderung des Be netzungsmaterials fördern, verdampftes Material zur Quelle zu rückführen, die felderzeugende Struktur scharf halten und/oder dazu beitragen, daß die Ionisierungszeit kurz wird, um hohe Im pulsfrequenzen zur EV-Erzeugung zuzulassen. Um die von benetz ten Kathoden gebotene Regeneration ausnutzen zu können, muß die Impulsfrequenz des zur EV-Erzeugung an die Kathode gelegten Signals niedrig genug sein, um eine Wanderung des Beschich tungsmaterials zur Spitze bzw. Kante zwecks Wiederherstellung zwischen den Impulsen zuzulassen. Bei ausgedehnten bzw. Linien quellen wie der Kreiskathode 54 der Fig. 6 kann die Impulsfre quenz jedoch auf weiter höhere Werte angehoben werden, als für Spitzkathoden praktisch sinnvoll ist, da es nicht erforderlich ist, die gesamte Linie zwischen den Impulsen durch eine Wande rung des Beschichtungsstoffes zu regenerieren. Irgendein Teil der Linienkathode bleibt im allgemeinen für die EV-Erzeugung scharf genug, nachdem anderswo auf der Linie EVs entstanden sind.

Die Fig. 7 zeigt einen EV-Generator 60 mit einer keramischen Basis 60 und einer planaren (Oberflächen-) Kathode 64 auf deren einer und einer planaren Anode (Gegenelektrode) 66 auf der an deren Seite in einer der Kathode zugewandten Lage. Die Kathode 64, die effektiv eine andere Form einer ausgedehnten bzw. Lini enquelle ist, kann mit einem Metallhydrid wie bspw. Zirkon- oder Titanhydrid beschichtet sein, um EVs zu erzeugen. Die Wirksamkeit einer solchen Kathode bleibt erhalten, sofern das Hydrid mit Wasserstoff versorgt wird. Dies ist möglich, indem man den Generator (die Quelle) in einer Wasserstoffatmosphäre so betreibt, daß die Kathode im Thyratron-Modus arbeitet; es handelt sich hierbei um eine bekannte Hydrid-Regenerations technik. Da jedoch kein Benetzungsmaterial dem Kathodengrund material zufließt, ist nach einer gewissen Einsatzzeit das Beschichtungsmaterial zerstreut und läßt die Quelle sich nicht mehr erregen. Daher hat im allgemeinen eine Oberflächenquelle 64 eine kürzere Standzeit als Kathoden, die mit einem wandern den Benetzungsstoff beschichtet sind, wie die in Fig. 4-6 gezeigten. Weitere Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeits weise eine Oberflächengenerators der in Fig. 7 gezeigten Art sind weiter unten erläutert.

4. Separatoren

Im allgemeinen wird die Erzeugung von EVs begleitet von einer Plasmaentladung mit Ionen und disorganisierten Elektronen all gemein dort, wo die EVs an der Kathode entstehen, wobei die Plasmaladungsdichte mindestens 10⁶ Elektronenladungen/µm³ und typischerweise 10⁸ Elektronenladungen/µm³ beträgt. Bei ver hältnismäßig geringem Abstand zwischen Kathode und Anode der Quelle liegt die die EV-Bildung begleitende hohe Plasmadichte gewöhnlich als örtlicher Funken vor. Mit zunehmendem Abstand Kathode-Anode ist die EV-Erzeugung und -Übertragung von der Bildung von Streamern, d.h. angeregten Ionen in einem Gaszu stand entlang der Bahn eines EVs begleitet, die bei Elektronen übergängen Licht emittieren. Wie bereits erwähnt, weist ein EV selbst eine extrem hohe Gesamtladungsdichte auf. Typischerweise kann ein Kettenring aus zehn EV-Perlen mit jeweils etwa 1 µm Breite 10¹² Elektronenladungen enthalten und läuft bei 1/10 der Lichtgeschwindigkeit innerhalb von 10^-14 s an einem Punkt vor bei; diese hohe Stromdichte läßt sich von einem gewöhnlichen Elektronenstrom leicht unterscheiden. Im Fall von Impulsquellen ist zusätzlich zur externen Ladungserzeugung, die die EV-Erzeu gung begleiten kann, mit der Bildung eines EVs für jeden an die Kathode gelegten Impuls zu rechnen.

Die verschiedenen Komponenten der bei der EV-Entstehung vor liegenden Plasmaentladung gelten für das EV als Verunreinigung und werden vorzugsweise von den sich fortbewegenden EVs abge trennt. Dies kann bspw. erfolgen, indem man die EV-Quelle in einen Separator einschließt oder eine Apertur oder kleine Führungsnut zwischen der Quelle und der Fangelektrode (Anode) anordnet. Auf dem Mantel ist die für die EV-Erzeugung verwen dete Gegenelektrode angeordnet. Die Verunreinigungen aus der Entladung werden dann innerhalb des Separators zurückgehalten, während die EVs ihn durch die Apertur oder Nut zur Fangelek trode hin verlassen können.

Ein EV-Generator, wie er allgemein mit dem Bezugszeichen 70 in Fig. 8 gezeigt ist, hat eine zylindersymmetrische Spitzkathode 72 bspw. aus mit Quecksilber benetztem Kupfer sowie eine Flach anode 74 und ist mit einem zylindersymmetrischen Separator 76 ausgerüstet. Der Separator 76 weist ein allgemein rohrförmiges Element vorzugsweise aus einem Dielektrikum wie bspw. einer Aluminiumoxid-Keramik auf, das sich über die Spitze der Kathode 72 hinaus in einem Bereich 78 mit kegelstumpfförmiger Außen- und Innenfläche (letztere mit kleinerem Kegelwinkel) zu einer Öffnung 80 verjüngt, die die verhältnismäßig scharfe Kreiskante am Ende des Rohrelements umgreift. Besteht der Tunnel 76 aus einem dielektrischen Werkstoff, ist eine Gegenelektrode 82 auf der Außenfläche des Tunnels ausgebildet und wird auf einem zur Kathode 72 positiven Potential gehalten, während die Anode 74 positiver als die Gegenelektrode ist. Typischerweise können die Spannungswerte im Bereich von 4 kV, 2 kV und 0 V auf der Fang anode 74, der Gegenelektrode 82 bzw. der Kathode 72 liegen. Die Elektrode 82 liefert nicht nur das positive Potential zur Bildung der EVs, sondern wirkt auch als Gegenelektrode für die Bewegung der EVs durch die Öffnung 80, während die versetzte Anode 74 bspw. eine Last darstellt und durch eine beliebige andersartige Nutzlast ersetzt werden kann. Andere Stoffe wie Halbleiter lassen sich zur Herstellung des Tunnels 76 mit ge eigneter Isolation gegenüber der Kathode 72 verwenden. In die sen Fällen kann das Tunnelmaterial selbst als Gegenelektrode dienen.

Da ein EV in einen dielektrischen Separator 76 eine Bildladung influenziert, wird es zur dielektrischen Oberfläche hin angezo gen. Die verschiedenen Verunreinigungen der erzeugenden Entla dung (einschl. Elektronen und Ionen) lassen sich mit dem Tun nelseparator 76 abstoßen und gleichzeitig die EVs zum Tunnel hin anziehen. Die EVs treten dann durch die Öffnung 80 von Ver unreinigungen frei aus, die innerhalb des Separators 76 zurück gehalten werden. Der Querschnitt der Öffnung 80 muß so gewählt sein, daß sie einen Austritt der EVs erlaubt, aber gleichzeitig so eng, daß sie die Verunreinigungen aus der Entladung zurück hält und deren Durchgang durch sie verhindert.

Der Aufbau des Generators 70 mit einem rohrförmigen Separator 76 mit einer kleinen Öffnung 80 ist verhältmäßig zweckmäßig für den Einsatz verschiedenartiger Atmosphären zwischen der Kathode 72 und der Anode 74. Bspw. kann auf der Austrittsseite der Öff nung 80 des Separators 76 ein Vakuum oder ein gewählter Gas druck herrschen. Im Inneren des Separators 76, in dem die Ka thode 72 angeordnet ist, kann nach Wunsch mit einem von der Austrittsseite unterschiedlichen Vakuum- oder Gasbereich ver bunden sein. Zur Aufrechterhaltung der gewünschten Atmosphären lassen sich geeignete Pumpeinrichtungen vorsehen.

Während der oben gezeigte und beschriebene Separator 76 trich terförmig gestaltet ist, hat sich ergeben, daß ein eckiges Kästchen (nicht gezeigt) mit einer kleinen Öffnung ähnlich der Öffnung 80 zum Durchgang der EVs gut dazu geeignet ist, die EVs vom Rest der elektrischen Entladung zu trennen, bei dem es sich, wie bereits dargelegt, um Elektronen, positive und nega tive Ionen, neutrale Partikel und Photonen handeln kann.

Die Fig. 9 zeigt allgemein mit dem Bezugszeichen einen EV-Gene rator mit einem Separator für den Einsatz in einem planaren Ge neratoraufbau. Eine dielektrische Basis 86 ist mit einer Obera flächenkathode 88 versehen. Ein Separator in Form einer dielek trischen Abdeckung 90 erstreckt sich über die Kathode 88 und über sie hinaus und läuft zu einer schrägen Außenfläche aus, die mit einer flacher schrägverlaufenden Innenfläche gemeinsam eine verhältnismäßig scharfe Kante bildet, die in einem kurzen Abstand 92 über der Basis 86 endet. Wie die Fig. 10 zeigt, ist der Separator 90 auch in Querrichtung an der Kante zur Lücke 92 hin zugespitzt und weist weiterhin Wandungen 94 auf, die mit der geschrägten Innenfläche zusammen den zwischen der Separa torabdeckung und der Basis 86 eingeschlossenen Raum begrenzen. Die flache Außenfläche der Abdeckung 90 ist teilweise mit einer Gegenelektrode 96 beschichtet, die über etwa 2/3 der Länge der schrägen Außenfläche der Abdeckung abwärtsverläuft und ein ge genüber der Kathode 80 positives Potential zur Erzeugung und Fortbewegung von EVs führt. Eine Targetanode 98 auf der entge gengesetzten Seite der Keramikbasis 86 fängt die EVs auf und kann durch eine andere Last zur Handhabung und/oder Nutzung der erzeugten EVs ersetzt sein.

Der Separator 90 arbeitet im wesentlichen wie der Separator 76 der Fig. 8, indem die an der Kathode 88 in Fig. 9 erzeugten EVs von der Gegenelektrode 96 auf der Abdeckung 90 zur Öffnung 92 angezogen werden, während Verunreinigungen aus der Entladung innerhalb der Abdeckung 96 verbleiben. Alternativ kann die Ka thode 88 in eine (nicht gezeigte) Nut, die über die Rückseite der Abdeckung 90 verläuft, und die Abdeckung auf die Basis 86 aufgesetzt sein. Eine kleine Nut kann auf der Unterseite der Abdeckung oder auf der Basis im Bereich 92 vorgesehen sein, um EVs zu gestatten, die umschließende Abdeckung zu verlassen. Die Nut der Kathode 88 kann weiter durch den Bereich 92 verlaufen, damit die EVs unter der Abdeckung 90 hindurch austreten können. Weiterhin kann die Gegenelektrode 96 entfallen, wenn die Anode 98 nach links (in Fig. 9) unter den Bereich 92 verläuft.

Die Basis 86 und die Abdeckung 90 können aus Keramikwerkstoff wie Aluminiumoxid hergestellt sein, während es sich bei der Gegenelektrode 96 und der Anode 98 um eine leitfähige Schicht aus bspw. auf das Keramiksubstrat aufgebranntem Silber handeln kann. Die Kathode 88 kann bspw. aus auf das Dielektrikum auf gebranntem Silber hergestellt und mit Quecksilber benetzt sein.

Andere Beschichtungsverfahren zur Erstellung von Leiterbahnen wie Aufdampfen ("thermal evaporation") oder Sputtern lassen sich zur Bildung der Gegenelektroden der beiden Separatoren 76 und 90 der Fig. 8 bzw. 9 anwenden. Die von den Separatoren dar gestellten Öffnungen müssen klein genug sein, um den Durchgang von EVs zu gestatten, die Verunreinigungen aus der Entladung aber zurückzuhalten. Bspw. kann die Öffnung 80 des Separators 76 in Fig. 8 für einen mit 2 kV arbeitenden Generator bei einer Kreislippendicke von etwa 0,025 cm einen Durchmesser von etwa 0,05 mm haben. Die Lippen- und Öffnungsabmessungen des Separa tors 90 der Fig. 9 können in der gleichen Größenordnung liegen. In beiden Fällen erlauben kleinere Öffnungen niedrigere Span nungen, filtern aber die Verunreinigungen dennoch wirksam aus. Im allgemeinen ist die genaue Querschnittgestalt des Separators für seine Filterfunktion nicht überwiegend wichtig.

5. RC-Führungen

Generell wirkt eine Anode bei der Herstellung eines zur Erzeu gung von EVs geeigneten elektrischen Potentials mit einer Kathode zusammen und kann als Target oder Last des Generators dienen, auf das bzw. die die EVs aufschlagen. Im allgemeinen treffen die EVs auf eine Gegenelektrode nicht auf; diese dient vielmehr zur Steuerung bzw. Beeinflussung der EVs und kann bei der Erzeugung von EVs vorgesehen sein. Bspw. tragen die Gegen elektroden 82 und 96 der Fig. 8 bzw. 9 dazu bei, die EVs aus dem Bereich der EV-Entstehung an der jeweiligen Kathode abzu ziehen. Die EVs laufen jedoch weiter und schlagen potentiell auf die Anode 74 bzw. 98 auf, obgleich beide Gegenelektroden 82, 96 auch mit ihrer Spannung zur EV-Bildung beitragen. Wie im folgenden ausführlicher diskutiert, kann ein EV auf oder nahe an einer Oberfläche einer Dielektrikums entlanglaufen, das in seine Ausbreitungsbahn eingebracht worden ist. Wird eine Mas seebene bzw. Gegenelektrode mit geeignetem positivem Potential relativ zur erzeugenden Kathode auf der entgegengesetzten Seite des Dielektrikums angeordnet, wird das kathodenseitig über das Dielektrikum laufende EV durch dieses hindurch zur Gegenelek trode angezogen. Diese Anziehung kann dazu ausgenutzt werden, den Weg des EVs entlang des Dielektrikums zu beeinflussen, wie im folgenden - insbesondere für den Fall von RC-(Widerstands/- Kapazitäts-)-Führungen für EVs - ausführlicher erläutert.

Wird ein EV mit einer dielektrischen Struktur gerichtet, auf deren anderer Seite sich eine Gegenelektrode oder eine Anode mit relativ positivem Potential befindet, kann das EV scheinbar regellos über die Oberfläche des Dielektrikums laufen. Die Bahn des EVs wird jedoch von örtlichen elektrischen Effekten wie der dielektrischen Polarisierbarkeit und der Oberflächenladung, der Oberflächentopologie, der Dicke des Dielektrikums und dem An fangspotential der Gegenelektrode sowie deren Leitfähigkeit be stimmt. Der wesentlichste Mechanismus, der die Bewegung von EVs auf dielektrischen Oberflächen beeinflußt, ist die Polari sierbarkeit des Dielektrikums, infolge der eine Bildkraft ent steht, die das EV zum Dielektrikum hin anzieht, es aber nicht fortbewegt. Auch wenn eine Gegenelektrode mit geeignetem Po tential fehlt, zieht die influenzierte Bildladung ein EV zur Oberfläche des Dielektrikums hin an. Das EV kann nun aber nicht in das Dielektrikum eindringen. Folglich zeigt das EV die Nei gung, über die Oberfläche des Dielektrikums zu wandern; er reicht es dabei eine Kante oder Ecke, wird es diese im allge meinen umrunden. Wie bereits erwähnt, zeigen EVs die Neigung, feinen Strukturdetails zu folgen, und dies manifestiert sich an dem Führungseffekt, den Oberflächenkratzer und -fehler ausüben. Allgemein läßt sich sagen, daß bei einem Schnitt zweier dielek trischer Flächen oder Ebenen unter einem Winkel von weniger als 1800 das EV entlang der Schnittlinie geführt wird.

Die Fig. 11 und 12 zeigen allgemein bei 100 ein EV-Führungsbau teil mit einem dielektrischen Basiselement 102 mit einer glat ten Nut 104, die die Führung verbessert. Eine planare Gegen elektrode 106 deckt den größten Teil der der Nut 104 entgegen gesetzten Oberfläche der Basis 102 ab und kann auf einem ge genüber der emittierenden Kathode, die allgemein auf ein Ende der Nut gerichtet ist, positiven Potential gehalten sein. Die Führung 100 kann bspw. gemeinsam mit einem EV-Generator der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art und einem Separator der in den Fig. 9 und 10 gezeigten Art Einsatz finden. Jedoch ist eine derartige Führung 100 für die Verwendung mit praktisch jeder EV-Quelle sowie anderen Systemteilen geeignet. Eine optionale Abdeckung 108 ebenfalls aus dielektrischem Werkstoff ist in der Fig. 11 dargestellt und auf der Basis 102 aufliegende über die Nut 104 gelegt.

Die Nut 104 braucht nur wenige Mikrometer breit und tief zu sein, um EVs in kleiner Anzahl zu führen. Mit zunehmender zu führender Leistung und Anzahl der zu führenden EVs reicht je doch der Platz nicht mehr aus; die Nut muß dann vergrößert werden. Die Querschnittsgestalt der Nut 104 ist für ihre Fä higkeit, EVs zu führen, nicht elementar wichtig. Mit von einem Generator der in den Fig. 1 & 2 oder der Fig. 3 gezeigten Art erzeugten EVs, die von einem Separator der in der Fig. 8 bzw. Fig. 9 und 10 gezeigten Art in ein Führungselement der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Art eingekoppelt wird, das eine di elektrische Basis aus geschmolzenem Siliziumoxid ("fused silica") oder Aluminiumoxid einer Gesamtdicke von 0,254 mm mit einer Nut 104 einer Tiefe und Breite von jeweils 0,05 mm auf weist, läßt der Führungseffekt sich demonstrieren.

Die Fig. 13 und 14 zeigen allgemein bei 110 eine Abänderung einer planaren Führung mit einer dielektrischen Basis 112 mit einer dielektrischen Kachel 114, die auf die Basis aufgesetzt und geeignet auf ihr festgelegt ist. Der Schnitt der Oberfläche der Basis 112 mit der Oberfläche der Kachel unter einem Winkel von 900 (d.h. der Hälfte bspw. der Nut 104 der Fig. 11 & 12) ergibt eine 900-V-Kerbe, entlang der sich EVs fortbewegen kön nen. Der Führungseffekt wird jedoch durch die gezeigte Fase von etwa 450 entlang der der Basis zugewandten Kachelfläche verbes sert, die die allgemein bei 116 gezeigte Nut ergibt. Eine Ge genelektrode 118 ist auf der der Kachel 114 entgegengesetzten Seite der Basis 112 angeordnet. Mehrere Kacheln 114 mit einer gefasten Kante zur Bildung bspw. einer Nut 116 kann entlang der Basis 112 in einem Mosaikmuster angeordnet sein, um einen län geren Laufweg anzulegen. Die Führung 110 läßt sich gemeinsam mit praktisch jedem anderen Systemteil zur Erzeugung, Handha bung und/oder Nutzung von EVs einsetzen.

Der Führungseffekt auf ein EV läßt sich verbessern durch Ver wendung einer rohrförmigen dielektrischen Führung, in deren Innenraum es sich fortbewegt. Die Fig. 15 zeigt eine rohr förmige dielektrische Führung 120 mit einer im Querschnitt kreisförmigen, glatten Innenfläche 122 und einer als Gegen elektrode 124 wirkenden Beschichtung auf der Außenseite. Die Querschnittsfläche des Innenraums 122 sollte geringfügig größer sein als die zu führende EV-Perle oder Perlenkette, um beste Fortwegungseigenschaften zu erreichen.

Der Glaskolben 34 mit der umgebenden Massefläche 36, der mit dem Generator 20 in Fig. 3 gezeigt ist, stellt eine Führung der in der Fig. 15 gezeigten Art dar. Für andere Anwendungen kann man anstelle des Kolbens 34 der Fig. 3 eine andersartige Führung verwenden.

Die Fig. 16 zeigt eine Führung, die allgemein als Umkehrung der der Fig. 14 aufgebaut ist, nämlich mit einem rohrförmigen die lektrischen Element 126 mit einem Innenraum 128, der innen mit einer inneren Gegenelektrode 130 beschichtet ist; die allgemein zylindrische Außenfläche 132 dient als Führungsfläche, die mit der dielektrischen Struktur selbst und der Gegenelektrode 130 zusammenwirkt. In diesem Fall kann ein EV entlang der Außenflä che laufen und wird dabei durch die von ihm selbst influenzier te Bildladung sowie von der auf einem relativ positiven Poten tial gehaltene Gegenelektrode 130 zur Führung hin angezogen.

Im allgemeinen lassen die dielektrischen Führungen der Fig. 11 - 16 sowie auch andere dielektrische Komponenten sich dotieren, um ihnen eine begrenzte Leitfähgikeit zu erteilen und so Streu ladungen zu begrenzen bzw. zu kontrollieren, wie im folgenden ausführlicher erläutert. Ein innerhalb der führenden Struktur einer RC-Führung laufendes EV erzeugt auf dieser eine zeitwei lige Ladung, wie bereits festgestellt, und ein weiteres EV wird den Hochladungsbereich des ersten EVs nicht sofort betreten, bevor diese nicht nach dem Durchgang des EVs vom Dielektrikum verschwunden ist.

Ist die Nut bzw. der Tunnel, die oder der als Führung durch oder über ein dielektrisches Material verwendet wird, im Querschnitt verglichen mit der Größe eines EV zu schmal, kann das sich entlang der Führung bewegende EV effektiv in das Führungsmaterial einschneiden, um seinen Laufweg zu verbrei tern. Nachdem ein EV auf diese Weise einen Kanal aufgebohrt hat, wird das dielektrische Material von nachfolgenden EVs in der Führung nicht weiter beschädigt. Typischerweise nimmt ein Kanal mit einer Seitenausdehnung von etwa 20 µm EVs ohne Auf bohren auf. Dieser Wert entspricht etwa der seitlichen Aus dehnung einer zu einem Ring geschlossenen Kette aus EV-Perlen, der sich mit einer gegebenen Quelle erzeugen läßt. Die Füh rungsnut läßt sich im Querschnitt größer oder kleiner ausfüh ren, um - je nach den Bedingungen ihrer Erzeugung - größere oder kleinere EVs aufnehmen zu können.

6. Führungen mit Gasatmosphäre

Alle der in den Fig. 11-16 gezeigten Führungen lassen sich im Vakuum oder in einer gewählten Gasatmosphäre einsetzen. Die Verwendung eines Gases bei niedrigem Druck kann einen weiteren Nutzeffekt hervorrufen hinsichtlich der Art und Weise, wie zu einer Ketten von Perlen geformte EVs geführt werden.

In einigen Fällen können aus Hochleistungsquellen gebildete EVs sich aus Perlen in einer Kettenkonfiguration zusammensetzen. Eine solche Kettengruppierung wird sich auf einer bestimmten festen Führungsfläche nicht besonders gut fortbewegen, und zwar infolge der sehr engen Kopplung der Perlen in der Kette und der Störung der Fortbewegung durch Unregelmäßigkeiten der Oberflä che. In einer Niederdruck-Gasatmosphäre typischerweise von etwa 10-3 Torr bis 10-2 Torr und mehr wird die EV-Kette eine ver hältnismäßig kurze Strecke von der dielektrischen Oberfläche abgehoben und kann dann von dieser nicht mehr gestört werden, so daß die Effizienz der Fortbewegung sich verbessert. Für eine gegebene angelegte Spannung lassen sich dann EVs bei größerem Abstand Kathode-Anode bilden und diese auch größere Entfernun gen zwischen den Elektroden zurücklegen. Mit Nachweisplatten gewonnene Einsichten scheinen darauf hinzuweisen, daß eine sich verhältnismäßig frei von einer festen Oberfläche bewegende Per lenkette sich zu einem Kreisring auszubreiten und als solcher fortzubewegen scheint, wobei sie in einer zur Laufrichtung rechtwinkligen Ebene liegt. Mit zunehmendem Gasdruck kann das EV weiter von der festen Oberfläche abgehoben werden. Für Gas drücke von mehr als einigen Torr heben EVs im allgemeinen voll ständig von der festen Oberfläche ab, so daß die flache Ober fläche nicht mehr als Führung wirkt. Ein Führungseffekt läßt sich jedoch auch mit solchen höheren Gasdrücken bei EVs errei chen, die entlang dem Inneren einer geschlossenen Führung lau fen, wie sie bspw. die Fig. 15 zeigt.

Obgleich eine Vielfalt von Gasen zur Erzeugung des Hubeffekts auf EVs und EV-Konfigurationen nützlich zu sein scheint, zeigen hier Gase mit hoher Atomzahl wie Xenon und Quecksilber ein be sonders günstiges Verhalten. Der verbesserte Führungseffekt auf derartige Einzel-EVs und EV-Konfigurationen gilt sowohl für das Innere dielektrischer Führungsräume, wie sie die Fig. 11-15 zeigen, als auch für einzelne planare Oberflächen.

Die Fig. 17 & 18 zeigen eine Führung, mit der ein Gas-"Kissen" ausgenutzt werden soll, um EVs von Führungsflächen abgehoben zu halten, die aber auch eine Nut oder trogartige Führungsstruktur aufweist. Die allgemein bei 136 gezeigte "Gas"-Führung weist eine trogartige Vertiefung in einem dielektrischen Block 138 auf, der bspw. aus glasierter poröser Keramik bestehen kann. Der dielektrische Block 138 weist eine Gegenelektrode 140 auf dem Boden des Blocks sowie weiterhin Beläge aus Widerstandsma terial 142 (wie sie im folgenden im Abschnitt "Unterdrückung von Oberflächenladungen" beschrieben sind) auf den unteren In nenflächen der Ausnehmung bzw. Nut auf, um der Bewegung der EVs entlang der so beschichteten Oberfläche aus der Ausnehmung im Block 138 heraus entgegenzuwirken. Die Führung 136 ist an eine Gaszufuhrleitung 144 mittels einer Armatur 146 angeschlossen, durch deren Innendurchlaß 148 der Führung aus einer Quelle (nicht gezeigt) wahlweise zuführbares Gas die Unterseite des Blocks 138 erreichen kann. Der dielektrische Block 138 ist am Ansatz des Kanals 148 in der Armatur nicht glasiert, so daß das Gas in den porösen Block eindringen kann. Die Glasur und der Widerstandsbelag 142 sind am Boden der V-förmigen Ausnehmung zerkratzt bzw. durchgeschnitten, damit dort Gas aus dem Block inneren austreten kann. Die gesamte Anordnung ist zur Einstel lung und Steuerung der Atmosphäre in ein Gehäuse eingeschlos sen, an das ein Saugpumpsystem angeschlossen ist, um aus dem Block 138 entweichendes Gas abzuziehen. In den porösen Block 138 durch die Armatur 146 eingeführtes Gas tritt also entlang des Bodens der Ausnehmung wieder aus und bildet bei der Aus breitung nach oben ein Gasdruckgefälle. Die Gaskonzentration nimmt also in der Ausnehmung von unten nach oben ab. Eine Spitzkathode 150 wie bspw. ein mit Quecksilber benetzter Kupferdraht verläuft abwärts zum Boden der Ausnehmung bis kurz über den Widerstandsbelag 142; die Spitze der Kathode kann in einer geringen Entfernung über dem dielektrischen Material des Bodens der Ausnehmung gehalten werden.

Im Betrieb kann ein negatives Impulssignal von etwa 2 kV (oder mehr, wenn die Kathodenspitze nicht spitz genug ist) an die Kathode 150 gelegt werden, während die Gegenelektrode 140 auf Massepotential. d.h. relativ positiv gehalten wird, um EVs an der Kathodenspitze zu erzeugen, die sich innerhalb der im die lektrischen Block 138 ausgebildeten Ausnehmung dort befindet, wo der Gasdruck am höchsten ist. Die EVs laufen entlang der Ausnehmung, während dieser ein gewähltes Gas aus der Versor gungsleitung 144 zugeführt wird, und die EVs heben in der Gasschicht unmittelbar über dem Boden der Vertiefung ab, wobei sie noch von der Bildladung bzw. -kraft des dielektrischen Materials und dem Potential der Gegenelektrode 140 zum Block 138 hin angezogen werden. Das keilförmige Gasdruckgefälle in der Ausnehmung bzw. Nut schließt das Gaskissen ein bzw. "fokussiert" es, um dazu beizutragen, die EVs innerhalb der Ausdehnung der Nut zu halten. Ein ausreichendes Gefälle bleibt aber auch erhalten, wenn man die Ausnehmung durch eine flache Oberfläche mit einem entsprechenden Einschnitt in der Glasur und im Widerstandsbelag 142 ersetzt. Gemeinsam mit der Bild kraft und dem Potential der Gegenelektrode bewirkt dieses Ge fälle eine Führung von EVs entlang des dielektrischen Blocks unmittelbar über den Einschnitten in den Belägen. Aus der vor gehenden Diskussion der Effekte eines niedrigen Gasdrucks auf die Fortbewegung von EVs über dielektrische Oberflächen ist weiterhin einzusehen, daß EVs sich von einer solchen Führungs fläche auch ohne ein Gasdruckgefälle abheben.

7. Optische Führungen

Ein sich bei fehlenden RC-Führungsstrukturen durch eine reine Niederdruck-Gasphase bewegendes EV wird von der Bildung eines sichtbaren Streamers begleitet. Dem Streamer scheint - ver mutlich infolge der Ionisation des Gases durch den Streamer - ein schmaler Lichtstreif voranzulaufen. Auf jeden Fall folgt das EV der vom Streamer festgelegten Bahn, während der Streamer der Bewegung des Lichts zu folgen scheint. Ein solcher Effekt tritt auch auf, wenn bspw. EVs sich über eine Führungsfläche in einer Gasatmosphäre - bspw. Xenongas - bewegen. Läuft ein EV auf oder über eine(r) Oberfläche, bewegt es sich gradlinig, sofern die Oberfläche sehr sauber ist (Oberflächenladungsef fekte verschwinden, nachdem ein EV eine Gasatmosphäre durch läuft). Das voreilende Licht aus dem Streamer bildet einen gradlinigen Weg, dem der Streamer und somit auch das EV folgen. Wird dieser Lichtweg von Objekten auf der Oberfläche abgelenkt, wird auch der Streamer abgelenkt und folgt das EV dem neuen Weg. Eine geringfügige Störung reicht aus, um die Wegänderung einzuleiten. Nachdem der Weg beschrieben ist, bleibt er zur weiteren Nutzung erhalten, solange der Streamer besteht.

Die Fig. 19 zeigt eine optische Führung zur Verwendung in einer Gasatmosphäre. Auf einer dielektrische Platte 152 ist ein von links nach rechts verlaufender Weg 154 markiert, wie in Fig. 19 ersichtlich. Bei dem Weg 154 kann es sich um eine Kratzspur auf der Oberfläche der Platte 152 oder um eine eigentliche Füh rungsnut in dieser handeln. Eine auf einem geeigneten Potential liegende (nicht sichtbare) Gegenelektrode kann auf der Unter seite des dielektrischen Materials 152 angebracht sein, um die Fortbewegung von EVs über die dielektrische Oberfläche zu un terstützen. Eine reflektierende Fläche 156 ist im Weg der EVs über die dielektrische Fläche 152 (gestrichelte Linie) ange ordnet und reflektiert auf sie fallendes Licht (dem Anschein nach nach den Gesetzen der Optik) mit dem Ergebnis, daß auch der EV-Weg abgelenkt wird, wie dargestellt. Eine zweite re flektierende Fläche 158 im Weg der abgelenkten Lichtbahn lenkt diese erneut um, so daß ein EV der - gestrichelt gezeigten - Lichtbahn unter Führung durch beide Reflektoren folgt.

Beide optischen Reflektoren 156, 158 reflektieren vorzugsweise an der Vorderfläche und bestehen aus einem Werkstoff hoher Di elektrizitätskonstante sowie guter Reflektion im UV-Bereich. der Reflektionswinkel bestimmt im Einzelfall den EV-Weg. Eine Richtungsänderung der Lichtbahn bewirkt eine Richtungsänderung des Streamers und das EV folgt dem Streamer auf der von Licht bestimmten Bahn. Ein Gasdruck von mehreren Torr über der die lektrischen Oberfläche läßt sich verwenden, wo die EVs sich fortbewegen und geeignet geführt sind. Die Reflektoren 156, 158 brauchen nur eine Seitenabmessung von einem Bruchteil eines Millimeters zu haben.

Die in der Fig. 19 gezeigte optische Führungsanordnung und jede Abänderung derselben lassen sich mit jedem der möglichen EV- Generatoren und anderen Komponenten zusammen einsetzen. Weiter hin lassen sich optische Reflektoren wie die Reflektoren 156, 158 mit beliebigen anderen Komponenten kombinieren. Bspw. kann eine Führungsanordnung mit rohrförmigen Führungen der in der Fig. 15 gezeigten Art an den Enden der Führungsrohre optische Reflektoren aufweisen.

8. LC-Führungen

Nähert ein EV sich einem Schaltungselement, sinkt das Potential auf diesem ab. Dieses niedrigere Potential verringert dessen Anziehungskraft auf das EV, so daß es mit einer aus einer an deren Richtung wirkenden höheren Anziehungskraft gelenkt werden kann. Induktive Elemente reagieren besonders empfindlich auf Potentialänderungen in Gegenwart eines EV; dieser Effekt läßt sich zur Schaffung einer LC-(Induktivitäts/Widerstands)Führung für EVs ausnutzen.

Die Fig. 20 zeigt bei 160 allgemein in einer Sprengdarstellung eine dreistufigen Quadrupol-EV-Struktur mit drei Führungsele menten 162, die von zwei Abstandshaltern 164 voneinander ge trennt sind. Die Führungselemente 162 weisen jeweils einen äußeren Rahmen und vier Polstücke 162 a, 162 b, 162 c, 162 d auf, die zur Mitte des Rahmens vorstehen, aber kurz vor ihr unter Belassung eines mittigen Durchlaßbereichs enden. EVs oder EV- Ketten treten in die Führungsanordnung von einem Ende der Gruppe her ein, wie mit dem Pfeil C angedeutet, und zwar im allgemeinen rechtwinklig zur Ausrichtebene jedes der Führungs elemente.

Wie dargestellt, sind die vier Pole 162 a-d zu zueinander recht winkligen Paaren gegenüberliegend angeordnet. Jeder der Pole hat eine ausreichende Induktivität, um bei Annäherung des EVs einen Potentialabfall zuzulassen. Je näher ein EV an einen gegebenen Pol herankommt, desto höher dessen Potentialabfall. Kommt also bspw. ein EV näher an den unteren Pol 162 a als an den oberen Pol 162 c heran, bewirkt es im unteren Pol einen stärkeren Potentialabfall als im gegenüberliegenden oberen Pol mit dem Ergebnis, daß das EV stärker zum weiter entfernt lie genden Pol 162 c als zum näherliegenden Pol 162 a hin angezogen wird. Auf das EV wirkt also insgesamt eine Kraft, die es auf wärts bewegt mit der Tendenz, die Potentialabfälle in den ge genüberliegenden Polen 162 a und 162 c auszugleichen. Ein ent sprechender Effekt ergibt sich in den seitlichen Polen 162 b, 162 d, wenn das EV sich einem von ihnen stärker als dem anderen nähert. Eine Netto-Rückstellkraft drängt das EV also zur Mitte zwischen den beiden in der Vertikalen und in der Horizontalen jeweils gegenüberliegenden Polflächen. Überschwinger des EVs aus dem Mittenbereich in einer der Richtungven bringen die Po tentialabfälle wieder ins Ungleichgewicht und bewirken eine Rückstellkraft, die das EV zwischen den Polen zentrieren will. Es ist einzusehen, daß die Gesamt-Rückstellkraft auch dann ent steht, wenn das EV aus der Mitte des Durchgangs zwischen den Polflächen in einer anderen, nicht der horizontalen oder ver tikalen Richtung herausläuft und ungleiche Potentialabfälle in den vier Polen bewirkt, so daß diese Rückstellkraft immer eine Vertikal- und eine Horizontalkomponente hat, die vom Ungleich gewicht der Potentiale der gegenüberliegenden Quadrupole in den beiden Paaren bestimmt wird.

Eine solche, das EV bei seinem Durchgang durch ein gegebenes der Führungselemente 162 zentrierende Rückstellkraft kann also mit jedem Führungselement erzeugt werden. Bei einer Anordnung solcher Quadrupol-Führungselemente 162 treten folglich Rück stellkträfte über die gesamte Länge der Anordnung auf mit dem Ergebnis, daß die Quadrupol-Elementenanordnung als EV-Führung wirkt, die die Bahn des EVs zwischen gegenüberliegenden Quadru polflächen zentriert halten will. Die Abstandhalter 164 bieten lediglich einen Mechanismus, um die Quadrupole aufeinander folgender Führungselemente 162 voneinander auf Abstand zu hal ten. Die Gesamtanordnung der Führungselemente 162 und Abstand halter 164 kann als Laminat ausgeführt werden, indem bspw. erstere unmittelbar auf letzeren aufliegen. Weiter ist einzu sehen, daß die LC-Führung der Fig. 20 sich so lang ausführen läßt, wie mit weiteren Führungselementen 162 und Abstandhaltern 164 anwendbar ist.

Eine LC-Führung wie die in Fig. 20 gezeigte läßt sich in viel facher Gestalt und auch mit einer anderen Anzahl von Polen aus führen. In der Praxis ähneln die in Fig. 20 gezeigten Pole Ver zögerungsleitungen entlang der Achse eines Paares gegenüber liegender Pole. Nachdem ein EV einen Polsatz durchlaufen hat, steigt dessen Potential - abhängig von der Zeitkonstante des LC-Kreises - wieder an; schließlich werden die Potential schwingungen abklingen. Die Zeitfunktion der Führungselemente muß so gewählt werden, daß bspw. der Durchgang nachfolgender EVs möglich wird. Weiterhin ist einzusehen, daß die LC-Führung der Fig. 20 ohne die Notwendigkeit einer Erzeugung spezieller spiegelbildlicher bzw. Bildkräfte wie im Fall des Dielektrikums einer RC-Führung zur Korrektur der Position eines durchlaufen den EVs arbeitet, obgleich der Funktionsmechanismus einer LC- Führung sich so auslegen läßt, daß in ihm Bildkräfte im Ge samtmaßstab erzeugt werden. In der Tat sind die Führungsele mente 162 und die Abstandhalter 164 leitfähig, nicht dielek trisch.

Die Kopplung zwischen dem sich bewegenden EV und der Führung 160 bestimmt die Grenzen der Abmessungen der Führung für eine gegebene Größe - und damit Ladung - des EV. Ist bspw. die Füh rung 160 im Querschnitt zu groß, kann sie das EV nicht aus reichend lenken; eine zu kleine Führung bietet für Richtungs änderungen nicht genug Zeit und Raum. Ob nun die Führung 160 zu groß oder zu klein ist - ihre Kopplung mit dem EV ergibt eine instabile Fortbewegung desselben, seine Zerstörung und eine Be schädigung der Führung. Ein Faktor der sich zur Konstruktion einer LC-Führung 160 der in Fig. 20 gezeigten Art ausnutzen läßt, ist, die Pole als Viertelwellenlängenstrukturen auf der Annäherungsfrequenz ("approach frequency" des zu führenden EV zu betrachten. Diese Frequenz bestimmt sich hauptsächlich aus der Geschwindigkeit des EV und seinem Abstand von den lenkenden bzw. Polelementen 162 a-d. Da der Durchmesser der Führung 160 im Zusammenhang steht mit dem Kopplungskoeffizienten, besteht auch ein Zusammenhang zwischen dem Durchmesser der Führung und dem Abstand der Elemente 162 a-d. Bei einer derartigen Führung las sen die Viertelwellenlängenelemente 162 a-d sich ohne Ladungs effekte mit Gleichspannung bzw. einem festen Potential betrei ben. Während eine LC-Führung sich im allgemeinen so groß oder so klein ausführen läßt, wie zur Aufnahme der Kopplung mit den zu führenden EVs in ihrer vorliegenden Größe erforderlich ist, ist der Geschwindigkeitsbereich für die Fortbewegung der mit einer gegebenen Führung zu führenden EVs nicht beliebig breit.

Es ist einzusehen, daß, je größer bspw. die Anzahl der EVs in einer zur führenden Kette, desto größer auch das Leistungsni veau, das die Führung aufnehmen muß. Im allgemeinen erfordert ein EV, das eine RC-Führung mit einem Querschnitt von 20 µm braucht, eine etwas größere LC-Führung. Der Abstand zwischen den Führungselektroden bzw. Polen (bspw. 162 a-d der Fig. 20) würde dann ebenfalls in der Nähe von 20 µm liegen. Von Ele menten dieser Größe läßt sich nicht erwarten, daß sie für hohe Leistungen geeignet sind. Obgleich man mehrere Einheiten pa rallelschalten kann, um einen Fluß von EVs zu handhaben, kann es hinsichtlich der Werkstoffausnutzung und -bearbeitung wirtschaftlicher sein, die EV-Struktur durch maßstäbliche Än derung einer größeren Führung anzupassen. Diese maßstäbliche Veränderung ist primär eine Funktion des EV-Generators bzw. der Ladungssummierschaltungen, die auf die ggf. eingesetzten mehre ren Generatoren folgen.

Die in Fig. 20 gezeigte Art einer LC-Führung läßt vielfach geometrisch und elektrisch variieren. Die dargestellte Ausfüh rung ist jedoch für verhältnismäßig große Größen und einen Aufbau durch Laminierverfahren bevorzugt. Andere Herstellungs verfahren sind für kleinere Abmessungen und insbesondere Struk turen anwendbar, für die sich Schichtherstellungsverfahren eig nen. Die Fig. 21 zeigt in einer Sprengdarstellung eine LC-Füh rung die nach einem solchen Schichtverfahren hergestellt worden ist.

Die planare EV-Führung 170 des LC-Typs weist drei Führungs schichten mit einer oberen und einer unteren Führung 172 bzw. 174 sowie einem zwischen diesen angeordneten Führungssystem 176 auf. Die obere Führung 172 hat ein Paar langgestreckter Ele mente 178, die von Querelementen 180 zu einem leiterartigen Aufbau zusammengefaßt werden. Entsprechend weist die untere Führung längsverlaufende Elemente 182 auf, die die Querelemente 184 miteinander verbinden. Das zwischenliegende Führungssystem 176 hat zwei langgestreckte Elemente 186, von denen jeweils eine Reihe von Ansätzen bzw. Polstücken 188 absteht.

Sind die drei Führungselemente 172-176 schichtartig aufein ander gelegt, wirken die oberen und unteren Querelemente 180 bzw. 184 mit den zwischen ihnen liegenden Polstücken 188 unter Bildung eines tunnelartigen Durchgangs durch die Gruppe der Querelemente und Polstücke zusammen. In einem solchen Aufbau wird die EV-Bewegungsbahn seitlich dadurch eingegrenzt, daß die leitfähigen Polstücke 188 Viertelwellenlängen-Leitungen ähneln. In der dargestellten Anordnung erfolgt die Eingrenzung in der Vertikalen durch die Querelemente 180, 184, die jeweils als kurzgeschlossene Halbwellenlängen-Leitungen arbeiten. Die Füh rung 170 arbeitet insgesamt daher als eine Art einer Schlitz- Hohlleiter- oder -Verzögerungsstruktur.

Da die Führung 170 elektrisch sehr aktiv ist und sicherlich kräftig strahlen wird, kann sie zur Abschirmung oben und unten mit leitfähigen Ebenen abgeschlossen sein. Wie dargestellt, sind die leitfähigen Abschirmungsflächen 190, 192 als oberste bzw. unterste Lage der Schichtstruktur vorgesehen. Da für eine Potentialdifferenz zwischen den Führungselementen 172-176 im Prinzip keine Notwendigkeit besteht, lassen sie sich an den Kanten miteinander verbinden, aber auch, falls erwünscht, mit Abstandshaltern gegeneinander isolieren.

Im allgemeinen haben die von den meisten Generatoren stoßartig erzeugten EVs keine regelmäßigen Abstände, obgleich sich in einigen Fällen der Abstand zwischen ihnen beeinflussen läßt. LC-Führungen bieten jedoch für die durchlaufenden EVs eine ge wisse Synchronisation. Die mittlere Geschwindigkeit der eine LC-Führung durchlaufenden EVs oder EV-Ketten ist mit der Fre quenz der Führung verkoppelt und die Abstände der einzelnen EVs oder EV-Ketten synchronisieren sich mit der Raumperiode der Führung. Das auf diese Weise von der Führung erzeugte periodi sche elektrische Feld bewirkt eine Bündelung des EV-Stroms, indem es langsame EVs in sich beschleunigt und schnelle EVs in sich abbremst.

Beim Einlauf der ersten EVs in eine LC-Führung ist während eines kurzen Zeitintervalls das elektromagnetische Feld für eine starke Synchronisation zu schwach. Mit zunehmender Feld stärke nimmt die Synchronisation an Wirkung zu. Der Gütefaktor "Q" der Führung als Hohlraum bestimmt die Ein- und Ausschwing dauer. Bei einem zu hohem Q schlägt der Hohlraum durch. Für eine LC-Führung als Synchronisator gibt es einen optimalen Füllfaktor. Bei geringer Füllung ist die Synchronisation nicht effektiv genug, bei hoher Füllung besteht die Gefahr eines Durchschlagens und einer Störung der Führungsfunktions.

Eine bessere Synchronisation kann man erreichen, wenn man den Synchronisator lockerer mit den EVs koppelt als bspw. die Füh rungen der Fig. 20 und 21. Eine solche lockere Kopplung erhält man durch Verwendung eines geschlitzten Hohlraums, der kleine Schlitze auf einer Seite des Leiterraums aufweist. Die Anord nung arbeitet dann mit niedrigerer Frequenz und größerer Durch laßbandbreite. Eine derartige Anordnung ist unten als HF-Quelle offenbart.

9. Oberflächenguellen

Die Fig. 22-24 zeigen drei Ansichten eines EV-Generators mit einer Oberflächenquelle und einer Führung. Im allgemeinen muß man zur Führung von EVs auf oder an Oberflächen sie aus der Quelle (bzw. der vorgehenden Komponente) auf die fragliche Oberfläche überkoppeln. Im Fall eines mit Kathoden arbeitenden Generators bspw. der in den Fig. 4-6 gezeigten Art kann man die Quelle in kurzer Entfernung von der Fortpflanzungsfläche anordnen und so eine brauchbare Kopplung erreichen. Bei der in den Fig. 22-24 gezeigten Anordnung ist die EV-Quelle zur ver besserten Kopplung einteilig mit der Führung ausgeführt, ent lang der die EVs sich fortpflanzen sollen.

Insbesondere ist die Kombination aus Generator und Führung bei 200 gezeigt und weist eine dielektrische Basis 202 mit einer Führungsnut 204 sowie einer planaren bzw. Flächenkathode 206 auf, die in die Führungsnut nahe deren einem Ende eingebettet ist. Eine Flächenanode/Gegenelektrode 208 ist auf der der Nut 204 und der Kathode 206 entgegengesetzten Seite der dielektri schen Basis 202 angeordnet und dient zur Erzeugung der EVs und zu deren Fortpflanzung entlang der Nut. Die Fig. 24 zeigt eine optionale Abdeckung 210 zur Auflage auf die genutete Fläche der Basis 202; diese Abdeckung läßt sich auch ohne eine Abdichtung verwenden, sofern die Oberflächen flach und glatt genug sind. Um ein Ansammeln von Ladungen in dem abgedeckten Führungskanal zu vermeiden, ist die Abdeckung 210 mit einem ladungsstreuenden Werkstoff wie dotiertem Aluminiumoxid beschichtet, wie unten ausführlicher erläutert.

In der Praxis kann es sich bei der dielektrischen Basis 202 um eine Platte bzw. ein Substrat aus Aluminiumoxid in einer Dicke von etwa 0,25 mm handeln, die eine Führungsnut 204 mit einer Tiefe und Breite von jeweils etwa 0,1 mm enthält. Die Metall beläge für die Kathode 206 und die Gegenelektrode 208 können bspw. aus auf die Keramik aufgebrannter Silberpaste bestehen. Die Silberkathode läßt sich mit Quecksilber benetzen, indem man letzteres auf sie aufreibt. Mit diesen Abmessungen beträgt die Arbeitsspannung zur Erzeugung von EVs und deren Fortpflanzung entlang der Führungsbahn 204 etwa 500 V. Die Anwendung von Dünnschichtverfahren zur Herstellung eines dünneren dielektri schen Substrats 202 erlaubt auch niedrigere Arbeitsspannungen. Bei derartigen Schichtherstellungsverfahren kann für das Die lektrikum Aluminium und für die Metallelektroden 206, 208 Molybdän verwendet werden, das man auf das Aluminiumoxidsub strat aufdampft. In diesem Fall kann man Quecksilber ebenfalls zur Kathodenbenetzung verwenden, da durch Ionenbeschuß Molybdän in einen Zustand gebracht werden kann, in dem es sich von Quecksilber benetzen läßt. Bei diesem Beschuß kann es sich um einen direkten Beschuß der Molybdän-Oberfläche handeln. Alternativ kann man Argonionen mit Quecksilber in der Nähe der Molybdänoberfläche beschießen und damit letztere so weit reini gen, daß sie Quecksilber annimmt. Eine kleine Menge Nickel kann auf die Molybdänoberfläche aufgedampft werden, um das Reinigen der Oberfläche durch direkten oder indirekten Quecksilberionen beschuß zu erleichtern, da Quecksilber und Molybdän keine hohe Löslichkeit haben. Die Kombination aus Molybdän und Quecksilber ist gegenüber Silber (oder Kupfer) und Quecksilber bevorzugt, da Silber und Kupfer sich in Quecksilber zu leicht lösen; in einer Dünnschichtschaltung würden sie rasch abgelöst werden.

Da die Quellenkathode 206 im Effekt einteilig mit dem dielek trischen Substrat 202 in der Führungsnut 204 ausgebildet ist, ist die Kathode geeignet mit dieser gekoppelt, d.h. der Über gang eines EVs vom Erzeugungsbereich an der Kathode in die und entlang der Führungsnut erfolgt bei minimalem Energieverlust des EVs. Weiterhin arbeitet die mit Quecksilber oder dergl. be netzte Kathode 206 selbstzuspitzend bzw. selbstregenerierend, so daß ihre Vorderkante, wo die EVs entstehen, immer scharf bleibt. Bei der Kathode 206 handelt es sich um eine ausge dehnte bzw. Linienquelle, so daß die zur EV-Erzeugung einge setzten Impulsfrequenzen höher als bei einer Punktquelle sein können, da eine auf Wanderung des flüssigen Metalls beruhende Regeneration bei einer ausdehnungsbehafteten Quelle, wie be reits erwähnt, nicht zwischen allen Impulsen erforderlich ist.

Es ist einzusehen, daß die ausgedehnte Kathode 206 identisch ist mit der in Fig. 7 gezeigten Kathode 64, die ebenfalls un mittelbar auf eine Keramikbasis 62 aufgebracht ist. Die Ar beitsweise derartiger Linienkathoden beruht auf Randfeldef fekten an den Kanten der Kathode, die eine Schärfungswirkung auf das bewegliche Benetzungsmaterial ausüben. Folglich kann immer damit gerechnet werden, daß eine oder mehrere verhältnis mäßig scharfe Strukturen vorliegen, die eine Feldemission be wirken, die die EV-Bildung einleitet. Die Arbeitsspannung einer solchen Quelle ist daher verhältnismäßig niedrig.

10. Die Unterdrückung von Oberflächenladungen

Nachdem ein EV entstanden ist, kann es Elektronen infolge der verhältnismäßig schwachen Bindung derartiger Elektronen zur Zeit der Bildung oder durch irgendeinen anderen Prozeß verlie ren, wie bspw. die Fortbewegung des EVs über eine rauhe Ober fläche. Insbesondere im letzteren Fall können die verlorenen Elektronen sich über die Oberfläche verteilen und EVs, die später an dem geladenen Oberflächenbereich vorbeilaufen, ver langsamende Feldeffekte ausüben. Zur Beseitigung dieser Ober flächenladungen sind mehrere Verfahren verfügbar.

Das dielektrische Substrat (die Basis) in einem EV-Generator oder bspw. einer RC-Führung 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002003817897 00004 99880, der bzw. die eine Ansammlung von Oberflächenladungen erfährt, läßt sich leitfähig genug machen, daß die Oberflächenladung durch das Substrat hindurch zur Anode oder Gegenelektrode hin abgeleitet wird. Der Widerstand der Basis muß dabei niedrig genug sein, daß die angesammelte Ober flächenladung abfließen kann, bevor das auf dasjenige, das die Oberflächenladung bewirkt hatte, folgende EV eintrifft. Der Oberflächenwiderstand kann jedoch nicht beliebig niedrig sein, weil eine zu hohe Leitfähigkeit zur Anode oder Gegenelektrode dieses nachfolgende EV zerstören würde.

Um die gewünschte Massenleitfähigkeit des Substrats zu errei chen, kann man das dielektrische Material - bspw. Aluminiumoxid - mit einem beliebigen der Widerstandsmaterialien beschichten, die üblicherweise für die Herstellung von Dickschichtwiderstän den eingesetzt werden, sofern der Widerstand nicht weit unter 200 Q/Quadrat liegt. Ein solcher Widerstandsbelag ist üblicher weise eine Glasfritte mit einer Metallkomponente und wird im Siebdruck auf die Oberfläche aufgetragen und danach bei erhöh ter Temperatur gebrannt. Wo eine intensive EV-Aktivität unter Verwendung hoher Felder und möglicherweise starke Temperatur gefälle auftreten, neigen derartige Glasstoffe zum Durchschla gen und sind daher nicht zufriedenstellend. Insbesondere in solchen Fällen kann der dielektrischen Komponente eine Schicht aus Aluminiumoxid hinzugefügt werden, das zur Einstellung einer ausreichenden Leitfähigkeit bspw. mit Chrom, Wolfram oder Molybdän dotiert ist. Auf diese Weise erreicht man die ge wünschte Massenleitfähigkeit des Dielektrikums. Die Wirksam keit dieser Maßnahme wird verbessert, wenn man die Dicke des Substrats verringert.

Das Photoemissionsspektrum eines zerfallenden EVs ist reich an UV-Licht und weichen Röntgenstrahlen, wenn die Störung, die den Zerfall des EVs verursacht hat, stark ist. Das Absorptionsspek trum des erzeugten Photoleiters sollte diesen hochenergetischen Produkten angepaßt werden. Da Elektronen sich zerstreuen und die niedrige Elektronenbeweglichkeit im Photoleiter bewirkt, daß der Photoleitungsprozeß langsamer abläuft als EVs durchlau fen, entlädt die von einem zerfallenden EV hinterlassene Ober flächenladung sich erst kurze Zeit nach dessen Vorbeilauf an einer bestimmten Stelle auf der Oberfläche; für dessen Fortlauf zur Anode besteht daher keine Gefahr. Zusätzlich zu dieser UV- und Röntgenemission regt ein Teil der Elektronenemission aus einem EV nahe einer Oberfläche im dielektrischen Material Fluoreszenz an; das fluoreszente Licht trägt dann zur Aktivie rung des Photoleitungsprozesses bei.

Eine weitere Methode zur Unterdrückung von Oberflächenladungen durch Photoleitung ist die Verwendung von diamantartigem Koh lenstoff für die dielektrische Komponente. Ein derartiges Material hat eine Energiebandlücke von etwa 3 eV und läßt sich daher zur Photoleitung anregen. Derartiges Kohlenstoffmaterial läßt sich weiterhin sehr leicht mit Kohlenstoff in Graphitform dotieren, um die Leitfähigkeit des Substrats zu erhöhen.

Ein weiteres Verfahren zum Verteilen der Oberflächenladung ist die Verwendung einer durch Beschuß hergestellten Leitfähigkeit. Derartige Leitungseffekte werden durch von den EVs kommende, sehr schnelle Elektronen hervorgerufen, die eine hinreichend dünne dielektrische Schicht durchdringen und die Anode bom bardieren, so daß das auf die Anode aufgebrachte Dielektrikum leitfähig wird. Die Leitfähigkeit des Dielektrikums nimmt ef fektiv zu, wenn der hochschnelle Elektronenstrom im Dielek trikum sich zu einer großen Anzahl langsamerer Elektronen ver wandelt. Das dielektrische Material wird für eine solche Be handlung optimiert, indem man es ausreichend dünn und mit weni gen Fang- bzw. Haftstellen ausführt. Diese Fangstellen können anfänglich thermisch oder optisch freigemacht werden und werden im Betrieb durch das elektrische Feld weiter freigemacht.

Im allgemeinen kann die Geometrie des dielektrischen Substrats die Wirksamkeit einer Leitfähigmachung desselben zwecks Unter drückung von Oberflächenladungen beeinflussen - bspw. im Fall der Photoleitfähigkeit und einer durch Beschuß hergestellten Leitfähigkeit.

11. Abwerfeinrichtungen (Launcher)

Bei einigen Anwendungen oder Strukturen ist es erforderlich oder wünschenswert, ein EV im Vakuum oder in einer Gasatmosphä re ein EV über einen Spalt zu transportieren - bspw. den Spalt zwischen einer Kathode und einer Anode oder einer Führungs struktur. Der Transport eines EV über einen Spalt läßt sich durch Anlagen einer geeigneten Spannung bewerkstelligen, die das EV von einem zum anderen Bereich hin anzieht. Eine solche angelegte Spannung kann jedoch für das System einen Leistungs verlust oder für das EV einen vielleicht unerwünschten Ener giezuwachs darstellen. Die erforderliche Höhe der anzulegenden Spannung läßt sich verringern, um den Energieverlust des Systems geringzuhalten, indem man das EV dazu veranlaßt, ohne wesentlichen Energiezuwachs den Kathodenbereich zu verlassen und in bspw. einen Gegenelektrodenbereich einzulaufen. Dies läßt sich erreichen, indem man das EV sich durch einen Bereich fortpflanzen läßt, wo das Feld bei der gewünschten Spannung stark ist, so daß das Feld das EV von der Oberfläche abtrennt, über die es sich bewegt hatte und an der es haftete.

Die Fig. 25 zeigt allgemein bei 216 den Aufbau eines Launchers, mit dem sich EVs über einen Spalt zwischen einem EV-Generator 218 und einer EV-Führung (bspw. 220) bringen lassen. Der Gene rator 218 weist eine dielektrische Basis auf, die allgemein rohrförmig gestaltet ist, aber an ihrem vorderen Ende sich zu einer konischen Gesalt verjüngt und schließlich zu einer Spitze 222 ausläuft. Eine Gegenelektrode 224 ist in der dielektrischen Basis durch einen Belag aus leitfähigem Material auf der Innen fläche des Basis in deren konischem Bereich ausgebildet, der noch teilweise in den zylindrischen Teil der Basis vorsteht. Ein Teil des Äußeren der dielektrischen Basis ist mit leit fähigem Material beschichtet, um eine Kathode 226 auszubilden. Die Kathode 226 verläuft entlang des zylindrischen Teils der Basis und auf deren konisches Ende, aber in Längsrichtung nicht so weit wie die Gegenelektrode 224. Indem die Kathode 226 kurz vor dem Ende der konischen Spitze 222 endet, wird die Vorder kante der Kathode, an der die EVs entstehen, verhältnismäßig nahe an der Anode 224 gehalten. Weiterhin hat die abgeschnit tene Kathode 226 eine größere EV-erzeugende Fläche als der Fall wäre, wenn die Kathode bis zur Spitze 222 der Basis verlaufen würde. Der Randfeldeffekt um die Vorderkante der Kathode 226 herum nahe der Anode 224 wird bei der Produktion von EVs aus genutzt. Die Gegenelektrode im zylindrischen Teil der Basis verläuft weiter nach links als die Kathode deren zylindrische Außenfläche bedeckt.

Das rohrförmige Führungselement 220, das allgemein aufgebaut ist wie die rohrförmige Führung in Fig. 15, ist auf der Außen fläche mit leitfähigem Material beschichtet, um eine Gegenelek trode zu bilden, die über fast die gesamte Länge des Führungs elements verläuft. Die Gegenelektrode 228 verläuft nicht bis zu den Enden des Führungselements 220, damit die EVs sich nicht auf ihr ausbreiten. Das dem Generator 218 zugewandte Ende des Führungselements 220 hat eine konische Innenfläche 230, so daß die Generatorspitze 222 in das konische Ende des Führungsele ments eingeführt werden kann, während ein Abstand zwischen beiden Körpern erhalten bleibt. Das Führungselement 220 kann ebenfalls den Generator vollständig umgebend aufgebaut sein, so daß die Gegenelektrode 228 vom Bereich der Kathode fern gehalten wird.

Im Betrieb wird eine geeignete Potentialdifferenz zwischen die Kathode 226 und die Gegenelektrode 224 des Generators 218 ge legt, um ein oder mehrere EVs zu erzeugen, die sich vom vorde ren Ende der Kathode ablösen und unter dem Einfluß des von der Potentialdifferenz aufgebauten Feldes zur Spitze 222 wandern. Die EVs sollen den Generator 218 verlassen und ins Innere der Führung 220 eintreten. Danach können sie entlang dem Inneren der Führung 220 weiterlaufen, und zwar mindestens teilweise unter dem Einfluß des von der Gegenelektrode 228 auf der Füh rung aufgebauten Feldes, wie oben erläutert. Die Konizität des Generatorendes und die relative Anordnung der Generatorkathode 226 und der Gegenelektrode 224 führen dazu, daß die EVs an der Generatorspitze 222 einem starken Feld ausgesetzt sind, so daß sie sich von der Basis des Generators 218 ablösen. Die EVs werden also effektiv von der Generatorspitze 22 am Beginn der Führung abgeworfen und laufen nun unter dem Einfluß der Führung weiter.

In der Praxis kann die Kathode 226 mit einem leitfähigen flüs sigen Metall, wie oben erwähnt, geeignet benetzt werden. Die Gegenelektrode 228 der Führung kann mit dem gleichen Potential wie die Gegenelektrode 224 des Generators betrieben werden; un terschiedliche Potentiale sind möglich. Die an die Gegenelek trode 228 der Führung gelegte Extraktionsspannung ist ein we sentlicher Teil des Erzeugungsprozsses; ohne sie wird der Gene rator die EVs nicht auf wirkungsvolle Weise erzeugen. Die Ex traktionsspannung liegt normalerweise auf Massepotential, wenn die Kathode 226 mit einer negativen Spannung betrieben wird. Werden negative Impulse an die Kathode 226 gelegt, um die EVs zu erzeugen, kann die Generator-Gegenelektrode 224 auf Masse potential gelegt werden. Das bewegliche Benetzungsmetall wird zu einem dünnen Ring an dem der Spitze 22 nächstliegenden Ende der Kathode 226 ausgezogen. Die EVs entstehen um den Kathoden bereich herum, so daß bei hohen Impulsfrequenzen die EV-Erzeu gung von einem stetigen Glühen um das Kathodenende herum be gleitet wird.

Als Beispiel für den Aufbau einer Abwerfeinrichtung bzw. eines Launchers der in Fig. 25 gezeigten Art kann der dielektrische Körper des Generators 218 aus einer Aluminiumoxid-Keramik in einer Dicke von 0,1 mm im Bereich des konischen Endes, d.h. am metallbenetzten Kathodenende und - zwecks mechanischer Festig keit - entlang des zylindrischen Schafts der Basis etwas dicker hergestellt sein. Die Gegenelektrode 224 und die Kathode können ein aufgebrannter Silberpastenbelag auf der Oberfläche des di elektrischen Körpers sein, wie bereits festgestellt. Sowohl das Innere als auch das Äußere des konischen Endes der Basis 218 sind fein zugespitzt, um die Feldstärke an der Spitze 222 zu erhöhen und so das Ablösen eines EVs bei der Annäherung an diesen Bereich zu bewirken. Der Abstand zwischen der Generator spitze 222 und der nächstliegenden Innenfläche des Führungs elements 220 kann größenordnungsmäßig 1 mm oder weniger be tragen. Mit dieser Abmessung kann sich bei einer Potential differenz von 500 V zwischen der Generator-Gegenelektrode 224 und der Kathode 226 an der Generatorspitze 222 ein EV bilden und ablösen. Ein Gasdruck von etwa 10-2 Torr hebt das EV von der dielektrischen Oberfläche der Generatorbasis 218 ab und erleichtert dessen Übertragung und Weiterbewegung zur Führung 220; er erlaubt sogar, den Kathodenimpuls auf bis zu 200 V abzuschwächen. Für diese Funktion sind Gase mit hohem Moleku largewicht wie Xenon und Quecksilber besonders geeignet.

Es ist einzusehen, daß der Abstand zwischen der Führung 220 und dem Generator 218 sich justieren läßt. In einer gegebenen An wendung unter Vakuum oder in einer gewählten Gasatmosphäre, die den Betrieb unter Abdichtung erfordert, lassen sich diese Be wegungen nach einer Anzahl verschiedener Verfahren durchführen.

Während hier ein allgemein zylindersymmetrischer Launcher 218 dargestellt und erläutert wurde, ist einzusehen, daß diese Ab werftechnik auf EV-Erzeugungs- und Handhabungskomponenten aller Art anwendbar ist. Bspw. kann der in den Fig. 22-24 gezeigte planare Generator mit Führung diese Launcher-Technik anwenden, um bspw. den großen Spalt zu einer nachfolgenden Führung zu überwinden, insbesondere wenn zur Erzeugung der EVs eine niedrige Spannung verwendet wird.

Im allgemeinen lassen sich EVs bei niedrigeren Spannungen er zeugen und in Bewegung setzen, wenn man die Abmessungen der Bauelemente verringert. Für den Niederspannungsbetrieb ist die Anwendung von Schichtherstellungsverfahren zur Fertigung der Systemteile erwünscht. Für bspw. einen planaren Launcher kann man eine Anode nach lithographischen Verfahrensweisen herstel len und dann mit Schichten eines dielektrischen Materials wie Aluminiumoxid oder diamantartigem Kohlenstoff versehen. Nach dem Auftragen des dielektrischen Materials trägt man auf dieses das Kathodenmaterial - typischerweise Molybdän - auf und be netzt dann die gesamte Kathode mit einem flüssigen Metall. Ein zylindrischer Launcher kann auf diese Weise nicht gefertigt werden; die Elektroden können jedoch aufgestrichen werden, um einen derartigen Launcher herzustellen. Mit etwa 1 µm Dicke der dielektrischen Basis des Generators läßt sich mit weniger als 100 V Spannungsdifferenz zwischen Generator-Kathode und -Anode ein EV erzeugen und in Bewegung setzen.

Obgleich hier die bevorzugten Ausführuhngsformen eines Launchers für EVs beschrieben und erläutert worden sind, ist für den Fachmann einzusehen, daß Launcher für EVs auch auf andere Art und Weise aufgebaut werden können.

12. Selektoren

Wie bereits erwähnt, lassen sich EVs als Perlen in einer Kette erzeugen, wobei mehrere Ketten im wesentlichen gleichzeitig ge bildet werden. Es kann erwünscht oder nötig sein, EVs einer ge wählten Gesamtladung zur Verwendung in einem Prozeß oder in einer Vorrichtung zu abzutrennen. Eine Selektorwirkung kann dazu beitragen, die Anzahl der verfügbaren EV-Arten auf die gewünschten Spezies zu begrenzen. Im allgemeinen kann eine An zahl verschiedener EVs erzeugt und um eine scharfe Kante auf einer dielektrischen Oberfläche herum zu einer Anode oder Fang elektrode gelenkt werden. Ein Extraktorfeld löst gewählte EVs von der dielektrischen Kante ab und zieht sie zu einer Führung oder zu einem anderen gewählten Bereich. Die Extraktorspannung sowie die Führungsspannung lassen sich unter Berücksichtigung der Selektorgeometrie so einstellen, daß EVs einer gewünschten Ladungsgröße extrahiert werden. Typischerweise lassen sich etwa fünf EV-Ketten mit jeweils zehn oder zwölf Perlen gleichzeitig extrahieren, wobei die Anzahl der Ketten oder EVs entsprechend der Geometrie der Extrahiereinrichtung proportional höher oder niedriger ist.

Ein allgemein zylindersymmetrischer Selektor ist bei 236 in Fig. 26 gezeigt und weist einen Generator (eine Quelle) 238 auf, der allgemein in Form des in Fig. 8 gezeigten Separators aufgebaut ist. Eine allgemein rohrförmige dielektrische Kera mikbasis 240 hat ein konisches vorderes Ende, wobei durch die Konizität der Innen- und Außenfläche eine kleine Öffnung ent steht, die eine scharfe kreisrunde Kante 242 umgreift. Ein leitfähiger Belag bspw. aus aufgebrannter Silberpaste bildet ein Gegenelektrodenband 244, die am Fuß des konischen Endab schnitts außen um die Basis herumgelegt ist. Eine benetzte Metallkathode 246 ist in der rohrförmigen dielektrischen Basis 240 angeordnet, wobei das konische Ende der Kathode innerhalb des Konusteils der dielektrischen Basis und der von der Kante 242 umfaßten Öffnung zugewandt liegt. Die Kathode 246 kann bspw. aus mit Quecksilber benetztem Kupfer bestehen, wie oben beschrieben.

Ein Extraktor 248 in Form einer leitfähigen Platte mit einer kreisrunden Öffnung 250 ist vor der Kreiskante 242 zentriert und in geringem Abstand zu ihr angeordnet. Hinter dem Extraktor 248 befindet sich bspw. eine rohrförmige Führung 252 mit einem dielektrischen Körper, dessen Außenfläche teilweise mit einem leitfähigen Belag versehen ist, um eine Gegenelektrode 254 zu bilden.

Wird der Generator 238 zur EV-Erzeugung betrieben, ohne daß eine Spannung an den Extraktor 248 gelegt ist, gelangen die EVs vom Bereich der Kathodenspitze zur Anode 244, indem sie durch das Loch im Ende der Keramikkonus, um die scharfe Kante 242 zum Äußeren des Konus und zur Anode laufen. Wird jedoch eine ge eignete Spannung an den Extraktor gelegt, löst ein gewählter Anteil der EVs an der dielektrischen Kante sich vom Dielektri kum ab und wird durch die Extraktoröffnung 250 zur Führung 252 gezogen, durch die sie dann unter dem an die Gegenelektrode 254 der Führung gelegten Potential weiterlaufen.

Die Fig. 27 zeigt allgemein bei 260 einen planaren Selektor mit einer allgemeinen flachen dielektrischen Basis 262, die einen langgestreckten Hals 264 hat. Der Selektor enthält einen Flä chengenerator allgemein der in Fig. 22 gezeigten Art mit einer Flachkathode 266 in einer Nut 268. Die zur EV-Erzeugung dienen de Anode ist hier jedoch nicht auf der entgegengesetzten Seite der dielektrischen Basis 260 angeordnet, sondern ist ein Belag 270 auf der Seitenfläche einer zweiten Nut 272, die die erste Nut 268 unter einem spitzen Winkel schneidet, um eine scharfe Schnittkante 274 zu bilden. Wird eine Potentialdifferenz zwi schen die Kathode 268 und die Anode 270 gelegt, laufen die sich an der (ggf. aus Metall hergestellten und benetzten) Kathode bildenden EVs entlang der Nut 268 zu deren Schnitt mit der Nut 272, umrunden die scharfe Kante 274 und laufen zur Anode 270 weiter.

Zwei Extraktorelektroden 276, 278 sind entlang der Außenfläche des Halses 264 der Basis 262 auf gegenüberliegenden Seiten des selben seitlich der Führungsnut 268 angeordnet. Legt man eine geeignete Spannung an die Extraktorelektroden 276, 278, werden bestimmte der die scharfe Kante 274 umrundende EVs von dieser abgelöst und laufen durch die Führungsnut 268 und durch den von den Extraktorelektroden umgrenzten Bereich. Wie die Fig. 28 zeigt, liegt eine Gegenelektrode 280 unter einem Teil der Füh rungsnut 268 entlang dem Hals 264 der dielektrischen Basis, um die selektierten EVs entlang der Führungsnut hinter den Extrak torelektroden 276, 278 weiterzutransportieren.

Wenn, wie bereits festgestellt, ein EV über eine Oberfläche läuft, wird es von Bildkräften an diese gebunden. Die Höhe der bindenden Kraft hängt in einem gewissen Ausmaß von der Geome trie der Oberfläche ab, die die Bildkraft beeinflußt. Wird der effektive Flächeninhalt der Oberfläche verringert, wie bspw. wenn ein EV die scharfe Kreiskante 242 der konischen Struktur des Generators 238 der Fig. 26 oder die scharfe Kante 274 des planaren Selektors 260 in Fig. 27 umrundet, verringert sich auch die Bildkraft, so daß die Bindung des EVs an die Ober fläche sich lockert und es daher leichter von einem Feld abge zogen werden kann, das eine weitere Elektrode mit verhältnis mäßig positiver angelegter Spannung aufbaut. Die hohe negative Ladung der zur Extraktorelektrode laufenden EVs kann vorüber gehend das Potential zwischen der Kathode und der Extraktor elektrode unter denjenigen Wert drücken, der erforderlich ist, um eine der verbleibenden Perlenketten oder Perlen in der Gruppe an der fraglichen Kante, die auf dem Weg zur Anode sind, zu extrahieren. Nachdem die anfängliche EV-Struktur extrahiert worden ist und das Extraktorfeld passiert hat, kann ein weite res EV aus dem Bereich an der dielektrischen Kante extrahiert werden.

Als Beispiel sei die Anordnung in der Fig. 26 genannt: Bei einer an die Kathode gelegten negativen Spannung von 2 kV, einer von der scharfen Kante 242 umfaßten Öffnung von etwa 50 µm, einem Kegelradius vergleichbarer Größe und einem Abstand von etwa 1 mm zwischen der dielektrischen Öffnung zur Extrak torelektrode ist eine positive Extraktionsspannung von etwa 2 kV erforderlich, um ein EV abzulösen. Die Extraktions- Schwellspannung ist kritisch. Wird bspw. eine EV-Quelle mit derartigen Abmessungen stetig erregt und werden die EVs vollständig von der Anode auf dem dielektrischen Konus gefan gen, erfolgt bei einer Extraktionsspannung von 1,9 kV keine, aber mit einer positiven Extraktionsspannung von 2,0 kV bereits eine Extraktion zum Extraktor.

Während die Fig. 24-26 Generatoren zugeordnete Separatoren zeigen, lassen sie sich praktisch überall entlang einer Anord nung von EV-manipulierenden Komponenten vorsehen. Bspw. kann ein Separator auf eine Führung und auch auf einen anderen Se parator folgen. Indem man EV-Separatoren in Reihe schaltet oder gar kaskadiert, kann man EVs einer bestimmten Bindungsenergie aus EVs eines breiten Energiebereichs extrahieren.

13. Teiler

Im allgemeinen lassen sich Prozesse mit präzise zeitgesteuerten oder synchronisierten Ereignissen sich mit zwei Ausgangs signalen steuern, die von einem einzigen Eingangssignal abge leitet sind. Bspw. kann man ein erstes Ereignis in eine Viel zahl von Sekundärereignissen aufteilen. Mit einer EV-Quelle, die eine große Anzahl von EV-Perlen oder -Perlenketten inner halb einer sehr kurzen Zeitdauer erzeugt, kann man ein solches Ereignis - d.h. einen EV-Impuls ("burst") zu zwei oder mehr sich fortpflanzenden Signalen unterteilen. Eine für ein der artiges Aufteilen von EV-Signalen geeignete Einrichtung wird als Teiler bezeichnet und entsteht im allgemeinen, wenn man eine Führung wie in in den Fig. 11-16 gezeigte RC-Führung mit einem oder mehreren Seitenführungen versieht, die den Hauptführungskanal schneiden. Entlang des Hauptführungskanals laufende EVs, die dessen Schnittstelle mit einem Seiten- oder Nebenkanal erreichen, werden aufgeteilt; einige treten in den Nebenkanal ein, während andere im Hauptkanal weiterlaufen. Beim Aufbau eines Teilers muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß der Nebenkanal den Hauptkanal an einer Stelle schneidet, wo sich EVs tatsächlich fortbewegen. Ist bspw. der Hauptkanal verhältnismäßig groß, so daß EVs ihn an einer Mehrzahl von über den Kanalquerschnitt verteilten Stellen durchlaufen, besteht keine Gewißheit, daß ein EV an die Schnittstelle eines Neben kanals mit dem Hauptkanal nahe genug an Eingang zu ersterem passiert, um in diesen hineingezogen werden zu können.

Ein Teiler, wie er allgemein bei 290 in den Fig. 29 und 30 ge zeigt ist, weist eine dielektrische Basis 292 mit einer auf dieser festgelegten Mosaikkachel 294 auf. Ein zweites Kachel stück 296 ist ebenfalls auf der Basis 292 festgelegt. Die Ka cheln 294 und 296 sind so zugeschnitten, wie dargestellt, und mit der Basis 292 geeignet getrennt voneinander verbunden, um zwischen sich einen sekundären Führungskanal 298 auszubilden. Man kann, wie in der Draufsicht in Fig. 29 gezeigt, eine ein zige, allgemein rechteckige Kachel zu zwei Stücken zerschnei den, um den Kanal 298 auszubilden, wenn die Stücken auf ge eignete Weise auf der Basis 292 festgelegt sind.

Wie bereits festgestellt, würde ein Winkel von 900 zwischen der Kante einer solchen Mosaikkachel und der Basis 292 einen Kanal bilden, der EVs anzieht und führt. Mit einer 450-Fase erhält man, wenn die Kacheln 294, 296 auf der Basis 292 festgelegt sind, einen Hauptkanal 300 mit spitzem Winkel auf die gleiche Weise wie bei der Führung 110 in Fig. 13 & 14. Eine Gegenelek trode oder Masseebene 302, die zu der Anziehungskraft beiträgt, die die EVs in den Führungskanälen hält, ist auf der den Ka cheln 294, 296 entgegengesetzten Seite der Basis 292 angeord net. Die dielektrischen Kacheln 294, 296 und die Basis 292 lassen sich aus einem beliebigen geeigneten Werkstoff wie Alu miniumoxid herstellen. Entsprechend kann die Gegenelektrode 302 aus einem beliebigen leitfähigen Material wie Silberpaste her gestellt sein. Das an die Gegenelektrode 302 gelegte Potential wird nach dem jeweiligen Anwendungsfall und den anderen in diesem eingesetzten Potentialen gewählt und kann positiv oder das Massepotential sein.

Eine zweite Version eines Teilers ist allgemein bei 310 in der Fig. 31 gezeigt und weist eine dielektrische Basis 312 mit einem gradlinigen Hauptführungskanal 314 und einem Nebenkanal 316 auf, der vom Hauptkanal unter einem spitzen Winkel ab zweigt. Die Kanäle 314, 316 sind in der Basis 312 gebildete Nuten mit Rechteckquerschnitt. Wie die Fig. 32 zeigt, ist eine Gegenelektrode 318 auf der den Kanälen 314, 316 gegenüberlie genden Seite des Basis 312 angeordnet und fördert die Fort pflanzung der EVs entlang den Kanälen, während eine flache dielektrische Abdeckung 320 optional auf die Oberseite der Basis aufgelegt werden kann, um die Führungskanäle zu schlie ßen. Um zu gewährleisten, daß - in der Fig. 31 gesehen - von links nach rechts den Hauptführungskanal 314 durchlaufende EVs sich nahe genug an der vom Nebenkanal 316 unterbrochenen Seite des Hauptkanals befinden, darf der Querschnitt des Hauptkanals nicht wesentlich größer sein als die mittlere Größe der EVs, die in ihm durchlaufen, obgleich jeder Kanal groß genug sein muß, um die größte zu führende EV-Struktur aufzunehmen. (Der Mosaik-Führungskanal mit der Fase 300 in den Fig. 29 & 30 nimmt beliebig große EV-Strukturen auf, da er einseitig offen ist.) Für eine bei 2 kV erzeugte EV-Perlenkette sollte typischerweise die seitliche Abmessung des Hauptkanals 20 µm betragen. Die untere Grenze für eine Kanalbreite zur Führung einer einzigen EV-Perle ist etwa 1 µm. Wo bei 2 kV gebildete EV-Perlenketten durch beide Kanäle des Teilers 310 laufen sollen, sollte die Breite des Nebenkanals 316 mindestens 20 µm betragen und kann die Breite des Hauptkanals 314 im Bereich von 20 bis 30 oder 35 µm liegen.

Beide Teiler 290, 310 lassen sich mit einer Vielzahl anderer Bauteile zusammenverwenden. Bspw. kann man EVs aus einer be liebigen der hier offenbarten Quellen in die Hauptführungska näle 300, 314 einführen, um sie sich dort fortbewegen zu las sen. Im Fall des Teilers 290 der Fig. 29 & 30 laufen EVs oder EV-Perlenketten entlang des Scheitels der Kanalfase 300 bis zum Schnitt mit dem Nebenkanal 298. An diesem Punkt gehen einige der EVs oder EV-Perlenketten in den Nebenkanal 298 über, wäh rend der Rest nach rechts (in Fig. 29 gesehen) im Hauptkanal 300 weiterläuft. Der Nebenkanal 298 führt die in ihn eingelau fenen EVs oder EV-Perlenketten um dessen dargestelltes Knie, so daß, wie dargestellt, in den zwei Kanälen zwei Ströme von EVs oder EV-Perlenketten am rechten Ende des Teiles (in Fig. 29 gesehen) ankommen. Von dort lassen die EVs sich mit anderen Systemkomponenten weitermanipulieren oder nutzen.

Entsprechend laufen EVs oder EV-Perlenketten, die in das linke Ende des Hauptkanals 314 des Teilers 310 der Fig. 31, 32 ein gebracht worden sind, in diesem Kanal weiter, bis einige von ihnen in den Nebenkanal 316 eintreten und durch sein Knie ge führt werden, so daß zwei Ströme von EVs oder EV-Perlenketten am rechten Ende des Teilers ankommen und dort weitermanipuliert oder genutzt werden können.

Es kann damit gerechnet werden, daß ein einzelnes EV, das sich den Hauptkanal eines der dargestellten Teiler 290 und 310 ent lang bewegt, auf jeden Fall in den schmaleren Nebenkanal über geht. Es wird jedoch darauf verwiesen, daß ein Strom von EVs oder EV-Perlenketten auf die beschriebene Weise aufgeteilt wird, wobei einige von ihnen im Hauptkanal und der Rest im Ne benkanal weiterlaufen. Das Umlenken nur eines Teils eines EV- Stroms in einen Nebenkanal mit kleinerem Querschnitt als dem des Hauptkanals kann durch das Aufeinanderdrängen zahlreicher EVs oder EV-Perlenketten an der Kanalverzweigung verursacht werden und auf die hohe Ladungskonzentration der EVs zurückzu führen sein, die verhindert, daß die gesamte EV-Ansammlung dem zweiten Kanal folgt. Hierbei handelt es sich um eine Form eines Selbst-Umschaltvorgangs, bei dem eine oder einige EV-Strukturen zu einem bestimmten Zeitpunkt in den Nebenkanal übergehen, wäh rend andere weiter dem Hauptweg folgen. Auf jeden Fall sind Teiler der in den Fig. 29-32 gezeigten Art ein wirkungsvolles Mittel zur Herstellung von mehreren Strömen von EVs, die einen Generator zunächst als einziger EV-Strom verlassen hatten. Wei terhin erfolgt die Ankunft der EVs an den Ausgängen des Haupt- und des Nebenkanals im wesentlichen gleichzeitig, da der Weg längenunterschied zwischen den Haupt- und dem Nebenkanal un wesentlich ist. Die mit einem einzigen Signalimpuls erzeugten und an der Verzweigung eines Haupt- zu einem Nebenkanal ankom menden zahlreichen EVs lassen sich folglich aufspalten, wobei einige EVs auf dem einen und anderen auf dem anderen Führungs weg weiterlaufen, um EV-Ankünfte bzw. -Signale an zwei Orten zu bewirken. Sind die Führungskanäle gleich lang, können die EVs an den Kanalendpunkten gleichzeitig (bzw. fast gleichzei tig) eintreffen.

Die Fig. 33 & 34 zeigen allgemein bei 330 einen Teiler mit veränderbarer Zeitverzögerung zur Herstellung eines Paares von EV-Signalen, die, aus einem einzigen EV-Impuls ("burst") er zeugt, an zwei verschiedenen Punkten in bestimmten Zeitpunkten (ggf. gleichzeitig) ankommen. Der Verzögerungsteiler 330 hat eine dielektrische Basis 332, auf der drei dielektrische Mosaikkacheln 334, 336, 338 festgelegt sind. Mit einer Spitz kathode 340 der in den Fig. 1 und 2 bzw. 17 gezeigten Art werden EVs erzeugt, die auf einer ersten Bahn 342 entlang der Schnittlinie der Basis 332 mit der (in Fig. 33 gesehen) oberen Kante der beiden Kacheln 334, 336 laufen. Die Bahn 342 ver läuft, wie in Fig. 33 gezeigt, weiter aufwärts entlang der Schnittlinie der Basis 332 mit der linken Kante der rechtecki gen Kachel 33 und deren oberer Kante sowie dann entlang der rechten Kante derselben abwärts.

Die erste Kachel 334 hat die Form eines Trapezoids und arbeitet zusammen mit der zweiten Kachel 336 in Form eines Dreiecks zur Bildung eines Kanals 344, der diese beiden Kacheln voneinander trennt und die Hauptbahn 342 unter einem spitzen Winkel schnei det, um den ersten Abschnitt eines Nebenführungskanals 346 zu bilden.

Eine allgemein U-förmige dielektrische Kachel 348 mit einem linken und einem rechten Schenkel 350 bzw. 352 umgreift, wie dargestellt, den Unterteil der Rechteckkachel 338 und ist be wegbar, um relativ zur Rechteckkachel 338 wahlweise positio niert werden zu können, wie es mit dem Doppelpfeil E angedeutet ist. Der Nebenweg 346 verläuft (in Fig. 33) weiter abwärts ent lang der 900-Schnittlinie (vergl. Fig. 34) der Basis 332 mit der linken Seite der Kachel 338, bis er den Schenkel 350 er reicht. Der bewegbare linke Schenkel 350 ist, wie in Fig. 34 gezeigt, entlang der unteren Innenkante 354 unter 450 gefast. Die Nebenbahn 346, die der Schnittlinie der Basis 332 und der linken Kante der Rechteckkachel 338 unter dem Kanal 344 folgt, wird dann folglich von der Schnittlinie der Basis 332 mit der gefasten Kante 354 des Schenkels 350 weitergeführt, da die EVs dem enger eingefaßten Schnitt gegenüber der 900-Ecke zwischen der Kachel 338 und der Basis 332 den Vorzug geben. Die EV-Bahn 346 verläßt also die Kachel 338 und folgt dem Schenkel 350. Es ist einzusehen, daß die bewegbare Kachel 348 mit dem Schenkel 350 am Ausgang des Kanals 344 so angeordnet werden kann, daß der Nebenkanal 346 dem Schenkel folgt, ohne erst auf der linken Seite der Kachel 338 entlangzulaufen. Die Nebenbahn 346 läuft dann weiter zum Bund der U-förmigen Kachel 348 und diesen ent lang zum rechten Schenkel 352, der sich entlang seiner linken Kante mit der Basis 332 rechtwinklig schneidet, wie in Fig. 34 dargestellt. Die untere rechte Kante der Kachel 338 ist jedoch bei 356 am Schnitt mit der Basis 332 unter 450 gefast. Folglich werden EVs, die in (Fig. 33) aufwärts entlang der Schnittlinie des Schenkels 352 mit der Basis 332 laufen, dann dem gefasten Schnitt der Kachel 338 mit der Basis folgen und schließlich vom Ende des bewegbaren Schenkels hinweg laufen. Wie die Fig. 34 zeigt, liegt eine Gegenelektrode 358 unter der Basis 332 und schafft das Potential, das zum Verstärken des Führungseffekts der Bahnen 342, 346 - bzw. dort, wo der Teiler 330 eine Kathode 340 für die Erzeugung von EVs enthält - für die EV-Erzeugung erforderlich ist.

An der rechten Kante (in Fig. 33 gesehen) der Rechteckkachel 338 sind zwei Launcher 360, 362 in Form dielektrischer Ansätze vorgesehen, die zu scharfen Kanten auslaufen. Entlang des 900- Schnitts des oberen Teils der rechten Kante der Kachel 338 mit der Basis 332 sich bewegende EVs werden also von der Schnitt linie des Launchers 360 mit der Basis weitergeführt. Der Launcher 360 ist jedoch, wie in Fig. 33 gezeigt, allgemein dreieckig gestaltet, so daß an seinem rechten Ende eine scharfe Kante entsteht. Das EV läuft also weiter vorwärts auf das fla che Substrat der Basis 332, anstatt die scharfe Ecke des Launchers 360 zu umrunden. Diese Vorwärtsbewegung des EVs wird stark beeinflußt durch die genaue Gestalt der Vorderkante des Launchers 360, die daher verhältnismäßig scharf und gradlinig sein muß, damit sich die EVs nicht unter falschen Winkeln an lösen. Mit weiteren (nicht gezeigten) Elektroden kann rechts vom Launcher 360 ein externes Feld zur weiteren Behandlung der EVs aufgebaut werden.

Entsprechend hat der Launcher 362 an seinem rechten Ende eine scharfe Kante, so daß EVs, die sich entlang dem gefasten Schnitt der unteren rechten Kante der Kachel 338 mit der Basis 332 bewegen, (in Fig. 33 gesehen) nach rechts und aufwärts, am rechtwinkligen Schnitt zwischen dem Launcher 362 und der Basis 332 entlang und schließlich über die Basis vom Launcher hinweg laufen. Den Launcher 362 verlassende EVs lassen sich mit einem externen Feld weiter manipulieren, das mittels geeigneter Elek troden (nicht gezeigt) angelegt werden kann.

Die Hauptbahn 342 ist eine feste Bahn, d.h. die Weglänge zwi schen dem Schnitt dieses Wegs mit bspw. dem Kanal 344 und dem Launcher 360 liegt fest. Die Weglänge der Nebenbahn 346 hinge gen ist bspw. zwischen dem Schnitt des Kanals 344 mit der Hauptbahn 342 und dem zweiten Launcher 352 variabel. Diese ver änderliche Weglänge wird erreicht durch die Bewegbarkeit des U- förmigen dielektrischen Elements 348 relativ zur Rechteckkachel 338, die der Doppelpfeil E zeigt. Je weiter das dielektrische Element 348 relativ zur Kachel 338 (in Fig. 33 gesehen) abwärts verschoben wird, desto länger ist die Länge der Nebenbahn 346 (und desto kürzer werden die Überlappungsbereiche der Schenkel 350, 352 mit den Seiten der Kachel 338). Indem man das dielek trische Führungselement 348 relativ zur Kachel 338 verstellt, kann man die Länge der Bahn 346 einstellen und so die Zeit wäh len, die EVs brauchen, um entlang der Nebenbahn 346 laufend am zweiten Launcher 362 anzukommen. Der Unterschied des Ankunfts zeitpunkts von EVs, die mit einem einzigen Impuls erzeugt auf den Bahnen 342, 346 laufen, an den beiden Launchern 360, 362 kann also durch Positionieren des dielektrischen Führungsele ments 348 gewählt werden.

Die in Fig. 33 angegebene Abmessung von 10 mm dient als Maß stabsangabe für einen typischen variablen Teiler. Es ist ein zusehen, daß mit einem variablen Teiler der gezeigten Größe sich Bahnlängenunterschiede in der Größenordnung von 1/10 mm ohne Schwierigkeiten erreichen lassen. Beliebige Einrichtungen können eingesetzt werden, um das bewegbare Führungselement zu bewegen und zu justieren - einschl. bspw. eines mechanischen Getriebes. Falls erforderlich, kann dort, wo die Einstellung von Hand erfolgen soll, ein Mikromanipulator bzw. eine Trans lationsmechanik bspw. in Form eines Systems aus Hebeln und Zahnrädern mit der erforderlichen Untersetzung Einsatz finden, um eine gewünscht empfindliche Justage zu erlauben.

Es ist weiterhin einzusehen, daß die Führungsbahnen 342, 346 sich gewünschten Anwendungsfällen beliebig anpassen lassen. Die Bahnen brauchen auch nicht bis zu Launchern 360, 362 zu verlau fen, sondern können sich als Führungen oder andere Systemkompo nenten, wie erforderlich, weiter fortsetzen.

Die Fig. 35 zeigt bei 370 eine bestimmte Version eines Teilers mit variabler Verzögerung. Im Aufbau und in der Arbeitsweise entspricht der Teiler 370 dem Teiler 350; es brauchen also nur die Unterschiede zwischen ihnen ausführlich beschrieben zu wer den. Die feste Führungsbahn 372 kann bspw. identisch mit der festen Führungsbahn 342 der Fig. 33 ausgeführt werden. Die variable Führungsbahn 374 des Teilers 370 wird jedoch mit einem bewegbaren Führungselement 376 (vergl. den Doppelpfeil F) ver ändert, das (vergl. Fig. 35) weiter nach rechts verläuft und an einem Launcher 378 endet, der die EVs entlang einer Linie ab wirft, die auf einen Schnittpunkt G mit der ersten Führungsbahn 372 gerichtet ist. Die EVs können also dem Punkt G abhängig von der Stellung des bewegbaren Führungselemente 376 aus zwei Rich tungen zu gleichen oder unterschiedlichen Zeitpunkten ankommend zugeführt werden. Nachweisplättchen oder andere EV-Nachweisein richtungen (bspw. Leuchtstoffschirme) 380, 382 lassen sich so anordnen, daß sie die auf der Haupt- und der Nebenbahn 372 bzw. 374 ankommenden EVs aufnehmen. Weiterhin kann man die Bewegung der EVs hinter den Launchern mit geeigneten Anoden oder Gegen elektroden unterstützen.

Generell kann der Nebenkanal eines Teilers kleinere, größere oder die gleichen Querabmessungen haben wie der Hauptkanal. Hat der Nebenkanal einen wesentlich größeren Querschnitt als der Hauptkanal, folgen sämtliche EVs dem Nebenkanal. Der Nebenkanal kann den Hauptkanal unter einem beliebigen spitzen Winkel bis 90 schneiden. Die Kanäle können sich unterschiedlich verzweigen - bspw. in Y- oder in T-Form. Für solche Beispiele können die beiden Zweige gleichwertige Kanäle sein. Weiterhin können auch mehrere Nebenkanäle angelegt werden, so daß sich bspw. aus einem einzigen EV-Eingangssignal aus einer einzigen Quelle eine beliebige Anzahl von Ausgangssignalen ableiten läßt. Es ist einzusehen, daß Teiler auch in anderen als den in den Fig. 29- 35 gezeigten Formen aufgebaut werden können - bspw. unter Verwendung der oben diskutierten rohrförmigen Führungselemente.

14. Weichen

Wie erwähnt, können EVs und EV-Ketten unter Verwendung von Füh rungen nicht nur in gewählten Richtungen geführt werden; die Führungen können auch Mittel zur Richtungsänderung enthalten. Die Führungskomponenten beeinflussen die Fortpflanzungsrichtung der EVs durch die von Bildladungskräften sowie durch die von mit Gegenelektroden erzeugten Feldern ausgeübte Anziehung zu den Führungsflächen hin. Die Fortpflanzungsrichtung von EVs und EV-Perlenketten läßt sich weiter beeinflussen mit elektrischen Querfeldern, die auf die elektrische Ladung der EV-Gebilde wir ken und sie in neue gewählte Richtungen umlenken. Das Ausmaß einer solchen Richtungsänderung hängt von der Größe des Umlenk feldes sowie von dessen Einwirkungszeit auf das EV-Gebilde ab. Zusätzlich kann das Umlenkfeld ein- und ausgeschaltet und un terschiedlich stark eingestellt werden, um die EVs beim Durch laufen eines bestimmten Gebiets unterschiedlich weit oder gar nicht umzulenken. Der Effekt ist natürlich bilateral; der Um lenkmechanismus, wie er auch immer wirkt, kann eine unerwünsch te Reaktion von durch den Vorbeilauf der EVs verursachten Ge genspannungen erfahren.

Beim Lauf von EVs auf Führungsbahnen, wie sie bspw. die oben diskutierten Führungsnuten darstellen, ist die EV-Fortpflanzung sehr stabil, und zwar nicht nur wegen der Potentialsenke, in der sich die EVs infolge der Bildladung im Dielektrikum bewe gen, und des Feldes des Gegenelektroden, sondern auch wegen der Querwandumgrenzungen, die die Nut im Dielektrikum in einer oder mehreren Querrichtungen herstellen. Damit ein entlang eines Führungskanals laufendes EV von einem angelegten Feld in eine neue Richtung umgelenkt werden kann, müssen die in der Umlenk richtung wirkenden Einflüsse der Führung schwach genug sein, daß das angelegte Feld die EVs umlenken kann. Mindestens der jenige Bereich, so die Umlenkung stattfinden soll, muß frei von einer Führungskanalwandung sein, die eine Querablenkung des EV stören würde. Generell muß ein in einem Führungskanal auf einer sehr stabilen Führungsbahn laufendes EV dort, wo es umgelenkt werden soll, verhältnismäßig instabil geführt sein. Nach der erwünschten Umlenkung kann das EV dann wieder in einen stabi leren Bahnbereich bspw. entlang eines Führungskanals einlaufen. Wo eine Wahl möglich ist, kann das EV - abhängig vom Anliegen eines Umlenkfeldes - auf einer von zwei oder mehreren verfügba ren Umlenkbahnen weiterlaufen. Eine Einrichtung, die auf diese Weise zur wahlweisen Änderung der Fortpflanzungsrichtung bspw. eines EVs oder einer EV-Kette verwendet wird, ist eine Weiche (Umlenkschalter).

Die Fig. 36-38 zeigen allgemein bei 390 eine Weiche von oben, von der Seite und stirnseitig. Bei der Weiche 390 handelt es sich um einen einpoligen Umschalter mit einer dielektrischen Basis 392 mit einem einzelnen Eingangsführungskanal 394 sowie einem ersten und einem zweiten Ausgangsführungskanal 396 bzw. 398. Die Ein- und Ausgangskanäle 394-398, die zwar als par allel dargestellt sind, aber unter praktisch beliebigen Winkeln zueinander verlaufen können, verbindet ein Übergangs- oder Um lenkbereich 400, der so tief ist wie die Führungskanäle, aber im allgemeinen eine größere Breite hat als sie. Eine Führungs- Gegenelektrode 402 liegt unter dem Eingangskanal 394, die Füh rungs-Gegenelektroden 404, 406 unter den Ausgangskanälen 396 bzw. 398; an sie können geeignete Spannungen gelegt werden, um den Durchlauf von EVs entlang den entsprechenden Führungsbahnen zu unterstützen.

Zwei Umlenkelektroden 408, 410 sind ebenfalls auf der Unter seite der Basis 392 den Führungskanälen 394-398 und dem Über gangsbereich 400 gegenüber angeordnet, wobei die Umlenkelektro den, die teilweise unter dem Übergangsbereich liegen, seitlich nach außen verlaufen und eine verhätnismäßig große Fläche ein nehmen. Ein aus dem Eingangskanal 394 in den Übergangsbereich 400 einlaufendes EV kann also von einer auf die linke Umlenk elektrode 408 aufgebrachten positiven Ladung und/oder einer auf die rechte Umlenkelektrode 410 aufgebrachten negativen Ladung nach links (aus dem Blickwinkel eines in den Übergangsbereich einlaufenden EV) ausgelenkt werden. Auf diese Weise wird die Bewegungsbahn dieses EV aus der im Eingangskanal 394 erzwun genen, allgemein gradlinigen Richtung herausgelenkt. Durch das Anlegen einer geeigneten Ladung an die Umlenkelektrode(n) 408 und/oder 410 läßt sich die Bewegungsrichtung des EV so ändern, daß das EV in einen ersten bzw. linken Ausgangskanal 396 eintritt, in dem es sich dann weiter fortbewegen kann. Alternativ kann Ladung auf eine oder beide der Ablenkplatten 408, 410 aufge bracht werden, um die Bewegungsbahn eines aus dem Eingangskanal austretenden EVs so umzulenken, daß es in den zweiten bzw. rechten Ausgangskanal 398 eintritt, in dem es dann weiterläuft.

Die Weiche (der Umlenkschalter) arbeitet, indem sie einem EV erlaubt, von einem verhältnismäßig hochstabilen Fortpflan zungsweg im Eingangskanal in einen Bereich relativer Instabi lität einzulaufen, indem seine Bahn durch Anlegen eines Um lenkfeldes selektiv geändert werden kann, wonach das EV in einen Ausgangskanal einläuft, der wiederum eine verhältnismäßig hochstabile Bewegungsbahn darstellt. Der Übergang von der Ein gangsführung zum Übergangsbereich sollte so erfolgen, daß in der EV-Bahn keine Störungen existieren, da ansonsten Fehlum schaltungen auftreten können. Durch Rückführung der umgelenkten EVs können die Effekte durch eine Eingangsbelastung oder -kopplung abgeschwächt werden. Bspw. nimmt eine benachbarte Elektrode beim Vorbeilauf eines EV eine Rückkopplungsspannung auf, die mit geeignet eingestellter Amplitude und phasengedreht an eine Umlenkplatte gelegt werden kann. Der Fachmann erkennt hier eine Gegentaktanordnung. Durch Vertauschen der Zuleitungen läßt sie sich zur Darstellung einer Kreuzkopplung benutzen. Eine solche Rückführungselektrode 412 ist auf der Basis 392 am linken Aus gangskanal 396 gezeigt; sie ist mit einer geeigneten Leitung an eine Kopplungsschaltung 413 angeschlossen, deren Ausgang mit der linksseitigen Umlenkelektrode 408 verbunden ist. Eine ent sprechende Rückkopplungselektrode 414 ist auf der Basis am rechten Ausgangskanal 398 vorgesehen und an eine Koppelschal tung 415 angeschlossen, deren Ausgang zur rechtsseitigen Um lenkelektrode 410 führt. Auf diese Weise kann man eine Gegen- oder eine Mitkopplung darstellen, die sich für eine stabile oder instabile, d.h. bistabile Umschaltung nutzen läßt. Andere bekannte Rückkopplungseffekte lassen sich erzielen, sofern man für jeden eine eigene Rückführungsschaltung vorsieht. Entspre chend lassen sich mit der Rückkopplungsschaltung Filter auf bauen, die das Aufschalten der EVs auf einen Ausgangskanal von der Ladungsgröße oder anderen Parametern abhängig machen. Es stellt einen erheblichen Vorteil dar, daß die Rückkopplungs schaltung elektromagnetische, nahe der Lichtgeschwindigkeit ar beitende Bauteile verwendet, da sich so die das Schaltverhalten beeinträchtigenden Laufzeiteffekte vermeiden lassen. Herkömmli che Widerstands-, Kapazitäts- und Induktivitätsbauteile arbei ten generell gut im Fall von EVs, die mit etwa 1/10 Lichtge schwindigkeit laufen.

Die in den Fig. 36-38 gezeigte Weiche 390 läßt sich durch Einätzen der Führungsbahnen und des Übergangsbereiches in auf geschmolzenes Siliziumoxid unter Verwendung photolithographi scher Verfahrensweisen herstellen. Die leitfähigen Elektroden beläge lassen sich aufdampfen oder -sputtern. Die Ein- und Aus gangsführungskanäle sollten für mit etwa 1 kV erzeugte EVs etwa 0,05 mm tief und breit sein. Die an die Umlenkelektroden zu legenden Spannungen reichen von einigen -zig Volt in den Kilo volt-Bereich, und zwar abhängig von der Stabilität der Bahn des durch den Übergangs- bzw. Umlenkbereich laufenden EV. Die Sta bilität der EV-Bahn innerhalb des Übergangsbereichs hängt von der Gestalt und Länge des Übergangsbereichs selbst sowie von der Gestalt der Gegenelektroden ab.

Um die Umlenkempfindlichkeit einer Weiche zu optimieren, sollte die EV-Bahn in der Mitte des Übergangsbereichs instabiler sein. Die Weiche 390 weist bspw. eine Übergangsführungsbereich 400 mit Seitenwandungedn 416 auf, die die Wände des Eingangskanals rechtwinklig schneiden, um das Ende des Eingangskanals 394 ab rupt zu markieren. Ein solcher abrupter mechanischer Übergang erfordert hohe Ablenkspannungen, um die EVs innerhalb des Über gangsbereichs selektiv zu steuern und umzulenken, da die EVs sich mit einer der der gewünschten Umlenkrichtung gegenüberlie genden Seitenwände des Übergangsbereichs 400 verkoppeln können. Es erfordert also eine hohe Ablenkspannung, will man ein EV über den Übergangsbereich 400 zur gegenüberliegende Wandung umlenken.

Der Übergang von Eingangskanal 394 zum Umlenkbereich 400 kann auch allmählicher gestaltet - und die Umlenkempfindlichkeit der Anordnung erhöht - werden, indem man die Elektroden (einschl. der Gegenelektrode 402) geeignet gestaltet. Bspw. endet, wie dargestellt, die führende Eingangs-Gegenelektrode 402 nicht am Schnitt des Eingangskanals 394 mit dem zwischenliegenden Über gangsabschnitt 400, sondern ist zu einem verjüngten Abschnitt 418 verlängert, der teilweise unter den Zwischenabschnitt ver läuft. Die Ablenkelektroden 408, 410 sind entsprechend parallel zur Kontur des verjüngten Teils 418 der Gegenelektrode 402 ab geschnitten. Eine solche elektrische Übergangstechnik erlaubt einem EV, bei nur schwacher Störung vom Eingangskanal 394 zum Übergangskanal 400 überzugehen, wobei sich bei fehlendem Um lenkfeld die Bewegungsrichtung kaum ändert; auf diese Weise er gibt sich eine hohe Umlenkempfindlichkeit. Bei fehlender Gegen elektrode läßt sich die Bahn, auf der ein EV sich fortbewegt, nicht auf einfache Weise vorhersagen.

Wie dargestellt, bildet der Zwischenbereich 400 eine flach V- förmige Wandung 420 zwischen dem ersten und dem zweiten Aus gangskanal 396, 398 aus. Die Gesalt dieses Teils 420 der Wand des Übergangsbereichs hat einen relativ schwachen Einfluß auf eine Kontrolle der Stabilität der EV-Bahnen innerhalb des Über gangsbereichs.

Alternativ kann ein EV in den Zwischen- bzw. Übergangsbereich so eingekoppelt werden, daß es weitgehend störungsfrei umge lenkt werden kann, indem man einen mechanischen Aufbau verwen det, der einen allmählichen Übergang vom Einfluß des Eingangs kanals zum Zwischenbereich herstellt. Bspw. kann eines solche Weiche eine Eingangs-Führungsnut, die in der Dicken- bzw. Tie fenrichtung verjüngt ausgeführt ist, gemeinsam mit einer Ein gangs-Gegenelektrode aufweisen, die verhältnismäßig abrupt oder gar in Querrichtung eckig abgeschnitten endet. Die Fig. 37 zeigt gestrichelt eine schräg verlaufende Oberfläche 422 um den Eingangskanal herum als Beispiel für eine solche mechanische Ausführung. Diese Eingangsführung verliert nach und nach ihre Führungswirkung auf das EV, während dieses sich dem Übergangs bereich nähert und dabei in seiner Fortbewegung zwischen den beiden Bereichen ohne ein Umlenkfeld kaum gestört wird; auch hier ergibt sich eine relativ hohe Umlenkempfindlichkeit. Es ist einzusehen, daß Ätztechniken generell allmählich abfallen de, keine abrupt endenden oder eckigen Kanten an den Rändern von Flächen liefern. Dieser natürliche Kantenabfall beim Ätzen läßt sich bis zu der bei 422 in Fig. 37 gezeigten Form eines Flächenauslaufs betonen.

Eine höhere Stabilität gegenüber Ladungsansammlungen läßt sich erreichen, wenn man als Umlenkelektrode jeweils einen nieder ohmigen Belag verwendet und die Umlenkelektroden auf der Ober seite und innerhalb des Übergangsbereichs 400, nicht darunter plaziert. Die Bewegungsbahn eines EVs kreuzt dann auf jeden Fall eine Umlenkelektrode. Mit dieser Umlenktechnik läßt sich ein Aufladen des Dielektrikums verhindern.

15. Das EV-Oszilloskop

Ein EV oder eine EV-Perlenkette, das bzw. die sich im Vakuum über eine Oberfläche bewegt, tut dies infolge örtlicher Felder und Oberflächenstörungen regellos. Diese Bewegung ist begleitet von einem Abwerfen von Elektronen durch das EV, so daß seine Bahn sichtbar wird, wenn man den Vorgang mit einem Elektronen- Bildgebungssystem beobachtet oder abgeworfene Elektronen auf einen Leuchtstoff fallen, der sichtbares Licht erzeugt. Indem man mit feldformenden Strukturen wie bspw. Ablenkelektroden elektrische Felder aufbaut, die die Bahn eines EVs bestimmen, läßt sich erreichen, daß diese Bahn und damit ihr optisches Ab bild die Zeitfunktion der angelegten Spannung beschreiben; man erhält so die Funktion eines Oszilloskops. Man erreicht sie auf auf wirkungsvolle Weise, indem man die Stabilisierungs- und Um lenkfunktion der EV-Weiche 390 der Fig. 36-38 verbessert.

Ein EV-Oszilloskop des Planartyps ist allgemein bei 424 in Fig. 39 dargestellt; es weist ein dielektrisches Substrat bzw. eine solche Basis 426 mit einem führenden EV-Eingangskanal 428 auf, der sich zu einem flachen Übergangs- bzw. Ablenkbereich 430 in der Art des Übergangsbereichs 400 der in Fig. 36 gezeigten Weiche 390 öffnet. Eine Führungs-Gegenelektrode 432 verläuft unter der Führungsnut 428, läuft aber, wie dargestellt, zu einer verjüngten Verlängerung unter dem Ablenkbereich 430 aus. Die vorwärts weisende Wand 434 des Ablenkbereichs 430 verläuft rechtwinklig zum Eingangskanal 428. Gemeinsam mit der verjüng ten Gegenelektrode 432 erhält man durch die Anordnung der Wan dung 434 des Ablenkbereichs relativ zum Eingangskanal 428 eine größtmögliche Stabilität von EVs und EV-Ketten beim Verlassen des Eingangskanals und Einlauf in den Ablenkbereich, wie oben unter Bezug auf die Weiche 390 bereits ausgeführt.

Zwei Ablenkelektroden 436, 4389 sind auf der Unterseite des Substrats 426 vorgesehen, wie gezeigt, um wahlweise ein Signal anzulegen, das auf einen (mit dem gestrichelten Linienzug ge zeigten) gewählten Bereich H des Übergangsbereichs 430 durch laufende EVs wirken soll. Das gesamte Innere des Übergangsbe reichs 430 kann mit einem Widerstandsmaterial beschichtet sein, um Oberflächenladungen zu unterdrücken und einen Abschluß her zustellen für die Leitung, die das Ablenksignal für die Ablenk elektroden 436, 438 zuführt. Der Boden des Ablenkbereichs 430 muß glatt sein, um örtliche Strukturen zu vermeiden, die ein EV ablenken könnten. Das EV bzw. die EV-Kette läuft aus dem akti ven Bereich H und dem Ablenkbereich 430 allgemein hinaus und kann schließlich mit einer Fanganode (nicht gezeigt) aufgefan gen werden.

Die Fig. 40 zeigt das EV-Oszilloskop 424 in einer stirnseitigen Draufsicht zusammen mit einem Leuchtstoff-Bildschirm 440. Der Bildschirm 440 muß über mindestens den aktiven Bereich H gelegt werden, kann aber den gesamten Übergangsbereich 430 und auch, wie dargestellt, das gesamte Substrat 426 bedecken. Elektronen, die das EV oder die EV-Kette emittiert, das bzw. die unter dem Einfluß des angelegten Ablenkfeldes vorbeiläuft, bewirken, daß der Leuchtstoff 440 seinerseits Licht emittiert. Ein Lichtmi kroskop 442 nimmt das vom Leuchtstoff 440 emittierte Licht auf und vergrößert es, damit es beobachtet werden kann. Anstelle des Lichtmikroskops kann auch eine lichtverstärkende FS-Kamera eingesetzt werden. Der Vergrößerungsfaktor des Systems (Mikro skop oder FS-Kamera) sollte zur Abbildung eines Objekts von einigen Mikrometern, der näherungsweisen Größe eines EV, aus reichen. Bei Verwendung eines FS-Monitors als Sichtgerät des Oszilloskops erhält man eine erhöhte Empfindlichkeit und kann das Bild außerdem sehr leicht aufzeichnen. Mit einer Elektro nenkamera, wie sie unten im Abschnitt 16 beschrieben ist, kann man weiterhin ein durch den Übergangsbereich 430 laufendes oder gar durch den Raum fliegendes EV unmittelbar betrachten.

Für das EV-Oszilloskop 424 ist eine EV-Quelle geeignet, die das Auswerfen der EVs in Führungen gestattet. Ggf. kann man mit einem Separator oder Selektor ein gewünschtes EV oder eine ge wünschte EV-Kette in den Führungskanal 428 des Oszilloskops eintragen. Die Erzeugungs- und Auswerfspannung, mit der man EVs für das Oszilloskops 424 erhält, kann abhängig von der Größe der verwendeten Strukturen typischerweise zwischen 200 V und 2 kV liegen. Wie bei der Weiche 390 (Fig. 36-38) müssen der Führungskanal 428 (bspw. seine Länge), die Gegenelektrode 432 und der Ablenkbereich 430 so gestaltet sein, daß ein stabili siertes EV in den Ablenkbereich 430 eingetragen wird, ohne mit den Seitenwänden des Ablenkbereichs zu verkoppeln. Das Oszil loskop 424 arbeitet im Effekt teilweise als Analogschalter mit zahlreichen Ausgangszuständen, die von der an die Ablenkelek troden 436, 438 gelegten Spannung abhängen.

Die Geschwindigkeit, mit der das EV den Führungskanal 428 ver läßt und den Ablenkbereich 430 durchquert, sowie die Bildver größerung des Lichtmikroskops, der FS-Kamera oder bspw. auch der Elektronenkamera bestimmen die Horizontal-Ablenkgeschwin digkeit des Oszilloskops 424, während das mittels der Ablenk elektroden 436, 438 rechtwinklig zu dieser Bewegung eingeprägte elektrische Feld die Vertikalachse abbildet. Die resultierende EV-Bewegung ist nicht die eigentliche Zeitfunktion des an die Ablenkelektroden 436, 438 gelegten Potentials, sondern deren Integral.

Die EV-Bildspur läßt sich mit dem unter Verwendung des Oszil lopskops 424 zu analysierenden Ereignis synchronisieren, indem man die EVs geringfügig vor dessen bildlicher Darstellung er zeugt, wie es in der Oszillographie üblich ist. Die Empfind lichkeit und Ablenkgeschwindigkeit des Oszilloskops 424 lassen sich variieren, indem man die gesamte Anordnung geometrisch än dert oder mindestens einen längeren EV-Durchlauf in einem grö ßeren aktiven Bereich H über längere Ablenkperioden beobachtet. Typischerweise liegt der Abstand zwischen den nächstliegenden Punkten der beiden Ablenkelektroden 436, 438 im Bereich von etwa 1 mm, und eingeprägte Signalfrequenzen in der Größenord nung von 100 GHz sind möglich. Der darstellbare Spannungsbe reich wird durch Wahl einer bestimmten Dämpfung des Signals be stimmt, bevor man es auf die Ablenkelektroden 436, 438 gibt. Infolge der geringen Größe eines EV und seiner relativ hohen Geschwindigkeit, ist die Bandbreite eines EV-Oszilloskops ver hältnismäßig groß. Einzelereignisse darstellende Wellenformen lassen sich analysieren, wenn die Übergangszeiten im Bereich von 0,1 ps liegen. Ein derart schnelles Oszilloskop ist ein wesentliches Werkzeug für die Analyse extrem schneller Effekte, wie sie unter Verwendung von EVs erreichbar sind. Bei den so großen Bandbreiten, die mit diesem "Picoskop" möglich sind, müssen die in der Eingangsschaltung zu den Ablenkelektroden 436, 438 verwendeten Dämpfungsglieder kompensiert werden. Die Anwendung von Mikrostrukturen für den Aufbau des EV-Oszillo skops unterstützt die Maßnahmen, kurze Signallaufzeiten zu er reichen. Das Oszilloskop 424 und alle zugehörigen Schaltungs teile sollten so nahe wie möglich am zu messenden elektrischen Ereignis betrieben werden, um eine Dispersion in den Verbin dungsleitungen zu verhindern. Für einen großen Teil der Arbei ten, für die das EV-Oszilloskop geeignet ist, läßt es sich ef fektiv in den Ursprungsbereich des Signals einbetten. Das Picoskop wird so effektiv zu einem "Chipskop" und kann prak tisch als Wegwerfeinheit aufgefaßt werden.

16. Elektronenkamera

Wie bereits festgestellt, kann eine Elektronenkamera zum Be trachten der Elektronenemission von EVs verwendet werden, die ein EV-Oszilloskop wie das Picoskop 424 der Fig. 39, 40 durch laufen. Eine solche Elektronenkamera ist allgemein bei 450 in den Fig. 41 und 42 dargestellt. Die Kamera 450 weist ein Me tallgehäuse 452 auf, das als elektrische Abschirmung der La dungssteuerung innerhalb der Kamera gegen störende Streufelder dient. Eine Lochblende ("pinhole aperture") 454 ist der Ein gang, durch den Elektronen, Ionen, neutrale Partikel oder Pho tonen in das Gehäuse 452 gelangen können. Die typischen Ab messungen der Kamera 452 sind mit der 25-mm-Angabe in der Fig. 42 gegeben; die tpische Seitenausdehnung der Apertur 454 be trägt etwa 50 µm.

Zwei Ablenkplatten 456, 458 sind im Gehäuse 452 so angeordnet, daß durch die Apertur 454 einfallende geladene Teilchen allge mein zwischen sie geleitet werden. Die Anschlüsse 460, 464 ver laufen von den Ablenkplatten 456 bzw. 458 durch die Wandung des Gehäuses 452 und sind gegen dieses durch die Isolierstoffhülsen 462, 466 isoliert. Über das der Apertur 452 gegenüberliegende Ende des Gehäuses 452 ist eine Kombination 468 eines Kanalelek tronenvervielfachers (CEM) mit einem Leuchtstoffschirm gelegt. Geladene Teilchen treffen auf den CEM auf, der mit einem Kas kadeneffekt einen verstärkten Ladungsaufschlag auf den Leucht schirm erzeugt, der folglich aufglüht und damit das Aufschlagen auf den CEM gegenüber dem Ort des Aufleuchtens auf dem Leucht schirm optisch signalisiert. Der Aufbau und die Arbeitsweise einer solchen CEM-Leuchtschirm-Kombination 468 sind bekannt und brauchen hier nicht weiter erläutert zu werden.

Das Gehäuse 452 ist am Leuchtschirm offen; es kann jedoch mit einer leitfähigen dünnen Schicht die vom Gehäuse bewirkte Ab schirmung vervollständigt werden, ohne den Austritt von Licht vom Leuchtschirm, das von außen beobachtet werden soll, zu stören. Obgleich nicht in der Zeichnung gezeigt, ist die CEM- Leuchtschirm-Kombination 468 mit geeigneten Leitungsanschlüssen versehen, über die ihr unabhängig vom Potential, auf das das Gehäuse 452 gelegt sein kann, gewählte Spannungen zugeführt werden können; so läßt sich zwischen dem CEM und dem Leucht schirm eine Potentialdifferenz einstellen. Diese Potentialdif ferenz beträgt typischerweise 5 kV, während der Übertragungs faktor ("gain") des CEM sich durch Einstellen seines Potentials unabhängig verändern läßt. Die Bestandteile der Kamera 450 - einschließlich des Gehäuses 452 - lassen sich generell bei be liebiger Polarität auf ein beliebiges Potential von bis zu min destens 5 kV setzen.

Zusätzlich zu der Möglichkeit, verschiedene Spannungen an das Gehäuse 452, die CEM-Leuchtschirm-Kombination 468 und die Elek troden 456, 458 zu legen, läßt die Kamera 450 sich so lagern bzw. haltern, daß man sie bezüglich des Aufnahmeobjekts belie big bewegen und positionieren kann. Bspw. kann es sinnvoll sein, die Kamera in Längs- und/oder Querrichtung zu verschieben oder sie um eine beliebige ihrer Achsen zu drehen.

Geladene Partikel wie Elektronen, die durch die Apertur 454 einlaufen, können auf den CEM 468 an beliebigen Punkten dessel ben aufschlagen, so daß ein heller Punkt auf dem Leuchtschirm entsteht und als Nachweis eines Ereignisses beobachtbar wird. Die Ablenkplatten 456, 458 dienen zur Durchführung von Ladungs- oder Energieanalysen oder dergl.. Messungen unter Anwendung retardierender Potentiale, die sich der an den CEM gelegten Spannung bedienen, sind für die Analyse ebenfalls geeignet. Derartige Analyseverfahren sind bekannt und brauchen hier nicht ausführlich erläutert zu werden.

Die Lochblendenkamera 450 hat eine Vielzahl von Anwendungsmög lichkeiten bspw. in Verbindung mit EVs. Die Fig. 41 zeigt eine EV-Quelle 470 und eine Anode 472 vor der Kameraapertur 454, so daß EVs von der Quelle abgezogen und durch eine Apertur in der Extraktoranode geschickt werden können. Die EVs schlagen auf den Vorderteil der Kamera 450 um die Apertur 454 (bspw. ein Molybdänblech) herum auf. Vor das Blech mit der Apertur 454 kann ein Messingring (nicht gezeigt) gelegt werden, der die EVs aufnimmt und verhindert, daß sie auf die Vorderfläche der Ka mera auftreffen. Als Target kann eine über die Apertur 454 ge spannte Metallfolie dienen. In einer anderen solchen Anordnung läßt die Kombination der EV-Quelle 470 und des Extraktors 472 sich winklig - bspw. unter 900 gegenüber der in Fig. 41 ge zeigten Anordnung - zur Kamera 450 aufstellen, so daß die er zeugten EVs an der Apertur 454 vorbeifliegen und nur einige von diesen abgeworfene Elektronen durch die Apertur in die Kamera eindringen, um an ihnen die Fortpflanzung der EVs beobachten zu können.

Die Fig. 43 zeigt, wie die Kamera 450 gemeinsam mit einem EV- Oszilloskop wie dem Picoskop 424 der Fig. 39 eingesetzt werden kann. Wie in Fig. 43 gezeigt, kann die Kamera 450 dem aktiven Bereich H des Oszilloskops 424 zugewandt angeordnet werden, wo bei die Kameraapertur in kurzer Entfernung von diesem liegt, so daß die Elektronenemission von einem zum Darstellen eines Sig nals im aktiven Bereich des Oszilloskops verwendeten EV durch die Apertur in die Kamera eindringen und vom CEM und dem Leuchtschirm detektiert werden kann. Für diese Verwendung der Kamera können die Ablenkplatten 456, 458 bspw. auf Massepo tential gehalten werden, während die Spannung am CEM hoch genug ist, um die EV-emittierten Elektronen zum Aufschlagen auf den CEM zu beschleunigen. Das Linsensystem der FS-Kamera 474 ist in Fig. 43 als dem Lichtausgangsende der Kamera 450 zugewandt dargestellt. Der CEM und der Leuchtschirm ergeben bereits in der Kamera, wie sie dargestellt ist, eine etwa 5fache Ver größerung. Die Gesamtvergrößerung der Kombination der Elektro nenkamera 450 mit der FS-Kamera 474 kann im FS-System weiter erhöht werden.

Die Fig. 44 zeigt eine weitere Anwendung der Elektronenkamera 450, und zwar hier gemeinsam mit einer zweiten Elektronenkamera 450′, die so angeordnet ist, daß die Längsachsen der beiden Ka meras ggf. in der gleichen Ebene rechtwinklig zueinander ver laufen. Auf diese Weise läßt sich bspw. der Ort eines vor den beiden Kameras vorbeilaufenden EVs in drei Dimensionen bestim men. Wie dargestellt, sind die Kameras 450, 450′ entlang der x- bzw. der y-Achse eines orthogonale xyz-Koordinatensystems an geordnet, wobei die Kameras zu dessen Ursprung "zurückschauen". Zwei Sätze Ablenkelektroden (mit den entlang der x-Achse ein ander gegenüber angeordneten Elektroden 476, 478 sowie den entlang einer zur x-Achse rechtwinkligen, d.h. der y-Achse ebenfalls einander gegenüber angeordneten Elektroden 480, 482) lassen sich auf die dargestellte Weise anordnen, um ein EV im gemeinsamen Sichtfeld der Kamera 450, 450′ wahlweise auszulen ken. Bei den Elektroden 476-482 kann es sich um dünne Drähte eines Durchmessers von größenordnungsmäßig etwa 0,5 mm handeln, wobei die Drähte 478, 481, die den Kameras 450, 450′ am nächsten liegen, vor diesen angeordnet werden können, ohne deren Blick richtung zu stören, d.h. die Kameras "schauen um die Drahtelek troden herum". Mit geeigneten Zuleitungen können die gewünsch ten Potentiale an die Elektroden 476-482 gelegt werden. Wie bereits in der Diskussion eines EV-Oszilloskops im Abschnitt 15 festgestellt, läßt sich ein dreidimensional arbeitendes EV- Oszilloskop unter Verwendung von zwei Elektronen aufbauen und einsetzen.

Die Fig. 44 zeigt weiterhin die Anwendung einer auf bspw. der z-Achse angeordneten dritten Elektronenkamera 450′′ zur weiteren Beobachtung des Verhaltens in drei Dimensionen zusammen mit den x- und y-Kameras 450, 450′. Die Feldelektroden 484, 486 sind auf der z-Achse vorgesehen, um die EVs in dieser Richtung ab zulenken.

Zwei Elektronenkameras können auf der gleichen Linie angeordnet einander zugewandt werden (wie bspw. die Kameras 450′′ und 450′′′ in Fig. 44), um bspw. an Elektronen eine Doppler-Energieanalyse durchzuführen.

Wie bspw. im Fall des Picoskops des Abschnitts 15 kann eine be liebige geeignete EV-Quelle zusammen mit den hier offenbarten Systemteilen zur Handhabung von EVs dazu verwendet werden, um EVs in das Beobachtungsfeld einer der in Fig. 44 gezeigten Kameranordnungen einzubringen.

17. Multielektrodenguellen

Die oben beschriebenen Separatoren, Selektoren und Abwerfein richtungen sind Formen von Multielektrodenquellen bzw. EV-Gene ratoren, die für die angegebenen speziellen Zwecke konstruiert sind; diese Vorrichtungen weisen zusätzlich zu einer Kathode und einer einzigen Anode bzw. Gegenelektrode zur Erzeugung von EVs weitere Elektroden auf. Multielektroden-Anordnungen lassen sich auch für andere Zwecke einsetzen. Für bestimmte Anwendun gen kann es erforderlich sein, zur EV-Erzeugung eine feste Po tentialdifferenz zwischen Anode und Kathode aufrechtzuhalten, aber dennoch eine gewisse Kontrolle über die EV-Erzeugung zu behalten. Dies läßt sich erreichen, indem man eine Steuerelek trode hinzufügt, mit der man eine Triodenanordnung erhält. Eine Version einer Triodenquelle ist allgemein bei 490 in Fig. 45 gezeigt. Die Triode 490 ist auf einer dielektrischen Basis 492 mit einer langgestreckten Führungsnut 494 aufgebaut, die eine Flachkathode 496 enthält. Eine Anode oder Gegenelektrode 498 ist auf der der Kathode 496 entgegengesetzten Seite der Basis 492 und zu deren anderen Ende hin angeordnet. Weiterhin ist eine Steuerelektrode 500 auf der der Kathode 496 entgegenge setzten Seite der Basis 492 vorgesehen, liegt aber in Längs richtung näher am Kathodenende als die Anode 498. Die Steuer elektrode 500 liegt effektiv zwischen der Kathode 496 und der Anode 498, so daß die an der Steuerelektrode liegende Spannung das elektrische Feld am emittierenden Kathodenende, wo die EVs entstehen, wesentlich beeinflussen kann.

Bei festen an der Kathode 496 und an der Anode 498 liegenden Potentialen kann ein EV an der Kathode erzeugt werden, indem man an die Steuerelektrode 500 ein in positiver Richtung ge hendes Impulssignal legt. Es besteht eine scharfe Schwelle für die Feldemission an der Kathode, d.h. für denjenigen Prozeß, der die Erzeugung eines EV einleitet. Daher kann eine Vorspan nung an die Steuerelektrode 500 gelegt werden, der man zur EV- Erzeugung ein schwächeres Impulssignal überlagert. In diesem Fall führt die Steuerelektrode 500 keinen Gleichstrom, aber bei anliegendem Wechselsignal hohe Wechselströme.

Eine Triode arbeitet, indem die Kathodenemissionsdichte auf den kritischen Punkt angehoben wird, der für die Erzeugung eines EV erforderlich ist. Wie bei Trioden im allgemeinen kann eine ge wisse Wechselwirkung zwischen der Steuerelektrode 500 und dem Ausgang der Quelle 490 auftreten. Die Steuerelektrode 500 muß kräftig genug angesteuert werden, um das Entstehen des ersten und eines nachfolgenden EVs zu erzwingen, da starke Rückkopp lungseffekte im Sinne einer Unterdrückung der EV-Entstehung wirken. Die übliche Rückkopplung bei hohen Frequenzen verrin gert den Verstärkungsfaktor des Generators, so daß die Steuer elektrode nicht positiv genug angesteuert werden kann, um nach dem ersten weitere EVs zu erzeugen. Wird bspw. die Spannung an der Steuerelektrode positiver gemacht, um an der Kathode 496 anfänglich ein EV zu erzeugen, erhöhen dieses EV sowie die er höhte Spannung an der Steuerelektrode die gemeinsame Kapazität der Steuerelektrode und der Anode 498. Wenn das erste EV sich zu bilden beginnt, verringert die Raumladung den Effekt der Steuerspannung. Verläßt dann das EV den Bereich über der Steu erelektrode 500 und nähert es sich dem Bereich über der Anode 498, wird eine Spannung auf die Steuerelektrode übergekoppelt, die vom augenblicklichen Potential der Anode abhängt und ver hindert, daß das Potential an der Steuerelektrode für die Er zeugung eines weiteren EVs weit genug steigt. Diese Verkopplung läßt sich durch Aufnahme einer weiteren Elektrode abschwächen; man erhält so eine Tetrode.

Eine EV-Quelle in Form einer planaren Tetrode ist allgemein bei 510 in den Fig. 46-48 gezeigt. Eine dielektrische Basis 512 enthält eine Führungsnut 514, in der sich eine Flachkathode 516 befindet. Auf der der Kathode 516 entgegengesetzten Seite der Basis 512 und am anderen Ende derselben befindet sich eine Ano de (Gegenelektrode) 518). Eine der in Fig. 45 gezeigten Elek trode 500 entsprechende Steuerelektrode 520 ist auf der der Kathode 546 entgegengesetzten Seite der Basis 512 quer zur Führungsnut 514 und (in Längsrichtung) zwischen Kathode und Anode angeordnet. Die Steuerelektrode 520 kann also vorgespannt und dann zur EV-Erzeugung an der Kathode 516 mit einem Impuls signal angesteuert werden, wie es für die Triode 490 in Fig. 45 beschrieben wurde, auch wenn das Kathoden- und das Anodenpoten tial konstantgehalten werden.

Auf der der Kathode 516 abgewandten Seite der Basis 512 ist weiterhin eine Rückkopplungselektrode 522 nahe genug an der Anode 518 angeordnet, um eine Kopplung zwischen der Steuerelek trode 520 und der Anode abzuschwächen. Wie weiterhin aus der Fig. 46 ersichtlich, steht die Rückkopplungselektrode 522 teil weise in einen Ausschnitt 524 in der Seitenkante der Anode 518 hinein vor, so daß die Anode die Rückkopplungselektrode teil weise gegen eine Verkopplung mit der Steuerelektrode 520 ab schirmt.

Die bei 510 in den Fig. 46-48 gezeigte Tetrode kann unter Verwendung mikrolithographischer Dünnschichtverfahren herge stellt werden. Die Breite der EV-Führungsnut 514 kann im Be reich von etwa 1 µm bis etwa 20 µm liegen; daher kann die Te trode mit den Methoden der optischen oder der Elektronenlitho graphie aufgebaut werden. Für die dielektrische Basis 512 kann typischerweise Aluminiumoxid dienen, für die verschiedenen leitfähigen Elektroden Molybdän. Andere Möglichkeiten sind bspw. diamantartiger Kohlenstoff für das Dielektrikum und Titankarbid oder Graphit für die leitfähigen Strukturen. Gene rell lassen sich jedes stabile dielektrische Material und jeder stabile metallische leitfähige Werkstoff verwenden. Die Kathode 516 kann mit einem flüssigen Metall benetzt werden, wie oben bereits diskutiert. Bei im Wärmegleichgewicht befindlichen kleinen Strukturen besteht jedoch die Gefahr, daß das Benet zungsmetall auch zu anderen Stellen als der Kathode wandert und die Elektrodenkonfiguration ändert. Alternativ kann die Flach kathode 516 am Ende 526 zugespitzt werden, so daß die Spitze die Bildung feldemittierten Elektronen zur EV-Erzeugung unter stützt und man sich nicht auf eine Metallbenetzung zur Wieder herstellung der Kathodenkante verlassen muß. Multielektroden- Quellen wie die Triode 490 und die Tetrode 510, die hier ge zeigt sind, können im Vakuum oder bei gewählten Gasdrücken be trieben werden, wie es oben zu anderen Einrichtung beschrieben ist.

Multielektrodenquellen sind ausführlicher im Abschnitt 21 über Feldemissionsquellen beschrieben, wo auch eine Arbeitsschaltung für eine Tetrodenquelle angegeben ist.

Die bereits beschriebenen Triodenanordnungen - einschl. der Separatoren, Selektoren und Abwerfeinrichtungen - lassen sich ebenfalls in Form von Tetroden aufbauen. Während hier mehrere Multielektroden-Generatoren gezeigt und beschrieben sind, sind auch andere Anordnungen mit zwei oder mehr Elektroden, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind, für die EV-Technologie anpaßbar. Generell lassen sich die für den Einsatz von Hochva kuumröhren benutzten Verfahrensweisen auch wirkungsvoll in den verschiedenen Anordnungen zur Erzeugung und Handhabung von EVs verwenden.

18. Elektrodenlose Quellen

Die Fig. 49 zeigt bei 530 eine weitere Form eines EV-Genera tors. Eine allgemein langgestreckte dielektrische Umhüllung 532 weist drei Elektroden 534, 536 und 538 auf, die auf Außenflä chen der Umhüllung festgelegt sind. Die beiden Elektroden 534, 538 sind auf den entgegengesetzten Enden der Umhüllung 532 an gebracht, während die Zwischenelektrode 536 etwa ein Drittel der Entfernung von der Elektrode 534 zur Elektrode 538 von er sterer beabstandet ist. Die Endelektrode 538 ist eine Extrak torelektrode, mit der EVs nach deren Erzeugung gehandhabt werden. Die anderen Elektroden 534 und 536 werden zur EV-Er zeugung benötigt. Die Zwischenelektrode 536 liegt als Ring vor, der die Umhüllung 532 umgibt. In der dargestellten speziellen Ausführungsform liegt die Ringelektrode 536 in einer Einschnü rung, die im Inneren der Umhüllung eine Apertur 540 bildet, die das Innere der Umhüllung 532 zu einer EV-Bildungskammer 542 (links in Fig. 49) und einer Arbeitskammer 544 (rechts in Fig. 49) unterteilt. Entsprechend ist die Endelektrode 534 in einer Vertiefung in der Endfläche der Umhüllung 532 angeordnet. Folg lich ist die Zwischenelektrode 536 kegelstumpfförmig und die Endelektrode 534 konisch; die Extraktorelektrode 538 ist eben flächig. Die Vertiefung und die Einschnürung, in denen die Elektroden 534 bzw. 536 sich befinden, sind nicht für die EV- Erzeugung erforderlich, sondern dienen anderen Zwecken, die im folgenden diskutiert sind. Obgleich die Arbeitskammer 544 mit etwa der doppelten Länge der EV-Bildungskammer 542 dargestellt ist, kann die Arbeitskammer praktisch beliebig lang sein.

Wird bipolare elektrische Energie wie bspw. HF-Energie an die erste und die zweite Elektrode 534, 536 angelegt, die sich auf der dielektrischen Umhüllung 432 befinden, die ein Gas enthält, bilden sich in der Kammer 542 EVs, obgleich die externen Me tallelektroden gegen die interne Entladung isoliert sind. Eine Kathode wird verwendet, um die EVs zu erzeugen, obgleich die isolierte erste Elektrode 534 als "virtuelle Kathode" er scheint. Eine solche "elektrodenlose" bzw. mit isolierter Ka thode erfolgende EV-Erzeugung kann unter bestimmten Umständen erwünscht sein - wenn bspw. bei einer EV-Erzeugung durch eine Hochspannungsentladung die Gefahr von Sputter-Schäden an den Elektroden besteht.

Für einen gegebenen Satz Parameter (bspw. Abstände, Gasdruck und Spannung) erhält man bei der Entladung eine besonders ef fektive Erzeugung und Führung von EVs (wie bspw. im Zusammen hang mit Gas- und optischen Führungen diskutiert wurde), sofern die Atomzahl des Füllgases hoch ist. In der Reihenfolge der Wirksamkeit rangiert Argon bspw. ganz unten; Krypton ist besser und Xenon von diesen dreien (bei gleichen Abmessungs-, Druck- und Spannungsbedingungen) am besten geeignet.

Die Fortbewegung von EVs durch das Gas in der Umhüllung 532 führt, wie bereits erwähnt, zur Bildung von Streamern, die als sehr dünne helle Linien im freien Gas oder auf der Wand der Um hüllung erscheinen. Ein oder mehrere EVs können dem von einem vorhergehenden EV erzeugten Streamer folgen. Das erste EV einer solchen Serie läuft ohne Ladungsausgleich durch; weitere EVs folgen entlang der vom ersten EV erzeugten Ionenhülle bei auf rechterhaltenem Ladungsausgleich. Während weitere EVs sich entlang des gleichen Streamers fortpflanzen, nimmt die Dicke der Ionenhülle zu.

Die dielektrische Umhüllung 532 kann typischerweise aus Alumi niumoxid gefertigt sein und innen in Querrichtung eine Dicke von etwa 0,25 mm für den Betrieb mit einer Spitzenspannung von 3 kV zwischen den Elektroden 534, 536 in Xenongas von 0,1 Atmo sphären Innendruck haben. Mit diesen Parametern sollte der Ab stand zwischen den Elektroden 534, 536 etwa 1 mm sein. Das Di elektrikum kann zur Aufbringung der Elektroden 534-538 mit Silber metallisiert sein.

Die kegelstumpfförmige Gestalt der ersten Elektrode 534 wirkt im Sinne einer Stabilisierung des Orts der EV-Bildung. Die ringförmige Einschnürung bildet eine Apertur 540 von etwa 5×10-2 für die verbleibenden angegebenen Parameter. Die Aper tur 540 erlaubt einen Betrieb bei unterschiedlichem Druck auf beiden Seiten zwischen der EV-Bildungkammer 542 und der Ar beitskammer 544, wenn durch geeignetes Pumpen der Druckunter schied über Gasdruck-Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) auf rechterhalten wird. Bei reduziertem Gasdruck in der Arbeitskam mer verringert sich auch der Führungseffekt der Streamer, so daß die EVs sich leichter beeinflussen lassen. EVs in der Ar beits- bzw. Lastkammer lassen sich durch Anlegen geeigneter, nach Amplitude oder zeitlichem Verlauf eingestellter Potentiale an die Extraktorelektrode 538 sowie andere externe Elektroden (nicht gezeigt) zwecks auf den Anwendungsfall abgestimmter Be handlung der EVs. Für eine gegebene Pumprate läßt sich bei kleinerem Aperturdurchmesser ein größerer Druckunterschied auf rechterhalten. Der Aperturdurchmesser kann auf etwa 2,5×10-2 mm reduziert werden, erlaubt aber dann immer noch den Durchgang von EVs. Ist der Gasdruck in der Arbeitskammer niedrig genug, pflanzen die EVs sich ohne Streamer als "schwarze" EVs fort. Weiterhin kann man eine elektrodenlose EV-Quelle mit geringerem Abstand der EV-bildenden Elektroden 534, 536 aufbauen, die dann die EV-Erzeugung mit Spannungen von wenigen hundert Volt zu läßt. Schließlich kann die elektrodenlose EV-Quelle auch planar aufgebaut werden.

19. Wanderwellenkomponenten

Ein Anwendungsfall für in einer dielektrischen Umhüllung wie der Quelle 530 der Fig. 49 erzeugte EVs liegt in einer Wander wellenschaltung und insbesondere einer Wanderwellenröhre. Eine solche Anordnung erlaubt eine gute Kopplung zwecks Energieaus tausch von einem EV zu bspw. einer herkömmlichen elektrischen Schaltung. Generell läßt sich ein mit einer der hier beschrie benen Erzeugungs-, Führungs- oder Abwerfeinrichtungen behan deltes EV im Sinne eines solchen Energieaustauschs ankoppeln. Die Fig. 50 zeigt eine solche Wanderwellenröhre bei 550 und eine Abwerfeinrichtung (allgemein der in Fig. 25 gezeigten Art) bzw. Kathode 552, mit der sich EVs innerhalb einer zylinder symmetrischen EV-Führung 554 erzeugen bzw. auswerfen lassen, an deren entgegengesetztem Ende sich eine Anode bzw. Sammelelek trode 556 befindet. Eine als Gegenelektrode wirkende Masseebene 558 ist außerhalb der Führung 554 und diese entlang verlaufend dargestellt und kann die das Führungsrohr teilweise umfassen. Eine vollständig um das Rohr 554 herumverlaufende Masseebene 558 ist nicht möglich, da sie eine Fortpflanzung des elektro magnetischen Strahlungssignal aus dem Rohr heraus verhindern würde. Geeignete Lagerungs- und Dichtarmaturen 560, 562 halten die Abwerfeinrichtung bzw. Kathode 552 und die Anode 556 an den beiden Enden des Führungsrohrs 554 in der Sollage.

Eine Wendel 564 aus leitfähigem Draht ist um das Führungsrohr 554 gelegt und verläuft allgemein zwischen der Abwerfeinrich tung 552 und der Anode 556 oder geringfügig über diese hinaus. Die Wendel 564 ist mit einer Last 566 abgeschlossen, die hier für eine beliebige geeignete Anwendung steht, aber im Sinne ge ringstmöglicher Reflektionen der Wendelimpedanz entsprechen muß. Über einen optionalen strombegrenzenden Eingangswiderstand 568 kann der Abwerfeinrichtung bzw. Kathode 552 ein Impuls-Ein gangssignal zugeführt werden. Der Eingangswiderstand 568 kann entfallen, wenn er in einer gegebenen Anwendung zu viel Lei stung verbraucht. Nicht in der Wendel 564 verbrauchte EV-Ener gie wird an der Anode 556 und einem nach Masse gelegten Auf fangwiderstand 570 gesammelt. An einem Ausgangsanschluß 572 kann ein geeigneter Detektor - bspw. ein Oszilloskop - zur Signalformüberwachung angeschlossen werden.

Die Geschwindigkeit eines EV beträgt typischerweise 1/10 oder etwas mehr der Lichtgeschwindigkeit. Dieser Geschwindigkeits bereich vergleicht sich günstig mit dem Bereich der mit Wendel und Mäander-Verzögerungsleitungen erreichbaren Verzögerungen. Bspw. kann die Länge der Wendel 564 und die der EV-Bahn von der Abwerfeinrichtung bzw. Kathode 552 zur Anode 556 etwa 30 cm be tragen, wobei die Helix so aufgebaut ist, daß sich eine Lauf zeit von etwa 16 ns bei einer Wendelimpedanz von etwa 200 Ω ergibt. Die Impedanz und die Laufzeit der Wendel 564 werden teilweise von der kapazitiven Kopplung zur Masseebene 558 be einflußt. Der Innendurchmesser des Glas- oder Keramikrohrs 554 kann etwa 1 mm oder weniger, der Außendurchmesser etwa 3 mm sein. Ein EV wird bei einer Spannung von 1 kV (hauptsächlich von der Quelle bestimmt) bei einem Xenon-Gasdruck von 10-2 Torr abgeworfen, so daß sich ein Ausgangsimpuls von bspw. mehreren Kilovolt an der Wendel 564 ergibt.

Mit einem mit Quecksilber benetzten Kupferdraht als Kathode (anstelle der Abwurfeinrichtung 552), einem Xenon-Gasdruck von etwa 10-2 Torr, einem 600 ns langen Eingangsimpuls von 1 kV bei einer Impulsfrequenz von 100/s (über einen Eingangswiderstand 568 von 1500 Ω angelegt), einer Anodenspannung von 0 V und einer Targetlast 570 von 50 Ω ergaben sich bspw. an einer 200- Ω-Verzögerungsleitung 564 eine Ausgangsspannung von -2 kV und eine Ausgangsspannung von -60 V in das Target 556. Im Rohr war ein schwaches rötliches Glimmen zu sehen. Mit dem Anlegen einer positiven Eingangsspannung an die Anode 556 erschienen sicht bare EV-Streamer im letzten Zentimeter der EV-Laufstrecke un mittelbar vor dem Aufschlag auf die Anode. Die in der Wendel 564 erzeugte Signalform ist eine Funktion des Gasdrucks. Im allgemeinen wurde mit den angegebenen Parametern ein scharfer, etwa 16 ns langer negativer Impuls erzeugt, gefolgt von einem flachen Impuls mit gasdruckproportionaler Dauer, die sich von praktisch null bei der bevorzugten Bedingung eines minimalen Gasdrucks bis zu einer Länge von 1 ms strecken ließ. Für derart hohe Gasdrücke kann die Freuenz der Eingangsimpulse verringert werden, damit im Rohr zwischen den Impulsen Ionen ausgeräumt werden können und der lange Ausgangsimpuls möglich wird. Die Amplitude des negativen Impulses nahm mit abnehmendem Gasdruck zu. Bei minimalem Gasdruck trat nur ein spitzer negativer Im puls einer Breite von etwa 16 ns auf.

Die Fig. 51 zeigt eine planare Wanderwellenanordnung allgemein bei 580, wie sie sich aus Stoffschichten unter Verwendung lithographischer Verfahrensweisen aufbauen läßt. Eine dielek trische Basis 582 enthält einen Führungskanal 584, in dem sich eine Sammelelektrode (bzw. Anode) 586 befindet. EVs werden mit einer Abwerf- oder anderen geeigneten Einrichtung am linken Ende der Führungsnut 584 (Fig. 51) eingebracht und in dieser mit einer Gegenelektrode (nicht sichtbar) auf der der Nut ab gewandten Seite der Basis 582 gehalten.

Eine mäanderförmige Leiterbahn 588, 588 ist auf der Unterseite der Basis 582 unter der Führungsnut 414 aufgebracht, wie darge stellt, und mit einem Lastwiderstand 590 oder ggf. einer ande ren Last abgeschlossen. EVs werden in die Nut 584 eingebracht und von ihr weitergeleitet; dabei geht Energie von den EVs auf den Mäander 588 über und wird an die Last 590 übergeben. Ver bleibende EV-Energie wird von der Anode 586 aufgenommen, an die ein Widerstand nach Masse, ein Detektor oder eine andere Last angeschlossen sein kann. Obgleich nicht dargestellt, wird der Mäander vorzugsweise mit einer - durch eine dielektrische Schicht isolierten - Gegenelektrode unterlegt, um eine brauch bare Impedanz und Unterdrückung der Strahlung zu erreichen und gleichzeitig eine dielektrische bzw. Raumschicht zwischen der Nut und dem Mäander einzubringen.

Alternativ zum Aufbringen der Mäander-Leiterbahn 588 auf die Unterseite der Basis 582 gegenüber der Führungsnut 584 kann man letztere mit einem Dielektrikum abdecken und über diesem eine mäanderförmige Leiterbahn wie die bei 588 über der Nut anbrin gen. Ohne eine solche dielektrische Abdeckung zur Trennung der Nut 584 von der darüber befindlichen Leiterbahn muß eine Gegenelektrode auf die Unterseite der Basis 584 unter der Füh rungsnut vorgesehen werden, damit keine EVs auf die Mäander- Leiterbahn übergehen. Bei einer solchen Anordnung lassen sich die bei der Fortbewegung der EVs in der Führungsnut 584 emit tierten Elektronen auf der Mäander-Leiterbahn sammeln, so daß ein weiterer Energietransfer stattfindet.

Wanderwellenröhren oder -schaltungen der bspw. in den Fig. 50 und 51 gezeigten Art bieten folglich ein Mittel, um EV-Energie zu einer Energieform umzuwandeln, die sich mit herkömmlichen elektrischen Schaltungen weitervermitteln läßt. Mit solchen Verfahrensweisen kann elektromagnetische Strahlung vom Mikro wellenbereich bis zum sichtbaren Licht durch EV-Impulse erzeugt und auf herkömmliche elektrische Schaltungen übergekoppelt werden, indem man die Parameter der Übertragungsleitungen und die EV-erzeugende Energie wahlweise einstellt.

20. Impulsgenerator

Ein EV ist gekennzeichnet durch eine hohe negative Ladung, die in einem kleinen Volumen konzentriert ist und sich mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt, so daß ein EV bzw. eine EV-Kette zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen kurzer Anstiegs- und Abfallzeit genutzt werden kann. Bspw. läßt sich eine beliebige der hier zur EV-Erzeugung beschriebenen Anordnungen zusammen mit einem Selektor, wie er in Fig. 26 oder Fig. 27 gezeigt ist, verwenden, um die gewünschte Ladungsstruktur zu erreichen, mit der EVs an eine Auffangelektrode geliefert werden, die die hohe Ladungsdichte eines EV zu einem elektromagnetischen Impuls der gewünschten Impulsform umwandelt. Eine Schalt- bzw. Anstiegs zeit bis hinunter zu etwa 10^-14 s läßt sich erreichen, wenn eine EV-Perle aus 10¹¹ Elementarladungen von insgesamt 1 µm Ausdehnung, die sich mit 1/10 der Lichtgeschwindigkeit bewegt, mit einem auf die gewünschte Bandbreite ausgelegten Elektroden system eingefangen wird. Die dabei erzeugte Spannung hängt von der Impedanz der die EVs einfangenden Schaltung ab, liegt aber generall im Bereich von mehreren Kilovolt.

Die Fig. 52 zeigt allgemein bei 600 einen Impulsgenerator mit einem zylindersymmetrischen Selektor 602. Eine konisch zuge spitzte und mit leitfähigem Material benetzte Kathode 604 ist in der dielektrischen Basis 606 eines Separators und einer Apertur 608 desselben zugewandt angeordnet. Eine Anode 610 ist auf der Außenfläche der dielektrischen Basis 606, eine Extrak torelektrode 612 in geringem Abstand zur Basisapertur vor dieser angeordnet. Eine allgemein zylindrische leitfähige Ab schirmung 614 umschließt den Separator 602 und ist von einer Scheibe 616 aus dielektrischem Material geschlossen, auf der die Extraktorelektrode 612 angebracht ist. Ein leitfähiger Metallbelag in Form eines Rings stellt einen Anschluß 618 auf der der Abschirmung 614 zugewandten Seite der Scheibe 616 dar und ist elektrisch leitend mit der Abschirmung verbunden. Ein Lastwiderstand 620 aus einem Widerstandsbelag deckt die Ring fläche zwischen der Extraktorelektrode 612 und dem Leiterring 618 ab, so daß der Separator 602 fast vollständig von einer Ab schirmung umgeben ist, die elektrische Störfelder abschirmt und Stromkreise induktivitätsarm zuu schließen hilft. Die Gesamt größe des Impulsgenerators kann etwa 0,5 cm betragen.

Die Außenseite der dielektrischen Scheibe 616 (vergl. auch Fig. 53) ist praktisch spiegelbildlich zu deren Innenseite angelegt und weist eine kreisförmige Ausgangselektrode 622 auf, die mit einer Ringelektrode 624 über einen Widerstandsbelag 626 verbun den ist, wobei die Gestalt und die Abmessungen der Außenelek troden 622, 624 im wesentlichen denen der Innenelektroden 612 bzw. 618 entsprechen. Die Ausgangselektrode 622 ist so kapazi tiv mit der Extraktorelektrode 612 verbunden, so daß beim Auf fangen der relativ hohen Ladung eines EVs oder einer EV-Kette durch die Extraktorelektrode eine entsprechend hohe negative Ladung an der Ausgangselektrode erscheint.

Um die EV-Erzeugung einzuleiten, kann ein geeigneter negativer Impuls über den Eingangsanschluß 62 87198 00070 552 001000280000000200012000285918708700040 0002003817897 00004 870798 an die Kathode 604 gelegt und dabei über einen Anschluß 630 in einer geeigneten Öffnung 632 die Anode 610 auf Masse- oder einem relativ niedrigen posi tiven Potential gehalten werden. Eine positivere Extraktorspan nung geht von einem Anschluß 634 zur Abschirmung 614 über den leitfähigen Ring 618 und den internen Widerstandsbelag 620 an die Extraktorelektrode 612. Wenn ein erzeugtes EV den Selektor 602 verläßt und von der Extraktorelektrode 612 aufgefangen wird, sinkt das Potential der letzteren rasch ab und steigt dann wieder an, während die EV-Ladung von Widerstandsbelag 620 und der Abschirmung 614 und schließlich über den Anschluß 634 abgebaut wird. Die an die Extraktorelektrode 612 gelegte Span nung ist veränderbar, so daß nur gewählte EVs aus dem Selektor extrahiert werden können, um die gewünschten Ausgangsimpulse zu erzeugen. Über einen Anschluß 636, der mit dem Ringleiter 624 und schließlich mit der Ausgangselektrode oder den Widerstands belag 626 verbunden ist, kann eine Vorspannung an die Ausgangs elektrode 622 gelegt werden.

Um kurze Impulszeiten zu erreichen, werden generell kleine und blindwiderstandsarme Bauteile mit minimalen Entfernungen zwi schen dern Schaltungselementen eingesetzt. Die Anflugentfernung des EVs vom Selektor 602 zur Extraktorelektrode 612 sowie die Ladung des EV bestimmen die Anstiegszeit des negativen Impulses an der Ausgangselektrode 622. Die RC-Konstante bzw. der Wider standswert des Lastwiderstands 620 bestimmt die Abfallzeit.

Bspw. lassen sich Anstiegs- und Abfallzeiten von minimal 10¹³ Sekunden mit einem "Picopulser" 600 mit eine maximalen Außen durchmesser von etwa 0,5 cm erreichen. Der Lastwiderstand 620 hat typischerweise einen Widerstandswert von mindestens etwa 10^-4 Ω (und kann 10^-3 Ω betragen), der sich darstellen läßt mit einem dünnen Metallbelag auf der Oberfläche der dielektrischen Scheibe 616, die ihrerseits bspw. aus Keramik bestehen kann. Ein entsprechender Widerstandsbelag kann für den Widerstand 626 Einsatz finden, um die Ausgangsauskopplung und die Wirkung eines Bypass-Kondensators zu erreichen. Der Ausgangswiderstand 626 bestimmt bspw. die Vorspannung ("bias") an der Last. Wird der Ausgang mit einem Gleichstrom belastet, läßt die Abfallzeit des Ausgangsimpulses sich durch Verändern des Widerstandsbelags 626 am Ausgang variieren, wobei man durch höhere Widerstands werte (bspw. aufgebrannte Dickschicht-Widerstandsbeläge) län gere Abfallzeiten erreicht. Arbeitsspannungen bis zu 8 kV lassen sich für verschiedene Vorspannungen erreichen, wenn man der Ausführung der leitfähigen Metallschichtringe 618, 624 die gebotene Aufmerksamketi schenkt. Die Amplitude der Ausgangs impulse läßt sich mittels des Dämpfungsfaktors im Lastkreis am Anschluß 636 variieren.

Der "Picopulser" 600 verkörpert also eine Technik zum Erreichen sehr schneller Impulse hoher Amplitude durch die anfängliche Erzeugung von EVs oder EV-Ketten. Für einen optimalen Betrieb sollte der Impulsgenerator 600 im Vakuum betrieben werden.

21. Feldemissionsquellen

Die Hauptforderung für die Erzeugung eines EV ist, eine sehr hohe unkompensierte Elektronenladung in einem kleinen Volumen schnell zu konzentrieren. Eine solche Betriebsweise impliziert einen Emissionprozeß, der mit einem schnellen Schaltvorgang ge koppelt ist. In den verschiedenen, oben beschriebenen EV-Gene ratoren mit Gasatmosphäre wird der Schaltvorgang von der nicht linearen Wirkung eines Gasionisation und möglicherweise einigen Elektronenstoßereignissen dargestellt. Dieser Gas-Schaltprozeß arbeitet auch, wenn die Quellen mit flüssigem Metall benetzte Kathoden verwenden, nachdem einmal der Fedlemission-Grundprozeß Metalldampf aus dem Kathodenbereich durch thermisches Verdam pfen und Ionenbeschuß freigesetzt hat. Eine EV-Erzeugung zur durch Feldemission läßt sich erreichen, wenn man das Gas und alles wanderfähige Material aus dem EV-Erzeugungssystem elimi niert. Um eine EV-Erzeugung durch Feldemission zu erzielen, muß man mit schnellen Schaltvorgängen arbeiten und diese so mit dem Feldemitter koppeln, daß der Emissionsprozeß sich ein- und dann wieder abschalten läßt, bevor der Emitter durch Elektronenlei tung bis zum Verdampfungspunkt erwärmt wird. Es werden die EVs also von einer Feldemissionskathode, die in einem Emissions dichtebereich über dem von anderen Einrichtungen normalerweise benutzten arbeitet, durch eine Impulsansteuerung erzeugt, die schneller ist als die thermische Zeitkonstante der Kathode, so daß eine thermiosche Zerstörung des Emitters verhindert ist. Da die thermische Zeitkonstante des Emitters typischerweise weni ger als 1 ps beträgt, läßt die erforderliche kurze Schaltzeit für Potentiale im Bereich mehrerer hundert Volt sich mit EV- betätigten Schalteinrichtungen wie bspw. dem in den Fig. 52 & 53 gezeigten Impulsgenerator 600 erreichen.

Eine Feldemissions-EV-Quelle ist allgemein bei 650 in der Fig. 54 gezeigt und entspricht im Aufbau und der Arbeitsweise dem Impulsgenerator 600 der Fig. 52 & 53 mit der Ausnahme, daß die Impuls-Ausgangselektrode 652 der Feldemissionsquelle einen spitzen Emitter 654 aufweist, der von der ansonsten scheiben förmigen Elektrode absteht. Zur EV-Erzeugung wird ein geeig netes Spannungsimpulssignal wird an die Kathode 656 und die Anode 658 des allgemein bei 660 gezeigten Separators gelegt; eine an die Extraktorelektrode 662 gelegte Extraktorspannung soll ein EV anziehen. Beim Auffangen des EV an der Extraktor elektrode 662 entsteht an der Ausgangselektrode 652 ein nege tiver Impuls kurzer Anstiegszeit, so daß sich an der Spitze des Emitters 654 ein starkes Feld konzentriert. Der resultierende Feldeffekt an der Spitze des Emitters 654 führt zur Erzeugung eines oder mehrerer EVs durch reine Feldemission, wobei die Feldemissionsquellle im Vakuum arbeitet. Der mit dem EV-erzeug te negative Impuls an der Ausgangselektrode 652 muß auch eine kurze Abfallzeit haben, so daß der Impuls abgeklungen ist, be vor der Emitter 654 während des Abklingens Schaden nehmen kann. Der Widerstandsbelag 664 auf der dem Extraktor zugewandten Seite der Scheibe 666 kann etwa 10^-2 Ω betragen, der Wider standsbelag 668 auf der dem Feldemitter zugewandten Seite etwa 10⁶ Ω. Eine EV-Führung 670 der in Fig. 15 gezeigten, allgemein zylindrischen Bauweise ist in einer Anordnung dargestellt, in der sie vom Emitter 654 abgeworfene EVs aufnehmen und sie der beabsichtigten Last zuführen kann.

Der Feldemissionsgenerator 650 kann zur Erzeugung von EVs ver wendet werden, während man gleichzeitig die Feldemissionskatho de 654 auf Schäden prüft, um den EV-Bildungsprozeß im Sinne einer Schadensminimierung zu optimieren. Ein Leuchtstoffschirm oder eine Nachweisplatte (nicht gezeigt) kann in eine Lage ge bracht werden, in der er bzw. sie die am Emitter 654 gebildeten EVs auffangen kann. Der Picopulser wird abgeschaltet und eine Vorspannung über die Leitung 672 angelegt, um eine Gleichspan nung an den Emitter 654 zu legen und eine Gleich-Feldemission von diesem zu ziehen. Obgleich die an die Leitung 672 gelegte Vorspannung gewöhnlich negativ ist, kann sie auch positiv sein, sofern das EV an der Kathode 656 mit einer Spannung von mehr als 2 kV erzeugt wird. Das Emissionsmuster auf dem Leuchtstoff schirm bzw. der Nachweisplatte kann dann zusammen mit der Höhe der Gleichvorspannung und dem Strom zum Emnitter 654 analysiert werden, um den Kathodenradius, den kristallographischen Zustand und andere morphologische Eigenschaften unmittelbar nach der EV-Erzeugung zu bestimmen. Derartige Analyseverfahren für Feld emissionsoberflächen sind bekannt.

Die Spitzenspannung des zum Ansteuern des Feldemitters 654 ver wendeten Picopulsers läßt sich ermitteln, indem man die über die Leitung 672 angelegte Vorspannung verändert, um die Impuls spannung für die Kathode 656 zu verschieben. Dabei wird der Feldemitter 654 als sehr schneller Gleichrichter bzw. Detektor verwendet, um die Impulsspitze an der Kathode 654 zu messen. Um die Eigenschaften der erzeugten EVs zu bestimmen, kann man eine dünne Schicht oder Folie aus glattem Metall wie bspw. eine Nachweisplatte vor einer Anode (nicht gezeigt) anordnen, die man ihrerseits vor dem Emitter 654 anordnet und mit der Anode verbindet. In Vakuum und bei etwa 2 kV Arbeitsspannung des Systems ist ein Abstand bis zu 1 mm zwischen dem Emitter 654 und dieser Anode geeignet. Die Aufschlagmarke, die das EV auf der Nachweisplatte zurückläßt, läßt sich mit einem Rasterelek tronenmikroskop auf die Anzahl der erzeugten EV-Perlen und deren Aufschlagmuster analysieren. Mit dem in Fig. 54 gezeigten Generator 650 lassen sich zahlreiche Hochgeschwindigkeitseffek te untersuchen. Hält man das Ausgangssignal des Impulsgenera tors spannungsmäßig niedrig und benutzt einen empfindlichen De tektor für den Nachweis der Emission vom Feldemitter 654, kann man auf wirksame Weise sehr kurze und hohe Spannungsimpulse mit einer Substitutionstechnik unter Ausnutzung der Gleichrichtfä higkeit des Feldemitters messen. Die mit der Leitung 672 ange legte Vorspannung wird anstelle der Impulsspannung verwendet.

Bei Impulsspannungen mit Werten weit innerhalb des gewöhnlich als Raumladungs-Sättigungsbereich eines Feldemitters betrach teten Bereichs erzeugt der Emitter 654 Elektronenbündel, die auf einer Nachweisplatte EVs ähneln. Diese kleinen EVs sind sehr nützlich für spezialisierte computerartige Anwendungen, die eine Ladungssteuerung verwenden.

Der in Fig. 54 gezeigte Feldemissionsgenerator ist ein Beispiel für eine der Methoden, mit relativ großen Komponenten die Schaltgeschwindigkeit zu erreichen, mit denen eine EV-Produk tion durch reine Feldemission möglich ist. Für praktische An wendungen kann es wünschenswert sein, ein komplettes System kompatibler Mikrokomponenten zur Herstellung der Schalt- und Abwerfeinrichtungen einzusetzen. Angesichts der erforderlichen kleinen Abmessungen und relativ hohen Spannungen lassen sich weiterhin praktisch besser einsetzbare Anordnungen zur Nutzung und Erzeugung von EVs durch eine relativ reine Feldemission unter Verwendung der Mikrofabrikationstechnologie herstellen.

Die Fig. 55 zeigt eine Mikroschaltung, bei der Dünnschicht techniken zum Aufbau eines vollständigen Systems zur Herstel lung von EVs durch Feldemission ohne Benutzung externer EV-Ge neratoren oder massiver Komponenten Einsatz fanden, die eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit verhindert hätten. Hier erfolgt der Schaltprozeß durch Rückkopplung in einem mit den thermischen Vorgängen im EV-Generator verträglichen Zeitmaßstab; m.a.W.: die Schaltgeschwindigkeit ist gleichschnell wie oder vorzugs weise schneller als die Wärmezeitkonstante und die thermischen Vorgänge. Um eine Zerstörung der Kathode zu vermeiden, muß der Emitter in weniger als 1 ps ein- und ausgeschaltet werden.

Die in Fig. 55 allgemein bei 680 gezeigte Feldemissionsquelle entspricht im Aufbau der Tetrodenquelle 510 der Fig. 46-48. Eine dielektrische Basis 682 enthält eine langgestreckte Nut 684, die im Querschnitt allgemein rechteckig sein kann und als Kathode eine Linienquelle 686 enthält, die betrieblich nicht mit einem Metallbelag benetzt ist. Eine Gegenelektrode 688 ist auf der der Nut 684 abgewandten Seite der Basis 682 unter einem Teil der Führungsnut 684 angeordnet. Desgl. ist eine Steuer elektrode 690 auf der gleichen Seite der Basis 682 wie die Ge genelektrode 688 angeordnet und verläuft von einer Seitenkante der Basis zu einem Stelle zwischen den Enden der Kathode 686 und der Gegenelektrode, wobei sie die Führungsnut 684 schnei det. Eine Rückkopplungselektrode 692 ist auf der der Kathode 686 abgewandten Seite der Basis 682 vorgesehen und verläuft seitlich über die Unterseite der Basis zum kathodennahen Ende der Gegenelektrode 688. Ein Schenkel 694 der Rückkopplungs elektrode 688 verläuft entlang eines Ausschnitts 696 in der Ge genelektrode 688, so daß die Rückkopplungselektrode mit einem EV während dessen Vorbeilauf entlang der Führungsnut 684 - im allgemeinen für die Länge des Schenkels 694 - in Wechselwirkung treten kann.

Die Fig. 56 zeigt bei 700 ein Schaltbild der Feldemissions quelle 680 der Fig. 55 und der zugeordneten Einrichtungen zur EV-Erzeugung durch Feldemission. Ein Energiespeicher 702 ist an die Kathode 686 angeschlossen und wird über eine Leitung 704 mit einer geeigneten negativen Spannung versehen. Die passive Energiequelle 702 kann ein Kondensator oder eine Streifenver zögerungsleitung sein, wie sie in Wasserstoff-Thyratron-Impuls radars verwendet und ggf über einen Widerstand gespeist wird. Die Energiequelle 702 liefert typischerweise einen negativen 1-ps-Impuls, wenn sie durch eine Potentialänderung an der Steuerelektrode 690 entladen wird. Ansonsten kann ein konstan tes Potential zwischen die Kathode 686 und die Gegenelektrode 688 gelegt werden.

Ein phasenumkehrender Impulswandler 706 mit Luftkern wird wahl weise über eine Leitung 708 mit einem Triggerimpuls betätigt, um eine positive Steuervorspannung, die auf der Leitung 710 zugeführt wird, an die Steuerelektrode 690 zu legen und damit die EV-Erzeugung durch Feldemission an der Kathode 686 einzu leiten. Das zum Aufrechterhalten der Emission nach dem Ent fallen des Triggerimpulses und bis zum Erschöpfen der in der Leistungsversorgung gespeicherten Energie erforderliche Rück kopplungsignal wird vom Umwandler 706 über die Rückkopplungs elektrode 692 geliefert.

Die Feldemitter wie bspw. 654 und 686, die in reinen Feldemis sionsquellen wie den beschriebenen Einsatz finden, sollten aus einem gegenüber thermischen und Ionensputter-Schäden relativ stabilen Werkstoff gefertigt werden. Bspw. weisen Metallkarbide wie Titankarbind und Graphit diese Eigenschaften auf und er geben gute Kathoden. Entsprechend sollte der dielektrische Werkstoff eine hohe Stabilität und hohe Durchschlagfestigkeit aufweisen. Schichten aus Aluminiumoxid und diamantartigem Koh lenstoff zeigen diese Eigenschaften. Da für die Kathoden (im Gegensatz zu den mit flüssigem Metall benetzten) keine Selbst regeneration verfügbar ist, wird an den Emittern vorzugsweise ein Ultrahochvakuum eingestellt, um Schäden durch Ionenbombar dierung oder eine Änderung der Oberflächenarbeitsfunktion ("surface work function") zu vermeiden.

Vorherrschende Bedingungen verbieten die Verwendung von reinen Feldemissionsemittern erheblicher Größe. Für einen Emitter wie den bei 686 in Fig. 55 gezeigten scheint die kritische Grenze für die seitliche Ausdehnung bei etwa 1 µm zu liegen. Für Ka thoden dieser Größe erlegt die gespeicherte Energie der zuge hörigen Schaltung dem kleinen Emitterbereich während der Emis sion eine übermäßige Wärmebelastung auf. Unterhalb des Größen bereich von 1 µm hat der Feldemitter den Vorteil einer guten Kühlung infolge des naturgemäß hohen Verhältnisses Oberfläche- zu-Volumen der kleinen Schaltungselemente.

22. Röntgenstrahlenquelle

EVs lassen sich zur Erzeugung von Röntgenstrahlen verwenden. Ein Röntgengenerator ist allgemein bei 720 in der Fig. 57 ge zeigt und hat eine mit Quecksilber benetzte Kupferkathode 722 der in der Fig. 4 gezeigten Art, einen Separator 724 mit einer Gegenelektrode 726, wie in Fig. 8 gezeigt, und eine Anode 728 zur Erzeugung und Fortpflanzung von EVs (und ggf. von EV-Ket ten) von der Kathode durch die Separatorapertur hindurch zur Anode.

Es hat sich herausgestellt, daß das Aufschlagen eines EV auf ein Target bzw. Anode und der dabei erfolgende Stillstand zu einem Lichtblitz aus dem dabei entstehenden Plasma und einem Krater führen, der als Ergebnis des Zerfalls des EVs und des dabei entstehenden Energieumsatzes zurückbleibt. Ein Teil dieser Energie wird zu Röntgenstrahlung. Die Röntgenquelle selbst innerhalb des Targets 728 ist so klein wie das EV, d.h. sie hat seitliche Abmessungen im Bereich von etwa 1 bis 20 µm abhängig von der Art und Weise, wie das EV ursprünglich erzeugt oder selektiert wurde. Die kleine Röntgenquelle hat einen re lativ hohen Produktionswirkungsgrad und erzeugt relativ inten sive Strahlung, so daß die gesamte Röntgenausgangsleistung gegenüber der Eingangsenergie recht hoch ist. Dieses Phänomen weist auf eine intensive Röntgenproduktion beim Zerfall des geordneten EV-Gefüges hin, und zwar möglicherweise infolge des Zusammenbruchs des durch die Elektronenbewegung innerhalb des EV erzeugten starken magnetischen Feldes.

Das EV von der Kathode 722 und aus dem Separator 724 schlägt auf das Anodentarget 728 auf, wobei Röntgenstrahlen emittiert werden, wie in Fig. 57 schaubildlich dargestellt. Das Material des Targets 728 hat eine ausreichend niedrige Induktivität, daß es das EV im Effekt aufbrechen läßt. Ein Material mit niedriger Atomzahl wie Graphit minimiert den beim EV-Zerfall entstehenden Schaden und erlaubt einen verhältnismäßig leichten Durchgang der erzeugten Röntgenstrahlen zur Außenseite des Targets 728. Die Röntgenquelle 720 kann im Vakuum oder in einem Gas bei nie drigem Druck betrieben werden. In Xenongas mit wenigen Torr und bei einem Impulssignal von 2 kV an der Kathode für die EV-Er zeugung können bspw. die Kathode 722 und der Separator 724 bis etwa 60 cm vom Anodentarget 728 entfernt sein. Die Analyse der gesamten Röntgenstrahlung aus der Quelle 720 läßt sich auf be kannte Weise bewerkstelligen - bspw. mit Filtern, photographi schem Film oder Wellenlängen-Dispersionsspektrometern. Da die Röntgenphotonen jedoch alle etwa gleichzeitig erzeugt werden, läßt sich mit einem solchen Spektrometer der spektrale Energie inhalt der erzeugten Röntgenstrahlung nicht bestimmen.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Röntgengenerator bzw. eine Röntgenquelle, die bspw. als Röntgen-Punktquelle für die "Stop Motion"-Röntgenphotographie und darüber hinaus als Rönt gengenerator für eine breite Vielfalt von Röntgenanwendungen geeignet ist.

23. Elektronenquelle

Entlang einer Führung sich fortbewegende EVs emittieren im all gemeinen Elektronen, die sich bspw. mit einer Kollektorelektro de auffangen lassen. Bspw. im Fall von RC-Führungen können die aus der Führungsnut heraus emittierten Elektronen über ihr auf gefangen werden, wenn die Nut tief genug ist und das EV fest mit dem Boden der Führungsnut oder mindestens mit der Gegen elektrode auf der entgegengesetzten Seite der dielektrischen Basis verkoppelt ist. Die so emittierten Elektronen stammen aus sekundären und Feldemissionsquellen, die von der Energie des vorbeilaufenden EV erzeugt worden sind. Da diese Elektronen von einem dielektrischen Material mit relativ langer RC-Zeitkon stante für die Wiederaufladung kommen, muß bis zu diesem Wie deraufladen gewartet werden, bis ein weiteres EV den Bereich belegen und weiter Elektronen emittieren kann. Bei LC-Führungen ist diese Verzögerung relativ kurz, da das Wiederaufladen über metallische Elektroden erfolgt. Elektronen lassen sich für die Nutzung auf einfache Weise mit einer Sammelelektrode auffangen, da ihnen vom EV eine gewisse Anfangsenergie mitgegeben worden ist. Im Fall von LC-Führungen läßt sich eine beliebige der Elektroden in den Führungen der Fig. 20 oder 21 als Sammel elektrode verwenden.

Die Fähigkeit eines EV, Elektronen zu emittieren, erlaubt, es in verschiedenen Anwendungen als Kathode einzusetzen. Ein richtig angeregtes EV kann zum Emittieren eines ziemlich schmalen Bandes von Elektronenenergien veranlaßt werden. Der Hauptgesichtspunkt für die Verwendung einer derartigen Kathode ist die Bestimmung der mittleren Energie und des Energiestreu bereichs der emittierten Elektronen. Weiterhin gibt es einen Zerhackereffekt, der auf dem endlichen Abstand zwischen den eine Führung entlanglaufenden und Elektronen emittierenden EVs beruht. Der Zerhackerbereich ist generell verfügbar von der im wesentlichen stetigen Emission einer praktisch kontinuierlichen Folge von EVs bis zu einer stark impulsartigen Emission aus dem Durchlauf eines einzigen EV oder einer EV-Kette unter einer Apertur. Folglich müssen die Art der EV-Fortbewegung sowie die Führungsstruktur, die die EVs durchlaufen, auf den speziellen Anwendungsfall der Elektronenemission abgestimmt werden.

Eine getastete bzw. zerhackte Elektronenemissionsquelle ist in Fig. 58 allgemein bei 740 gezeigt und kann Teil einer Trioden struktur sein. Eine RC-EV-Führung 742 ist vorgesehen; sie hat eine Führungsnut 744 und eine (nicht sichtbare) Gegenelektrode auf der der Nut abgewandten Unterseite der Führungsbasis analog zur in Fig. 11 gezeigten EV-Führung. Eine dielektrische Platte 746 ist unmittelbar auf die Basis der Führung 742 aufgelegt. Die Platte 746 enthält über der Führungsnut 744 die Öffnungen 748, die mit Metallbelägen 750 ausgekleidet sind, die als Tast elektroden dienen. Ein (nicht gezeigtes) drittes Element kann eine Anode oder dergl. und über der dielektrischen Platte 746 angeordnet sein, um die emittierten Elektronen aufzunehmen; die Art dieses dritten Elements wird im Einzelfall von der beab sichtigten Nutzung der emittierten Elektronen bestimmt.

Im Betrieb werden ein oder mehrere EVs in die Führungsnut 744 abgeworfen oder sonstwie eingebracht, wie mit dem Pfeil I ange deutet. Wie oben diskutiert, führen mit dem Vorbeilauf des EVs durch die Führungsnut 744 zu Sekundär- bzw. Feldemissionseffek ten, deren Elektronen aus der Führungsnut heraustreten können, wie mit dem Pfeil J angedeutet, da ihnen bei der Bildung in Ge genwart des EV eine anfängliche Fortpflanzungsenergie mitge teilt worden ist. Im allgemeinen können die emittierten Elek tronen mit einer dritten Komponente wie bspw. einer (nicht ge zeigten) Anode angezogen werden. Die Bewegung der Elektronen zu dieser dritten Komponente läßt sich jedoch durch das Anlegen geeigneter Potentiale an eine Steuerelektrode 750 steuern. Im allgemeinen ist das an eine Steuerelektrode 750 gelegte Poten tial immer negativ zu der zur EV-Erzeugung eingesetzten Katho de. In der Tat läßt das Gatter bzw. die Öffnung 748 im Dielek trikum sich in jedem Fall für den Elektronendurchgang öffnen oder schließen, indem ein bestimmtes Potential gewählt und an die jeweilige Steuerelektrode 750 gelegt wird . Um das Gatter 748 zu schließen, wird das Potential an der Steuerelektrode 750 negativer gemacht, so daß keine Elektronen durch es hindurch emittiert werden können. Um das Gatter 748 zu öffnen, wird das Potential an der Steuerelektrode 850 weniger negativ (relativ zur EV-erzeugenden Kathode) gemacht, so daß eine Elektronen emission durch das Gatter möglich wird.

Während ein EV in der Führungsnut 744 entlangläuft, erfolgt eine Emission von Elektronen. Die Elektronen können aber nur an den Orten der Durchlässe 748 durch die dielektrische Platte 746 hindurch zur dritten Elektrode gelangen. Folglich bewirkt ein in der Führungsnut 744 durchlaufendes EV die Impulsemission von Elektronen durch die dielektrische Platte 746, wobei die Impul se an den Orten der Durchlässe 748 auftreten. Weiterhin kann ein gegebener Durchlaß 748 für den Elektronendurchgang gesperrt werden, indem ein geeignetes Potential an die zugehörige Steu erelektrode 750 gelegt wird. Die Impulsfolge läßt sich läßt weiter variieren, indem man eine Folge von EVs oder EV-Ketten die Führungsnut 744 entlangschickt, um bspw. eine ausgedehnte Folge von Elektronenimpulsen entlang der Reihe der Durchlässe 748 zu erzeugen, wobei die an die verschiedenen Steuerelektro den 750 gelegten Potentialwerte sich zeitlich ändern. Daher kann man das Elektronenemissionsmuster sowohl durch Wahl der EV-Fortbewegung als auch durch Modulation der Potentiale an den Steuerelektroden 750 in weiten Grenzen variieren.

Um das EV selbst am Entweichen durch einen der Durchlässe 748 zu hindern, sollte die Nut 744 verhältnismäßig tief gehalten werden. Alternativ kann zwischen die Platte 746 und die Basis der Führung 742 ein (nicht gezeigtes) Abstandselement eingelegt werden.

Es ist einzusehen, daß sich die Elektronendurchlässe 748 in einem gewählten Muster anordnen lassen und hierzu geeignete EV- Führungsstrukturen vorgesehen sein können. Die Anzahl und An ordnung der Durchlässe 748 entlang der Führungsnut 744 läßt sich variieren, um auch das Elektronenemissionsmuster zu wäh len. Weiterhin kann es sich bei den Durchlässen 748 im Effekt bspw. um Durchgangsbohrungen in einer dielektrischen Platte handeln, die jeden Durchlaß vollständig umgreift. In diesem Fall können die Steuerelektroden 750 auch die Innenflächen der Durchlässe allseits auskleiden.

Im allgemeinen läßt sich ein beliebiger EV-Generator, der für die beabsichtigte Anwendung geeignete EVs erzeugt, auch für die Bereitstellung von EVs für die Elektronenemission einsetzen. Typischerweise läßt sich eine Version der in Fig. 49 darge stellten elektrodenlosen EV-Quelle verwenden, die mit niedrigem Gasdruck arbeitet. Der Inertgasdruck im System kann im Bereich von 10-3 Torr liegen und würde sich im gesamten System im Gleichgewicht befinden.

Die unter Verwendung einer der hier offenbarten Einrichtungen (wie der getasteten Elektronenquelle 740 der Fig. 58) aus der EV-Bewegung erzeugte Elektronenemission kann vielfältigen Ein satz finden. Bspw. können zahlreiche Einrichtungen, die bisher wegen des Fehlens einer Kathode ausreichender Emissionsstärke nicht einsetzbar waren, nunmehr ausgenutzt werden, wenn sie mit einer auf EVs beruhenden Elektronenquelle arbeiten. Eine solche Klasse von Anordnungen wie bspw. die "beamed deflection free elektron"-Vorrichtungen lassen sich nun unter Verwendung einer getasteten Elektronenquelle der in Fig. 58 gezeigten Art aus nutzen.

24. HF-Quelle

Beim Durchlauf von EVs durch die LC-Führungen der Fig. 20 und 21 entstehen innerhalb der Führungen HF-Felder. Die Wechsel wirkung mit diesen Feldern wird jedoch zum Führen der EVs ge nutzt; eine Nutzung der externen Strahlung findet nicht statt. Die beim Durchlauf der EVs entstehende HF-Energie kann jedoch aus der EV-Führung ausgekoppelt und einer externen Nutzung zu geführt werden.

Die Fig. 59 zeigt bei 760 eine allgemeine Form einer HF-Quelle. Eine dielektrische Basis 762 mit einer langgestreckten Füh rungsnut 764 schafft eine Führungsstruktur für in die Nut ein laufende EVs, wie mit dem Pfeil K angedeutet. Eine Gegenelek trode 766, die auf der Unterseite der dielektrischen Basis 762 vorgesehen sein kann, enthält eine Anzahl von Schlitzen 768. An der HF-Produktion nimmt ein durch Ladungen auf der Gegenelek trode 766 influenziertes Feld teil; das Ergebnis ist intensiv, wenn die Gegenelektrode in geschlitzter Form vorliegt. Eine zweite Elektrode in Form eines Kollektors 770 ist unter der Ge genelektrode 766 angeordnet und von dieser durch ein Dielek trikum getrennt, bei dem es sich um einen freien Raum oder ein dielektrischer Werkstoff (nicht gezeigt) handeln kann. Der Kollektor 770 hat eine Reihe von Armen bzw. Ansätzen 772, die jeweils unmittelbar unter einem der Schlitze 768 in der Ge genelektrode liegen. Bei der Bewegung von EVs entlang des Füh rungskanals 764 kann deren Ladung durch die Schlitze 768 in der Gegenelektrode auf den Kollektor 770 überkoppeln, in denen da bei das HF-Feld entsteht. Die HF-Energie kann am Kollektor 770 durch eine beliebige Schaltung oder ein zusätzliches Strah lungssystem abgenommen werden.

Zwischen der EV-Geschwindigkeit im Führungskanal 764 und den Hohlräumen 768 in Verbindung mit den Ansätzen der Kollektor elektrode 772 besteht ein reziproker Zusammenhang, der die Frequenz der entstehenden Strahlung bestimmt. Diese Frequenz ist gleich der Geschwindigkeit des EV, multipliziert mit dem inversen Abstand zwischen den Schlitzen 768.

Es ist einzusehen, daß die Gestalt der Öffnungen 768 in der Gegenelektrode 766 die zu erzeugenden Wellenformen bestimmt. Aperiodische Wellenformen, die zu Ansteuern verschiedener Computer- oder Zeitsteuerfunktionen dienen können, lassen sich mit der in Fig. 59 gezeigten Struktur durch eine geeignete Ge staltung der Öffnungen 768 in der Gegenelektrode erzeugen.

Die Last an der Kollektorelektrode 770 muß entsprechend der Bandbreite der erzeugten Wellenform proportioniert werden. Für niedrige Frequenzen sollte an die Kollektorelektrode 770 eine mit ihrem Wellenwiderstand ohmisch abgeschlossene Übertragungs leitung angeschlossen sein. Die Geschwindigkeit der EVs in der Führungsnut 764 läßt sich mit einem eingeprägten HF-Signal syn chronisieren, wie oben bei der Diskussion der LC-Führungen be reits angeführt. Eine solche Synchronisation trägt zur Regelung der Frequenz der an der Kollektorelektrode 770 abzunehmenden Ausgangsimpulse bei.

Der Wellenformgenerator der Fig. 59 läßt sich zur Erzeugung von Impulsen positiver oder negativer Polarität einsetzen, indem man die EV-Ladung beim Vorbeilauf des EV am Schlitz 768 in der Gegenelektrode 766 differenziert. Eine hochohmige Last am Aus gang der Kollektorelektrode 770 erzeugt im wesentlichen nega tive Impulse; bei einer niederohmigen Last an der Gegenelektro de 770 erhält man erst einen negativen und dann einen positi ven Impuls. Diese Impulsform ist nützlich für die Erzeugung der positiven Signalformen, die zum Ansteuern von Feldemissionsan ordnungen in den Emissionszustand erforderlich sind - dies nur ein Beispiel einer Anwendung von EVs zur Erzeugung elektromag netischer Energie.

25. Schluß

Die vorliegende Erfindung schafft Techniken zum Erzeugen, Ab trennen, Handhaben und Nutzen von EVs in der Form einzelner EV- Perlen oder als EV-Ketten. Die gesteuerte Erzeugung und Fort pflanzung von EVs haben weitgespannte Anwendungsmöglichkeiten, von denen einige bereits diskutiert worden sind. Die sich fortbewegenden EVs selbst sind Quellen von Energie einschl. elektromagnetischer Energie im HF-Bereich, die nutzbar wird, indem man eine EV-HF-Quelle der in Fig. 59 gezeigten Art oder eine Wanderwellenanordnung verwendet, wie sie in Fig. 50 oder 51 dargestellt ist. Durch die eine EV-Bewegung über bspw. eine dielektrische Oberfläche begleitende Elektronenemission läßt eine Behandlung dieser EVs als virtuelle Kathode zu, wenn man bspw. die in der Fig. 58 gezeigte EV-Quelle einsetzt. Durch geeignete Wahl der Tastfunktion in einer solchen Elektronen quelle wird eine Vielzahl von Anwendungen überall dort ver fügbar, wo z.B. intensive Elektronenstrahlen erforderlich sind. Das oben beschriebene Picoskop nutzt ebenfalls die bei der EV- Fortpflanzung auftretende Elektronenemission zur Schaffung eines sehr schnellen miniaturisierten Oszilloskops bspw. für die Analyse elektrischer Signale. Analog nutzt der Picopulser der Fig. 52 die schnelle Übertragung großer elektrischer La dungen zur Erzeugung von schnell ansteigenden und abfallenden Hochspannungsimpulsen aus. Derartige schnelle Impulse lassen sich ebenfalls vielfältig einsetzen - bspw. beim Betrieb reiner Feldemissionsquellen wie des EV-Generators der Fig. 54.

Die Fähigkeit der Erzeugung und selektiven Manipulation von EVs führt zu einer neuartigen elektrischen Technologie, die sich durch mehrere wünschenswerte Besonderheiten auszeichnet. Gene rell sind die Bauteile dieser Technologie extrem klein und über einen breiten Spannungsbereich einsetzbar. Wie erwähnt, laufen mit der EV-Technologie ausgeführte Vorgänge sehr schnell ab; dabei werden hohe Energiekonzentrationen in Form der EVs schnell übertragen. Die verschiedenen Generatoren, Abwurfein richtungen, Führungen, Separatoren, Selektoren und Teiler las sen sich in Analogie bspw. zu den Hochvakuumröhren, Transisto ren und dergl. der bekannten elektronischen Technologie be trachten.

Aus der vorgehenden Offenbarung der vorliegenden Erfindung ist einzusehen, daß die hier beschriebenen Anordnungen und Ein richtungen sich zusammenfügen lassen, um einer gegebenen An wendung gerecht zu werden. Einer der hier offenbarten zahlrei chen Generatoren kann mit einer oder mehreren Führungen zusam men bspw. die in einem Picoskop benötigten EVs liefern. Ein EV- Generator läßt sich mit Führungen und einem oder mehreren Tei lern und/oder einem oder mehreren Weichen zusammenfügen, um mehrere EV-Bahnen anzulegen, die mit den Weichen für den EV- Transport auswählbar sind. Ein EV-Generator kann mit Führungen und einem oder mehreren Picopulsern zur Erzeugung von Aus gangsimpulsen an gewünschten Orten und - bei weiterer Verwen dung eines Teilers mit variabler Laufzeit (vergl. Fig. 33) - in unterschiedlichen Zeitabständen eingesetzt werden. Entsprechend läßt jede der energieumwandelnden Einrichtungen wie die Wander wellenschaltungen der Fig. 50 & 51, die HF-Quelle der Fig. 59 oder die Elektronenemissionsquelle der Fig. 58 sich zusammen mit den verschiedenen anderen EV-Behandlungseinrichtungen wie Führungen, Teilern und Weichen einsetzen. Es ist darüber hinaus einzusehen, daß die EV-Selektoren, -Separatoren und -Abwurfein richtungen sich einsetzen lassen, wo EVs einer gewünschten La dungsgröße - frei von den Verunreinigungen einer Plasmaentla dung - in eine bestimmte der Führung oder eine andere Anordnung eingebracht werden sollen. Die Elektronenkamera ist nützlich - für die Analyse des EV-Verhaltens selbst und anderer Vorgänge, und zwar u.a. der zeitveränderlicher Felder (in Kombination mit dem Picoscop oder mehrdimensionalen Oszilloskopanordnungen, wie sie bspw. in der Fig. 44 gezeigt sind).

Die Fig. 62 zeigt nun eine alternative EV-Quelle, wie sie im folgenden zuweilen auch als Kanalquelle bezeichnet ist. Die Kanalquelle 900 weist einen Keramik-Unterteil 901 mit einer Kathode 902 in einem Führungskanal 903 auf. Ein verteilter Widerstand 904 liegt unter dem Kanal 903, wobei seine Anfangs kante an die Kathode 902 angrenzt. Eine Vielzahl von Dynoden 905, von denen nur zwei gezeigt sind, ist weiterhin in Folge unter dem Kanal 903 angeordnet. Eine Gegenelektrode 906 liegt entlang des Kanals 903, aber auf der Unterseite des Keramik- Unterteils 901. Die Fig. 63 zeigt die Kanalquelle 900 in einer stirnseitigen Draufsicht. Ggf. kann eine in Fig. 62 nicht ge zeigte Keramikabdeckung 907 eingesetzt werden. Die Fig. 64 zeigt ein typisches Spannungsprofil für die Kanalquelle 900, und zwar von der negativen Spannung an der Kathode zu den fort schreitend positiveren Spannungen an den Dynoden 905 und end lich zur Gegenelektrode 906, die im Profil als Anode bezeichnet ist. Die Gegenelektrode 906 verläuft unter den Dynoden 905, um die Kapazität zu erhöhen.

Es ist einzusehen, daß im Betrieb der Kanalquelle 900 die an fängliche Elektronenquelle - als Kathode 902 gezeigt - herkömm lich ist und daß es sich hier um eine beliebige bekannte Elek tronen- oder Photonenquelle handeln kann. Jede nutzbare Anwen dung der Kanalquelle geht vorzugsweise von einem leicht steuer baren Prozeß aus. Dieser läßt sich am leichtesten am Eingang des verteilten Elektronenvervielfachers erreichen, da nur weni ge Elektronen oder Photonen ausreichender Energie erforderlich sind, um das Eigenrauschen ("noise level") der Anordnung zu überwinden. Diese Ereignisse am Eingang lassen sich durch be liebige bekannte Prozesse einleiten und in den Eingang einspei sen. Der Verstärkungs- bzw. Übertragungsfaktor des Elektronen vervielfachers am Eingang (ob verteilt oder diskret aufgebaut) sollte nicht so hoch sein, daß ein einziges Elektronen- oder Photonenereignis auf die EV-Triggerschwelle angehoben wird; in diesem Fall erfolgt eine Fehlerzeugung von EVs.

Nach der anfänglichen Einspeisung von Elektronen oder Photonen hat der hochverstärkende Teil des Elektronenvervielfachers, der hier als Widerstandsbereich 904 um die Führung zwischen der Ka thode und die erste Dynode herum dargestellt ist, die Aufgabe, die anfänglich wenigen Elektronen auf eine sehr hohe Anzahl zu vervielfachen. Typischerweise liegt der Verstärkungsfaktor eines solchen Vervielfacherkanals bei mehr als einer Million. Dieser Faktor wird oft gewählt, da er eine Empfindlichkeit er gibt, die ausreicht, das Eingangstriggersystem nicht zu über lasten, aber auch niedrig genug ist, um regellose Rausch- bzw. Störimpulse zu verhindern. Dieser Verstärkungsfaktor wird am häufigsten durch die an den Eingangs-Dynodenabschnitt (verteilt aufgebaut) des Vervielfachers gelegte Spannung gesteuert. Geo metriebedingungen spielen eine wesentliche Rolle beim Erzielen des Verstärkungsfaktors des Eingangsabschnitts des Vervielfa chers. Es ist wesentlich, ein gleichmäßiges Spannungsgefälle im Kanal zu erreichen, desgleichen einen ausreichenden Sekundär elektronen-Emissionskoeffizienten auf den Kanalwandungen. Nach dem diese Faktoren einmal hergestellt sind, ist die einzige Funktion des Eingangsabschnitts, die Elektronendichte auf ein Niveau nahe dem Sättigungswert für diese Art eines Elektronen vervielfachers zu bringen, an dem dann infolge der begrenzten Energiespeicherung der verteilten Elemente die Elektronendichte nicht weiter steigen kann. Diese begrenzte Ladungsdichte wird an den zweiten Abschnitt des Elektronenvervielfachers überge ben, der sie weiter anhebt.

Der zweite Abschnitt des Elektronenvervielfachers ist an die Dünnschichttechnologie angepaßt ausgeführt und auf die Größe sowohl des folgenden EV-Leiters als auch des speisenden Kanal- Elektronenvervielfachers (verteilte Ausführung) reduziert.

Es ist die Funktion dieser Kanalquelle, die Ladungsdichte auf das zur EV-Bildung erforderliche kritische Niveau anzuheben. Die Hauptforderung hierfür ist die Verfügbarkeit elektrischer Energie für die durchlaufende Ladungswolke in ausreichender Höhe, daß die Ladungsdichte auf den Schwellwert für eine EV- Bildung ansteigen kann. Da die Ladungsdichte schon vor dem Er reichen dieses Schwellwerts hoch genug für eine kritische Sät tigung der Raumladung ist, muß die Feldstärke entlang der Füh rungsstruktur des Vervielfachers ausreichen, um diese Raumla dung zu überwinden.

Die Notwendigkeit einer hohen Feldstärke und das erhöhte Ener giespeicherniveau wirken in die gleiche Richtung und erzwingen Anordnungen, die das dielektrische Material im Bereich hoher Ladungsdichte des Vervielfachers stark belasten. In der Fig. 62 stellen die Dynoden 905 eine beliebige Anzahl von Dynoden dar, wie sie erforderlich sind, um die Ladungsdichte auf den geeig neten Wert zu bringen. Zusätzlich zu den Dynoden erfüllt die Elektrode 906 die Aufgabe, die Kapazität und die Energiespei cherung des Dynoden ohne eine direkte Verbindung mit ihnen zu steigern. So sind die Dynoden 905 an eine positive Spannungs quelle über einen (nicht gezeigten) Spannungsteiler gelegt, der das erwünschte Spannungsgefälle erzeugt, wie es in Fig. 64 ge zeigt ist. Dieses Spannungsgefälle dient dazu, die Elektronen durch den Kanal zu ziehen, dabei die Ladung und die Ladungs dichte zu erhöhen. Um dieses Spannungsgefälle in Gegenwart der Metalldynoden zu erhalten, müssen diese in Richtung des Elek tronendurchlaufs sehr schmal ausgeführt sein. Eine Abmessung von etwa einer Kanalbreite oder 20 µm stellt ein sinnvolles Maximum dar. Dabei brauchen die Elektronen auf die Dynoden 905 oder die Gegenelektrode 906 nicht eigentlich aufzuschlagen. Diese Elektroden lassen sich mit einer dünnen Schicht eines dielektrischen Materials mit hohem Sekundäremissionsverhältnis abdecken, sofern das Material zur Erhöhung des Leitfähigkeit mit Metall dotiert ist. Eine Schicht aus mit Wolfram oder Mo lybdän dotiertem Aluminiumoxid ist gut geeignet.

In der Anfangsphase wird bei der EV-Bildung das Stoßphänomen ausgenutzt, das auch als Raudorf-Stoß bekannt ist und erlaubt, Elektronen von 15 kV auf 15 MeV zu beschleunigen. Ist entweder durch direkte Elektronenemission an den festen Wandungen der Führungsstruktur und Dynoden oder durch Elektronenwellenphäno mene eine ausreichend hohe Ladungsdichte erreicht, bilden sich EVs, die dann den Vervielfacherabschnitt entlang in die jeweils eingesetzte Führungs- bzw. Leitstruktur wandern.

Diese Beschreibung der Arbeitsweise einer Kanalquelle beruht auf dem Umstand, daß ein EV erzeugt werden kann, indem man durch Sekundäremission aus nahegelegenen Quellen, gekoppelt mit dem begleitenden Elektronenstoßeffekt, die Elektronendichte eines Raumbereichs auf das EV-Bildungsniveau anhebt. Eine ge schlossene Kanalstruktur aus dielektrischem Material zum Ein schließen der Elektronen, die zur Potentialverteilung und zur Erzeugung eines Feldgefälles für die Elektronen mit einem Wi derstandsmaterial beschichtet ist, ist ein Hauptelement der Kanalquelle. Im Kanal muß genug Energie gespeichert sein (vor zugsweise in einer verteilten Kapazität gegenüber einer auf fe stem Potential liegenden Elektrode), um dem Strom-Spitzenbe darf des Vorgangs der EV-Bildung zu genügen, damit nicht eine Sättigung erfolgt und die Bildung eines EVs verhindert. Ein als dielektrischer Werkstoff gut geeignetes Material ist mit Wolf ram dotiertes Aluminiumoxid.

Es ist einzusehen, daß die Kanalquelle typischerweise entlang des Kanals ein Feld aufweist, das nach der Bildung eines EVs rasch regeneriert werden kann. Diese Ladungsregenerierung ließe sich durch die Verwendung einer Widerstandskette errei chen, die an eine (nicht gezeigte) Spannungsversorgung ange schlossen ist. Ist diese Kette niederohmig genug, um ein EV zu bilden, zieht sie einen so hohen Strom, daß die Quelle sich stark erwärmt. Es müßte dann ein temperaturfester Werkstoff verwendet werden, wie bspw. wolframdotiertes Aluminiumoxid. Legt man an die konzentrierten ("lumped") Dynoden feste Poten tiale an, anstatt die Widerstandskette zu verwenden, wird das Erwärmungsproblem abgeschwächt.

Falls bevorzugt, kann man ein Gas in der Kanalquelle verwenden und so den Wirkungsgrad der Elektronenerzeugung erhöhen und das Entfernen der Ladung von den Kanalwandungen unterstützen. Bei Verwendung eines Gases läßt sich weiterhin ein hoher Kanalwi derstand ansetzen.

Die Fig. 65 zeigt eine LC-Führungsstruktur 950, die zu einem Kreis gebogen ist, um einen Zirkulator für EVs darzustellen. Die EVs werden in den in sich geschlossenen Zirkulatorkreis 950 über die Speise- und Ausgangsleitung 952 eingespeist. An die Speise- und Ausgangsleitung 952 sind zwei Schaltpunkte 954, 956 angeschlossen, bei denen beiden es sich um Elektroden handelt. Die Schaltpunkte 954, 956 sind nichts anderes als isolierte Teile der hier beschriebenen LC-Führungen, wobei man die Isola tion durch die Verwendung von induktiven oder Widerstandsele menten erreicht. Indem man aus der Stromversorgung 958 über die Leitungen 960, 962 geeignete Spannungen an die Schaltpunkte 954 bzw. 956 legt, wird das eingespeiste EV um 90° in die Zirkula torbahn abgelenkt. Auf entsprechende Weise legt man zur Extrak tion geeignete Spannungen an das zirkulierende EV und bewirkt wiederum eine 90°-Ablenkung in die Speise- und Ausgangsleitung 952 hinein. Die Fig. 66, eine Schnittdarstellung des Zirkula tors 950 aus der Ebene 66-66 der Fig. 65, zeigt den Aufbau der LC-Führung ausführlicher. Die LC-Führung weist ein Keramiksub strat 970 sowie eine untere und eine obere HF-Abschirmung 972 bzw. 974 auf. Ein zirkulierendes EV 976 ist im Inneren der LC- Führung zentriert und von einer mittigen, einer oberen und einer unteren Führungselektrode 978, 980 bzw. 982 umgeben dar gestellt.

Es ist einzusehen, daß im Betrieb des in den Fig. 65 und 66 dargestellten Zirkulators die Photonenbildung und die dadurch hervorgerufene Strahlung auf der Tatsache beruhen, daß eine beschleunigte Ladung Energie abstrahlt. Die Frequenz der Strahlung bestimmt sich aus der Beschleunigung der Ladung, während die Strahlungsstärke von einer großen Anzahl von Ein flußgrößen abhängt, die von der Geometrie der Strahlungsquelle und der beteiligten Anzahl von Ladungen bestimmt werden. So läßt sich eine Strahlungsquelle durch eine Ladung darstellen, die langsam auf einem kleinen Radius oder schnell auf einem großen Radius umläuft. Die für einen vollständigen Umlauf er forderliche Zeit bestimmt die Strahlungsfrequenz. Weiterhin entspricht das Strahlungsdiagramm einer zirkulierenden Ladung dem zweier Ladungszeilen, die sinusförmig mit einer Phasen verschiebung von 90° schwingen.

Wie beschrieben, zeigt die Fig. 66 eine untere und eine obere HF-Abschirmung 972 bzw. 974. Werden beide Abschirmungen 972, 974 verwendet, stellt der Zirkulator 950 einen Speichermecha nismus für Energie oder Information dar. Der Hauptunterschied zwischen einer Energieabstrahlung aus der Zirkulation und einer Energiespeicherung durch die Zirkulation ist, ob der Zirkulator bei der Strahlungsfrequenz effektiv abgeschirmt ist. Ohne Ab schirmung erfolgt eine Abstrahlung mit der Möglichkeit, diese zu nutzen. Ist eine Abschirmung vorhanden, wird keine Energie aus dem Zirkulator abgestrahlt; in der gleichen Anordnung fin det ein Strahlungsaustausch zwischen der Abschirmung und dem Generator statt, der eine Energiespeicherung darstellt. Die Wirksamkeit der Speicherung ist dabei eine unmittelbare Funktion des Abschirmwirkungsgrades.

Durch geeignete Abschirmung wird daher die beim Umlauf des EVs entstehende Strahlung innerhalb des Zirkulators eingeschlossen gehalten. Entfernt man die Abschirmung 974 entweder total oder durch das Belassen von Fenstern in ihr, wird die HF-Energie aus dem Zirkulator 950 heraus abgestrahlt.

Obgleich für die in Fig. 65 gezeigte Ausführungsform die Ener gie zum Betrachter hin abgestrahlt wird, ist für den Fachmann einzusehen, daß man mit geeigenten Fenstern die Strahlung auch zur Mitte des Zirkulators oder alternativ in der Zeichenebene von der Mitte des Zirkulators hinweg auswärts richten kann.

Zusätzlich zu Grundfrequenzstrahlern gibt es eine Klasse von Oberwellenstrahlern, bei denen die Ladung langsamer umläuft und eine periodische Struktur erregt, die ihrerseits zur Abstrah lung mit der Frequenz der periodischen Anordnung raumgekoppelt ist. Das sich mit der in Fig. 65 gezeigten Ausführungsform er gebende Strahlungsverfahren gehört zu dieser letzteren Art. In dem man die oberen Öffnungen 955 in der LC-Führung zu dem Raumbereich hin exponiert, der die Strahlung aufnehmen soll, wird die Abgabefunktion erfüllt. Zur übersichtlicheren Dar stellung sind in Fig. 65 achtzehn solche Ausgangsöffnungen 955 gezeigt, obgleich jede erwünschte Anzahl gewählt werden kann. Die Öffnungen 955 befinden sich in der oberen Führungselektro de 980, wie in Fig. 66 gezeigt. Bei Verwendung von 18 Öffnungen wird die 18. Harmonische abgestrahlt. Ohne diese Öffnungen re duziert sich die Harmonischenzahl auf die Grundwelle für einen Umlauf pro Periode der Strahlung.

Es sei angenommen, daß die EVs innerhalb des Zirkulators 950 mit genauer Geschwindigkeit zirkulieren sollen, um eine Soll frequenz aufrechtzuerhalten. Hier kann nun eine Geschwindig keitssynchronisierung angesetzt werden, die mit der Führungs wirkung der LC-Führung gekoppelt ist. Bei einer solchen Syn chronisierung wird die mittlere Geschwindigkeit einer EV-Kette mit der Frequenz in der LC-Führung so verkoppelt, daß der Ab stand der einzelnen EVs in den Synchronismus mit der Periode der Öffnungen der Führung gezwungen wird. Dieser Effekt wird erzeugt durch das in der Führung erzeugte periodische Feld und dessen Fähigkeit, den EV-Zug durch Beschleunigung langsamer und Verlangsamung schneller EVs in sich zu bündeln. Auf diese Weise kann eine Vielzahl derartiger Zirkulatoren präzise mit einer Quelle stabiler Strahlungsenergie synchronisiert werden. Indem man die Phasenlage einer Gruppe zirkulierender Strahler ent sprechend einstellt, läßt die Strahlung sich mit Leichtigkeit zu Richtdiagrammen bündeln, die aus einer diese Gruppe enthal tenden flachen Platte elektrisch über große Winkelbereiche lenk- bzw. richtbar sind, wie es aus dem Gebiet der phasenge steuerten Richtantennen bekannt ist.

Die Fig. 67 zeigt eine alternative Ausführungsform eines HF- Generators 990. Für die Darstellung handelt es sich beim Ge nerator 990 um eine RC-Führung, wie sie anderswo in dieser An meldung beschrieben ist und die einen Führungskanal 993 mit einer dielektrischen Grundplatte aufweist, die in einem Muster von Halbkreisen ausgeführt ist. Zusätzlich zu den Halbkreisen lassen sich auch andere nichtlinear Wandkonturen zum Beschleu nigen der EVs verwenden. Wird ein EV am Eingang 991 einge speist und mit konstanter Geschwindigkeit durch die RC-Führung geführt, hat die sich infolge der Bewegung ergebende Strahlung eine Frequenz von einer Periode der Wellenbewegung, die mit den Richtungsänderungen in der Führung hervorgerufen wird. Die vor bestimmte Anzahl von Schwingungen im RF-Generator 990 zwischen dem Eingang 991 und dem Ausgang 992 bestimmt die Länge des ab gegebenen Strahlungsimpulses. Es liegt eine Bewegung der effek tiven Strahlungsquelle vor, und für den Fachmann ist einzuse hen, daß diese Phasenbewegung für die Berechnung des Fernfeld strahlungsdiagramms einer solchen Anordnung berücksichtigt wer den muß. Anstelle einer RC-Führung kann zum Aufbau einer sol chen Anordnung auch eine LC-Führung verwendet werden, die aber in der Herstellung etwas komplizierter ist.

Indem man eine beliebige Anzahl aus einer breiten Vielfalt aus Anordnungen mit mit konstanter Geschwindigkeit laufenden EVs einsetzt, kann man zahlreiche Frequenzchirp- bzw. -modulations effekte erreichen. Der Oberwellengehalt der Strahlung läßt sich mit der Gestaltung steuern. Die Amplitude der abgegebenen Strahlung kann in verschiedenen Bereichen über den Kopplungsko effizienten zwischen der Führung und dem bestrahlten Raum, durch Ändern der Ladungsmenge in der Wellenführung oder durch Ändern der Wellungsamplitude und eine entsprechende Änderung der Geschwindigkeit des EVs (zwecks Konstanthaltung der Peri ode) eingestellt werden. Unterschiedlich lange Impulse lassen sich erzeugen, indem man das EV (mit der anderswo in dieser Anmeldung beschriebenen Umlenk- bzw. Weichentechnik) nachein ander von längeren auf kürzere Pfade umschaltet. Es ist weiter hin einzusehen, daß das Strahlungsdiagramm eines Wellungsstrah lers sich auf sehr wirksame Weise durch die Gestaltung des Mu sters und die Phasenlage der EVs steuern läßt, um sowohl die Form des Richtdiagramms als auch dessen Richtung zu ändern. Der Fachmann auf dem Gebiet der phasengesteuerten Gruppenantennen ist mit den resultierenden Richtdiagrammen natürlich vertraut.

Die oben beschriebenen Zirkulatoren und Wellungsstrahler, wenn in Dünnschichttechnologie hergestellt, lassen sich in einem breiten Bereich von Auffahrschutz- und Nachrichtensystemen ein setzen, in denen die Generatorgruppe unmittelbar zur bestrahl ten Umgebung offenliegt. Verwendet man bspw. EV-Zirkulatoren mit einer Periode von einer Wellenlänge und einer Frequenz von 3 GHz (Wellenlänge 10 cm), hat der Zirkulator Abmessungen von 3 cm für die Zirkulation von EVs mit Lichtgeschwindigkeit oder von 3 mm bei 1/10 der Lichtgeschwindigkeit. Diese Strahler, de ren Durchmesser etwa 3,05 mm (0,12 in.) beträgt, lassen sich zur Stabilisierung der Strahlungsfrequenz mit Synchronisieran ordnungen koppeln und auf einem ebenen Substrat mit wenigen Zentimetern Seitenlänge zu Tausenden gruppieren. Das Richtdia gramm der Gruppenanordnung und folglich die Strahlrichtung las sen sich durch Phasensteuerung der Strahler bestimmen. In einem Impulssystem müssen sie sowohl zu unterschiedlichen Zeitpunkten getastet als auch phasengesteuert werden. Dies führt für Tau sende von Strahlern zu einem komplizierten Schaltsystem, das jedoch nicht außerhalb der Fähigkeiten von EV-Schalteranordnun gen liegt. Das Schalten läßt sich auf einem separaten Substrat mit Kapazitätskopplung zwischen den beiden zur Verbindung be nutzten Platten erreichen.

Was nun die Fig. 68-81 anbetrifft, zeigen sie einen Flach bildschirm sowie verschiedene hierfür verwendete Systemteile, bei denen jeweils eine Erzeugung, Führung oder Steuerung von EVs stattfindet. Grundlegend für den Aufbau eines solchen Flachbildschirms ist der in Fig. 68 gezeigte Umlenkschalter (Weiche); die dort gezeigten Kraftdiagramme zeigen die ver schiedenen Stabilitätszustände von EVs auf Oberflächen und in Nuten oder Führungen. Die einfache Kante mit einer Gegenelek trode ist sehr stabil; im allgemeinen kann das EV nicht aus einer solchen Ecke herausgelöst werden. Dies gilt weit stärker für den Fall eines EV in einer engen Führung. Eine breite Führung mit einer Gegenelektrode stellt einen instabilen Fall dar, wenn das EV sich anfänglich in der Mitte der Führung be findet. Der für den Umlenkschalter interssierende Fall ist in der letzten Zeichnung der Fig. 68 gezeigt; die Stabilität ist hier mit der dargestellten schmalen Gegenelektrode margi nal. In der Praxis ist die Gegenelektrode zu einer Spitze verjüngt, wo sie in den breiten Bereich der Führung eintritt, wie es schaubildlich die Fig. 69 zeigt.

Die Fig. 69 zeigt zwei verschiedene Anordnungen für Umlenk schalter. Obgleich Umlenkschalter (Weichen) oben bereits anhand der Fig. 36-38 erörtert worden sind, soll ihre Beschreibung hier verallgemeinert noch einmal aufgenommen werden. Die links dargestellte Anordnung soll eine elektrische Ausgangsgröße lie fern, die rechts gezeigte hat einen einzelnen Eingang sowie einen doppelten Ausgang für den EV-Pfad. Ein elektrisches Aus gangssignal ist nicht gezeigt, obgleich es hier ebenfalls mög lich wäre. Bei Wechselstromkopplung wäre das Ausgangssignal le diglich ein spitzer Impuls beim Durchlauf des EV. Indem man die Elektroden in die direkte Berührungslinie mit vom EV emittier ten Elektronen verschiebt, kann dem Ausgangssignal eine Gleich komponente erteilt werden und die Ladung auf der Elektrode ver bleiben, bis sie durch einen Leckstrom abgebaut oder von einer Last übernommen wird.

In den beiden in Fig. 69 gezeigten Konfigurationen wird die Em pfindlichkeit bzw. der Verstärkungsfaktor des Schalters durch das Gleichgewicht aller derjenigen Kräfte bestimmt, die auf das durchlaufende EV einwirken. Mit sorgfältiger Einstellung des Gleichgewichts läßt sich ein hochverstärkendes System errei chen. Indem man gezielt einen der Parameter des Umlenkschalters ändert, der das EV auf den einen oder den anderen Ausgang lenkt, stellt man einen Vor- bzw. Grundzustand her, der mittels der Eingangs-Ablenkelektroden überwunden werden muß.

Die Fig. 70 zeigt hierzu eine EV-Führung, die sich zu einem breiteren Bereich erweitert, der seitlich von Ablenkelektroden 1001, 1002 eingefaßt ist und unter der Eingangsführung eine zu gespitzte Gegenelektrode 1003 aufweist. Hierbei handelt es sich um den bereits beschriebenen Umlenkschalter (Weiche). Der we sentliche Unterschied dieser Anordnung liegt in der Anwendung von Photoleitern 1004, 1005, 1006, 1007 auf gegenüberliegenden Seiten des breiten Kanals und einer Kreuzkopplung zwischen den Photoleitern und den Ablenkelementen. Wie gezeigt, ist eine Spannungsversorgung an die Photoleiter angeschlossen und lie fert die Elektrodenpotentiale, wenn der Photoleiter durch den EV-Durchlauf aktiviert wird. Es ist einzusehen, daß das EV sich in einem optisch erregten Zustand befinden oder der Wandungs werkstoff der Führung beim EV-Durchlauf fluoreszieren muß, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen. Hier läßt sich eine brei te Vielfalt von Photoleitern einsetzen; Diamantschichten sind jedoch wegen ihrer Empfindlichkeit für UV-Emissionen und ihrer Unempfindlichkeit gegenüber thermischer Emission besonders er wünscht. Weiterhin ist ein Trennelement 1008 zwischen den bei den Hälften des breiten Teils des Moduls gezeigt; das den Kanal von einem zu anderen Ende durchlaufende EV läuft also auf der einen oder der anderen Seite des Trennelements vorbei.

Bei der dargestellten Konfiguration wird ein Feld zwischen den an die Photoleiter angeschlossenen Ablenkelementen aufgebaut, wenn ein EV durch Anlegen einer Spannung an die Eingangs-Ab lenkelektroden in den einen oder den anderen Kanal abgelenkt wird. Man erreicht diesen Effekt, wenn man die Photoleiter ak tiviert, während das EV sich im Kanal befindet; der Leitungs vorgang verbindet dabei die Ablenkelemente kurzzeitig mit der Spannungsversorgung. Wie bekannt, schalten in Fall der soge nannten Auston-Elemente Photoleiter innerhalb von Picosekunden nach dem Anliegen der Strahlung durch und zeigen eine niedrige Impedanz. Beim EV-Durchlauf kehrt der Photoleiter langsamer in den hochohmigen Ruhezustand zurück. Eine Erinnerung an den Vorgang bleibt als Ladung auf dem dielektrischen Material zu rück. Eine Auffrischung erfolgt, indem man oft genug ein EV durch die Anordnung schickt, um den Ladungsverlust auszuglei chen. Im Normalfall reicht eine Aktualisierung mit einer sehr niedrigen EV-Zündrate aus, um die Speicherung aufzufrischen.

Bei der Verwendung dieser Photoleitungstechnik kann man auf eine interessante Nebenfunktion zurückgreifen. Der Speicherzu stand einer Zelle im Bildschirm läßt sich von außerhalb des Bildschirms durch optische Beleuchtung der Zelle abfragen. Nutzt man diesen Effekt bei einem lichterzeugenden Bildschirm aus, erhält man implizit vom Leuchtstoff der Lichtquelle her eine Mitkopplung, so daß der Verstärkungsfaktor des Vorgangs sich nicht ohne die Gefahr von Instabilitäten beliebig erhöhen läßt. Dennoch liegt hier eine potentiell brauchbare Funktion zum Ändern des Speicherzustands auf einem Bildschirm. Die Hauptmittel zur Erhöhung der Stabilität wären die Verwendung von Violettlicht für die zur Datenmodifikation eingesetzte Lichtpistole und ein für violette Wellenlängen empfindlicher Photoleiter.

Indem man die Verbindungen zwischen den Photoleitern und den Ablenkelementen in einer anderen Zelle ändert, kann man In formationen aus einer Zelle des Schalters an eine andere über geben. Sind die an die Eingangszelle gelegten Potentiale derart gewählt, daß das EV in die linke Bahn gelenkt wird, wird die linke Bahn auch in die zweite Zelle genommen. Indem man zwei solcher Zellen kaskadiert, wird die in dei Eingangszelle beim EV-Durchlauf vorliegende Information relativ zur Richtung des EV-Durchlaufs vor- oder rückwärts an die zweite Zelle über geben.

Die Fig. 71 zeigt eine diodenaktivierte Speicheranordnung. Die Beschreibung dieser Einrichtung ist der der lichtaktivierten Speichereinrichtung sehr ähnlich. Diese Anordnung basiert eben falls auf eine Photonenaktivierung; der eingesetzte Prozeß läßt aber einen weitaus breiteren Bereich von Wellenlängen - insbe sondere zum niederfrequenten Ende des Spektrums - zu als ein Photoleiter. Die hier diskutierte Anordnung basiert darauf, daß die für die Ablenkelemente erforderlichen Potentiale von der breitbandigen Störung abgeleitet werden, die das EV beim Ein lauf in den Führungsbereich nahe den Aufnahmelektroden erzeugt.

Für diese Ausführungsform werden statt der Photoleiter Feld emissionsdioden 1010, 1011, 1012, 1013 verwendet, obgleich be liebige Gleichrichter geeignet sind, sofern sie ein gutes Hochfrequenzverhalten, eine effektive Arbeitsvorspannung ("effective operating bias voltage") und eine ausreichende Sperrspannung aufweisen. Eine Arbeitsspannung im Bereich von 50 V ist nötig. Wie bekannt, arbeiten Feldemissionsgleichrich ter bis in den optische Wellenlängenbereich hinein mit hohem Wirkungsgrad. Sie zeigen auch bei 50 V ein gutes Arbeitsverhal ten und ergänzen die Technologie, die zur Herstellung von EV- Strukturen im allgemeinen eingesetzt wird. Wie in herkömmlichen Schaltbildern wird die Feldemitterkathode als Pfeilelektrode dargestellt und damit angezeigt, daß sie positiv wird, wenn ein Wechselstrom oder HF-Feld an die Elektroden angelegt wird. Feldemitter haben auch eine Schwellspannung, die erreicht wer den muß, bevor sie Elektronen emittieren. In diesem Fall können die externen Potentiale, die für die photoaktivierten Ablenk elemente verwendet wurden, entfallen, sofern sie nicht als Vor spannungen erwünscht sind. Auf jeden Fall müssen die in der Zeichnung gezeigten Diodenelektroden auf HF-Massepotential be trieben werden.

Alle anderen Funktionen dieser Konfiguration entsprechen denen der oben beschriebenen photoaktivierten Speicheranordnung. Läuft ein EV in den linken Zweig ein, erzeugt der Stoß bzw. die Störung kurzzeitig ein Wechselpotential, das auf den Ablenk elektroden zu einem Gleichpotential umgewandelt wird und dort verbleibt, bis es durch Leckeffekte oder eine unerwünschte Stö rung abgebaut wird. In sämtlichen Konstruktionen muß darauf ge achtet werden, daß im Ablenkbereich keine übermäßigen Störungen auftreten können; diese Störungen können sonst in die Dioden eingespeist werden und einen fehlerhaften Speicherzustand her vorrufen.

Die Fig. 72 zeigt eine ladungsaktivierte Speicheranordnung. Wie bei den anderen Schaltern läuft das EV in die schmale Führung ein und wird in den erweiterten Bereich der Führung über der zugespitzten Gegenelektrode geleitet. Die Ablenkelektrode 1015 ist für diese Speicheranordnung als Ein- und als Ausgangsele ment gezeigt. Natürlich kann auch eine weitere Ablenkelektrode hinzugeführt werden, um in die Anordnung einen Eingang bzw. des sen Komplement einzufügen. Wie bei den anderen Anordnungen er folgt die Speicherung durch eine Ladungsspeicherung auf der Ablenkelektrode 1015 und der zugeordneten Kollektorelektrode 1016.

Die Funktion dieser Speicheranordnung hängt von der Elektronen emission vom EV selbst oder von naheliegenden Anordnungsteilen ab, die der EV-Durchgang erregt. Ein einfaches Auffangen von Elektronen führt jedoch nicht zu allen benötigten Effekten. Ein Prozeß wäre nützlich, der bei der Ankunft eines Elektrons an einer Elektrode an dieser einen positiven Spannungssprung ver ursacht. Die Sekundärelektronenemission ist ein solcher Prozeß, und in der Vergangenheit hat man, wie aus der Literatur be kannt, viele Anordnungen vorgeschlagen, die ihn ausnutzen. Der Wirkungsgrad der Sekundärelektronenerzeugung ist niedrig, d.h. selten höher als 2%; aber auch bei einem derart niedrigen Wir kungsgrad ist der Prozeß noch brauchbar. Damit der Prozeß praktisch verwendbar ist, muß nahe der Schaltelektrode eine Elektrode 1017 angeordnet sein, die positiv relativ zur Schaltdiode bleibt, um die Sekundärelektronen aufzufangen. Zu sätzlich müßte diese Elektrode 1017 von den Primärelektronen in gewissem Umfang abgeschirmt sein. In unserem Fall kann diese Kollektorelektrode 1017 auf einem Teil der Abdeckplatte ange ordnet sein. Die Elektrode 1017 ist in der Zeichnung mit dem Zeichen (+) versehen, das eine Verbindung zum positiven An schluß einer Spannungsversorgung symbolisiert. In der Verbin dungsleitung zu dieser Spannungsversorgung sollte ein strom begrenzendes Element wie eine Induktivität eingefügt sein, da mit beim Durchlauf eines EV in großer Nähe der gezogene Strom nicht zu hoch wird.

Im Betrieb beruht diese Anordnungasart auf der Tatsache, daß ein über eine Elektrode laufendes EV den größten Teil der emit tierten Elektronen mit dem negativen Raumladungsfeld unter drückt, so daß die Elektrode sich negativ aufladen kann. Läuft in der Zeichnung ein EV den linken Zweig des Schalters entlang und über die Kollektorelektrode 1016, nehmen sowohl diese als auch das an sie angeschlossene Ablenkelement eine negative La dung an. Läuft hingegen das EV durch den rechten Zweig des Schalters, schlagen die emittierten Elektroden aus größerer Entfernung und mit höherer Geschwindigkeit auf den Kollektor auf, so daß eine Sekundäremission erfolgen kann und Elektronen emittiert werden, die die positive Elektrode 1017 auffängt, so daß der Kollektor 1016 und das Ablenkelement 1015 sich positiv aufladen. Die Informationsspeicherung und -weitergabe entspre chen denen der vorgehend beschriebenen Fälle.

Die Fig. 73 zeigt ein Paar Schaltanordnungen (Weichen) 1020, 1021, die erlauben, den Ausgang auf einer Speicheranordnung an einer EV-Bahnänderung zu beteiligen. Die Anordnung 1020 ent spricht der in Fig. 72 gezeigten, hat aber zwei Ausgänge 1022, 1023, die ein Trennelement 1024 voneinander trennt. Die Aus gänge können auch an den Elektroden abgenommen werden. Diese Anordnung weist ggf. auch eine zusätzliche Eingangs-Ablenk elektrode 1025 auf.

Bei der Anordnung 1021 handelt es sich um eine Konfiguration, die bis 2 zählen kann. Sie hat eine Ablenkelektrode 1026 und eine weitere Anode 1027, die sowohl als Ablenk- als auch als Kollektoranode wirkt. Bei jedesmaligem Durchlauf eines EVs än dern die Elektroden ihren Zustand und werden die Ausgangswege sowie deren Potentiale zwischen den beiden verfügbaren Zustän den umgeschaltet.

Die Fig. 74 zeigt eine Speicheranordnung 1030, die den Spei cherzustand mit dem Durchlauf eines EV setzt. Hierbei handelt es sich im Prinzip um eine ladungsaktivierte Speicheranordnung mit drei Eingängen und zwei Ausgängen. Wird ein EV in einen der beiden außenliegenden Eingänge 1031, 1032 eingespeist, läuft es auf der jeweiligen Seite der Anordnung durch und setzt den Kol lektor und das Ablenkelement auf das zugehörige Potential. Eine Abfrage des zuvor gesetzten Zustands erfolgt durch Einspeisen eines EVs in den Mittenkanal 1033. Durch die Abfrage des Spei cherzustands erfolgt auch dessen Regenerierung.

Eine sehr gut brauchbare Funktion für Speicheranordnungen in Flachbildschirmen liegt darin, sie in einer Schrittschaltre gister-Anordnung einzusetzen. Die Fig. 75 zeigt eine solche Anordnung unter Verwendung von ladungsaktivierten Speichern, obgleich hier eine beliebige der oben erläuterten Speicheran ordnungen Einsatz finden kann.

Die wesentlichste Besonderheit dieser Anordnung ist, daß der Informationsfluß dem EV-Durchlauf entgegengesetzt verläuft, da der Kollektor einer auf das Ablenkelement einer anderen Speicherstufe zurückgekoppelt ist. Die Ausgänge sind als auf Tore gehend gezeigt, die im Flachbildschirm Verwendung fin den, obgleich die Ausgänge auch für einen breiten Bereich elek tronischer Funktionen brauchbar sind. Der Dateneingang zu einer solchen Zeile von Schrittschaltregistern geht an das Ablenkele ment 1040 der ersten Zelle oder an das der EV-Einspeisung ent gegengesetzte Ende der Zeile. Wird ein EV in das System einge speist, erfolgt mit jedem Durchlauf eine Verschiebung der ge speicherten Daten um eine Zeile nach rechts.

Die Fig. 76 zeigt ein Blockdiagramm eines aus den in den Fig. 68-75 gezeigten Anordnungen aufgebauten Flachbildschirms. Vor einer ausführlichen Erläuterung der Fig. 76 sei auf die folgen den Tabellen 1-4 verwiesen werden, die das Verständnis der Arbeitsweise des Systems erleichtern sollen.

Tabelle 1 Physikalische Parameter

Format des Bildschrims = 400×400 mm (16″×16″).
Anzahl der aktiven Zeilen und Spalten = 2 000×2 000.
Anzahl der Bildelemente (Pixels) = 4 000 000.
Max. Pixelgröße = 0,2×0,2 mm (200 µm×200 µm).

Kolben aus kantenversiegeltem Glas, intern abgestützt durch Schichten aktiver EV-Komponenten auf ausgerichteten Blechen.

Die Dicke des Bildschirms liegt - abhängig von den Festigkeitsanforderungen - zwischen 1 und 3 mm.

Maßhaltigheit und Bildverzerrungen nur durch die Wärmeeigenschaften des Glases begrenzt.

Anzahl der in den Vakuumkolben führenden Zuleitungsdrähte liegt zwischen minimal 6 und maximal 30, abhängig vom Umfang der Synchronisierungsschaltung innerhalb des Kolbens.

Tabelle 2 Systemparameter

Tricolor-System mit Leuchtstoffen für den gesamten Farbbereich.
Sieben Binärstufen für jede Farbstärke (Kontrastbereich = 127).
Gesamt-Bildspeicher auf dem Bildschirm: 4 000 000×7×3 = 84 Megabits = 10,5 MBytes.
Videobandbreite bis zu 100 MHz.
Bildfolgefrequenz 0 bis 1 kHz (Nennwert 10 Hz).
Helligkeitsflackern wegen der internen Speicherung im wesentlichen gleich null.

Tabelle 3 Leuchtschrimparameter

Helligkeitssteuerung von null auf volle Leuchtstoffsättigung durch Impulsfrequenzsteuerung der EV-Elektronenquelle (0 bis 34,3 cd/m² (0 bis 10 000 fL).
Mittlerer Leuchtstoffstrom bei 100% Tastverhältnis = 200 µA.
Beschleunigungsspannung = 10 kV.
Leistungszufuhr zum Leuchtstoffschirm = 2 W.
Erforderliche Elektronenladungen pro Zeile = 2×10^-4/1,6×10^-19 = 1,25×10¹⁵ Ladungen/s/2000 Zeilen = 6,3×10¹¹/s/Zeile.
Erforderliche Elektronenladungen pro Bildelement = 6,3×10¹¹/2000 = 3,2×10⁸.
Ladungen aus einem einzelnen EV-Impuls in 7 mm Entfernung in einem Loch mit 0,05 mm Durchmesser (gemessen) = 10⁷.
Ladungen in ein Bildelement in 0,7 mm Entfernung = 10⁹ für einen einzelnen EV-Impuls (berechnet).

Tabelle 4 Parameter der Speicherelemente

Kapazität des Speicherelements = 10¹⁵ F.
Ladung und Spannung auf dem Speicherelement = 6×10⁵ Elektronen für 100 V.
Strom beim Umschalten aller Speicherelemente (84 MBits) mit 10 Hz = 8,4×10⁷×6×10⁵×10×1,6×10^-19 = 8×10^-5 A.
Beim Schalten verbrauchte Leistung = 100 V×8×10^-5 A = 8×10^-3 W.
Erforderliche Elektronenladungen pro Zeile = 6×10⁵×2 000 Bildelemente = 1,2×10⁹.
EV-Transitzeit pro Zeile für 500 V Geschwindigkeit (1,3×10⁹ cm/s oder 0,04 c) = 31 ns.
EV-Transitzeit pro Bildelement = 16 ps.

Es ist einzusehen, daß die in der Fig. 76 gezeigte Anordnung nur eine Schicht eines 7-Schichten-Systems zeigt. Geeignete Videosignale in Binärform werden in das System eingespeist und eine externe Synchronisation führt die Zählvorgänge durch, die zur Speisung der verschiedenen EV-Quellen und Zeilentore er forderlich sind. Die Zählung kann auch innerhalb des Bild schirms selbst erfolgen, obgleich er dann auf ein bestimmtes Informationsformat festgelegt ist. Eine externe Datensteuerung erlaubt eines größere Vielfalt bei den zu verarbeitenden Daten formaten. Die Daten sind von links nach rechts auf einer Zeile fortschreitend dargestellt, und jede Zeile wird von oben nach unten gespeist.

Die in diesem System verwendete Helligkeitssteuerung verändert die Erregungsfrequenz der Haupt-EV-Zeilen, die zum Erzeugen von Elektronen für den Leuchtstoffschirm dienen. Eine beliebige Konfiguration dieser Quellen kann eingesetzt werden - von einer EV-Quelle pro Zeile bis zu einer Quelle für das gesamte System, die dann durch geeignete Umlenkschalter entsprechend der Fig. 79 geschaltet wird, die die Zeilenadressierung zeigt. Die ein zelnen Tore auf jeder Zeile sind dann für den Informationsge halt der Bildelemente mit den entsprechenden Grau- oder Farb werten verantwortlich.

Die Fig. 77 zeigt eine stirnseitige Draufsicht einer der Daten zeilen. Die als Elektronenquelle zum Erregen des Leuchtstoffs dienende EV-Führung mit offenem Kanal ist auf der unteren Plat te 1050 gezeigt. Über dieser Ebene sind sieben separate Bleche angeordnet, die jeweils Schrittschaltregister tragen, die die Kontrastniveaus für eine der erwünschten Primärfarben behan deln. Zweckmäßigerweise wird man diese Bleche mit den zugehö rigen Dielektrika miteinander ausgerichtet zu einem Stapel zu sammenfassen. Nur zwei dieser Platten sind gezeigt, und diese sind auch nicht maßstabsgerecht dargestellt. Die Torsteuerung erfolgt in vieler Hinsicht auf die gleiche Weise wie die her kömmliche Gittermodulation einer Einzelpunkt-Kathodenstrahlröh re.

Die Fig. 78 zeigt in einer Draufsicht eine Anordnung von Toren sowie sie steuernde Schrittschaltregister. Ein EV-Durchlauf ist unter dem Torbereich sowie auch im Bereich der Schrittschaltre gister gezeigt.

Die Fig. 79 zeigt die Anordnung des Zeilenselektors zur Adres sierung und Speisung der Schrittschaltregistern-Zeilen mit EVs. Es sind vorgespannte Umlenkschalter gezeigt, d.h. Weichen, die geometrisch so angelegt sind, daß ein EV sie gradlinig vor wärts durchläuft, bis aus dem Zeilenwahl-Schrittschaltregister eine Spannung an den Weicheneingang gelegt wird. Die zum Steu ern der verschiedenen Funktionen geeigneten Frequenzen sind an gegeben; bei der Wellenform handelt es sich um einen einfachen Impuls mit der Breite des grundlegenden binären Videoimpulses.

Die Fig. 80, 81 und 82 zeigen eine LRC-Führung 1060, die für einen Flachbildschirm geeignet ist, bei der es aber nicht in mittelbar um eine Schaltlogik geht; vielmehr kann diese Anord nung in zahlreichen anderen Systemen verwendet werden, in denen ein EV geführt werden soll. Diese Anordnung nutzt einen Effekt ähnlich dem einer LRC-Schaltung in einer ansonsten einfachen RC-Führung aus, der die Ladezeitkonstante der RC-Führung auch ohne Dotierung des Dielektrikums erheblich verbessert. Streu ladungen werden mittels einer dünnen Metallbeschichtung 1062 unmittelbar auf den Wandungen der Führung 1064 beseitigt. Diese Ladungen werden mittels eines Weges hoher Induktivität in Form einer schmalen Führung zum Ende der Anordnung geleitet, so daß ein übermäßig starker Ladungsabzug vom EV vermieden wird. Das leitfähige Material am Ende der Führung muß ebenfalls induktiv und unter geeigneter Dämpfung durch eine ohmsche Komponente abgeschlossen werden. Dieses ohmsche Komponent läßt sich am zweckmäßigsten durch eine dünne leitfähige Schicht auf der Führung erreichen. Die Dicke der Schicht 1062 liegt optimal im Bereich von 200 bis 500 Angstrom, wo ein gutes optisches Re flexionsvermögen für das EV erreicht wird, der Widerstand ent lang des Kanals aber mäßig hoch bleibt. Aluminium und Molybdän stellen eine für die Beschichtung der Führung gut geeignete Materialart dar. Diese Technik erfordert in den meisten An wendungsfällen das Beschichten der Abdeckung über einer EV- Führung, kann aber bei Führungen, die zwecks freier Elektro nenemission nach oben offen sein müssen, entfallen. In der Zeichnung ist die Führung bis zum Ende der Grundplatte durch gehend gezeigt; die auf den Wandungen der Führung gesammelte Ladung ist über eine Zuleitung oder Schicht hoher Induktivität zu einer Masseverbindung geführt. Die Abmessungen für die Füh rung sind ziemlich unkritisch, da der Effekt der LRC-Ladungs beseitigung maßstäblich für Führungen aller Größen gilt.

Hinsichtlich der Fig. 76 war auf die Notwendigkeit der Benut zung binärer Videodaten zur Ansteuerung der Schrittschaltre gister verwiesen worden, obgleich in der entsprechenden Dis kussion dieser Schaltung keine Mittel angegeben wurden, um diese Daten aus den breitbandigen Analog-Videosignalen abzu leiten, die für ein hochauflösendes Abbildungssystem gebraucht werden. Hinsichtlich der Fig. 76 war jedoch erwähnt worden, daß diese Umwandlung außerhalb der eigentlichen Abbildungs vorrichtung erfolgen kann. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die Umwandlung in dieser Vorrichtung durchzuführen. Die Fig. 83 zeigt eine Anordnung zur Umwandlung mit den Mitteln der EV- Technologie.

Allgemein gesagt, übernimmt der Analog/Digital-Kodierer 1070 die an den Ablenkplatten (im Rahmen ihrer konstruktiven Be schränkungen) erscheinende Analogspannung und wandelt sie zu einem Ausgangskode um, der den Binäranforderungen der Schritt schaltregister genügt. Hierbei wird eine Art Aufsuchtabelle bzw. ein ROM-Speicher eingesetzt. Infolge der geringen Abmes sungen der Anordnung (typischerweise 3 mm über alles für die größsten Führungen, die derzeit für die Informationsverarbei tung bekannt sind) kann die Arbeitsbandbreite groß sein; bis zu mehreren hundert Megahertz sind zu erwarten. In der hier disku tierten Bilddarstellungsvorrichtung würde die Erregungs- bzw. Zündfrequenz der EV-Quelle das Nyquist-Abtastkriterium erfül len, d.h. das 2,1fache der höchsten Frequenz in der Analog- Videoinformation betragen.

Die Zeichnung zeigt schaubildlich eine EV-Quelle 1072, bei der es sich vorzugsweise um eine Feldemissionsquelle handelt, um eine hohe Impulsfrequenz zu ermöglichen. Ihr folgt ein Störfil ter 1074, das das ruhigstmögliche EV gewährleisten soll, d.h. ein EV, das von den folgenden Ablenkfeldern sehr genau abge lenkt wird. Im einfachsten Fall ist ein solches Störfilter nur eine hochwertige Führung, die dem EV Zeit zur Neuordnung gibt, bevor es in einen Wechselwirkungsraum emittiert wird. Im Ex tremfall muß das Filter auf die Absorption von Strahlung in einem besonders aktiven Band von Frequenzen ausgelegt sein, deren Vorhandensein bekannt ist. Diese Absorptionstechnik ist aus der Arbeit mit störungsarmen Elektronenstrahlen bekannt. Das gewünschte Resultat läßt sich leicht durch Beobachten des Verhaltens des EVs in den Ablenkfeldern prüfen, indem man den Ablenkbereich mit einer Elektronenkamera überwacht. In dieser Hinsicht übt der Abwerfteil des Kodierers die Funktion eines Picoscops aus.

Der Ausgang der Führungsstruktur des Störfilters 1074 ist mit einer zugespitzten Gegenelektrode auf einer flachen Ebene ab geschlossen. Es muß jede Vorsichtsmaßnahme (bspw. das Zuspit zen des Ausgangs der Führung) ergriffen werden, damit in die sem Bereich im elektrischen Feld keine Spitzen auftreten, die sonst die Bahn des EVs unregelmäßig machen würden. Die Zeich nung zeigt einen Abschlußwiderstand für die die Ablenkplatten ansteuernde Übertragungsleitung. Der Widerstand dieses Mate rials darf nicht zu niedrig sein, da das EV sich sonst auf dem Widerstand selbst zerstört. Auf die Ablenkanordnung folgt ein Bereich, der als Expansionsbereich bezeichnet ist. Hierbei han delt es sich einfach um einen Bereich, der hinzugefügt wird, um mehr Raum für die folgenden Selektor-Führungen zu schaffen. In diesem Expansionsbereich muß eine ladungsverteilende Beschich tung aufgebracht sein, deren Widerstand (in Ohm/Quadrat gemes sen) am besten von einem niedrigen Wert im Bereich der Ablenk elemente auf einen höheren Wert im Expansionsbereich ansteigt.

Es müssen so viele Selektor-Führungen vorgesehen sein, wie die Komplexität der durchzführenden Kodierung erfordert; das effek tive "Rauschen" bzw. die Unsicherheit des Ablenksystems und der EV-Bahn setzen hier Grenzen. Ist das EV in die Selektor-Führung eingelaufen, wird es in einen Bereich geleitet, der für das Setzen der Potentiale auf den Leitungen veranwortlich ist, die die binären Videodaten den Schrittschaltregistern zuführen. Um die Zeichnung nicht zu überlasten, ist nur eine Führung an die se Leitungen angeschlossen dargestellt. Diese Leitung zeigt zwei unterschiedlich hohe Höcker, die den hier gesuchten Effekt darstellen sollen. Das Potential dieser Ausgangsleitungen muß auf 1 oder 0 gesetzt werden, wie durch die anliegende Spannung definiert. Diese Effekte sind permanent zugeordnet, und beim jedesmaligen Durchlauf eines EV durch eine bestimmte der Füh rungen wird die Leitung auf die gleiche Spannung gesetzt. Die ser Setzvorgang entspricht dem oben zur Fig. 72 erläuterten. Um eine negative Spannung zu setzen, wird im Prinzip nur das EV über den Zuleitungsdraht geführt; zum Setzen einer positiven Spannung wird auf die Sekundärelektronenemission zurückgegrif fen.

Obgleich die Skizze einen Draht zeigt, können zur Informations übertragung an die Binärvideoeingänge auch EV-Führungen verwen det werden, wenn ein geeigneter Pfad verfügbar ist. In diesem Fall wird eine Anordnung ähnlich der in Fig. 74 gezeigten am Übergang zwischen den Selektor-Führungen und der Biärvideo-Füh rung verwendet. Ist ein solcher Pfad nicht vorhanden, weil die Schrittschaltregister auf separaten Substraten oder Schichten liegen, wird man Drähte verwenden.

Die Fig. 84 und 85 zeigen ein Phänomen bei der Behandlung von EVs, das bei einer herkömmlichen Verdrahtung nicht auftritt. Auf einem Keramiksubstrat 1100 sind zwei sich schneidende Füh rungskanäle 1101, 1102 - typischerweise unter einem Winkel von 90° - angeordnet. Die Fig. 83 zeigt den Führungskanal 1101 mit einer unter ihm verlaufenden Gegenelektrode 1103 versehen, wäh rend der Führungskanal 1102 eine Gegenelektrode 1104 aufweist; die Gegenelektroden 1103, 1104 sind durch einen Isolator 1105 getrennt. Der Isolator 1105 wird als optimal angesehen; in den meisten Anwendungsfällen kann er entfallen. Bei einigen Schal tungsanordnungen kann eine Gegenelektrode für die Kanäle 1101, 1102 gemeinsam vorgesehen werden. Es hat sich herausgestellt, daß unter bestimmten Bedingungen EV-Kanäle typischerweise unter 90° ohne den bei einer Verdrahtung auftretenden "Kurzschluß" gekreuzt werden können. Kollisionen an der Kreuzung müssen durch eine entsprechende Zeitsteuerung vermieden werden. In den meisten EV-Logikschaltungen kann (wegen der hohen Leistung eines EV und der geringen Notwendigkeit einer starken Belegung) mit einer sehr schwachen Belegung der Führung gerechnet werden. In bestimmten Fällen muß genau untersucht werden, welche Stör wellen sich in den Seitenzweigen ablösen können; gegen diese sind dann Maßnahmen zu ergreifen.

Claims

1. Kanal-Quelle zur Erzeugung von EVs, gekenn zeichnet durch
ein Basiselement mit einer ersten und einer zweiten Seite, die einander gegenüberliegen,
einen entlang der ersten Seite des Basiselements verlau fenden Kanal,
eine Quelle von Elektronen oder Photonen, die auf dem Ba siselement nahe dem Kanal angeordnet ist,
eine Vielzahl von Dynoden, die unter dem Kanal angeordnet sind und in aufeinanderfolgend größer werdenden Entfernungen - gemessen von der Elektronen- bzw. Photonenquelle her - entlang des Kanals beabstandet sind, und
eine auf der zweiten Seite des Basiselements angeordneten Gegenelektrode.

2. Kanal-Quelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet weiterhin durch einen verteilten Widerstand, der unter dem Ka nal angeordnet ist und dessen Anfangskante an die Elektronen- bzw. Photonenquelle angrenzt.

3. Kanal-Quelle nach Anspruch 2, gekennzeichnet weiterhin durch Mittel, um Spannungen an die Elektronen- bzw. Photonenquelle, an die Dynoden und an die Gegenelektrode anzu legen.

4. Kanal-Quelle nach Anspruch 3, dadurch ge zeichnet, daß die angelegten Spannungen von der Elek tronen- bzw. Photonenquelle her bis zur Gegenelektrode zuneh mend positiver werden.

5. Zirkulator für EVs, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Umlauf zur Führung der EVs und durch Mit tel, um mindestens ein EV in den geschlossenen Kreislauf ein zubringen.

6. Zirkulator nach Anspruch 5, gekennzeichnet weiterhin durch Mittel, um das mindestens eine EV aus dem ge schlossenen Umlauf zu extrahieren.

7. Zirkulator nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der geschlossene Umlauf aus einer LC- Führungsstruktur besteht, die zu dem geschlossenen Umlauf ge staltet ist.

8. Zirkulator nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der geschlossene Umlauf kreisförmig angeord net ist.

9. Zirkulator nach Anspruch 5, gekennzeichnet weiterhin durch mindestens ein HF-Fenster in dem geschlossenen Umlauf, durch das von dem mindestens einen EV erzeugte HF- Strahlung den Umlauf verlassen kann.

10. HF-Generator, gekennzeichnet durch eine EV-Führungsstruktur mit einem EV-Kanal mit einer ersten und einer zweiten Wandung, die einander gegenüberliegen und nichtgradlinig verlaufen, und durch Mittel, mit denen mindestens ein EV veranlaßt werden kann, den Kanal zu durchlaufen und so HF-Strahlung abzugeben.

11. HF-Generator nach Anspruch 10, gekennzeich net weiterhin durch eine HF-Abschirmung, die den Kanal teil weise abdeckt.

12. HF-Generator nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die HF-Abschirmung mindestens ein HF-Fenster enthält.

13. HF-Generator nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste und die zweite nicht gradlinige Wandung einen ersten bzw. einen zweiten geschlosse nen Umlauf bilden.

14. HF-Generator nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste und die zweite nicht gradlinige Wandung ein Wellungsmuster bilden.

15. HF-Generator. gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines EV und durch Mittel, um das erzeugte EV zu beschleunigen.

16. Verfahren zur Erzeugung von HF-Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein EV beschleunigt.

17. Vorrichtung zum Speichern des Effekts eines EV-Durchlaufs, gekennzeichnet durch
einen Kanal mit einem ersten und einen zweiten Ende und einer ersten und einer zweiten Seite zum Führen von EVs,
eine Einrichtung zum Einspeisen von EVs in das erste Ende des Kanals,
eine erste und eine zweite Ablenkelektrode auf der ersten bzw. der zweiten Seite des Kanals,
einen ersten und einen zweiten Photoloeiter, die auf der ersten der gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordnet sind,
einen dritten und einen vierten Photoleiter, die auf der zweiten der gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordnet sind, wobei die erste Ablenkelektrode elektrisch mit dem zwei ten und dem dritten und die zweite Ablenkelektrode elektrisch mit dem ersten und dem vierten Photoleiter verbunden sind,
eine Austrittseinrichtung, die erlaubt, in den Kanal ein gespeiste EVs durch das zweite Ende des Kanals auszutreten, und
an die Photoleiter angeschlossene Mittel zur Spannungsver sorgung.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, weiterhin gekenn zeichnet durch ein Trennelement zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Kanals derart, daß ein den Kanal durchlaufendes EV auf der einen oder der anderen Seite des Trennelements durchläuft.

19. Vorrichtung zum Speichern des Effekts eines EV-Durchlaufs, gekennzeichnet durch
einen Kanal mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Seite zum Führen der EVs,
Mittel, um EVs in das erste Ende des Kanals einzuspeisen, eine erste und eine zweite Ablenkelektrode auf der ersten bzw. der zweiten gegenüberliegenden Seite des Kanals,
eine erste und eine zweite Diode, die auf der ersten der gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordnet sind,
eine dritte und eine vierte Diode, die auf der zweiten der gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordnet sind, wobei die erste Ablenkelektrode elektrisch mit der zweiten und der drit ten und die zweite Ablenkelektrode elektrisch mit der ersten und der vierten Diode verbunden und die erste, zweite, dritte und vierte Diode auf HF-Masse gehalten sind, und
eine Austrittseinrichtung, die in den Kanal eingespeisten EVs erlaubt, durch das zweite Ende des Kanals auszutreten.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, weiterhin gekenn zeichnet durch ein Trennelement zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Kanals derart, daß ein den Kanal durchlau fendes EV auf der einen oder der anderen Seite des Trennele ments durchläuft.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste, die zweite, die dritte und die vierte Diode Feldemissionsdioden sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste, die zweite, die drit te und die vierte Diode Gleichrichter sind.

23. Vorrichtung zum Speichern des Effekts eines EV-Durchlaufs, gekennzeichnet durch
einen Kanal mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Seite zum Führen von EVs,
Mitteln zum Einspeisen von EVs in das erste Ende des Ka nals,
einer Ablenkelektrode auf der ersten der gegenüberliegen den Seiten des Kanals,
einer Kollektoranode auf der zweiten der gegenüberliegen den Seiten des Kanals, wobei die Ablenkelektrode elektrisch mit der Kollektoranode verbunden ist,
einen auf der Vorrichtung in großer Nähe zur Kollektor anode angeordneten Sekundärelektronenkollektor, und
eine Austrittsanordnung, die in den Kanal eingespeisten EVs erlaubt, durch das zweite Ende des Kanals auszutreten.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, weiterhin gekenn zeichnet durch eine zweite Ablenkelektrode auf der zweiten der gegenüberliegenden Seite des Kanals.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge kennzeichnet, daß die Austrittseinrichtung einen ersten und einen zweiten Austrittspfad aufweist, auf denen EVs den Kanal verlassen können.

26. Vorrichtung zum Speichern des Effekts eines EV-Durchlaufs, gekennzeichnet durch
einen Kanal mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Seite zum Führen von EVs,
Mittel zum Einspeisen von EVs in das erste Ende des Kanals,
eine erste Ablenkelektrode auf der ersten der gegenüber liegenden Seiten des Kanals,
eine zweite Ablenkelektrode auf der zweiten der gegen überliegenden Seiten des Kanals,
eine auf der zweiten der gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordnete Kollektoranode, die elektrisch mit der zwei ten Ablenkelektrode verbunden ist,
einen Sekundärelektronenkollektor, der in großer Nähe zur Kollektoranode auf der Vorrichtung angeordnet ist, und
eine Austrittseinrichtung mit einem ersten und einem zwei ten Austrittspfad derart, daß in den Kanal eingespeiste EVs diesen durch sein zweites Ende verlassen können, und zwar zu erst auf einem Austrittspfad und dann auf dem anderen, so daß die Vorrichtung bis 2 zählen kann.

27. Vorrichtung, deren Speicherzustand durch den Effekt eines EV-Durchlaufs gesetzt wird, gekennzeichnet durch
einen Kanal mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Seite zur Führung von EVs,
Mittel zum Einspeisen von EVs in das erste Ende des Kanals, die einen ersten und einen zweiten außenliegenden Ein gangspfad für EVs aufweisen,
eine Ablenkelektrode auf der ersten der gegenüberliegen den Seite des Kanals,
eine auf der zweiten der gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordneten Kollektoranode, die elektrisch mit der Ab lenkelektrode verbunden ist,
einen Sekundärelektronenkollektor, der in großer Nähe zur Kollektoranode auf der Vorrichtung angeordnet ist, und
eine Austrittseinrichtung, durch die in den Kanal einge speiste EVS am zweiten Ende des Kanals austreten können und die einen ersten und einen zweiten außenliegenden Austrittspfad für EVs aufweist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, weiterhin gekenn zeichnet durch einen dritten Eingangspfad für EVs, der zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangspfad liegt und er laubt, den Speicherzustand der Vorrichtung zu prüfen bzw. ab zufragen.

29. EV-Schrittschaltregister mit einer Vielzahl von Vorrich tungen zum Speichern des Effekts eines EV-Durchlaufs, da durch gekennzeichnet, daß jede dieser Vor richtungen aufweist:
einen Kanal mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Seite zum Führen von EVs,
eine Einrichtung zum Einspeisen von EVs in das erste Ende des Kanals,
eine Ablenkelektrode auf der ersten der gegenüberliegen den Seiten des Kanals,
eine Kollektoranode auf der zweiten der gegenüberliegen den Seiten des Kanals,
einen Sekundärelektronenkollektor, der in größer Nähe zur Kollektoranode auf der Vorrichtung angeordnet ist, und
eine Austrittseinrichtung, durch die in den Kanal einge speiste EVs den Kanal an seinem zweiten Ende verlassen können, wobei die Kollektoranode mindestens einer der Vorrichtun gen elektrisch mit der Ablenkelektrode einer anderen der Vor richtungen verbunden ist und die Austrittseinrichtung minde stens einer der Vorrichtungen mit der Einrichtung zum Einspei sen von EVs einer anderen Vorrichtung verbunden ist.

30. System zur Verwendung des EV-Schrittschaltregisters nach Anspruch 29, weiterhin gekennzeichnet durch Mittel, um an den Sekundärelektronenkollektoren der Vorrichtun gen jeweils eine positive Spannung zu erzeugen.

31. System nach Anspruch 30, weiterhin gekenn zeichnet durch Mittel, um Eingangsdaten an die Ab lenkelektrode einer der Vorrichtungen zu legen.

32. Anordnung zum Führen von EVs, gekennzeich net durch einen dielektrischen Körper mit einer ersten Oberfläche und einen auf dieser angeordneten EV-Führungskanal, der min destens teilweise mit einem dünnen Metallbelag versehen ist.

33. Anordnung nach Anspruch 32, dadurch ge kennzeichnet, daß der Belag eine Dicke im Bereich von 200 bis 500 Angstrom hat.

34. Anordnung nach Anspruch 33, dadurch ge kennzeichnet, daß der Belag aus Aluminium besteht.

35. Anordnung nach Anspruch 33, dadurch ge kennzeichnet, daß der Belag aus Molybdän besteht.

36. Anordnung nach Anspruch 32, weiterhin gekenn zeichnet durch eine Masseverbindung, die elektrisch an den dünnen Metallbelag angeschlossen ist.

37. Anordnung zum Beeinflussen von EVs, gekenn zeichnet durch
einen dielektrischen Körper mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche,
einen ersten und einen zweiten EV-Führungskanal auf der ersten Oberfläche, die in der gleichen Ebene liegen und einan der schneiden, und
mindestens eine Gegenelektrode auf der zweiten Oberfläche.

38. Anordnung nach Anspruch 37, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Kanal einander unter einem Winkel von 90° schneiden.

39. Anordnung nach Anspruch 37, dadurch ge kennzeichnet, daß die mindestens eine Gegenelek trode eine erste und eine zweite Gegenelektrode aufweist, die ebenfalls einander unter 90° schneiden, aber nicht notwendi gerweise in der gleichen Ebene liegen.

40. Anordnung zum Speichern erzeugter HF-Energie, gekennzeichnet durch
einen Zirkulator mit einer Innenumgrenzung, die den Um lauf von EVs erlaubt,
eine Einrichtung zum Einspeisen von EVs in den Zirkulator und
eine Abschirmung, die die von eingespeisten EVs verur sachte HF-Strahlung innerhalb der Innenumgrenzung des Zirkula tors hält.