DE692335C - Anordnung zur Erzeugung eines parallelen oder kegelfoermigen Kathodenstrahles grosser Dichte - Google Patents

Anordnung zur Erzeugung eines parallelen oder kegelfoermigen Kathodenstrahles grosser Dichte

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DE692335C
DE692335C DE1933B0163343 DEB0163343D DE692335C DE 692335 C DE692335 C DE 692335C DE 1933B0163343 DE1933B0163343 DE 1933B0163343 DE B0163343 D DEB0163343 D DE B0163343D DE 692335 C DE692335 C DE 692335C
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ERNST RUSKA DR ING
BODO V BORRIES DR ING
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ERNST RUSKA DR ING
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02Electron guns
    • H01J3/029Schematic arrangements for beam forming

Landscapes

  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Description

  • Anordnung zur Erzeugung eines parallelen oder kegelförmigen Kathodenstrahles großer Dichte Für die verschiedensten elektronenoptischen Apparate, von denen der Kathodenstrabloszillograph, die Fernsehröhre und das Elektronenmikroskop besonders genannt sein sollen, benötigt man eine geeignete Elektronenquelle. Die Güteeiner solchen Emissionsvorrichtung wird durch zwei Größen festgelegt: Die Gesamtemssion und .die Größe des Raumwinkels, in den die E.mdssion gestrahlt wird; dabei ist ein möglichsf hoher Elektronenstrom und ein möglichst kleiner Raumwinkel erwünscht.- Als dritter interessierender Wert kommt die Kleinheit des Querschnittes hinzu, auf den nahe an der Kathode der Strahl zusammengepreßt werden kann.
  • Die Vergnößerun,g der Emission gelingt bekanntlich ,dadurch, daß man die ennttierende Fläche vergrößert. Man muß jedoch dann dafür sorgen, daß ,alle von der emittierenden Fläche ausgehenden Elektronen, die glühelektrisch oder photoelektrisch ausgelöst sein können, die gleiche Richtung annehmen und auf den gleichen Punkt gelangen. Dias be- schleunigende elektrische Feld müß also für diesen Zweck geeignet ,sein. Die Größe des Raumwinkels, in welchen die Gesamtemission gestrahlt wird, beschreibt man zweckmäßig durch den Tangens des Winkels, welchen die äußersten Elektronen mit der Achse des Strahles bilden. Dieser Wert ist gegeben durch den Quotienten aus der Quergeschwindigkeit und der Längsgeschwindigkeit 'der Elektronen; die Quergeschwindigkeit erhalten die Elektronen durch die zur Achse senkrechten Komponenten der Austrittsgeschwindigkeit und des elektrischen Beschleunigungsfeldes, während entsprechend die Längsgeschwindigkeit aus den entsprechenden iaxialen Komponenten beider Größen sich ergibt. Im günstigsten Falle kann man das Beschleunigungsfeld so ausbilden, daß es nur zur Erz eugung der Längsgeschwindigkeit dient, so daß als Quergeschwindigkeit nur die Anfangsgeschwindigkeit !der Elektronen auftreten kann. Diese Austrittsgeschwindigkeit entspricht bekanntlich einer Voltgeschwindigkeit von rund 2 Volt. Da sich die linearen Geschwindigkeiten wie die Quadratwurzeln aus den zugehörigen Voltgeschwindigkeiten verhalten, muß es im günstigsten Falle gelingen, bei äner Beschleunigungsspannung von beispielsweise 2o ooo Volt einen Strähl zu erzeugen, bei dem kein Elektron mit der Achse Beinen größeren Winkel als o,oi Bogenmaß bildet. Von diesem Ideal :sind die bisherigen Glühkathodenanordnungen noch weit entfernt, wenigstens soweit sie nicht punktförmige Elektronenquellen als Ausgangsquerschnitte verwenden, was ja mit Rücksicht :auf die ver= langte Strahlintensität ein Nachteil ist. Die vorliegende Erfindung betrifft eine solche Anordnung :der Elektroden, daß die aus der Kathode glühelektrisch. oder photoelektrisch ausgelösten Elektronen die Strahlenquelle in optisch wohl definierter Weise, als;' als Parallelstrahlung oder als reine Kegelstrahlung, verlassen, soweit dies wegen ihrer -unregelmäßigen Austrittsspannung möglich ist.
  • Gemäß der Erfindung wird die Anordnung so gewählt; daß die elektronenemittierende Fläche die Form eines nach der Anodenseite geöffneten axialsymmetrischen Trichters erhält.
  • In Abb. i ist der bei -ebener Ausbildung der Anode sich mit einem solchen Kathodentrichter ergebende Feldverlauf skizziert. Die Elektronen werden zunächst, da ,sie mit -sehr kleiner Spannung anstreben, den Feldlinien folgen und zur Achse hinstreben. je mehr sie dabei beschleunigt werden, desto weniger @ab,-lenkbar werden sie, d. h. sie wählen einen Mittehveg zwischen der Richtung, die sie bereits innehaben, und der Richtung der Feldlinien des elektrischen Feldes. Durch geeignete Krümmung der Wände des Trichters läßt es sich erreichen, daß alle Elektronen, einerlei von welchem Teil der Emissonsfl:äche sie herkommen, auf einen Punkt fliegen bzw. -unter Berücksichtigung ihrer verschiedenen, endlich grollen Anfangsgeschwindigkeiten und der Verschiedenheit der Anfangsrichtungen annähernd ,auf einen Punkt fliegen. Damit ist die eingangs gestellte Aufgabe gelöst; denn es ist ein intensiver, nahe dex Kathode nur einen kleinen Querschnitt besitzender Kathodenstrahl entstanden,, welcher eine annähernde Kegelstrahlung darstellt. Durch passende Wahl des Verhältnisses von Elektrodenabstand zu Tri.chterdurchmesser läßt sich auch die letzte Forderung erfüllen, daß die Elektronen die Anordnung annähernd parallel verlassen.
  • Wie Abb. i erkennen läßt, wird die, günstige Wirkung der beschriebenen Feldverteilung in der Nähe der Anode durch das zum Durchtritt der Elektronen notwendige Loch gestört. Diese Störung kann man verringern, dadurch, daß man nach Abb.2 auch der Anode eine trichterfömnge Gestalt gibt, wobei die Seiten der größeren Öffnung @einander zugewendet sind. Hiermit ,gewinnt man zugleich eine weitere Möglichkeit, durch Formgebung der Tiichterwände den Verlauf des elektrischen Feldes zu beeinflussen, so *daß man die gewünschten Wirkungen, nämlich die Sammlung und die Parallelrichtung der Elektronen, erreichen kann. Als besonders günstig stellt sich diejenige geometrische Anordnung heraus, bei welcher .der Sammelpunkt der Elektronen gerade in die kleine Öffnung des Anodentrichters zu liegen kommt. Bei thermionischen Entladungsvorgängen zerstören häufig die auf die Kathode fallenden Ionen deren Emissionsfähigkeit. Ordnet man bei der beschriebenen Anordnung im Grunde des Kaythdentrichters ein Loch an, so fallen die 'anlaufenden Ionen in an sich bekannter Weise durch dies-es hindurch und werden dabei unschädlich. In diesem Zusammenhange zeigt sich, daß die beschriebene Anordnung in gleicher Weise wie für alle negativen Ladungsträger jeder Art so auch für alle positiven Ladungsträger anwendbar ist. Nur vertauschen dann natürlich Kathode und Anode ihre Rollen.
  • Will man die Intensität des die Anode verlassenden Kathodenstrahles verändern, so kann man nach Abb.3 eine scheibenförmige Zwischenelektrode zwischen Kathode und Anode anordnen. Diese wird je nach der ihr aufgedrückten Spannung die Sammelwirkung verändern und damit die Intensität in der Anodenöffnung variieren. Bildet man die Steuerelektrode nach Abb.3 so aus, daß sie sich einer Äquipobentialfläche anschmiegt, welche sich im Feld zwischen Kathode und Anode ergibt, wenn keine Steuerelektrode vorhanden ist, so erhält man die volle Intensität, wenn die Steuerelektrode gerade die :dieser Äquipotentialfläche entsprechende Spannung erhält. Von dieser abwärts kann man -also steuern.
  • Bei der praktischen Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung wird man nicht den ganzen Kathodentrichter zur Emission heranziehen, sondern nur etwa den in Abb. 2 stark ausgezogenen Teil. Diamit sichaber das Feld im Zwischenraum zwischen den Elektroden. in der gewünschten Weise ausbildet, wird man zweckmäßig die Kathodenfläche in an sich bekannter Weise auch über den aktiven Teil hinaus in der Trichtergestalt @erstrecken'und auch diesen Teil auf Kathodenpotential bringen (Schutzringprinzip).
  • Besondere Sorgfalt muß bei Verwendung einer Glühkathode ,auf die Heizung der Kathodenfläche verwendet werden: Um die Bahnen der Elektronen von dem durch die Ausbildung des elektrischen Feldes angestrebten: Verlauf nicht abzubringen, müssen die durch den Heizstrom hervorgerufenen magnetischen Felder in der Nähe der Kathode; wo die Elektronen noch langsam, also leicht ablenkbar sind; sehr klein gehalten werden oder am besten überhaupt verschwinden. Zweckmäßig kann man eine indirekte Heizung vorsehen, deren Heizdrähte in an sich bekannter Weise bifilar angeordnet sind. Oder aber @es kann die Heizung dadurch erfolgen, daß die in einiger Entfernung von der Kathode von einem Heizdraht erzeugte Wärme durch Strahlung,direkt oder über eine optische Vorrichtung (Spiegel, Linse) auf den Kathodentrichter übertragen wird. Schließlich kann die Heizung durch Elektronenbombiardem:ent erfolgen.
  • Bei Verwendung einer Glühkathode wird man den aktiven Teil des Kathodentrichters in bekannter Weise mit- Oxyd versehen. Bei Verwendung einer Photokathode wird man photoelektrisch wirksames Material ;anordnen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzeugung :eines parallelen od:erkegelförmigenKatho:denstrahles großer Dichte durch glühelektrische oder lichtelektrische Emission :einer flächenhaften Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß :die :elektronenemittierende Fläche die Form :eines nach der Anodenseite, geöffneten axialsymmetrischen Trichters erhält. z. Anordnung nach Anspruch i, :dadurch gekennzeichnet, .daß die Wandungen des Kathodentrichters nach der Anode zu konvex gekrümmt sind. - ' 3. Anordnung nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeicluiet, @ daß der mit Emissionsstoff belegte Teil der Trichter-Wandung m einen nicht :emittierenden Schutzring übergeht, der die Krümmung des Trichters fortsetzt. q:. Anordnung nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch indirekte Heizung des Glühkathod:entrichters durch Wärmestrahlung oder mittels Elektronenbombardements. 5. Anordnung nach Anspruch i bis q, gekennzeichnet durch Anbringung Beines Loches im Zentrum des Kathodentrichters. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kathode gegenüberstehende Anode auf der gleichen Achse in Formeines nach der Kathode zu geöffneten axialsymm@etrischen Trichters ausgebildet ist, in dem-,ein zentrisches Loch vorgesehen ist. Anordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet; daß die Wandung des Anodentrichters nach der Kathodenseite konvex gekrümmt ist. -8. Anordnung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrationspunkt der Elektronen in die engste Öffnung des Anodentrichters zu liegen kommt. g. Anordnung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Intensitätssteuerung zwischen Anoden- und Kathodentrichter eine axialsymmetrische Steuerelektrode angebracht ist. i o. Anordnung nach Anspruch i bis g, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Steuerelektrode die Form einer Aquipotentialfläche des Feldes zwischen Anode und Kathode ohne Steuerelektrode :erhält.
DE1933B0163343 1933-12-01 1933-12-01 Anordnung zur Erzeugung eines parallelen oder kegelfoermigen Kathodenstrahles grosser Dichte Expired DE692335C (de)

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