DE68918298T2 - Antibiotikum-Derivat. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenkollektor für eine Elektronenröhre. Sie findet Anwendung in der Herstellung von Höchstfrequenzröhren vom Typ Gyrotron, Klystron, Wanderfeldröhren usw.
• Ein Gyrotron ist ein Höchstfrequenzwellengenerator, dessen Struktur schematisch in Figur 1 dargestellt ist. Diese Struktur enthält eine Elektronenkanone 10, einen magnetischen Kompressionsbereich 12, einen Hohlraum 14 und einen auch als Ausgangswellenleiter dienenden Kollektor 16.
• Eine nicht dargestellte Spule erzeugt ein Magnetfeld 20, das die von der Elektronenkanone emittierten Elektronen ein spiralförmigen Bahnen 22 beschreiben läßt.
• Der Endbereich 16 enthält eine metallische Wand 23, die als Kollektor für die Elektronen an ihrem Austritt aus der Röhre dient. Dies erfolgt in einem ringförmigem Sektor 24. Ein solcher Sektor kann beispielsweise einen Durchmesser von 10 cm und eine Höhe von 10 cm besitzen. Für einen Elektronenstrahl einer Leistung von 2 MW beträgt die in diesem Sektor umgesetzte Leistungsdichte 6,37 kW/cm².
• Diese Leistungsdichte ist sehr groß. Sie macht eine kräftige Kühlung der Wand erforderlich. Diese Kühlung ergibt sich im allgemeinen durch einen Wasserkreislauf mit Hilfe einer raumaufwendigen Anlage.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben. Hierzu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 vor, durch die die Auftreffzone der Elektronen entlang der Kollektorwand vergrößert werden kann und ein axiales Magnetfeld einer zeitlich periodisch variierenden Amplitude erzeugt werden kann, so daß die Dichte der umgesetzte Leistung verringert wird.
• Ein solches Feld hat die Wirkung, die Elektronenbahnen abzuflachen, um sie praktisch parallel zur Wand verlaufen zu lassen. Die Auftreffzone wird dadurch deutlich verlängert.
• Aus der Druckschrift FR-A-1 404 711 ist es für einen Elektronenkollektor bekannt, ein leicht divergierendes, aber statisches und axiales Magnetfeld zu verwenden. Weiter ist aus der Druckschrift US-A-3 538 366 bekannt, mehrere Spulen entlang einer Elektronenröhre für die Fokussierung eines Elektronenstrahls zu verwenden. Eine andere bekannte Vorrichtung, die in der Druckschrift FR-A-991 127 beschrieben ist, schlägt die Verwendung eines periodisch veränderbaren Quermagnetfelds vor und verwendet hierfür vom Netzstrom oder einem drehenden Magnetfeld gespeiste Spulen.
• In einem anderen technischen Gebiet, nämlich dem der Elektromagneten, ist es weiter bekannt, insbesondere aus der Druckschrift FR-A-1 105 382, daß die Amplitude eines von einem in einer Spule fließenden elektrischen Strom erzeugten Magnetfelds verändert werden kann, indem die Amplitude des Stroms verändert wird.
• Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 aufgezählten Merkmalen vor.
• Das Magnetfeld kann durch beliebige Mittel erzeugt werden, beispielsweise durch eine Wicklung, deren Windungszahl je Längeneinheit entlang des Kollektors in Richtung der Elektronenbewegung abnimmt.
• Eine solche Wicklung kann kegelstumpfförmig sein. Man kann aber auch eine zu einer konischen Spule koaxiale zylindrische Spule verwenden oder auch Spulen gleichen Innendurchmessers nebeneinander, aber mit abnehmendem Außendurchmesser usw.
• Die Wirkung der räumlichen Verteilung kann mit der einer periodischen Hin- und Herbewegung kombiniert werden. Hierzu kann der die Wicklung durchfließende Strom eine Gleichkomponente und eine periodisch variable Komponente enthalten.
• Vorzugsweise hat die variable Komponente die Form eines Dreiecksignals.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in allen Leistungselektronenröhren, wie z.B. Klystrons, Wanderfeldröhren usw. verwendet werden. Die Vorrichtung ist aber besonders für Gyrotron-Röhren geeignet, da in diesem Fall der Elektronenstrahl eine Röhre ausfüllt, die einerseits eine geringe Dicke besitzt und andererseits nicht beliebig verändert werden kann, da sie zugleich den Ausgangswellenleiter bildet.
• Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
• Figur 1 wurde bereits erläutert und zeigt ein bekanntes Gyrotron.
• Figur 2 zeigt im Schnitt einen Kollektor in einer an das Gyrotron angepaßten Variante, auf den die Erfindung anwendbar ist.
• Figur 3 zeigt die Veränderungen des Speisestroms einer Wicklung.
• Figur 4 zeigt einen Kollektor in einer an ein Klystron mit nicht moduliertem Strahl angepaßten Variante, auf den die Erfindung anwendbar ist.
• Figur 5 zeigt einen Kollektor in einer an ein Klystron mit moduliertem Strahl angepaßten Variante, auf den die Erfindung anwendbar ist.
• Figur 6 zeigt eine Variante mit zwei Spulen.
• Figur 7 zeigt ein Beispiel für die Speisestromschaltung einer Vorrichtung mit mehreren Spulen.
• Der in Figur 2 gezeigte Kollektor liegt am Ende eines Gyrotrons, vom dem nur die Hauptwicklung 32 zu sehen ist. Der Kollektor enthält eine leitende Wand 34 mit leichter Trichterform. Der so gebildete Wellenleiter wird von einem für die erzeugte Welle transparenten Fenster 35 verschlossen. Erfindungsgemäß befindet sich diese Wand in einer Spule 36, die im gezeigten Beispiel die einzige Spule ist und kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Diese Spule erzeugt ein Magnetfeld, das mit der Entfernung von der Röhre, d.h. nach rechts in Figur 2, leicht abnimmt. Die Induktionslinien 37 divergieren also geringfügig nach rechts. Nach links schließen sich an die Induktionslinien der Hauptspule 32 an.
• Unter diesen Bedingungen verlaufen die Elektronen des Strahls 38 um diese Linien herum. Der Strahl weitet sich geringfügig aus und trifft auf die Wand 23 gemäß einer praktisch tangentialen Bahn. Die Auftreffzone 40 wird dadurch verlängert und die Dichte der umgesetzten Leistung verringert.
• Wenn der in der Spule 36 fließende Strom I eine Gleichkomponente Io und eine periodisch veränderliche Komponente I1 enthält, wie in Figur 3 gezeigt, ergibt sich außerdem eine Überstreichung der Auftreffzone im Rhythmus der periodischen Komponente. So treffen die Elektronen auf einen großen Teil (oder sogar der Gesamtheit) der Innenseite der Wand 23 auf, wodurch die mittlere Dichte der umgesetzten Leistung weiter verringert wird.
• In Figur 3 besitzt die Komponente I1 die Form eines Dreiecksignals mit der Periode T. Andere Formen (Sägezahn oder Sinus) sind natürlich ebenfalls möglich.
• Die Zeit des Eindringens oder des Austretens des magnetischen Felds in oder aus einem Kollektor einer Dicke d liegt in der Größenordnung von 1/140 d Sekunden, wobei d in Zentimeter ausgedrückt wird. Für die Wärme liegt die Zeit für den Durchgang in der Größenordnung von d Sekunden.
• Für einen Kollektor einer Dicke von 1 cm könnte man für die Periode T den Wert 0,1 Sekunde wählen, was einer Überstreichfrequenz von 10 Hz entspricht. Während dieser Dauer T könnte das Magnetfeld in den Kollektor eintreten und aus ihm austreten, während die Wand im wesentlichen zeitlich konstant gekühlt wird.
• Im Kollektor einer Röhre vom Klystrontyp divergiert der Strahl deutlicher als in einem Gyrotron. Das Problem bleibt aber dasselbe, da an manchen Stellen die Leistungsdichte sehr groß sein kann und kontinuierlich oder im Mittel 1 kW/cm² überschreiten kann. Diese Situation kann die Lebensdauer der Röhre begrenzen (durch Vergrößerung der Kristalle, Ausgasungen, Schmelzvorgänge), vorausgesetzt, daß die Kühlung ausreichend wirksam ist (Wasser mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde, Verdampferkühlung mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung eines Meters je Sekunde usw.).
• In vielen Höchstfrequenzröhren werden diese Leistungsdichte und die damit verbundenen Gefahren durch die Vergrößerung des Durchmessers des Kollektors verringert. Aber natürlich ergeben sich bei Klystrons großer Abmessungen schnell Probleme des Raumaufwands.
• Die Hinzufügung der Spule ermöglicht es, den Strahl auf eine größere Oberfläche des Kollektors zu verteilen und damit die Leistungsdichte und die Wärmeentwicklung zu verringern. Dies ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt.
• Figur 4 zeigt schematisch einen Kollektor 34 für ein Klystron (Teil a), wobei die Elektronenstrahlen mit F1 und F2 bezeichnet und die Dichte der umgesetzten Leistung z.B. in kW/cm² entlang des Kollektors (Teil b) angegeben ist.
• Die Spitzen Z1 und Z2, die auf der unterbrochen dargestellten Linie im Teil b auftreten, entsprechen dem Fall, daß die Strahlen nicht verteilt werden. Diese Spitzen verschwinden oder sind stark verwischt im Fall der Verteilung der Strahlen, so daß sich Zonen Z'1 und Z'2 ergeben, die in durchgezogenen Linien dargestellt sind.
• Figur 4 entspricht dem Fall, daß der Strahl nicht durch ein Hochfrequenzsignal moduliert ist. Mit anderen Worten arbeitet das Klystron als Diode, bei der der Eingangshohlraum nicht angeregt ist. Dies kann der Fall sein bei der Inbetriebnahme einer Anlage, in bestimmten Augenblicken des Zyklus einer wissenschaftlichen Maschine (Synchrotron, Plasmamaschine usw.) oder eines Fernmeldesenders, der bei schwachem Regime arbeitet (d.h. eine geringe Anzahl von Verkehrskanälen betreibt). Wenn dagegen der Elektronenstrahl moduliert ist, dann überdeckt die Auftreffzone bereits im Rhythmus der Modulationsfrequenz eine mehr oder weniger große Oberfläche des Kollektors. Die Erfindung geht noch einen Schritt weiter, wie dies in Figur 5 gezeigt ist, indem die Zonen Z1 und Z2 (in unterbrochenen Linien) auf Zonen Z'1 und Z'2 (in durchgezogenen Linien) aufgeweitet werden. Es ist dann möglich, sehr leistungsstarke Röhren, bei denen die oben erwähnten Probleme vermieden werden, oder Röhren mit geringerer Leistung herzustellen, deren Kollektoren kleinere Abmessungen besitzen.
• Figur 6 zeigt ein Beispiel, das für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kollektors im Fall eines Klystrons geeignet ist. Dieses Klystron besitzt einen Ausgangshohlraum 50 mit zwei Gleitrohren 52, 54, einer Ausgangsblende 56 und einem Ausgangswellenleiter 58. Der Kollektor 60 ist gegenüber dem Klystron durch eine Platte 61 abgetrennt. Er enthält eine leitende Wand 62, die von zwei Spulen 66 und 68 umgeben ist. Deren Form ist so gewählt, daß ein divergierendes Feld erzeugt wird. Die Spulen werden in Phase oder mit Phasenverschiebung gespeist. Ein Kühlkreis enthält einen Einlaß 72 für eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, ein dichtes Gefäß 73 in Form einer Schikane und einen Auslaß 74.
• Ein möglicher elektrischer Speisekreis zur Speisung einer Vorrichtung mit mehreren Spulen ist in Figur 7 gezeigt. Ein ein- oder dreiphasiges Netz 80 speist einen Gleichrichter 82 und einen Synchronisations- und Steuergenerator 84. Einphasige Wechselrichter 86-1, 86-2, ... 86-n empfangen eine Speisegleichspannung vom Gleichrichter 82 und ein Synchronisationssignal vom Generator 84. Sie liefern Spannungen V1, V2, ..., Vn mit einer Wechselkomponente, die von einem Wechselrichter zum anderen in der Phase verschoben ist. Diese Spannungen werden an die n Spulen eines erfindungsgemäßen Kollektors angelegt.

Claims (6)

1. Elektronenkollektor für eine Elektronenröhre, der eine leitende Wand (23) besitzt, auf deren Innenseite ein von der Röhre (10, 12, 14) kommender Elektronenstrahl (22) in einer ringförmigen Auftreffzone (24) einer verglichen mit der Länge des Kollektors entlang von dessen Achse geringen Höhe entlang der Achse des Kollektors auftreffen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor weiter mindestens eine zur Achse des Kollektors koaxiale Wicklung (36) um die Wand (23) herum und eine Speiseschaltung aufweist, die an diese Wicklung einen Strom mit einer Gleichkomponente und einer periodisch mit der Zeit variablen Komponente anlegt, wobei diese Wicklung ein axiales Magnetfeld (37) einer zeitlich periodisch variablen Amplitude erzeugen kann, das in Richtung der Verschiebung des Elektronenstrahls geringfügig divergierend wirkt.

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (36) eine entlang des Kollektors in Richtung der Verschiebung der Elektronen abnehmende Anzahl von Windungen je Längeneinheit besitzt.

3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (36) kegelstumpfförmig ist.

4. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Komponente (11) die Form eines Dreiecksignals besitzt.

5. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus einem Satz von mehreren nebeneinanderliegenden Spulen (66, 68) besteht.

6. Kollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch variable Komponente von einer Spule zur nächsten in der Phase verschoben ist.