DE4315755A1

DE4315755A1 - Pierce-Kanone mit Abstufungselektrode

Info

Publication number: DE4315755A1
Application number: DE4315755A
Authority: DE
Inventors: Richard Brownell True
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2013-05-12
Also published as: JPH06150838A; FR2691012A1; GB2267175A; FR2691012B1; GB9309661D0; GB2267175B; DE4315755C2; US5332945A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Elektro nenkanone und insbesondere eine verbesserte Kanonenanord nung, welche reduzierte elektrostatische Gradienten besitzt, die eine höhere Betriebsspannung ohne Durchschlag ermög licht.

2. Beschreibung verwandter Technik

Es ist in der Technik sehr wohl bekannt, eine lineare Strahlvorrichtung innerhalb einer Wanderfeldröhre (travel ling wave tube, TWT) eines Klystrons oder einer anderen Vor richtung für geladene Teilchen zu verwenden. In einer li nearen Strahlvorrichtung wird ein Elektronenstrahl, welcher einer Elektronenkanone entstammt, dazu veranlaßt, sich durch einen Tunnel oder einen Röhrengang auszubreiten, welcher im allgemeinen eine Hochfrequenz-Wechselwirkungsstruktur bein haltet. Am Ende seiner Wegstrecke wird der Elektronenstrahl innerhalb eines Kollektors oder einer Strahlenanschüttung (beam dump) abgeschieden, welche den verbrauchten Elektro nenstrahl auffangen. Der Strahl muß durch magnetische oder elektrostatische Felder in der Wechselwirkungsstruktur der Vorrichtung fokussiert werden, um effektiv von der Elektro nenkanone zu dem Kollektor ohne Verlust gegenüber der Wech selwirkungsstruktur befördert zu werden.

Insbesondere ist eine TWT eine breitbandige Mikrowellen röhre, deren Charakteristik von der Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Feld einer Welle, welche sich entlang einem Wellenleiter ausbreitet, und dem Elektronenstrahl abhängt, welcher sich innerhalb der Welle bewegt. In dieser Röhre bewegen sich die Elektronen in dem Strahl mit Geschwindig keiten, welche etwas größer sind als die der Welle, und wer den im Durchschnitt durch das Feld der Welle verlangsamt. So erscheint der Verlust von kinetischer Energie der Elektronen als eine erhöhte Energie, welche durch das Feld der Welle zugeführt wird. Die TWT kann daher als Verstärker oder Os zillator verwendet werden.

Die Elektronenkanone, welche den Elektronenstrahl bildet, umfaßt typischerweise eine Kathode und eine Anode. Die Ka thode enthält eine interne Heizung, um die Temperatur der Kathodenoberfläche auf einen Pegel anzuheben, welcher hin reichend für thermionische Emission ist. Wenn das Potential der Anode hinblicklich der Kathode positiv ist, werden Elek tronen aus der Kathodenoberfläche herausgezogen und bewegen sich in Richtung auf die Anode zu. In dem Raumladungsstrom wird der Strahlfluß durch die Stärke des elektrostatischen Felds an der Kathodenoberfläche bestimmt. Die Geometrie der Kathode, Anode und einer fokussierenden Elektrode sieht eine elektrostatische Feldform vor, welche das Flußmuster defi niert. Der elektronische Flug flieht durch eine Öffnung in der Anode und in die TWT. Eine Elektronenkanone dieses Typs ist als Pierce-Kanone bekannt.

Es ist lange gewünscht worden, die Strahlleistung der typi schen Pierce-Kanone zu erhöhen, da ein stärkerer Strahl zu einer höheren Leistung führen könnte, die auf die Welle übertragen werden würde. Die Betriebsspannung der Kanone ist in etwa proportional zu der Ausgangsleistung des Strahls und ein Erhöhen der Betriebsspannung ist als ein Verfahren zum Erhöhen der Strahlleistung vorgeschlagen worden. Wenn jedoch die Betriebsspannung über eine Schwelle hinaus erhöht wird, welche von der negativen Spitze des Feldgradienten bestimmt wird, wird das Feld empfindlich auf einen Durchschlag. Eine Durchschlagsbedingung ist sowohl für die Kanone als auch für die TWT katastrophal. Während eines Durchschlags überbrückt ein Hochspannungsbogen die Anode und die Kathode oder die fokussierende Elektrode, was zur weiteren Plasmaerzeugung führt, welche die Kanone und die TWT zünden und zerstören könnte. Beispielsweise würde eine Pierce-Kanone, welche bei 600 kV betrieben wird, einen negativen Spitzengradienten an der Fokussierelektrode von etwa 200 kV/cm besitzen. Obwohl diese Ausführung für einen Kurzzeitbetrieb in dem Bereich von 1 µs hinreichend sein könnte, würde ein Bogen wahr scheinlich auftreten, wenn die Pulslänge auf 5 µs und dar über hinaus ausgedehnt wird.

Ein Verfahren des Erhöhens der Betriebsspannung einer Pierce-Kanone bringt ein Aufteilen des Zwischenelektroden raums durch Abstufungselektroden mit sich. Dieses Verfahren ist beschrieben worden in R. True, "Design of Electron Sour ces and Beam Transport Systems for Very High Power Microwave Tubes", Proceedings of the Fifth National Conference on High Power Microwave Technology, United States Military Academy, West Point, New York, Seiten 178-181, Juni 1990. In dem Do kument ist gezeigt worden, daß mit der Verwendung von Abstu fungselektroden entlang Äquipotentiallinien die Maximalspan nung vor einem Durchschlag im wesentlichen erhöht ist. Die Berechnung der maximalen Durchschlagsspannung in einer Pierce-Kanone ist beschrieben in A. Staprans, "Electron Gun Breakdown", High Voltage Workshop, Monterey, California, Fe bruar 1985, welche die Gleichung liefert:

V = kL^0,8

wobei L gleich dem minimalen Zwischenelektrodenraum ist. Der Faktor k ist die abhängige Pulslänge und ist etwa gleich 9× 106, 6×10⁶, 4×10⁶ und 3×10⁶ für Pulse von 1, 5, 100 µs bzw. Gleichstrombetrieb. Für einen Zwischenelektrodenraum, welcher n Gebiete aufweist, würde die Durchschlagsspannung für jedes Gebiet durch die Gleichung definiert werden:

Daher wäre V′ gleich Vn^0,2. In der Summe ist die Gesamt durchschlagsspannung über den Zwischenelektrodenraum, wel cher in n Gebiete aufgeteilt ist, größer als die ursprüngli che Durchschlagsspannung einer nicht aufgeteilten Kanone.

In einer Kanone, welche drei Abstufungselektroden (n = 4) verwendet, würde sich die Maximalspannung vor dem Durch schlag um einen Faktor von 1,32 erhöhen. In Hochleistungs klystrons ist die Spitzenausgangsleistung etwa proportional zu PV^2,5, wobei P der Perveance gleicht. Für das Beispiel der drei Abstufungselektroden kann eine erreichbare Leistung des Doppelten erwartet werden. Obwohl diese Analyse gewisse Faktoren vernachlässigt, welche die Hochspannungs-Durch schlagsgrenze beeinträchtigen kann und wobei die tatsächli che Spannung und die Leistungserhöhung geringer als das Dop pelte sein kann, ist sie nicht zuletzt noch sehr signifi kant.

Dennoch werden bei Hochleistungsanwendungen weiterhin Elek tronenkanonen erfordert, welche für die Erzeugung von an wachsenden Leistungsbeträgen geeignet sind. So wäre es wün schenswert, eine Pierce-Kanone vorzusehen, welche geeignet wäre zur Erzeugung von erhöhter Strahleistung über der einer konventionellen Kanone unter Verwendung von Abstuftungselek troden.

Übersicht über die Erfindung

Dementsprechend ist es eine grundlegende Aufgabe der vorlie genden Erfindung, eine Pierce-Kanone vorzusehen, welche ge eignet ist, eine erhöhte Strahlleistung zu erzeugen gegen über der, welche von einer konventionellen Pierce-Kanone er zeugt wird, unter Verwendung von Abstufungselektroden.

Um diese oder andere Aufgaben zu erreichen, wird eine Pierce-Elektronenkanone vorgesehen, welche eine Kathode, eine fokussierende Elektrode, welche die Kathode umgibt, und eine Anode besitzt, die in einer festen Entfernung von der Kathode angeordnet ist und eine Öffnung durch sie besitzt. Wenigstens eine Abstufungselektrode ist zwischen der fokus sierenden Elektrode und der Anode angeordnet. Die Abstu fungselektrode ist geformt, um die Position von Äquipotentiallinien eines elektrischen Feldes zu steuern, welches in dem Zwischenelektrodenraum zwischen der Kathode und der Anode vorgesehen ist, um beabsichtigt die Feldgradientenpegel zu reduzieren, welche durch das elektri sche Feld gebildet werden.

In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung werden drei Abstufungselektroden verwendet. Jede Abstu fungselektrode besitzt eine doppelte radiale Biegung, mit einer äußeren radialen Krümmung mit einem ersten Radius und einer inneren radialen Krümmung mit einem zweiten Radius. Die Abstufungselektroden weisen des weiteren abgerundete Enden auf.

Ein vollständigeres Verstehen der Pierce-Kanone, welche Ab stufungselektroden besitzt, der vorliegenden Erfindung ebenso wie eine Realisierung der zusätzlichen Vorteile und Aufgaben davon bietet sich der Fachwelt durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform.

Es wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, wel che zuerst kurz beschrieben werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht einer Pierce- Kanone gemäß der vorliegenden Erfindung, welche Ab stufungselektroden aufweist; und

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Pierce-Kanone, welche Abstufungselektroden aufweist, und zeigt die Äquipo tentiallinien und die laminare Strömung von Elektro nen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bezüglich der Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Elektronenkanone 10, welche eine Anode 12 und ein Kathoden-Gehäuseaufbau 16 aufweist. Der Kathoden-Gehäuseaufbau 16 ist an einer Kano nen-Trageanbringung 14 gesichert und umfaßt eine Kathode, welche eine glatte, konkave Elektronen-Aussendungsoberfläche 18 besitzt. Die aussendende Oberfläche wird von einer einge kapselten Heizspule 20 geheizt. Eine fokussierende Elektrode 22 umgibt den äußeren Umfang des Kathodenaufbaus 16 und ist physikalisch von dem Kathodenaufbau isoliert, so daß sie kälter als die Kathode bleibt. Hitzeschilder 17 und 19 sind vorgesehen, um die Leitung von Hitze von der aussendenden Oberfläche 18 zu der fokussierenden Elektrode 22 zu verhin dern.

Die Anode 12 besitzt eine kreisförmige Öffnung 24, welche axial relativ zu der aussendenden Oberfläche 18 des Katho denaufbaus 16 angeordnet ist. Es sollte verstanden werden, daß die Anode 12 und der Kathodenaufbau 16 symmetrisch über einer Zentralachse durch das Zentrum der Anode und Kathode angeordnet sind.

Wie in der Technik bekannt ist, werden Elektronen, welche von der glatten konkaven Oberfläche 18 des Kathodenaufbaus 16 ausgesendet werden, gegen die kreisförmige Öffnung 48 in der Anode 12 beschleunigt. Diese emittierenden Elektronen verbinden sich zu einem Strahl, wie generell an 26 von Fig. 2 gezeigt ist. Der Strahl kann durch Verändern der Spannung zwischen der Anode 12 und der aussendenden Oberfläche 18 mo duliert werden. Die fokussierende Elektrode 22 wirkt, um das elektrische Feld in dem Zwischenelektrodenraum zwischen dem Kathodenaufbau 16 und der Anode 12 zu formen. In dem in Fig. 2 gezeigten Zwischenelektrodenraum sind Äquipotentiallinien 28 gezogen, welche imaginäre Oberflächen bezeichnen, die ein konstantes elektrisches Potential besitzen.

In der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Abstu fungselektroden 30 in dem Zwischenelektrodenraum zwischen der Anode 12 und dem Kathodenaufbau 16 vorgesehen. Die Ab stufungselektroden 30 sind positioniert, um den elektrischen Feldgradienten in dem Zwischenelektrodenraum zu minimieren und um die Position der Äquipotentiallinien zu steuern. Die genaue Form kann durch Computersimulation bestimmt werden. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Abstufungselektroden 30 nicht notwendigerweise den Äquipotentiallinien folgen, son dern statt dessen Oberflächen bilden, welche im allgemeinen die Linien kreuzen, und eine doppelte radiale Biegung auf weisen. Die Enden 36 der Abstufungselektroden 30 sind im allgemeinen abgerundet.

Die Abstufungselektroden 30 besitzen jeweils eine äußere Krümmung 32, welche in eine innere Krümmung 34 übergeht. Der Radius der Krümmung jeder der Abstufungselektroden 30 sowohl der äußeren Krümmung 32 als auch der inneren Krümmung 34 wird bestimmt durch Verschieben zentraler Punkte nahe der fokussierenden Elektrode 22 bzw. der Anode 12. Die äußere Krümmung 32 jeder der Abstufungselektroden 30 wird entlang eines Radius gebildet, welcher radiale Mittelpunkte an A, B und C besitzt. Die innerste Abstufungselektrode 30₁ ent spricht einem radialen Mittelpunkt A, welcher im wesentli chen innerhalb der fokussierenden Elektrode 22 zentriert ist. Die äußere Krümmung 32₂ der zweiten Abstufungselektrode 30₂ hat einen radialen Mittelpunkt B, welcher ebenso inner halb der fokussierenden Elektrode 22 vorgesehen ist, jedoch näher an dem äußeren Rand der fokussierenden Elektrode. Die äußerste Abstufungselektrode 30₃ besitzt eine äußere Krüm mung 32₃, welche durch den radialen Mittelpunkt C bestimmt ist, welcher über der fokussierenden Elektrode 22 hinaus in dem Zwischenelektrodenraum liegt.

Ähnlich wird die innere Krümmung 34 ₁ der innersten Abstu fungselektrode 30₁ von einem radialen Mittelpunkt A′ be stimmt, welcher auf einer Equipotentiallinie 28 liegt, wel che im wesentlichen innerhalb des Zwischenelektrodenraums zentriert ist. Die zweite Abstufungselektrode 302 besitzt eine innere Krümmung 34 ₂, welche durch den radialen Mittel punkt bestimmt ist, welcher ebenso auf einer Equipotentiallinie 28 liegt, jedoch näher an der Elektrode 12 innerhalb des Zwischenelektrodenraums. Zuletzt besitzt die äußerste Abstufungselektrode 30₃ eine innere Krümmung, welche von einem radialen Mittelpunkt C′ gebildet wird, wel cher im wesentlichen innerhalb der Anode 12 zentriert ist.

Es wird vorweggenommen, daß die Abstufungselektroden aus Zy lindern eines nichtmagnetischen metallischen Materials ge bildet sind. Die doppelten radialen Krümmungen können leicht durch bekannte Herstellungstechniken gebildet werden, so wie durch Drücken (spinning). Die innewohnende Typstruktur könnte mechanisch steif und rauh sein. In einer bevorzugten Ausführungsform könnten die Elektroden aus konzentrischen Zylindern von nichtrostendem Stahl und Kupfer sein. Die Zy linder werden integriert zusammen gebildet unter Verwendung von bekannten Schweißtechniken. Der nichtrostende Stahlteil würde außen liegen, gegen die Anode 12, während das Kupfer innen liegen würde. Oxidierter nichtrostender Stahl ist ein bevorzugtes Material für Abstufungselektroden, da es eine gute hohe Spannungsbeständigkeits-Charakteristik besitzt. Das Kupfer hat eine gute thermische Charakteristik für Hitzeabfuhr aus den Abstufungselektroden. Alternativ könnte ebenso verarmtes Uran oder Molybdän anstelle von nichtro stendem Stahl verwendet werden.

Computermodellieren hat gezeigt, daß die Verwendung von drei Abstufungselektroden 30, welche die doppelte radiale Krüm mung besitzen, den maximalen negativen Gradienten auf etwa 170 kV/cm reduzieren könnten, oder auf eine 15%ige Reduzie rung des negativen Spitzengradienten. Dies würde übersetzt ein potentiell erreichbares Leistungsansteigen von dem drei fachen gegenüber dem Fall der Pierce-Elektronenkanone mit Nichtabstufungselektroden bedeuten. Bei einer Betriebsspan nung von 600 kV wäre die vorliegende Erfindung für einen ver läßlichen Betrieb bei einem Pulslängenpegel von 5 µs und darüber hinaus geeignet.

Nach der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform einer Pierce-Kanone, welche Abstufungselektroden aufweist, sollte es nun der Fachwelt ersichtlich sein, daß die vorher erklär ten Aufgaben und Vorteile mit diesem System erreicht werden. Es sollte ebenso von der Fachwelt gewürdigt werden, daß ver schiedene Modifikationen, Anpassungen und alternative Aus führungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemacht werden können. Obwohl beispielsweise eine Pierce-Kanone, welche drei Abstufungselektroden aufweist, gezeigt worden ist, sollte es ersichtlich sein, daß andere Zahlen von Ab stufungselektroden vorteilhaft verwendet werden können.

Des weiteren wird die Erfindung durch die Ansprüche defi niert.

Claims

1. Elektronenkanone mit einer Kathode, einer fokussieren den Elektrode benachbart der Kathode und einer Anode, welche in einem festen Abstand von der Kathode angeord net ist, wobei die Elektronenkanone des weiteren auf weist:
wenigstens eine Abstufungselektrode, welche zwischen der fokussierenden Elektrode und der Anode angeordnet ist, wobei die Abstufungselektrode die Position der Äquipotentiallinien einer elektrischen Potentialdiffe renz steuert, welche zwischen der Kathode und der Anode vorgesehen ist, um die Pegel des Oberflächengradienten zu reduzieren, welche durch die elektrische Potential differenz gebildet sind.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß drei Abstufungselektroden vorgesehen sind.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Abstufungselektroden eine doppelte radiale Krümmung aufweisen.

4. Elektronenkanone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß jede der Abstufungselektroden eine äußere ra diale Krümmung mit einem ersten Radius und eine innere radiale Krümmung mit einem zweiten Radius aufweisen.

5. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die äußere Krümmung einer ersten Abstufungs elektrode einen radialen Mittelpunkt aufweist, welcher im wesentlichen innerhalb der fokussierenden Elektrode zentriert ist.

6. Elektronenkanone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die äußere radiale Krümmung einer zweiten Ab stufungselektrode einen radialen Mittelpunkt innerhalb der fokussierenden Elektrode benachbart dem radialen Mittelpunkt der äußeren radialen Krümmung der ersten Abstufungselektrode aufweist.

7. Elektronenkanone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß der radiale Mittelpunkt der äußeren radialen Krümmung der zweiten Abstufungselektrode sich am äuße ren Rand der fokussierenden Elektrode befindet.

8. Elektronenkanone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die äußere radiale Krümmung einer dritten Ab stufungselektrode einen radialen Mittelpunkt nahe dem radialen Mittelpunkt der äußeren radialen Krümmung der zweiten Abstufungselektrode besitzt.

9. Elektronenkanone nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß der radiale Mittelpunkt der äußeren radialen Krümmung der dritten Abstufungselektrode sich außerhalb der fokussierenden Elektrode befindet.

10. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die innere Krümmung der ersten Abstufungselek trode einen radialen Mittelpunkt aufweist, welcher im wesentlichen zwischen der Anode und der Kathode zen triert ist und auf einer der Äquipotentiallinien liegt.

11. Elektronenkanone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die innere radiale Krümmung der zweiten Abstu fungselektrode einen radialen Mittelpunkt zwischen der Anode und der Kathode aufweist und auf einer anderen Äquipotentiallinie zwischen dem radialen Mittelpunkt der ersten inneren radialen Krümmung und der Anode liegt.

12. Elektronenkanone nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die innere radiale Krümmung der dritten Abstu fungselektrode einen radialen Mittelpunkt aufweist, welcher im wesentlichen innerhalb der Anode zentriert ist.

13. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Abstufungselektroden aus metallischen nichtmagnetischen Zylindern gebildet sind.

14. Elektronenkanone nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Abstufungselektroden des weiteren aus kon zentrisch geschmolzenen Zylindern nichtrostenden Stahls und Kupfer gebildet sind.

15. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Abstufungselektroden im wesentlichen abge rundete Enden aufweisen.

16. Pierce-Elektronenkanone mit einer Kathode, einer fokus sierenden Elektrode nahe der Kathode und einer Anode, welche in einer festen Entfernung von der Kathode ange ordnet ist;
wenigstens einer Abstufungselektrode, welche zwischen der fokussierenden Elektrode und der Anode angeordnet ist; und
einer Einrichtung zum Reduzieren der Oberflächen-Feld gradienten, welche durch eine elektrische Potentialdif ferenz gebildet sind, die zwischen der Kathode und der Anode auftritt.

17. Elektronenkanone nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß die Reduziereinrichtung des weiteren eine dop pelte radiale Krümmung aufweist, welche in den Abstu fungselektroden gebildet ist.

18. Elektronenkanone nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, daß drei Abstufungselektroden vorgesehen sind.

19. Elektronenkanone nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß die Abstufungselektroden eine äußere radiale Krümmung mit einem ersten Radius und eine innere ra diale Krümmung mit einem zweiten Radius aufweisen.

20. Elektronenkanone nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß die äußere Krümmung einer ersten Abstufungs elektrode einen radialen Mittelpunkt aufweist, welcher im wesentlichen innerhalb der fokussierenden Elektrode zentriert ist.

21. Elektronenkanone nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß die äußere radiale Kurve der zweiten Abstu fungselektrode einen radialen Mittelpunkt innerhalb der fokussierenden Elektrode benachbart dem radialen Mit telpunkt der äußeren radialen Krümmung der ersten Ab stufungselektrode aufweist.

22. Elektronenkanone nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich net, daß die äußere radiale Krümmung einer dritten Ab stufungselektrode einen radialen Mittelpunkt nahe dem radialen Mittelpunkt der äußeren radialen Krümmung der dritten Abstufungselektrode besitzt.

23. Elektronenkanone nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß die innere Krümmung der ersten Abstufungselek trode einen radialen Mittelpunkt aufweist, welcher im wesentlichen zwischen der Anode und der Kathode zen triert ist und auf einer der Äquipotentiallinien liegt.

24. Elektronenkanone nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich net, daß die innere radiale Krümmung der zweiten Abstu fungselektrode einen radialen Mittelpunkt zwischen der Anode und der Kathode aufweist und auf einer anderen Äquipotentiallinie zwischen dem radialen Mittelpunkt der ersten inneren radialen Krümmung und der Anode liegt.

25. Elektronenkanone nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich net, daß die innere radiale Krümmung der dritten Abstu fungselektrode einen radialen Mittelpunkt aufweist, welcher im wesentlichen innerhalb der Anode zentriert ist.

26. Pierce-Elektronenkanone mit einer Kathode, einer fokus sierenden Elektrode, welche die Kathode umgibt, und ei ner Anode, welche in einer festen Entfernung von der Kathode angeordnet ist und eine Öffnung dadurch be sitzt, wobei die Elektronenkanone des weiteren auf weist:
wenigstens eine Abstufungselektrode, welche zwischen der fokussierenden Elektrode und der Anode angeordnet ist, wobei die Abstufungselektrode die Position der Äquipotentiallinien einer elektrischen Potentialdiffe renz steuert, welche zwischen der Kathode und der Anode auftritt, um die Pegel der Oberflächenfeldgradienten zu reduzieren, welche durch die elektrische Potentialdif ferenz gebildet werden, wobei die Abstufungselektrode eine doppelte radiale Krümmung aufweist, welche eine äußere radiale Krümmung mit einem ersten Radius und eine innere radiale Krümmung mit einem zweiten Radius einschließt.

27. Elektronenkanone nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich net, daß drei Abstufungselektroden vorgesehen sind.

28. Elektronenkanone nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich net, daß die Abstufungselektroden im wesentlichen abge rundete Enden aufweisen.

29. Elektronenkanone nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich net, daß die Abstufungselektroden aus metallischen nichtmagnetischen Zylindern gebildet sind.