DE4104845C2

DE4104845C2 - Elektronenstrahlerzeuger, insbesondere für eine Elektronenstrahlkanone

Info

Publication number: DE4104845C2
Application number: DE19914104845
Authority: DE
Inventors: Dieter Fritz
Original assignee: PTR PRAEZISIONSTECH GmbH
Current assignee: PTR PRAEZISIONSTECH GmbH
Priority date: 1991-02-16
Filing date: 1991-02-16
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2011-02-17
Also published as: DE4104845A1; DE4104845C5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenstrahlerzeuger, insbesondere für eine Elektronenstrahlkanone mit einer Kathode, einer Steuerelektrode und einer Anode mit einer zentralen Bohrung für den Durchtritt des Elektronenstrahls.

Elektronenstrahlerzeuger der angegebenen Art sind all gemein bekannt. Sie sind üblicherweise so ausgebildet, daß der Elektronenstrahl konvergierend aus der Anode austritt und einen Fokussierungspunkt oder Crossover bildet, der von einer nachfolgenden Elektronenoptik, beispielsweise einer Magnetlinse, abgebildet wird. Dient der Elektronenstrahl in einer Elektronenstrahl kanone zur Bearbeitung eines Werkstücks, so wird durch die Wahl eines geeigneten Abbildungsverhältnisses eine möglichst scharf gebündelte Abbildung des Crossovers auf dem Werkstück angestrebt, um dort eine möglichst hohe Energiedichte zu erzielen. Mit zunehmendem Strahl strom verlagert sich jedoch der Crossover in Strahl richtung. Dadurch wird der Strahlwinkel kleiner, wobei die Raumladungsaufspreizung zunimmt. Die Gegenstands weite der elektronen-optischen Abbildung wird kleiner und das Abbildungsverhältnis verschlechtert sich. Damit läßt sich am Werkstück keine ausreichende Fokussierung des Elektronenstrahls mehr erzielen.

Es ist ferner allgemein bekannt, mit einer maximalen Beschleunigungsspannung von 150 kV und einem maximalen Dauerstrom von 7 mA (Impulsstrom bis 100 mA) einen Elektronenstrahl von 1 kW Strahldauerleistung zu erzeugen (15 kW Impulsleistung). Der kleinste hier erreichbare Brennfleckdurchmesser beträgt etwa 35 µm. Durch diese enorm hohe Leistungsdichte in diesem Brennfleck (bis etwa 10⁸ Watt/cm²) ist es möglich, auch härteste und höchst schmelzende Materialien zu bearbeiten, wodurch grundsätzlich neue Bearbeitungsmethoden eröffnet werden.

Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art bekannt (DE-AS 23 36 851, die eine Glühemissions-Elektronenquelle mit einer Kathode zur Emission von thermischen Elektronen einer der Kathode gegenüberliegenden Anode umfaßt. In dieser Druckschrift ist ferner ein Elektronenstrahl niedriger sog. Perveanz beschrieben, wie er in Elektronenmikroskopen eingesetzt wird, um kleinste Fleckendurchmesser sichtbar zu machen. Er definiert den der Kathode zugewandten Winkel und die Bohrungsverhältnisse im Wehnelt. Ferner ist in dieser Druckschrift die Lage der Emissionsfläche in der Bohrung des Wehnelt-Zylinders angegeben. In Fig. 1 wird der typische reelle "Cross-over" zwischen Kathode und Anode dargestellt, der bei hohem Strahlstrom die Fokussierung beeinträchtigt.

In der Druckschrift DE-AS 12 48 175 ist ein Fokussierungs- und Ablenkungssystem für Schmelzkanonen erläutert.

Aus der Druckschrift DE-AS 12 32 661 ist weiterhin ein Elektronenstrahlerzeugersystem mit Bandkathode, einer die Kathode umgebenden Steuerelektrode und einer Anode bekannt. Ein derartiges System soll zum elektronischen Schweißen eingesetzt werden. Kathodenform und Kathodenhalter entsprechen in etwa der Geometrie von Wehnelt, wobei die Anode als Kugelkalotte ausgebildet ist, so wie sie bei Rogowski beschrieben wird. Wiederum tritt bei diesem System ein reeller "Cross-over" auf.

In der Druckschrift WO 81/03579 A1 ist ein Elektronenstrahlerzeuger mit hoher Konstanz für die Materialbearbeitung mit einer elektrisch beheizten Kathode sowie einer durchbohrten Anode beschrieben. Bei dieser Anordnung werden Lochbleche mit der notwendigen Wehnelt- Spannung und einer konstanten Kathodentemperatur eingesetzt, da bei dieser bekannten Anordnung der Strahlenerzeuger für einen Festwert optimiert werden soll, während beim Gegenstand der Erfindung im Leistungsbereich gearbeitet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronenstrahlerzeuger der eingangs aufgeführten Art zu schaffen, dessen Elektronenstrahl auch bei hohem Strahlstrom bzw. großer Leistungsdichte gut abgebildet und fokussiert werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch die nachstehend aufgeführten Merkmale:

a) daß die Strahlquelle als Triode ausgebildet ist und aus einer Kathode mit einer diese zumindest teilweise umgebenden Steuerelektrode sowie einer nachgeschalteten, eine zylindrische Bohrung aufweisenden Anode besteht,
b) daß der Winkel α des Elektronenstrahls im Bereich des minimalen Strahldurchmessers bzw. des Fokussierungspunkts des Elektronenstrahls und/oder der Abstand der Emissionsfläche der Kathode und der Anode so gewählt ist,
c) daß der Elektronenstrahl zwischen der Kathode und der Anode in etwa parallel und zwischen der Anode und der Magnetlinse divergierend verläuft,
d) daß die Form der Steuerelektrode und der Anode sowie der Abstand zwischen der Emissionsfläche der Kathode und dem oberen Ende, insbesondere der Einlaßseite der in der Anode vorgesehenen Bohrung derart groß ist, daß an der aus Wolfram bestehenden Kathode eine Emissionsstromdichte von ca. 2 bis 12 A/cm² erzeugt wird,
e) daß der Abstand und die Oberflächengeometrie der Kathode, der Steuerelektrode und der Anode so gewählt ist, daß sich eine Äquipotentiallinie mit dem Kathodenpotential ausbildet, die den Pierce-Winkel einschließt und nur eine kreisrunde Fläche auf der Kathode zur Elektronenemission freigibt,
f) daß der divergierende Elektronenstrahl nach Passieren der Anodenbohrung einen Austrittswinkel α je nach gewählter Perveanz zwischen 10 bis 50 mrad aufweist.

Dadurch wird eine Anordnung mit virtuellem Cross-over geschaffen.

Durch die vorteilhafte Ausbildung und Anordnung von Kathode und Anode wird eine Optimierung und somit Konzentrierung des Brennflecks erreicht. Um eine weitere Veränderung des Elektronenstrahls zu bewirken, kann darüber hinaus auch die Beschleunigungsspannung, die Steuerspannung sowie die Emissionstemperatur der Kathode verändert werden. Hierzu ist es vorteilhaft, daß der kleinste virtuelle Strahldurchmesser bzw. der Fokussierungspunkt (Crossover) des Elektronenstrahls mit Bezug auf den Strahlenverlauf des Elektronenstrahls hinter der Emissionsfläche der Kathode und/oder außerhalb einer die Kathode zumindest teilweise umgebenden Steuerelektrode (bzw. Wehnelt-Elektrode) liegt. Hierdurch wird einmal ein paralleler Strahlenverlauf begünstigt und zum anderen kann auf einfache Weise eine zu große Aufspreizung des Elektronenstrahls vermieden und somit eine starke Bündelung des Elektronenstrahls erreicht werden. Durch Vermeidung eines reellen Cross-overs bzw. Fokussierungspunkts vor der Steuerelektrode kann also die Abstoßkraft der Elektronen nicht in dem bisher bekannten Maße wirksam werden.

Bei Elektronenstrahlanlagen ist der Brennfleck üblicherweise ein Bild des Fokussierungspunkts (Cross- over). Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Triode kann auch eine hohe Stromdichte im Fokussierungspunkt erzielt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Emissionsstromdichte an der Kathode und die Beschleunigungsspannung hoch und die Temperatur der Kathode niedrig ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Strahlquelle als Triode ausgebildet ist und aus einer Kathode mit einer diese zumindest teil weise umgebenden Steuerelektrode sowie einer nachgeschalteten, eine zylindrische Bohrung aufweisenden Anode besteht. Durch den Einsatz einer Triode kann der Elektronenstrahl leistungslos gesteuert werden. Bei Einsatz einer Diode würde die Äquipotentiallinie von der Kathode mit Kathodenpotential geometrisch nachgebildet werden, so daß dann nur noch mit der Kathodenheizung gesteuert werden kann und nicht mehr leistungslos über das Gitter.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist schließlich vorgesehen, daß das in Richtung der Anode zeigende Ende der Steuerelektrode mit Bezug auf die Querschnittsebene der Steuerelektrode aus zwei Kreisbogen gebildet ist, deren Auslaufebenen in eine Gerade übergehen, die sich auf der Mittelachse der Steuerelektrode in einem nach unten offenen Winkel β schneiden.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß zur Erzeugung des divergierenden Elektronenstrahls der Anodenlinseneffekt ausgenutzt wird.

Die divergierende Strahlform wird dabei durch die Formgestalt und die Dimensionierung der Steuerelektrode und der Anode erreicht.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeugers, daß die die Öffnung bildenden Geraden der Steuerelektrode einen Winkel β zwischen 110° und 150° bzw. zwischen 120° und 140° bilden.

Vorteilhaft ist es ferner, daß die Außenwandungen der Anode in Richtung der Steuerelektrode geneigt verlaufend angeordnet sind und einen Winkel δ einschließen, der kleiner als der zwischen den Geraden gebildete Winkel β ist.

Durch Veränderungen der Beschleunigungsspannung der Steuerelektroden-Spannung bzw. Wehnelt-Spannung und der Temperatur sowie insbesondere der Form von Kathode und Anode und auch durch die Lage der Durchmesser der Blenden und Polschuhformen läßt sich in vorteilhafter Weise der Elektronenstrahl günstig beeinflussen und somit eine Konzentrierung des Brennflecks erreichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Form der Steuerelektrode und der Anode sowie der Abstand zwischen der Emissionsfläche der Kathode und dem oberen Ende, insbesondere der Einlaßseite der in der Anode vorgesehenen Bohrung derart groß ist, daß an der aus Wolfram bzw. Tantal bzw. Lanthan-Borid (LaB₆) bestehenden Kathode eine Emissionsstromdichte von ca. 7 bis 12 A/cm², ca. 2 bis 10 A/cm² oder ca. 10 bis 100 A/cm² erzeugt wird.

Vorteilhaft ist es außerdem, daß der zwischen der Geraden und der Außenwand der Steuerelektrode gebildete Teil einen Radius aufweist, der derart groß ist, daß sich eine Feldstärke von kleiner als 50 KV/cm, insbesondere von ca. 30 KV/cm gegenüber der Mantelfläche der Anode einstellt. Ferner ist es vorteilhaft, daß der Abstand und die Oberflächengeometrie der Kathode, der Steuerelektrode und der Anode so gewählt ist, daß sich eine Äquipotentiallinie mit dem Kathodenpotential ausbildet, die den Pierce-Winkel einschließt und nur eine kreisrunde Fläche auf der Kathode zur Elektronenemission freigibt.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß die Emissionsfläche der Kathode in geringem Abstand zur Ebene der Öffnung der Steuerelektrode liegt und daß der Abstand zwischen der Emissionsfläche der Kathode und der Ebene der Öffnung der Steuerelektrode kleiner als 1 mm ist.

Von besonderer Bedeutung ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, daß von einer elektronen- optischen Einrichtung bzw. von einer Magnet linse ein virtueller Fokussierungspunkt auf die Bearbeitungsstelle des Werkstücks projiziert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß die Beeinflussung des divergierenden Elektronenstrahls durch die Formgestalt und die Dimensionierung der Steuerelektrode und der Anode erfolgt.

Vorteilhaft ist es ferner, daß der divergierende Elek tronenstrahl nach Passieren der Anodenbohrung einen Austrittswinkel α je nach gewählter Perveanz zwischen 10 bis 50 mrad aufweist.

Es ist zwar bekannt, daß sich bei Elektronenstrahl erzeugern kleiner Leistung in der Regel durch den gekrümmten Bahnverlauf der Elektronen im Bereich des reellen Cross-overs auch die Eigenschaften eines virtuel len Cross-overs ergeben. Bei Elektronenstrahlerzeugern hoher Perveanz ist dieser Effekt jedoch nicht vorhanden.

Unter dem Begriff "Perveanz" versteht man das Verhältnis des Strahlstroms I zur Beschleunigungsspannung U_B. Hierzu gilt die Formel P = I/U_B ^3/2.

Der Pierce-Winkel ist von Pierce entwickelt und nach ihm benannt worden und wird für Diodensysteme hoher Perveanz eingesetzt. Nach den physikalischen Grundlagen ist der Pierce-Winkel 67,5° groß mit Bezug auf die Strahlachse und stets kleiner als der Winkel β (Fig. 4). Diesen Winkel ermittelt man nach der Poisson-Regel (raumladungsbegrenzte Emission im Strahl) und nach der Regel von Laplace für den Bereich außerhalb des Elektronenstrahls.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Schema zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den Elektronenstrahl eines bekannten Elektronen- Strahlerzeugers,

Fig. 2 den Elektronenstrahl bei einem Beispiel eines erfindungs gemäßen Strahlerzeugers,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Gesamtaufbaus einer Elektro nenstrahlkanone mit einem Beispiel eines erfindungsge mäßen Strahlerzeugers,

Fig. 4 eine Teilansicht des Strahlerzeugers.

In der Zeichnung ist in Fig. 3 mit 10 eine Elektronenstrahlkanone bezeichnet, deren Gehäuse 29 eine Vakuumkammer 26 enthält, in der eine Steuerelektrode 2 angeordnet ist. Der obere Teil des Gehäuses 29 bildet den Be schleunigungsraum. An das Gehäuse 29 schließt sich das Gehäuseteil 27 zur Aufnahme einer Fokussierungs linse 28 an.

Die Steuerelektrode 2 ist in einem oberen Gehäuse teil 29 angeordnet, das mittels eines Flansches 30 verschlossen ist. Im Gehäuseteil 29 befinden sich Blei abdeckungen 31 zur Aufnahme einer Hochspannungs steckereinführung 37 mit einem an die Steuer elektrode 2 und an der Kathode angeschlossenen Hoch spannungskabel. Die Strahlquelle ist im einzelnen als Triode ausgebildet und besteht aus einer Kathode 1 mit der diese zumindest teilweise umgebenden Steuer elektrode 2 sowie einer nachgeschalteten eine zylind rische Bohrung 15 aufweisenden Anode 3. Durch den Ein satz einer Triode kann der Elektronenstrahl 4 lei stungslos gesteuert werden.

Die Steuerelektrode 2 ist in einem Ringflansch aufge nommen, der in einer in einem Isolator 34 vorgesehenen Ringnut gelagert ist. Wie aus Fig. 3 ferner hervor geht, ist unterhalb der Steuerelektrode 2 die Anode 3 angeordnet.

Der Aufbau der Steuerelektrode 2 ist in Fig. 4 näher ver anschaulicht. Sie besteht aus einem hohlförmigen Zy linder 36, der an seinem der Anode 3 zugewandten Ende 17 zwei kreisbogenförmige Teile 14 aufweist, die sich gemäß Fig. 4 auf der Längsmittelachse der Steuer elektrode 2 schneiden.

Wie aus Fig. 4 ferner hervorgeht, können sich an die beiden kreisbogenförmigen Teile 14 einenends je eine Gerade 19 und anderenends je eine Außenwand 18 an schließen. Die beiden Geraden 19 bilden einen nach unten offenen Winkel β zwischen 110° und 150°, vorzugsweise zwischen 120° und 140°, und begrenzen eine Öffnung 20.

Wie Fig. 4 zeigt, weist der zwischen der Geraden 19 und der Außenwand 18 der Steuerelektrode 2 gebildete Teil 14 einen Radius 23 auf, der derart groß ist, daß sich eine Feldstärke von kleiner als 50 KV/cm insbesondere von ca. 30 KV/cm gegenüber der Mantelfläche 22 der Anode 3 und der daran sich anschließenden Kontur 22′ des Gehäuses 29 einstellt.

Gemäß Fig. 4 kann die Emissionsfläche 12 der Kathode 1 mit Bezug auf die innen liegende Kante einer Öffnung 20 um ca. 1 (max) bis 2 mm zurückgesetzt sein, d. h. vor oder auch hinter der Öffnung 20 liegen. In Fig. 4 ist das Maß der Zurücksetzung mit 1 mm angedeutet. Ferner liegt die Öffnung 20 zum Durchlaß des Elektronenstrahls 4 hinter dem unteren Ende 17 der Steuerelektrode 2. In Fig. 4 ist dieses Maß mit A₂ gekennzeichnet.

Die in Fig. 3 dargestellte Elektronenstrahlanlage ist insbesondere für Schweißverfahren entwickelt. Sie kann aber auch als Schmelz- und Verdampfungsanlage einge setzt werden, ohne daß hierzu wesentliche Änderungen an der Anlage notwendig sind.

Um eine Verkleinerung des Brennflecks unter Berück sichtigung der Erhöhung der Leistungsdichte zu er reichen, können unter anderem verschiedene Parameter verändert werden, insbesondere die Ausgestaltung der Steuerelektrode 2, der Anode 3, sowie der Kathode 1 und die entsprechenden Abstände untereinander.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, beträgt der Austritts winkel α des divergierenden Elektronenstrahls 4 nach Passieren einer Bohrung 15 der Anode 3 zwischen 10 und 50 mrad.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist der Winkel δ zwischen der Mantelfläche 22 der Anode 3 kleiner als der zwischen den Geraden 19 gebildete Winkel β.

In Fig. 1 und 2 ist der Elektronenstrahlverlauf bei einer herkömmlichen Anordnung und bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sche matisch angedeutet. Bei dem bekannten Elektronen strahlerzeuger gemäß. Fig. 1 wird der Elektronen strahl 4′ in Fig. 1 zunächst gebündelt und bildet dadurch einen reellen Strahldurchmesser bzw. einen Fo kussierungspunkt (Crossover) 5, der von der Magnet linse 6 abgebildet wird. Mit steigendem Strahlstrom verlagert sich der Fokussierungspunkt 5 nach unten und die Gegenstandsweite W wird kleiner.

Bei dem Strahlerzeuger gemäß Fig. 2 wird durch das Potential und die vorteilhafte Ausgestaltung der Steuerelektrode 2 sowie der Anode 3 zwischen beiden ein elektrostatisches Feld erzeugt, durch das die aus der Kathode 1 austretenden Elektronen zwischen Kathode 1 und Anode 3 in Form parallel verlaufender Elektronen strahlen die Emissionsfläche und zwischen Anode 3 und Magnetlinse 6 in Form von divergierenden Elektronen strahlen 4 die Anode 3 verlassen. Der Elektronen strahl 4 hat mit Bezug auf die Emissionsfläche einen großen Durchmesser. Der divergierende Elektronen strahl 4 hat bei seinem Eintritt in die Magnetlinse 6 die Eigenschaften eines Strahlenbündels, welches von einem durch die Spitze des nach hinten verlängerten Strahlenkegels hinter der Kathode 1 gebildeten, virtuellen Fokussierungspunkt (Crossover) 5 ausgeht. Von der Magnetlinse 6 wird daher der Elektronenstrahl 4 mit seinem virtuellen Fokussierungspunkt (Crossover) 5 auf die Oberfläche eines Werkstücks 9 projiziert, wodurch dort ein sehr kleiner Brennfleck mit einer hohen Strahldichte erzielt wird. Wie die Darstellung zeigt, ergibt sich durch die Lage des virtuellen Fokussierungspunkts (Crossover) 5 eine große Gegen standsweite W und damit ein optimales Abbildungs verhältnis.

Bezugszeichenliste

1 Kathode
2 Steuerelektrode=Wehnelt-Zylinder (Triode)
3 Anode
4 Elektronenstrahl gemäß Fig. 2
4′ Elektronenstrahl gemäß Fig. 1
5 minimaler Strahldurchmesser, gemäß dem Elektronenstrahl (4) bzw. Fokussierungspunkt (crossover)
6 Magnetlinse
9 Werkstück 10 Elektronenstrahlkanone
12 Emissionsfläche der Kathode 1
14 Teil, kreisbogenförmig
15 Bohrung
17 Ende des Wehnelt-Zylinders 14
18 Außenwand
19 Gerade
20 Öffnung
22 Mantelfläche der Anode 3
23 Radius
26 Vakuumkammer
27 Gehäuseteil
28 Fokussierungslinse
29 Gehäuseteil
30 Gehäusedeckel
31 Stutzen
34 Isolator
36 Zylinder

Claims

1. Elektronenstrahlerzeuger, insbesondere für eine Elektronenstrahlkanone mit einer Kathode, einer Steuerelektrode und einer Anode mit einer zentralen Bohrung für den Durchtritt des Elektronenstrahls, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) daß die Strahlquelle als Triode ausgebildet ist und aus einer Kathode (1) mit einer diese zumindest teilweise umgebenden Steuerelektrode (2) sowie einer nachgeschalteten, eine zylindrische Bohrung (15) aufweisenden Anode (3) besteht,
b) daß der Winkel α des Elektronenstrahls (4) im Bereich des minimalen Strahldurchmessers bzw. des Fokussierungspunkts (5) des Elektronenstrahls (4) und/oder der Abstand der Emissionsfläche (12) der Kathode (1) und der Anode (3) so gewählt ist,
c) daß der Elektronenstrahl (4) zwischen der Kathode (1) und der Anode (3) in etwa parallel und zwischen der Anode (3) und der Magnetlinse (6) divergierend verläuft,
d) daß die Form der Steuerelektrode (2) und der Anode (3) sowie der Abstand (A₁) zwischen der Emissionsfläche (12) der Kathode (1) und dem oberen Ende, insbesondere der Einlaßseite der in der Anode (3) vorgesehenen Bohrung derart groß ist, daß an der aus Wolfram bestehenden Kathode (1) eine Emissionsstromdichte von ca. 2 bis 12 A/cm² erzeugt wird,
e) daß der Abstand und die Oberflächengeometrie der Kathode (1), der Steuerelektrode (2) und der Anode (3) so gewählt ist, daß sich eine Äquipotentiallinie mit dem Kathodenpotential ausbildet, die den Pierce-Winkel einschließt und nur eine kreisrunde Fläche auf der Kathode (1) zur Elektronenemission freigibt,
f) daß der divergierende Elektronenstrahl (4) nach Passieren der Anodenbohrung einen Austrittswinkel α je nach gewählter Perveanz zwischen 10 bis 50 mrad aufweist.

2. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste virtuelle Strahldurchmesser bzw. der Fokussierungs punkt (Cross-over) (5) des Elektronenstrahls (4) mit Bezug auf den Strahlenverlauf des Elektronen strahls hinter der Emissionsfläche (12) der Kathode (1) und/oder außerhalb einer die Kathode (1) zumindest teilweise umgebenden Steuerelektrode (2) liegt.

3. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlquelle als Triode ausgebildet ist und aus einer Kathode (1) mit einer diese zumindest teilweise umgebenden Steuerelektrode (2) sowie einer nachgeschalteten eine zylindrische Bohrung (15) aufweisenden Anode (3) besteht.

4. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das in Richtung der Anode (3) zei gende Ende (17) der Steuerelektrode (2) mit Bezug auf die Querschnittsebene der Steuerelektrode (2) aus zwei Kreisbogen (18) gebildet ist, deren Auslaufebenen in eine Gerade (19) übergehen, die sich auf der Mittelachse der Steuerelektrode (2) in einem nach unten offenen Winkel β schneiden.

5. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des divergie renden Elektronenstrahls (4) der Anodenlinsen effekt ausgenutzt wird.

6. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die die Öffnung (20) bildenden Ge raden (19) der Steuerelektrode (2) einen Winkel β zwischen 110° und 150° einschließen.

7. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die die Öffnung (20) bildenden Ge raden (19) der Steuerelektrode (2) einen Winkel ß zwischen 120° und 140° bilden.

8. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Außenwandungen der Anode (3) in Richtung der Steuerelektrode (2) geneigt verlaufend angeordnet sind und einen Winkel δ ein schließen, der kleiner als der zwischen den Geraden (19) gebildete Winkel β ist.

9. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Form der Steuerelektrode (2) und der Anode (3) sowie der Abstand (A₁) zwischen der Emissionsfläche (12) der Kathode (1) und dem oberen Ende, insbesondere der Einlaßseite der in der Anode (3) vorgesehenen Bohrung derart groß ist, daß an der aus Wolfram bestehenden Kathode (1) eine Emissionsstromdichte von ca. 7 bis 12 A/cm² erzeugt wird.

10. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Form der Steuerelektrode (2) und der Anode (3) sowie der Abstand (A₁) zwischen der Emissionsfläche (12) der Kathode (1) und dem oberen Ende, insbesondere der Einlaßseite der in der Anode (3) vorgesehenen Bohrung derart groß ist, daß an der aus Tantal bestehenden Kathode (1) eine Emissionsstromdichte von ca. 2 bis 10 A/cm² erzeugt wird.

11. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Form der Steuerelektrode (2) und der Anode (3) sowie der Abstand (A₁) zwischen der Emissionsfläche (12) der Kathode (1) und dem oberen Ende, insbesondere der Einlaßseite der in der Anode (3) vorgesehenen Bohrung derart groß ist, daß sich an der aus Lanthan-Borid (LaB₆) bestehenden Kathode (1) eine Emissionsstromdichte von ca. 10 bis 100 A/cm² bildet.

12. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der zwischen der Geraden (19) und der Außenwand (18) der Steuerelektrode (2) gebildete Teil einen Radius (23) aufweist, der derart groß ist, daß sich eine Feldstärke kleiner als 50 KV/cm, insbesondere von ca. 30 KV/cm, gegenüber der Mantelfläche (22) der Anode (3) einstellt.

13. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstand und die Oberflächengeometrie der Kathode (1), der Steuerelektrode (2) und der Anode (3) so gewählt ist, daß sich eine Äquipotentiallinie mit dem Kathodenpotential ausbildet, die den Pierce-Winkel einschließt und nur eine kreisrunde Fläche auf der Kathode (1) zur Elektronenemission freigibt.

14. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Emissionsfläche (12) der Ka thode (1) in geringem Abstand zur Ebene der Öffnung (20) der Steuerelektrode (2) liegt.

15. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstand zwischen der Emissionsfläche (12) der Kathode (1) und der Ebene der Öffnung (20) der Steuerelektrode (2) kleiner als 1 mm ist.

16. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß von einer elektronen-optischen Einrichtung bzw. von einer Magnetlinse (6) ein virtueller Fokussierungspunkt (5) auf die Bearbeitungsstelle des Werkstücks (9) projiziert wird.

17. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Beeinflussung des divergierenden Elektronen strahls (4) durch die Formgestalt und die Dimen sionierung der Steuerelektrode (2) und der Anode (3) erfolgt.

18. Elektronenstrahlerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der divergierende Elektronen strahl (4) nach Passieren der Anodenbohrung einen Austrittswinkel α je nach gewählter Perveanz zwischen 10 bis 50 mrad aufweist.