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Ionenentladungsröhre mit mehreren getrennten Entladungsräumen verschiedenen
Gasdruckes Die Erzeugung von Kanalstrahlen großer Geschwindigkeit, beispielsweise
zur Atomzertrümmerung, erfolgt in den bekannten Ionenentladungsröhren meist in derWeise,
daß in einemgasgefüllten Entladungsraum eine intensive Gasentladungzwischen einerAnodeundeiner
alsKathode dienenden durchlochten Elektrode mit einer Entladungsspannung beispielsweise
in der Größenordnung von etwa 2ooooVolt aufrechterhalten wird. Die durch einen Kanal
der Lochkathode hindurch in einen zweiten Raum, den Beschleunigungsraum, gelangenden
positiven Ionen werden ferner durch ein starkes Feld beschleunigt und nach Durchlaufen
dieses Feldes an eine Stelle gelenkt, wo sich z. B. ein Auffänger für die Ionen
oder ein anderer Versuchskörper befindet.
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Im Hinblick auf die im Beschleunigungsraum notwendigen hohen Spannungsdifferenzen,
die beispielsweise vielfach in der. Größenordnung von Zoo ooo Volt liegen, war es
bisher üblich, in ihm ein sehr gutes Vakuum aufrechtzuerhalten. Dieses ist indessen
nur möglich, wenn die Verbindung, zwischen Entladungsrauen und Beschleunigungsraum
entweder durch ein dünnes Fenster für den Gasdurchtritt ganz geschlossen ist oder
mindestens dieser Gasdurchgang durch die Ausbildung des Verbindungsweges als langer
Kanal mit engem Querschnitt sehr erschwert wird. Diese Maßnahmen haben zur Folge,
daß der in das Beschleunigungsfeld gelangende Teil des Kanalstrahles in den bekannten
Röhren nur eine geringe Intensität besitzt.
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Dieser den bekannten Ionenentladungsröhren anhaftende Nachteil einer
geringen Ausbeute an Ionen wird bei dem Ionenentladungsrohr der vorliegenden Art
mit mehreren getrennten Entladungsräumen verschiedenen Gasdruckes, in deren einem
eine selbständige Entladung zur Erzeugung von Kanalstrahlen aufrechterhalten wird,
die in weitere Entladungsräume eintreten
gemäß der Erfindung dadurch
vermieden, daß der Gasdruck in diesen Räumen derart gewählt ist, daß die in diese
Räume eintretenden Kanalstrahlen eine unselbständige Entladung hervorrufen.
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Die unselbständige Entladung im zweiten uhrl den nachfolgenden Verstärkungsräumen
blei't: trotz des in ihnen herrschenden verringerte Gasdruckes unter dem Einflüß
des aus dem ersten Entladungsraum durch die Lochkathode austretenden Kanalstrahles
aufrechterhalten: Die Herabsetzung des Gasdruckes in den nachfolgenden Entladungsräumen
erfolgtandererseits nur in solchem Maße, daß die Ionisatiönsprozesse, die beispielsweise
in Wechselwirkung der Gasmoleküle mit den Ionen des Kanalstrahles, mit Stoßelektronen
oder mit den an der Wandung der Lochkathode ausgelösten Sekundärelektronen stattfinden,
noch in großerHäufigkeit vorsichgehen und zu einer wesentlichen Verstärkung des
Ionenstromes Veranlassung geben.
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Vorzugsweise läßt sich die Ausbeute anIonenstrom bei der vorliegenden
Anordnung noch mit Hilfe eines zusätzlichen longitudinalen Magnetfeldes vergrößern,
indem die hierdurch bewirkte Weglängenvergrößerung der Elektronen eine Erhöhung
der Ionisierungswahrscheinlichkeit mit sich bringt.
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Der Gasgehalt in den einzelnen Verstärkungsräumen wirkt sich zugleich
noch vorteilhaft dadurch aus, daß er die Zerstreuung der Elektronen, die bekanntlich
in einem guten Vakuum sehr beträchtlich ist; herabsetzt, d. h. der Gasgehalt der
Räume hat indirekt durch seine gute Konzentrationswirkung für die Elektroneneinen
günstigen Einfluß auf die Intensität des Ionenstrahles zur Folge.
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Um die nachteiligen Folgen von Wandladungen von vornherein auszuschließen,
können gegebenenfalls die Entladungsräume der Röhre in bekannter Weise als ganzmetallische
Entladungsräume ausgebildet werden. Außerdem ist durch besondere metallische Umhüllungen
zweckmäßig dafür zu sorgen, daß die notwendigen Isolationsteile der Röhre gegen
Aufladungen abgeschirmt sind.
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In der Fig. i ist der Elektrodenaufbau einer Ionenentladungsröhre
nach der Erfindungsche- ', matisch wiedergegeben.
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Die. Anode i des ersten Entladungsraumes 2 wird von der Kathode 3
größtenteils eng umschlossen, so daß eine starke Entladung praktisch nur in der
Nähe des Kanals q. der Kathode 3 sich ausbildet. Die Zuführung des Gases zum Entladungsraum
2 erfolgt durch das Ansatzrohr 5. Nach dem Austritt aus dem Kanal q. gelangen die
positiven Ionen in den Verstärkungsraum 6, der eine Glaswandung 7 besitzt, und verlaufen
dort in Form eines Strahles 8 zu der gegenüber 3 stark negativ vorgespannten Elektrode
g. Durch einen Kanal =o im zentralen Teil der Elektrode g verläßt der Ionensträhl
den Raum 6 und tritt in den Raum z= ein, in dem sich ein geeigneter Auffänger =2
für den Ionenstrahl, z. B. in Form eines Faraday-. käfigs befindet. Als Umhüllung
des Raumes =i ,ist ein einseitig geschlossener Glaszylinder 13
:vorgesehen,
mit einem Stutzen =q., der zur Pumpeinrichtung führt. Der luftdichte Anschluß des
Glaszylinders 13 an die Metallelektrode g und ebenso der Anschluß des Glaszylinders
7 an die Elektrode g bezw. 3 kann durch lösbare Kittungen,: vermittels eines der
bekannten Lötverfahren oder in Form von Ringeinschmelzungen erfolgen. Durch eine
geeignete Bemessung der Kanäle q. und =o und durch eine Regulierung der Gaszufuhr
wird dafür gesorgt, daß in den einzelnen Entladungsräumen ein derartiger Gasdruck
sich einstellt; daß die optimale Intensität des Ionenstrahles erzielt wird. Das
zur Steigerung der Ausbeute an Ionenstrom dienende longitudinale :Magnetfeld wird
durch die Spule 15 angedeutet.
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Die Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausbildung des Verstärkungsraumes
6 der Fig. i. In diesem Beispiel ist der Verstärkungsraum durch die Zwischenelektrode
16 in zwei getrennte Räume 17 und 18 zerlegt. Durch diese Ausbildung des Verstärkungsraumes
ist nicht nur die Möglichkeit einer Spannungsunterteilung mit Hilfe der Elektrode
16 gegeben, vielmehr läßt sich auch der günstige Einfluß der Auslösung von Sekundärelektronen
auf den Ionenstrahl nicht nur an der Kanalelektrode g, sondern zugleich an der Zwischenelektrode
16 ausnutzen. Zweckmäßig wird man zu diesem Zweck beide Elektroden mindestens unmittelbar
seitlich der Kanäle mit Schichten von Stoffen hoher Sekundäremissionsfähigkeit überziehen.
Im Bedarfsfalle könnte man auch eine zusätzliche Glühelektronenemission benutzen,
. beispielsweise, indem man die Kanalelektroden so ausbildet, daß sie sich durch
den Entladungsstrom in der Nähe der Kanäle bis zur Glühtemperatur erhitzen.
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In Fig. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine
Ionenentladungsröhre dargestellt, bei der die Ionen derWirkung eines starken beschleunigenden
Feldes ausgesetzt werden. Der Ionenstrahl tritt hierbei nach dem Verlassen des Verstärkungsraumes
6 durch den Kanal =o in einen Beschleunigungsraum 2o ein, in dem zwei Beschleunigungsstufen
2i und 22 vorgesehen sind. Nach Durchlaufen dieses Beschleunigungsraumes gelangen
die Ionen mit großer Geschwindigkeit auf die Elektrode 23, die zweckmäßig durch
in Richtung der Pfeile strömendes Wasser stark gekühlt wird. Die dem auftretenden
Ionenstrahl zugewandte Oberfläche von 23 ist mit einer Schicht 24 des zu untersuchenden
Stoffes, beispielsweise einer Berylliumschicht oder einer aufgedampften
Lithiumschicht,
bedeckt. Um die erforderlichen sehr hohen Spannungsdifferenzen an die Elektroden
des Beschleunigungsraumes legen zu können, muß ein gutes Vakuum in diesem Raum dauernd
aufrechterhalten werden. Zu diesem Zweck sind mehrere Anschlußleitungen 25, 26 und
27 vorgesehen, die zu leistungsfähigen Pumpeinrichtungen führen. Um Überschläge
zwischen den einzelnen Elektroden weitgehend zu verhindern, sind scharfe Kanten
an den Elektroden des Beschleunigungsraumes möglichst zu vermeiden. Zweckmäßig sind
daher die Elektroden mit geeigneten Abrundungen auszubilden, was durch die eingezeichneten
punktförmigen. Verdickungen 28 der einzelnen Elektrodenenden angedeutet ist.
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Wie aus den Figuren zu entnehmen ist, wird man vorteilhaft die Durchmesser
der Kanäle um so größer wählen, je weiter die einzelnen Kanalelektroden von der
Kathode des ersten Entladungsraumes' entfernt liegen. Die in den Figuren angegebenen
Spannungswerte sindlediglich als erprobte Zahlenbeispiele für bestimmte Ausführungen
anzusehen, die im Bedarfsfalle jedoch auch arfderen praktischen Bedürfnissen geeignet
angepaßt werden können. Ebenso lassen sich Ionenentladungsröhren mit mehr als zwei
Beschleunigungsstufen- im Hochvakuum ausbilden, um eine Beschleunigung bis auf beliebig
hohe Spannungen ,erzielen zu können.