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Kanalstrahlröhre zur Erzeugung eines Ionenstrahles, in deren von der
Kathode umgebenen .Anode sich der Ionenerzeugungsraum befindet Zur Erzeugung eines
Ionenstrahles hoher Intensität verwendet man häufig eine Kanalstrahlröhre, über
deren Anode sich der Iomenerzeugungs.raum befindet. Die Anode selbst wird -von der
Kathode umgeben, die einen Kanal aufweist, durch den der Ionenstrahl in den Beschleunigungsraum
austritt. Wenn. sehr hohe Spannungen zur Beschleunigung der Ionen, verwendet werden
sollen, ist es notwendig, im Beschleunigungsraum einen sehr niedrigen Druck aufrechtzuerhalten.
Im Ionenerzeugungsraum jedoch ist zur Erzielung einer großen Ionenintensität ein
höherer Druck wünschenswert, da mit zunehmendem Druck der Ionenstrom steigt. Mit
zunehmendem Druck steigt jedoch gleichzeitig auch die durch den Verbindungskanal
hindurchströmende Gasmenge, so daß eine sehr leistungsfähige Pumpe vorgesehen werden
muß, um im Beschleunigungsraum den erforderlichen niedrigen Druck aufrechtzuerhalten.
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Bei axialsymmetrischen, Anordnungen werden die Ionen im wesentlichen
in unmittelbarer Nähe der Achse des Feldes gebildet.
Eine Steigerung
des Druckes allein genügt jedoch nicht zur Erhöhung der Intensität des in den Beschleunigungsraum
austretenden Zonenstrahles, da :die Ionenstromdichte im Kanal nicht beliebig gesteigert
werden kann. Es ist vielmehr bei gegebener Feldverteilung eine Erweiterung :des
Kanals notwendig, um einen größeren Ionenstrom im Beschleunigutigsraum zu erzeugen.
Diese Erweiterung des Kanals vergrößert die vom Ionenerzeugungsraum in den Beschleunigungsraum
in der Zeiteinheit eintretende Gasmenge ebenfalls in unerwünschter Weise.
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Man hat deshalb versucht, die Ionenstromdichte durch entsprechende
Ausbildung der Anode zu vergrößern. Mit einer Verkleinerung des Anodendurchmessers
steigt nämlich in einem gewissen Bereich die Ionenstromdichte in :der Achse :des
Entladungsfeldes an. Falls der Druck im Ionenerzeugungsraum hoch genug ist, gelingt
es durch diese Maßnahme, den in den Beschleunigungsraum eintretenden Ionenstrom
zu vergrößern. Der Vorteil dieser Maßnahme ist jedoch nur sehr gering, da sehr hohe
Drucke benötigt werden.
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Es ist ferner bekannt, daß durch ein koaxiales Magnetfeld in einer
Glimmentladung der Weg der Elektronen von der Kathode zur Anode verlängert werden
kann, so daß durch jedes Elektron eine größere Anzahl von Ionen gebildet wird.
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Es hat -sich nun gezeigt, daß in einer Kanalstrahlröhre, in deren
von der Kathode umgebenen Anode sich der Ionenerzeugungsraum befindet, erfindungsgemäß
eine wesentliche Steigerung der Intensität des Ionenstrahles erzielt werden kann
durch eine im Innern der Kanalstrahlröhre angeordnete Magnetspule, die den den Ionenerzeugungsraum
enthaltenden Teil der Anode derart umgibt, daß dieAchsenrichtung des Magnetfeldes
mit der des Kanalstrahles übereinstimmt oder nahezu übereinstimmt. Zweckmäßig wird
die Anordnung so getroffen, daß sogar die Achse des Magnetfeldes mit der des Kanalstrariles
übereinstimmt. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß infolge des Magnetfeldes
bereits bei verhältnismäßig niedrigem Druck im Ionenerzeugungsraurn durch entsprechend
enge Wahl des Anodendurchmessers eine hohe Stromdichte erzeugt werden kann. Es ist
also möglich, den Kanal in der Kathode zum Austritt des Ionenstrahles weiter als
bei den bekannten Anordnungen zu wählen. Dadurch wird der Austritt des Ionenstrahles
aus dem Erzeugungsraum in den Beschleunigungsraum wesentlich erleichtert. -Das Magnetfeld
hat zusätzlich noch die günstige Wirkung, daß die Bahnen der Ionen in der Nähe ihres
Entstehungsortes, d.h. dort, wo sie noch eine kleine Geschwindigkeit haben, derart
abgelenkt werden. daß eine größere Konzentrierung des Ionenstrahles eintritt.
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Die Abbildungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Im Ionenerz_eugungsraum i, der mit dem Beschleunigungsraum 2 durch
den in der Kathode 5 vorgesehenen Kanal 3 verbunden ist, werden Ionen erzeugt. In
dem innerhalb der Anode d. befindlichen Ionenerzeugungsraum i bildet sich der Ionenstrahl
g aus. Die Kathode 5 ist an dem Kathodenrohr 6 befesbigt, das das Anodenrohr. umgibt.
Die Anode und die Kathode sind durch den Isolator7 voneinander getrennt. Durch das
Rohr 8 und die Öffnung 15 wird das Gas dem Ionenerzeugungsraum zugeführt. Die Magnetspule
13 ist im Innern der Anode untergebracht. ZurErzielungeinermöglichst großen Wirkung
ist sie unmittelbar auf das den Ionenerzengungsraum i der Anode umgebende Rohr 17
aufgebracht. Der obere Abschluß des Ionenerzeugungsraumes ist durch den gewölbten
Deckel 14 gebildet, der ebenfalls zur Konzentrierung des Ionenstrahles beiträgt.
Die durch den Kanal 3 austretenden Ionen werden durch die zwischen der Kathode und
der Beschleunigungselektrode io angelegte Spannung beschleunigt. Sie treffen beispielsweise
bei i i auf die zu beschießenden Substanzen auf. Bei 12 wird das Gas aus dein Beschleunigungsraum
abgepumpt. Der Isolator 16 muß entsprechend der hohen Beschleunigungsspannung eine
große Überschlagsfestigkeit aufweisen.
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Abb. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Anordnung, bei
der die Anode einen nach der von der Kathode abgewandten Seite sich allmählicherweiterndenlonenerzeugungsraum
i aufweist. Dabei ist es zweckmäßig, den engsten Querschnitt etwa ebenso weit zu
wählen wie bei der Anordnung nach Abb. i. Durch die Erweiterung wird erreicht, daß
der gleiche Ionenstrom bei einem noch geringeren Druck erzielt werden kann als bei
der Anordnung nach Abb. i. Es ist jedoch zweckmäßig, die Wandung in der Nähe der
engsten Öffnung sehr gut abzurunden und den engsten Querschnitt über ein längeres
Stück des Ionenstrahlweges beizubehalten, d. h. an der Verengungsstelle eine allzu
plötzliche Erweiterung in den beiden Richtungen der Achse zu vermeiden. Zum Eintritt
des Gases ist bei dieser Anordnung in ,der Wandung des Ionenerzeugungsraumes 18
ein Loch ig vorgesehen.
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Abb.3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Anordnung, bei der
der innere Teil der Anode ebenso ausgebildet -ist wie bei Abb. i. Es entspricht
das. Rohr 2o dem Rohr 17. Die Kathode weist bei dieser Anordnung
einen
Hohlraum auf, der die Magnetspule 13 enthält. Das die Innenwand der Kathode bildende
Rohr 2 1 umgibt,das Anodenrohr 2o. Bei dieser Anordnung befindet sich also die Magnetspule
auf Kathodenpotential. Das bietet für die Stromversorgung unter Umständen Vorteile.
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Die Magnetspule kann bei allen Anordnungen mit Kühlvorrichtungen,
vorzugsweise mit flüssigen oder gasförmigen, von außen zuführbarein Kühlmitteln
versehen werden. Da der Innendurchmesser der Magnetspule bei diesen Anordnungen
bedeutend kleiner ist als bei der Anordnung derselben außerhalb des Isolators 16,
wird eine intensive Steigerung des Ionenstromes mit bedeutend kleineren Leistungen
in der Magnetspule erreicht. Die Anordnung der Magnetspule im Innern des Vakuumraumes
der Kanalstrahlröhre hat ferner den Vorteil, daß in der Achse der Entladungsbahn
eine sehr große -magnetische Feldstärke erzeugt werden kann, so daß der Ionenerzeugungsraum
bei gegebenem Druck einen sehr kleinen Durchmesser aufweisen kann. Dadurch wird
die Verwendung einer Magnetspule ' mit kleinem Innendurchmesser ermöglicht.