DE696998C

DE696998C - Einrichtung zur Erzeugung grosser Mengen negativer Ionen

Info

Publication number: DE696998C
Application number: DE1938A0085770
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Hartmut Israe Kallmann; Dr Phil Ernst Kuhn
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-02-09
Filing date: 1938-02-09
Publication date: 1940-10-03

Description

Einrichtung zur Erzeugung großer Mengen negativer Ionen Ein aus positiv geladenen Ionen bestehender Kanalstrahl erleidet beim Durchqueren eines gaserfüllten Raumes durch Zusammens'täße mit ungeladenen Gasmolekülen Umladün;gen, bei denen die positiven Ionen durch Aufnahme von Elektronen in den ungeladenen Zustand übergehen, ohne dabei wesentlich ,an Geschwindigkeit zu verlieren. Diese Neutralteilchen können bei Zusammenstößen mit- Gasmolekülen entweder wieder in positive Ionen oder auch in negative Ionen umgewandelt werden. Es stellt sich nach Durchlaufen einer Gasstrecke ausreichender Länge ein Gleichgewichtszustand. ein. Beispielsweise besteht ein Wasserstoffkanalstrahl von 2o kV Geschwindigkeit zu etwa 2/3 aus Neutralteilchen und zu etwa % aus positiven Ionen. Es sind nur et<va i bis a % negative Ionen vorhanden. Mit zunehmender Spannung nimmt der Anteil der Ionen etwas zu, mit sinkender Spannung hingegen steigt der Anteil der Neutralteilchen.
Durch Zusatz von Wasserdampf, Quecksilberdampf oder organischem Dampf zur Gasfüllung läßt sich die Ausbeute an negativen Ionen steigern. Es ist ferner bekannt, daß auf einer Metallplatte streifend auffallende Ionen sehr gut reflektiert werden, und es ist wahrscheinlich, daß jede Reflexion mit einer Umladung verbunden ist. Es stellt sich daher beim - Durchgang eines Kanalstrahls durch ein enges Metallrohr das Umladungs- Bleichgewicht bedeutend schneller ein als beim Durchlaufen eines Bleichgroßen Gasraumes. Diese Erscheinung ist allerdings bisher nur an positiven Ionen und Neutralteilchen beobachtet worden.
Versuche zeigten, daß negative Ionen nicht nur im Gasraum, sondern auch an einer Wand gebildet werden. Der physikalische Vorgang dieser Bildung negativer Ionen ist noch nicht völlig geklärt; es scheinen sich dabei aus positiven Ionen sowohl direkt durch Umladung negative Ionen zu bilden als auch zunächst Neutralteilchen zu entstehen, die erst dann sich in negative Ionen umladen. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Strahl positiver Ionen auf eine vorzugsweise aus Metall bestehende Elektrode ,gerichtet, an der durch Wandumladungen die Zahl der negativen Ionen und der l',?eutralteilchen wesentlich erhöht wird. Der Anteil an negativen Ionen ist um so größer, je kleiner der Winkel ist, den die Strahlen beim Auftreffen mit der Oberfläche des getroffenen Körpers bilden.
Die Abbildungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung. Von der Quelle positiver Ionen i tritt ein enges Strahlenbündel in die Bohrung der Elektrode 2 ein. Die Bohrung wird als im Verhältnis zur Eintrittsöffnung langer Kanal ausgebildet, der sich in der Bewegungsrichtung der positiven Ionen konisch erweitert. Damit ein möglichst großer Teil der Ionen streifend an der Wand der Elektrode 2 reflektiert wird, wird zweckmäßig der Konusöffnungswinkel kleiner gemacht als der durch die Elektrodeniorm bedingten Divergenzwinkel des Strahles.
Abb:'2 zeigt ,eine geometrisch ähnliche Wiedergabe einer besonders geeigneten Form der konischen öffnung der Elektrode 2.
Es zeigte sich, daß an reinen und ausgeheizten Oberflächen die Umladung positiver Ionen zu negativen Ionen nur verhältnismäßig schlecht erfolgt. Zweckmäßig werden deshalb in der vorliegenden Anordnung zur Erzielung größerer Ausbeute zum mindesten die von den positiven Ionen getroffenen Teile der Wandung mit Gas geladen.
Um die Umladungsmöglichkeiten der gebildeten negativen Ionen durch weiteres Umherlaufen im Kanal zu vermindern, wird durch ein außerhalb der Kathode angelegtes elektriscUes Feld dafür gesorgt, daß die gebildeten negativen Ionen möglichst schnell aus dem Kanalgezogen werden. Unter Umständen bietet @es Vorteile, den Kanal zu diesem Zweck an seiner Ausgangsseite besonders stark zu erweitern, damit das angelegte Feld möglichst weit in das Innere des Kanals hineingreift. Die positiven Ionen werden durch. das Feld an ihrem Austritt .gehindert. Sie werden in den Kanal zurückgetrieben, so daß sie erneut die Möglichkeit haben, umgeladen zu werden. Durch entsprechende Ausbildung .der Gegenelektrode 6 kann das "läaieingreifen des elektrischen Feldes in die Kanalöffnung ebenfalls begünstigt werden.
Die Abb. i zeigt als Ausführungsbeispiel eine Anwendungsmöglichkeit der Einrichtung nach der Erfindung zur Erzeugung einer großen Menge negativer Ionen. Bei diesem Beispiel wird der aus der öffnung 3 des Kanals austretende Strahl negativer Ionen durch das zwischen der Elektrode 2 und der positiv geladenen Hochspannungselektrode 6 bestehende Feld beschleunigt. Die Ionen durchfliegen den Kanal 7 dieser Elektrode und werden dort zu positiven Ionen umgeladen und nach erneuter Beschleunigung auf die Auffangelektrode i o geleitet.
Als Quelle positiver Ionen kann an Stelle des in der Abbildung dargestellten Entladungsrohres, bei dem man zur Erzielung eines intensiven Kanalstrahls sehr hohe Spannungen anwenden muß, eine Bogenentladung (Niedervoltbogen) als Ionenquelle benutzt werden, die bei viel kleinerer Spannung arbei-' tet, und die daher den Vorteil hat, daß die so erhaltenen Ionen viel leichter umgeladen werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Erzeugung großer Mengen negativer Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahl positiver Ionen auf eine vorzugsweise aus Metall bestehende Elektrode gerichtet wird, an der durch Wandumladungen die Zahl der negativen Ionen und ,der Neutralteilchen wesentlich erhöht wird.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von- dem Kanalstrahl getroffene Wand mit zur -Erleichterung der Umwandlung auftreffender positiver Ionen bzw. Neutralteilchen in negative Ionen dienendem Gas geladen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Umwandlung dienende Oberfläche als Kanal ausgebildet ist, dessen Länge im Verhältnis zur Eintrittsöffnung groß ist. q..
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal sich in Richtung der Bewegung der eintretenden positiven Ionen konisch erweitert.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusöffnungswinkel kleiner ist als der Divergenzwinkel des eintretenden Strahles positiver Ionen. '
6. Einrichtung nach Anspruch i und folgenden; dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen der ,gebildeten negativen Ionen und zum Abbremsen der positiven Ionen an der Austrittsseite des Strahles ein die negativen Ionen beschleunigendes positives Feld vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Kanals an der Austrittsseite so stark erweitert ist, daß das positive Beschleunigiulgsfeld tief üi den Kanal hineingreift.