DE602005003963T2

DE602005003963T2 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von strahlung oder partikeln durch wechselwirkung zwischen einem laserstrahler und einem target

Info

Publication number: DE602005003963T2
Application number: DE602005003963T
Authority: DE
Inventors: Michel Bougeard; Fabien Quere; Marina Servol
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2025-08-20
Also published as: CN101010993A; ATE381878T1; DE602005003963D1; FR2874785B1; EP1782663B1; CA2578133A1; FR2874785A1; WO2006021552A1; US20080157010A1; JP2008511110A; EP1782663A1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Erzeugen von Strahlung oder Teilchen, beispielsweise von Röntgenstrahlen, UV-Strahlen, γ-Strahlen, Ionen oder Elektronen, durch Wechselwirkung zwischen einem Laserstrahl und einem Target.
Die Wechselwirkung eines starken, fokussierten und gepulsten Laserstrahls mit einem Material wurde eingehend untersucht. Nunmehr ist wohlbekannt, daß bei dieser Wechselwirkung an dem Target ein Plasma erzeugt wird, das verschiedene Strahlungsarten (beispielsweise Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen), Elektronen oder Ionen aussenden kann. Die Erzeugung dieser Strahlung mit Hilfe eines Lasers findet viele potentielle Anwendungen. UV-Strahlen oder Röntgenstrahlen, die auf diese Weise erzeugt werden, lassen sich insbesondere für die extreme Ultraviolett-Lithographie für integrierte Schaltkreise verwenden. Auf Grund ihrer neuartigen zeitbezogenen Eigenschaften (insbesondere ihrer kurzen Dauer) bilden Röntgenstrahlen, die auf diese Weise erzeugt werden, auch eine sehr interessante Quelle für die medizinische Bilderzeugung (harte Röntgenstrahlen) und die Röntgenmikroskopie (weiche Röntgenstrahlen). Was mit Hilfe eines Lasers erzeugte Ionen und insbesondere Protonen betrifft, so wird deren Verwendung bei der Protonentherapie für Krebs ins Auge gefaßt.
STAND DER TECHNIK
Für die Wechselwirkung mit einem starken Laserstrahl, insbesondere zur Erzeugung von Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen zur Anwendung bei der extremen Ultraviolett-Lithographie für integrierte Schaltkreise mikroelektronischer Bauteile, wurden viele Targets vorgeschlagen.
Eine Lösung, die in der Patentschrift JP 9024731 und in der Patentschrift JP 11345698 vorgeschlagen wurde, besteht darin, Feststoffteilchen von Submikrongröße als Target zu verwenden. Es ist äußerst schwierig, eine freie Strömung eines Pulvers mit Teilchen dieser Größe zu erhalten. Auf Grund dessen ist in den Patentschriften JP 9024731 und JP 11345698 die Verwendung eines Gases vorgeschlagen, um die Strömung des Pulvers zu erzwingen, und mithin die Pulverkörner in den Bereich der Wechselwirkung mit dem Laser zu transportieren.
Die obige Lösung ist äußerst nachteilig: das Gas, welches das Target umgibt, beeinträchtigt die Fortpflanzung des Laserstrahls und führt insbesondere bei Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen im allgemeinen zu einer bedeutenden Reabsorption der von dem Target emittierten Strahlung. Wird ein unter Druck gesetztes Gas verwendet, führt das ebenfalls zu einer schnellen räumlichen Ausbreitung des Strahls nach dem Verlassen der Düse, durch welche das Pulver-Gas-Gemisch heraustritt, was zu einer geringen durchschnittlichen Volumendichte des Materials im Bereich der Wechselwirkung führt. Weiterhin muß auf Grund dieser schnellen Ausbreitung der Bereich der Wechselwirkung mit dem Laserstrahl nahe an der Austrittsdüse angelegt werden. Das ist ein größerer Nachteil, da bekanntlich diese Art einer Konfiguration im allgemeinen zur schnellen Erosion der Düse durch das von dem Laser erzeugte Plasma und zur Erzeugung zusätzlicher Verschleißteilchen führt, die mit dieser Erosion verknüpft ist.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die obengenannten Nachteile beseitigt und ermöglicht werden, daß Strahlung oder Teilchen ohne jeden größeren Nachteil bezüglich der erforderlichen Haupteigenschaften für die Targets erzeugt werden, die im Zusammenhang mit der Erzeugung von Strahlung oder Teilchen aus einem von einem Laser erzeugten Plasma angewandt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen insbesondere eine hohe lokale Volumendichte, eine hohe mittlere Volumendichte und eine hohe Auffrischrate und alle diese bei Emission von lediglich einer kleinen Verschleißteilchenmenge und ohne Notwendigkeit einer Gasatmosphäre erzielt werden.
Mit der Erfindung soll außerdem eine Strahlungs- oder Teilchenquelle geschaffen werden, die eine lange Betriebsdauer aufweist und einfach, robust, stabil und sehr vielseitig ist.
Die obigen Aufgaben werden erfüllt mit einem Verfahren zum Erzeugen von Strahlung oder Teilchen durch Wechselwirkung zwischen einem Laserstrahl und einem Target, wobei das gewählte Target eine freie Strömung eines aus festen Körnern der Größe von 10 Mikrometern (μm) bis 1 Millimeter (mm) bestehenden Pulvers in einer Unterdruckkammer ist, und wobei der Laserstrahl, bei dem es sich um einen starken, gepulsten Laserstrahl handelt, auf die allein durch Schwerkraft angetriebene Pulverströmung fokussiert ist, um einen Wechselwirkungsbereich zu schaffen, der die Strahlung oder die Teilchen in der Unterdruckkammer erzeugt, in welcher der innere Druck kleiner als 1.000 Pascal (Pa) ist.
Die freie Strömung des Pulvers unter der Schwerkraft fließt vorzugsweise aus einem Zuführtrichter, der eine in einem Winkel α, der als Funktion des verwendeten Pulvers gewählt ist, zur Horizontalen geneigte Wand besitzt, und der in seinem unteren Abschnitt eine Auslaßöffnung besitzt, deren Durchmesser den Durchmesser der freien Strömung des Pulvers bestimmt.
Dieser Durchmesser beträgt vorteilhafterweise 0,5 mm bis 5 mm. Die Strömung findet zwischen dieser Zuführvorrichtung und einem niedrigeren Trichter zum Wiedergewinnen von nicht durch den Aufprall des Lasers zerstörtem Pulver statt.
Wenn ein Betrieb über einen langen Zeitraum erforderlich ist, wird das Pulver bei einer bevorzugten Anwendung der Erfindung in Pulverzuführmitteln mit einem oberen Zuführtrichter und Steuermitteln für die Strömung des Pulvers über dem Wechselwirkungsbereich gelagert. Dann ist es vorteilhaft, die Mittel zum Wiedergewinnen des nicht von dem Laserstrahl zerstörten restlichen Pulvers auf dem Weg des Pulvers stromab von dem Bereich der Wechselwirkung mit dem Laserstrahl anzulegen. Die Pulverzuführmittel und die Mittel zum Wiedergewinnen des nicht von dem Laserstrahl zerstörten Pulvers sind vorzugsweise identisch und gegeneinander austauschbar, obwohl das nicht unbedingt notwendig ist.
Die Flußrate des Pulvers beträgt vorteilhafterweise zwischen 100 Kubikzentimetern pro Stunde (cm³/h) und 500 cm³/Stunde.
Die Pulverströmung weist vorzugsweise einen Durchmesser von 0,5 mm bis 5 mm auf.
Der starke Laserstrahl besteht vorzugsweise aus Pulsen mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden (fs) zu wenigen Nanosekunden (ns) und besitzt eine Spitzenlichtintensität, die größer als 10¹² Watt pro Quadratzentimeter (W/cm²) ist.
Der Druck in der Unterdruckkammer beträgt weniger als 1.000 Pa und vorzugsweise 0,1 Pa bis zu wenigen Pascal.
Das Pulver kann aus einem dielektrischen Feststoff wie Kieselsäure bestehen.
Das Pulver umfaßt vorzugsweise kugelförmige Körner, die einen Durchmesser zwischen 1 μm und 45 μm und einen mittleren Durchmesser in der Größenordnung von 30 μm besitzen.
Die freie Strömung kann von einem Aerogelpulver gebildet sein.
Mit der Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Erzeugen von Strahlung oder Teilchen durch Wechselwirkung zwischen einem Laserstrahl und einem Target geschaffen, wobei die Vorrichtung umfaßt:

– eine Unterdruckkammer,
– eine Vorrichtung in der Unterdruckkammer zum Erzeugen einer freien Strömung eines Pulvers mit festen Körnern einer Größe zwischen 10 μm und 1 mm; eine Laserquelle zum Emittieren eines starken gepulsten Laserstrahls; und Fokussiermittel zum Fokussieren des starken gepulsten Laserstrahls auf einen Bereich der Wechselwirkung mit der freien Strömung des Pulvers.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung zum Erzeugen einer freien Strömung des Pulvers unter der Schwerkraft einen Zuführtrichter, der eine konische Wand mit einem als Funktion des verwendeten Pulvers gewählten Winkel α zur Horizontalen besitzt und in seinem unteren Abschnitt eine Auslaßöffnung besitzt, deren Durchmesser den Durchmesser der freien Strömung des Pulvers bestimmt.
Der Winkel α der konischen Wand des Zuführtrichters zur Horizontalen liegt vorzugsweise zwischen 35° und 45°.
Die Auslaßöffnung des konischen Trichters besitzt vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 5 mm.
Das Pulver ist vorteilhafterweise in Zuführmitteln oberhalb des Bereichs der Wechselwirkung gelagert, die einen konischen Abschnitt umfassen, dessen Spitze nach unten gerichtet ist, und an den sich ein vertikaler zylindrischer Abschnitt anschließt, wobei verbleibendes Pulver, das nicht mit dem Laserstrahl wechselgewirkt hat, vorteilhafterweise in Wiedergewinnungsmitteln unterhalb des Wechselwirkungsbereichs wiedergewonnen wird.
Die Zuführmittel oberhalb des Bereichs der Wechselwirkung und die Wiedergewinnungsmittel unterhalb des Bereichs der Wechselwirkung können identisch und gegeneinander auswechselbar sein.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt Mittel zum Steuern der Strömung des Pulvers, die in der Lage sind, die Strömung des Pulvers, insbesondere in einem Vorstadium des Entgasens des Pulvers, komplett zu stoppen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Steuern der Strömung in den Pulverzuführmitteln umfaßt, und in den Pulveraufnahmemitteln sind identische Mittel umfaßt. Diese Ausführungsform erleichtert die Handhabung. Bei dieser Konfiguration ist die Verbindung zwischen den Zuführmitteln und der Zuführvorrichtung, die beispielsweise aus einem Zuführtrichter mit einer Neigung α besteht, wie die Mittel zur Übertragung von Steuersignalen für die Mittel zum Steuern der Strömung zur Außenseite der Unterdruckkammer entfernbar.
Bei einer Variante ist nur eine Vorrichtung zum Steuern der Strömung vorhanden und über den Zuführmitteln befestigt. Bei dieser Konfiguration ist an dem unteren Ende der Pulverzuführmittel und der Pulveraufnahmemittel ein entfernbares Bodenteil angeordnet, damit diese als Aufnahmemittel gehandhabt und betätigt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Zuführtrichter ein konisches oder pyramidenförmiges, unteres Ende auf, das von einem Kanal mit einem Querschnitt verlängert wird, der nicht kleiner als der Querschnitt der Auslaßöffnung des Zuführtrichters ist. An diesem Kanal, der eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist, befinden sich die Mittel zum Steuern der Strömung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zum Steuern der Strömung eine Einengung des Querschnitts des Kanals, der Pulver von den Zuführmitteln zu dem Zuführtrichter führt. Diese Einengung kann an einem zylindrischen oder kugelförmigen Abschnitt enden, der um eine quer zu der Strömung liegenden Achse gedreht werden kann, und durch den eine Öffnung mit einem Querschnitt verläuft, welcher der erforderlichen Durchflußmenge des Pulvers in Richtung zu dem Zuführtrichter entspricht. Die Mittel zum Steuern der Strömung, mit welchen man die Strömung vollständig stoppen kann, können verschiedene Formen einnehmen und beispielsweise analog zu einem in dem üblichen Ein-Aus-Modus eingesetzten Vierteldrehungsventil wirken.
Bei einer speziellen Ausführungsform liegt die Laserquelle außerhalb der Unterdruckkammer, und die Laserstrahl-Fokussiermittel nehmen die Form eines Bullauges in der Wand der Unterdruckkammer ein.
Die Vorrichtung kann ferner transparente Schutzmittel zwischen dem Bereich der Wechselwirkung und den Fokussiermitteln umfassen, damit die Verschleißteilchen die Fokussiermittel nicht beschädigen.
Die Schutzmittel können beispielsweise einen beweglichen Streifen transparenten Materials umfassen.
Der Bereich der Wechselwirkung zwischen der freien Strömung des Pulvers und dem fokussierten Laserstrahl kann sich einige Millimeter unterhalb der Auslaßöffnung des Trichters oder in einem größeren Abstand von diesem befinden.
Im Gegensatz zu Ausführungen nach dem Stand der Technik, bei denen man einen unter Druck gesetzten Gasstrahl um das Target herum verwendet, wird mit der vorliegenden Erfindung selbst bei großen Abständen von der Öffnung, welche vom Pulver durchströmt wird, eine kleine Divergenz des Strahls aus festen Körnern und einer hohen Volumendichte erzielt. Deshalb kann sich der Bereich der Wechselwirkung mit dem fokussierten Laserstrahl in einem verhältnismäßig großen Abstand von der Auslaßöffnung befinden.
Die Verwendung eines Targets gemäß der Erfindung hat viele technische Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Man betrachte als erstes das Kriterium der hohen lokalen Volumendichte, die eine notwendige Eigenschaft ist, um eine wirksame Absorption der Laserenergie durch das Target und mithin eine hohe Umwandlungsrate dieser Energie in energiereiche Strahlung (Röntgen-, UV-, Elektronen-, Ionenstrahlung) zu ermöglichen. Genauer gesagt muß die lokale Dichte des Targets typischerweise in der Größenordnung von derjenigen eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit liegen.
Da das Target gemäß der Erfindung aus kleinen, festen Körnern besteht, ist die lokale Materialdichte ausreichend hoch, um eine effektive Absorption der Laserenergie und folglich eine hohe Strahlungsemission sicherzustellen.
Das Kriterium einer hohen mittleren Volumendichte ist eine Eigenschaft, die notwendig ist, wenn man einen hohen Gesamtfluß der Strahlung erhalten will. Wenn beispielsweise das Target aus kleinen, dichten Teilchen (beispielsweise Flüssigkeitströpfchen) einer Größe besteht, die viel kleiner als diejenige des Brennflecks des Lasers ist, wird es wesentlich, daß die Dichte der Teilchen ausreichend hoch ist, damit das Fokalvolumen des Lasers eine große Anzahl von Teilchen enthält. Wenn das nicht der Fall ist, steht eine große Menge der Laserenergie nicht mit dem Target in Wechselwirkung, und der Gesamtfluß der Strahlung ist niedrig.
Da die Strömung bei der Erfindung frei ist und insbesondere ohne Mitwirkung eines Trägergases erfolgt, ist der Abstand zwischen den Körnern in der Strömung klein, und deshalb besitzt das Target eine hohe mittlere Dichte. Wenn der Brennfleck des Lasers einen sehr viel größeren Durchmesser als die Größe der Körner aufweist, enthält er eine große Anzahl Körner, wodurch garantiert ist, daß ein großer Anteil des Laserstrahls mit dem Material in Wechselwirkung steht.
Bei einem anderen Kriterium wird berücksichtigt, daß das Target nach jedem Laser-Beschuß des Targets durch den Laser örtlich in ein Plasma umgewandelt und deshalb zerstört ist. Deshalb ist es von Vorteil, das Target zu bewegen oder darauf zu warten, daß es vor dem nächsten Laser-Beschuß in seine ursprüngliche Struktur zurückkehrt.
Die Auffrischrate, welche der Kehrwert der benötigten Zeit ist, muß für die ins Auge gefaßten Anwendungen der Erfindung so hoch wie möglich sein.
Beispielsweise wurde bei der Erfindung festgestellt, daß bei einem Abstand bis zu wenigen Millimetern von der Pulverauslassöffnung die Geschwindigkeit, mit welcher die Körner fallen, typischerweise in der Größenordnung von 10 Zentimetern pro Sekunde (cm/s) liegt. Durch diese Geschwindigkeit werden die Auffrischrate und folglich die maximale Laserwiederholungsrate bestimmt, die mit diesem speziellen Target zu verwenden ist. Demgemäß darf die Auffrischrate des Lasers bei einem Laserstrahl, der auf einen Brennfleck von 10 μm fokussiert ist, nicht größer als 10 kHz sein, wenn erwünscht ist, daß ein beliebiger Abschnitt eines festen Korns, der durch einen Laser-Beschuß bestrahlt wird, das Brennfleckvolumen bis zum Zeitpunkt des nächsten Laser-Beschusses verlassen haben muß. Diese Wiederholungsrate ist für viele industrielle Anwendungen passend, und deshalb wird mit der Erfindung eine gute Lösung für das Kriterium der hohen Auffrischrate bereitgestellt. Weiter kann angemerkt werden, daß die Pulverströmungsrate nicht von der in dem Zuführtrichter verbleibenden Pulvermenge anhängt, was eine wichtige Eigenschaft der Vorrichtung darstellt. Das ist eine Eigenschaft, die bei Pulverströmungen natürlicherweise vorganden ist und beispielsweise zum Messen der Zeit mit Hilfe einer Sanduhr verwendet wird.
Ein weiteres Qualitätskriterium ist die geringe Menge an emittierten Verschleißteilchen. Da das Target bei jedem Beschuß von dem Laserstrahl zerstört wird, sendet das Target Verschleißteilchen (Ionen, heiße Materialanhäufungen) aus, die sich langfristig auf Instrumenten, die das Target umgeben (beispielsweise laseroptischen Bauteilen) ablagern und diese beschädigen können. Bei Anwendungen von durch Laser erzeugten Strahlungsquellen ist es wesentlich, daß die Menge der emittierten Verschleißteilchen minimiert wird.
Da die Körner bei der Erfindung klein sind, erzeugt das Target nur kleine Verschleißteilchen. Es wurde festgestellt, daß eine Verwendung dieses Targets mit verschiedenen Pulvern, insbesondere aus Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, nach einem Betrieb von mehreren hundert Stunden zu keiner sehr großen Ablagerung von Material in der Experimentkammer geführt hat.
Ebenso kann angemerkt werden, daß die Fortpflanzung des Strahls vor dem Target beeinträchtigt ist, wenn das Target von einem verhältnismäßig dichten, gasförmigen Medium (100 Pa) umgeben ist, welches die Verbindung zwischen dem Laserstrahl und dem Target gewöhnlich verschlechtert. Weiterhin führt bei Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen eine gasförmige Atmosphäre um das Target herum im allgemeinen zu einer hohen Reabsorption der von dem Target emittierten Strahlung.
Da bei der Erfindung die Strömung ohne ein Trägergas erfolgt, erfährt der Laserstrahl vor der Wechselwirkung mit dem Target keine Verzerrung, und das Fehlen einer gasförmigen Atmosphäre ist von Vorteil. Weiterhin ist die Reabsorption der durch das von dem Laser erzeugte Plasma emittierten Strahlung (und insbesondere der Röntgenstrahlen und der UV-Strahlen) sehr gering.
Die Betriebsdauer des Targets ist die Zeit, über die sich ein Target fortgesetzt verwenden läßt, ohne ausgewechselt werden zu müssen, und ohne einen Eingriff durch den Benutzer notwendig zu machen. In bestimmten Fällen können die Materialströmungsmengen (beispielsweise bei einem Flüssigkeitsstrahl) oder die Kosten für das Material, aus denen das Target besteht, wichtige Beschränkungsfaktoren sein.
Wenn bei der Erfindung die Größe der Öffnung in dem Trichter beispielsweise 1 mm beträgt, liegen die gemessenen Materialdurchflußmengen in der Größenordnung von 250 cm³/h. Daraus folgt, daß die Strahlung dann, wenn Pulvereinfülltrichter mit einem Volumen in der Größenordnung von 10 Litern verwendet werden, beispielsweise ohne Unterbrechung mehrere zehn Stunden lang erzeugt werden kann. Deshalb kann eine Vorrichtung gemäß der Erfindung leicht ein Target mit einer sehr langen Betriebsdauer umfassen. Weiterhin hat die in dem Zuführtrichter verbleibende Pulvermenge keinen Einfluß auf die Durchflußmenge.
Die Merkmale Einfachheit, Robustheit und Stabilität sind bei vielen Anwendungen ausschlaggebend und sind hinsichtlich Kosten und Effizienz entscheidend.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist sehr einfach. Für sie ist keine ausgeklügelte oder kostspielige Hardware erforderlich wie bei anderen Quellen, beispielsweise gasförmigen Anhäufungen, für welche größere Pumpmittel vonnöten sind, oder festen Filamenten, für die ausgeklügelte, mechanische Stabilisierungsverfahren notwendig sind. Die Wahrscheinlichkeit für einen Ausfall ist sehr klein. Bei geeigneter Wahl des Pulvers sind die Strömungen, die man erhält, sehr stabil.
Schließlich muß das Target bei einer Vorrichtung zum Erzeugen von Teilchen oder Strahlung vielseitig sein. Mithin ist es wichtig, daß die chemische Zusammensetzung des Targets so frei wie möglich wählbar ist. Bei Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen läßt sich der Strahlungsfluß durch die Wahl der Zusammensetzung des Targets in dem betreffenden Spektralbereich optimieren. Bei Ionen wird durch diese Wahl die Art der Ionen bestimmt, die man erhält.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung läßt sich das Target sehr flexibel verwenden. Jede Mischung, ob nun ein Isolator oder ein Metall, die man in fester Form erhalten kann, läßt sich in Form eines Pulvers herstellen und ist deshalb für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendbar. Man beachte, daß die vorliegende Erfindung insbesondere mit teuren, festen Mischungen vorteilhaft ist, da das gesamte Pulver, das nicht mit dem Laserstrahl zusammengewirkt hat, wiedergewonnen wird und direkt wiederverwendet werden kann.
Schließlich ist die Divergenz der Pulverströmung bei bestimmten Pulvern gering (weniger als 1°) Dadurch wird es möglich, die Stelle der Wechselwirkung mit dem Laserstrahl weit weg von der Pulverauslaßöffnung anzulegen und dadurch jede Gefahr der Erosion der Zuführvorrichtung zu vermeiden.
Im Gegensatz zu dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung erfüllen die Targets, die nach dem Stand der Technik verwendet werden, nicht sämtliche oben definierten Kriterien und weisen einen oder mehrere größere Nachteile auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die anhand der anliegenden Zeichnungen spezieller, beispielhaft offenbarter Ausführungsformen gegeben wird, wobei in den Zeichnungen
1 ein Schema einer speziellen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
2 ein Schema eines Beispiels für einen in der Vorrichtung gemäß 1 verwendbaren Pulverzuführtrichter ist,
3 ein Diagramm eines Beispiels für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, in dem die gemessene Geschwindigkeit der Körner aus Siliciumdioxid-Mikrokügelchen innerhalb einer Pulverströmung als Funktion des Abstands zu der Auslassöffnung eines Pulverzuführtrichters graphisch dargestellt ist,
4 eine Kurve ist, welche das seitliche Positionsprofil eines Beispiels für die Pulverströmung in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem bestimmten Abstand von der Auslaßöffnung des Pulverzuführtrichters darstellt, und
5 Energiespektren von Röntgenstrahlen darstellt, die man mit zwei Arten von Siliciumdioxid-Pulver gemäß der Erfindung und im Vergleich zu einem Energiespektrum von Röntgenstrahlen erhält, welches man mit einem Target aus festem Siliciumdioxid erhält.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein Schema, das eine spezielle Ausführungsform der Erfindung zeigt, die eine freie Strömung 5 von festen Teilchen in einem Unterdruck erzeugt und als Target für einen starken, fokussierten und gepulsten Laserstrahl dienen soll, um verschiedene Strahlungsarten zu erzeugen oder Teilchen 80, beispielsweise Röntgenstrahlen, UV-Strahlen, γ-Strahlen, Elektronen oder Ionen, zu emittieren. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß die Größe der die freie Strömung 5 des Pulvers bildenden, festen Körner gewählt wird, die Größen von 10 μm bis 1 mm aufweisen müssen.
Das Pulver 2 ist zu Anfang in Zuführmitteln 10 enthalten, bestehend aus einem Einfülltrichter 1a mit einem konischen Bodenteil, das durch einen Kanal 1b verlängert ist. Seine Strömung wird von einer Steuervorrichtung gesteuert, bestehend aus einem Ventil 1d, das abnehmbar mit einer drehbaren Antriebsstange 13 verbunden ist. Dieses Ventil ist geschlossen und füllt dabei den Pulvereinfülltrichter oder entgast das Pulver dabei bei der Herstellung des Unterdrucks. Im Betrieb ist es offen, und dann strömt das Pulver auf Grund der Schwerkraft in Pulverwiedergewinnungsmittel 30, die mit den Pulverzuführmitteln 10 identisch und gegen diese auswechselbar sind. Sobald das Pulver an das Bodenteil der Zuführmittel 10 gelangt ist, tritt es zu der Zuführvorrichtung hin aus, die aus einem im wesentlichen konischen Zuführtrichter 20 besteht, und dann durch eine Öffnung 4 an deren Boden hindurch in die Unterdruckkammer, in der es deshalb eine durchgehende Strömung 5 bildet. Auf diese Weise erhält man ein zylindrisches Volumen, das eine hohe Dichte von festen Körnern enthält. Auf diese Strömung wird ein Laserstrahl 9 fokussiert. Die festen Körner absorbieren einen Teil der Laserenergie und führen diese in Form einer Strahlung 80 zurück. Der Art der erhaltenen Strahlung und deren Energiebereich hängen von der Beschaffenheit des gewählten Pulvers und den Eigenschaften des Laserstrahls ab. Pulver, das nicht mit dem Laser zusammengewirkt hat, wird in den Wiedergewinnungsmitteln 30 gesammelt. Die gesamte Vorrichtung wird in eine Kammer 40 eingebracht, in welcher der Druck ausreichend niedrig ist, damit sich die Fortpflanzung des Laserstrahls 9 durch Restgas nicht verschlechtert und die von dem Plasma emittierte Strahlung 80 (insbesondere Röntgenstrahlen und UV-Strahlen) nicht über sehr kurze Strecken reabsorbiert wird. Um eine befriedigende Pulverströmung (mit hoher mittlerer Dichte, niedriger Divergenz) zu erhalten, ist es wesentlich, daß die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Zuführmittel 10 und der Unterdruckammer 40 minimiert wird. Dafür ist insbesondere eine gründliche Entgasung des Pulvers erforderlich, um etwaiges, zu Anfang in dem Pulver eingeschlossenes Gas durch Pumpen über einen ausreichend langen Zeitraum zu beseitigen.
1 zeigt eine spezielle Ausführungsform, bei welcher in der Unterdruckkammer 40, die einer Pumpvorrichtung 41 zugeordnet ist, Zuführmittel 10 und Wiedergewinnungsmittel 30 verwendet werden, die abnehmbar und auswechselbar sind.
Die Zuführmittel 10 enthalten das Pulver 2 zum Bereitstellen des Targets. Der untere Abschnitt des Einfülltrichters 1a weist eine durch einen geraden, zylindrischen Abschnitt 1b verlängerte, konische Form auf, die mit einem Steuermittel, bestehend aus einem Ventil 1d zum Herstellen oder Unterbrechen der Pulverströmung, versehen ist. Das Ventil 1d kann beispielsweise einen einfachen Drehmechanismus wie ein Vierteldrehmechanismus umfassen.
Der zylindrische Abschnitt endet an einem Auslaß 1c, mit welchem die Zuführmittel verbunden sind, wobei ein konischer Zuführtrichter 20 verwendet wird, welcher das Pulver über seinen Einlaß 21 aufnimmt und an seinem anderen Ende eine Öffnung 4 aufweist. Der Neigungswinkel α zur Horizontalen der konischen Oberfläche (2) ist so gewählt, daß eine gute Strömung des Pulvers ermöglicht wird, und hängt deshalb von dem verwendeten Pulver ab.
Dieser Winkel läßt sich folgendermaßen experimentell bestimmen: das Pulver wird flach auf dem Boden eines Behälters ausgebreitet, der dann progressiv zur Horizontalen geneigt wird. Bei einem bestimmten Winkel zwischen der Oberfläche des Pulvers und der Horizontalen strömt das Pulver plötzlich und bildet eine Lawine. Der Winkel, bei dem diese Lawine beginnt, ist der Beginn des Lawinenwinkels. Direkt nach der Lawine bildet die Pulveroberfläche einen Nichtnullwinkel zur Horizontalen. Dieser Winkel ist das Ende des Lawinenwinkels. Ein Winkel α für die konische Form des Zuführtrichters 20, der zwischen dem Beginn des Lawinenwinkels und dem Ende des Lawinenwinkels liegt, ist im allgemeinen das Optimum für die Strömung des betroffenen Pulvers. Dieser Winkel liegt im allgemeinen zwischen 30° und 45°.
Der Durchmesser der Öffnung 4 am Bodenteil des Zuführtrichters muß groß genug sein, um eine gute Strömung des Pulvers zuzulassen. Sein Minimalwert hängt von dem verwendeten Pulver ab. Der Durchmesser der Öffnung darf auch nicht zu groß sein, um die Durchflußmenge des Materials durch die Öffnung zu einzuschränken und mithin die Betriebsdauer des Targets zu optimieren. Dieser Durchmesser beträgt typischerweise 0,5 mm bis 5 mm.
Die Durchflußmenge des Materials durch die Öffnung 4 kann beispielsweise zwischen 100 cm³/Std. und 500 cm³/Std. betragen.
Der Zuführtrichter 20 kann eine obere Fläche aufweisen, die einen oberen Flansch 22 bildet, der mit Verbindungsmitteln 23 zum Aufnehmen des unteren Abschnitts 1b, 1c des oberen Einfülltrichters 10 versehen ist.
Das Pulver strömt aufgrund der Schwerkraft frei in diesem System. Um eine befriedigende Strömung zu erhalten, muß die Größe der Körner mindestens 10 μm betragen. Ihre Größe kann bis zu 1 mm betragen, wenn eine ausreichend große Öffnung verwendet wird. Auch ist die Körnerform wichtig: kugelförmige Körner schaffen im allgemeinen eine Strömung von sehr guter Qualität, jedoch ist diese Lösung nicht unbedingt notwendig. Man erhält eine Strömung 5 von zylindrischer Form (4). Der Durchmesser dieser Strömung liegt in der Größenordnung des Durchmessers der Pulveraustrittsöffnung 4 (4). Bei bestimmten Pulvern kann er über eine Strecke von rund zehn Zentimeter in dieser Größenordnung bleiben.
3 zeigt die gemessene Geschwindigkeit in cm/s für die Körner eines Pulvers aus Siliciumdioxid-Mikrokügelchen mit einem mittleren Durchmesser von 30 μm als Funktion des Abstands zu der Auslassöffnung 4 des Pulverzuführtrichters, ausgedrückt in Millimetern.
4 zeigt das seitliche Positionsprofil einer Strömung 5 des gleichen Pulvers aus Mikrokügelchen in einem Abstand von 1 cm von der Auslaßöffnung 4 des Pulverzuführtrichters 20, die in diesem Beispiel einen Durchmesser von 0,9 cm aufweist. Diese Kurve erhielt man durch Messung des Gesamtflusses der Röntgenstrahlung, die von einem Femtosekunden dauernden, starken, fokussierten, gepulsten Laserstrahl 9 erzeugt wird, der als Funktion der seitlichen Position des Brennflecks mit einem Durchmesser von 15 μm auf die Strömung 5 fokussiert wird.
Es ist zu sehen, daß die Strömung 5 mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,85 mm im wesentlichen zylindrisch bleibt.
Der starke Laserstrahl, der aus Pulsen mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden bis zu wenigen Nanosekunden besteht, wird mit in der Technik bekannten Mitteln (beispielsweise einer Linse 6, die in 1 gezeigt ist, oder einem Fokussierungsspiegel) auf die Strömung 5 fokussiert. Abhängig von der Größe des Brennflecks des Lasers wird die Laserenergie von einem oder mehreren festen Körnern absorbiert, und an der Oberfläche derselben wird ein Plasma erzeugt. Abhängig von den Eigenschaften (Energie, Pulsdauer, Fokussierung, Wellenlänge) des von einer Laserquelle 60 außerhalb der Unterdruckkammer 40 emittierten Laserstrahls und von der Zusammensetzung des verwendeten Pulvers kann das Plasma verschiedene Strahlungsarten (insbesondere Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen), Elektronen oder Ionen emittieren.
Das strömende Pulver 2' wird in den Pulverwiedergewinnungsmitteln 30 gesammelt. Bei dieser speziellen Ausführungsform sind die Wiedergewinnungsmittel 30 mit den Zuführmitteln 10 mit einem kegelstumpfförmigen, unteren Abschnitt 3a, der durch einen vertikalen zylindrischen Abschnitt 3b verlängert ist, und mit einem Auslaß 3c identisch, der in geschlossener Position von einem Ventil 3d gesperrt ist.
Sobald der obere Einfülltrichter leer ist, genügt es, die Pulverzuführmittel 10 und die Pulverwiedergewinnungsmittel 30 gegeneinander auszutauschen, um das Target wieder in Betrieb zu setzen. Natürlich können auch andere Systeme zum Erneuern des Pulvers 2 in dem oberen Einfülltrichter und Wiedergewinnen des Pulvers in dem unteren Einfülltrichter verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bei einer Variante weist ein oberer Einfülltrichter, welcher die Zuführmittel 10 bildet, ein offenes unteres Ende auf, das mit den Pulverströmungs-Steuermitteln verbunden werden kann, die zumindest den stromab gelegenen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 1b umfassen, der mit dem Ventil 1d ausgestattet ist und an der Öffnung 1c endet. Dabei ist nur eine, an den Zuführmitteln 20 befestigte Pulverströmungs-Steuervorrichtung vorhanden. An dem unteren Abschnitt des Einfülltrichters kann ein einfaches, abnehmbares Bodenteil angebracht werden, wenn sich der Einfülltrichter in der Position des unteren Einfülltrichters 30 befindet und als Pulverwiedergewinnungsmittel ohne das Ventil 3d dient. Dann sind der obere Einfülltrichter 10 und der untere Einfülltrichter 30 identisch und gegeneinander austauschbar, jedoch ist nur die eine Pulverströmungs-Steuervorrichtung vorhanden, welche das an der Pulverzuführvorrichtung 20 befestigte Ventil 1d umfaßt.
Die Pulverzuführvorrichtung beruht darauf, daß ein konischer Zuführtrichter mit einer Steigung α zur Horizontalen und eine Entleerungsöffnung verwendet werden.
Das gesamte obige System funktioniert in einer Unterdruckkammer 40, um die Fortpflanzung des starken Laserstrahls 9 nicht zu verschlechtern. Dadurch entstehen auch Strömungen besserer Qualität, insbesondere bezüglich der Stabilität. Es reicht ein primärer Unterdruck (ein Druck in der Größenordnung von 0,1 Pa bis zu wenigen Pascal). Das zum Fokussieren des Laserstrahls verwendete optische System kann sich innerhalb oder außerhalb der Unterdruckkammer 40 befinden oder wie bei der in 1 dargestellten Situation mit einer Linse 6 als Bullauge in der Wand der Kammer 40 dienen.
Es können verschiedene Schutzvorrichtungen zum Schutz der verschiedenen Bauteile der Anordnung eingebaut werden, beispielsweise des optischen Systems 6 zum Fokussieren des Laserstrahls oder eines optischen Systems zum Sammeln der Röntgenstrahlen aus den Teilchen, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und dem Pulver erzeugt werden. Beispielsweise kann ein System mit einem sich bewegenden, transparenten Streifen 7 oder einer örtlich begrenzten Gasströmung zwischen dem Wechselwirkungsbereich 8 zwischen dem Laserstrahl und dem Pulver und dem zu schützenden Bauteil verwendet werden.
Die verwendeten Pulver können verschiedene Arten sein. Insbesondere eignen sich feste dielektrische Pulver (beispielsweise aus Siliciumdioxid). Beispielsweise wird mit einem Pulver aus Siliciumdioxid, das aus kugelförmigen Körnern mit einem Durchmesser von 1 μm bis 45 μm (mittlerem Durchmesser von 30 μm) besteht, mit Hilfe eines Zuführtrichterwinkels α = 40° und einer Öffnung 4 von 1 mm Durchmesser eine sehr stabile Strömung erzeugt.
Die Beschaffenheit des verwendeten Pulvers und die Laserparameter werden durch die Eigenschaften der Strahlung oder die Art des Teilchens bestimmt, das man erhält. Beispielweise erhält man durch Verwendung starker Femtosekunden-Pulse (Spitzenintensität ≈ einige 10¹⁶ W/cm²) mit einem niedrigen zeitlichen Kontrast (10^–5 auf der Nanosekundenskala) einen hohen Fluß energiereicher Elektronen, wie dem Fachmann in der Technik der festen Targets wohlbekannt ist. Der Begriff "zeitlicher Kontrast" bezeichnet das Verhältnis zwischen der dem Puls vorangehenden Restleuchtstärke und der Spitzenleuchtstärke.
Beispielsweise wurden Röntgenstrahlen im keV-Bereich (Siliciumlinien K_α bis He_α) mit Hilfe eines Braggschen Röntgenstrahlenspektrometers unter Verwendung zweier Arten von Siliciumdioxidpulver gemessen, die mit Laserpulsen mit einer Dauer von 40 Femtosekunden und einer Spitzenbeleuchtung in der Größenordnung von 5 × 10¹⁶ W/cm² bestrahlt wurden. Diese Spektren (Kurven A und B) sind in 5 gezeigt, in der sie mit einem Spektrum (Kurve C) verglichen werden, das man bei identischen Laserparametern und genau der gleichen Ansammelzeit bei einem festen Target aus Siliciumdioxid bei einer Polarisierung p des Laserstrahls und einem Einfallswinkel von 45° erhält. Es ist zu sehen, daß der Fluß der Röntgenphotonen, welcher der Siliciumlinie K_α entspricht, wenn ein Aerogelpulver aus Siliciumdioxid verwendet wird (Kurve A), etwas höher als dann ist, wenn ein festes Target verwendet wird (Kurve C), und bei einem aus Siliciumdioxid-Mikrokügelchen bestehenden Pulver (Kurve B) etwas niedriger ist. Man beachte darum den speziellen Vorteil von Aerogelpulvern (beispielsweise Aerogelen aus Siliciumdioxid), die sehr poröse Materialien sind, bei denen die Verbindung mit dem Laser sehr wirkungsvoll ist.
Um eine UV-Strahlung zu erhalten, kann eine Pulverströmung mit energiereichen Nanosekunden-Laserpulsen bestrahlt werden. Durch die chemische Zusammensetzung der gewählten Pulver lässt sich der Fluß der UV-Strahlung in einem speziellen Spektralbereich optimieren.
Eine wichtige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Pulver frei strömt, d. h. die Strömung nur durch die Schwerkraft ausgelöst wird, ohne daß ein Gasstrahl um die Strömung herum vorhanden ist.
ÜBERSETZUNG DES TEXTES IN DEN ZEICHNUNGEN
1

UV, X, e, ions – UV, Röntgen, e-Ionen

3

Speed (cm/s) – Geschwindigkeit (cm/s)
Distance from orifice (mm) – Abstand von der Öffnung (mm)

4

Signal (arbitrary units) – Signal (beliebige Einheiten)
Lateral position (mm) – Seitliche Position (mm)

5

Signal (arbitrary units) – Signal (beliebige Einheiten)
Silica aerogel powder – Pulver aus Siliciumdioxid-Aerogel
Silica microball powder – Pulver aus Siliciumdioxid-Mikrokügelchen
Solid silica – Festes Siliciumdioxid
Energy (keV) – Energie (keV)

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Strahlung oder Teilchen durch Wechselwirkung zwischen einem Laserstrahl und einem Target, wobei das ausgewählte Target eine freie Strömung (5) eines aus festen Körnern der Größe von 10 μm bis 1 mm bestehenden Pulvers in einer Unterdruckkammer (40) ist und wobei der Laserstrahl (9), bei dem es sich um einen starken gepulsten Laserstrahl handelt, auf die Pulverströmung (5) fokussiert ist, um einen Wechselwirkungsbereich (8) zu schaffen, der die Strahlung oder die Teilchen in der Unterdruckkammer (40) erzeugt, in welcher der innere Druck kleiner als 1.000 Pa ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverströmung allein durch Schwerkraft angetrieben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Druck in der Unterdruckkammer von 0,1 Pa bis zu wenigen Pascal reicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Strömung (5) des Pulvers unter Schwerkraft aus einem Zuführtrichter (20) strömt, der eine in einem Winkel α, der als Funktion des verwendeten Pulvers gewählt ist, zur Horizontalen geneigte Wand besitzt und der in seinem unteren Abschnitt eine Auslaßöffnung besitzt, deren Durchmesser den Durchmesser der freien Strömung des Pulvers bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α zwischen 30 und 45° beträgt und daß die Auslaßöffnung einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 5 mm besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver (2) in Zuführmitteln (10) über dem Wechselwirkungsbereich gelagert ist und verbleibendes Pulver (2'), das nicht mit dem Laserstrahl (9) wechselgewirkt hat, in Wiedergewinnungsmitteln (30) unterhalb des Wechselwirkungsbereiches wiedergewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverzuführmittel (10) und die Mittel (30) zum Wiedergewinnen des nicht von dem Laserstrahl zerstörten Pulvers identisch und miteinander vertauschbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußrate des Pulvers in der Strömung (5) zwischen 100 cm³/Stunde und 500 cm³/Stunde beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der starke Laserstrahl (9) Pulse umfaßt, die eine Dauer zwischen wenigen Femtosekunden und wenigen Nanosekunden und eine Spitzenlichtintensität besitzen, die größer als 10¹² W/cm² ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver (2) aus einem dielektrischen Feststoff wie Kieselsäure besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver (2) kugelförmige Körner umfaßt, die einen Durchmesser zwischen 1 μm und 45 μm und einen mittleren Durchmesser in der Größenordnung von 30 μm besitzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Strömung (5) aus einem Aerogelpulver gebildet ist.
Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, UV-Strahlen, Gammastrahlen, Elektronen oder Ionen.
Vorrichtung zum Erzeugen von Strahlung oder Teilchen durch Wechselwirkung zwischen einem Laserstrahl und einem Target, wobei die Vorrichtung umfaßt: – eine Unterdruckkammer (40), – eine Vorrichtung (10, 20, 30) zum Erzeugen einer freien Strömung (5) eines Pulvers mit festen Körnern einer Größe zwischen 10 μm und 1 mm, – eine Laserquelle (60) zum Emittieren eines starken gepulsten Laserstrahls und – Fokussiermittel (6) zum Fokussieren des starken gepulsten Laserstrahls auf einen Bereich (8) der Wechselwirkung mit der freien Strömung (5) des Pulvers, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen der freien Strömung des Pulvers innerhalb der Unterdruckkammer (40) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen einer freien Strömung des Pulvers unter Schwerkraft einen Zuführtrichter umfaßt, der eine konische Wand mit einem als Funktion des verwendeten Pulvers gewählten Winkel α zur Horizontalen besitzt und der in seinem unteren Abschnitt eine Auslaßöffnung besitzt, deren Durchmesser den Durchmesser der freien Strömung des Pulvers bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α zwischen 30° und 45° liegt und daß die Auslaßöffnung (4) des konischen Trichters (20) einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 5 mm besitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver (2) in Zuführmitteln (10) oberhalb des Wechselwirkungsbereichs gelagert ist, die einen konischen Abschnitt (1a) umfassen, dessen Spitze nach unten gerichtet ist und an den sich ein vertikaler zylindrischer Abschnitt (1b) anschließt, wobei verbleibendes Pulver (2'), das nicht mit dem Laserstrahl (9) wechselgewirkt hat, in Wiedergewinnungsmitteln (30) unterhalb des Wechselwirkungsbereichs wiedergewonnen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel (10) oberhalb des Wechselwirkungsbereichs und die Wiedergewinnungsmittel (30) unterhalb des Wechselwirkungsbereichs identisch und miteinander austauschbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (3) zum Steuern der Strömung des Pulvers umfaßt, die in der Lage sind, die Strömung des Pulvers komplett zu stoppen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, 16 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Zuführmitteln (10) und dem Zuführtrichter entfernbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle (60) außerhalb der Unterdruckkammer (40) angeordnet ist und daß die Mittel (6) zum Fokussieren des Laserstrahls die Form eines Bullauges in der Wand der Unterdruckkammer (40) einnehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner transparente Schutzmittel (7) zwischen dem Wechselwirkungsbereich (8) und den Fokussiermitteln (6) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmittel (7) einen beweglichen Streifen transparenten Materials umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Unterdruckkammer (40) zwischen 0,1 Pa und wenigen Pascal liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich (8) der Wechselwirkung zwischen der freien Strömung (5) des Pulvers und dem fokussierten Laserstrahl (9) einige mm unterhalb der Auslaßöffnung (4) des Trichters (20) befindet.