DE756572C - Kanalstrahlroehre zur Erzeugung eines Ionenstrahles, in deren von der Kathode umgebenen Anode sich der Ionenerzeugungsraum befindet - Google Patents

Kanalstrahlroehre zur Erzeugung eines Ionenstrahles, in deren von der Kathode umgebenen Anode sich der Ionenerzeugungsraum befindet

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DE756572C
DE756572C DEL98396D DEL0098396D DE756572C DE 756572 C DE756572 C DE 756572C DE L98396 D DEL98396 D DE L98396D DE L0098396 D DEL0098396 D DE L0098396D DE 756572 C DE756572 C DE 756572C
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ion generation
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • H01J27/14Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Abbildungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kanalstrahlröhre zur Erzeugung eines Ionenstrahles, in :deren von der Kathode umgebenen Anode sich der Ionenerzeugungsraum befindet, gekennzeichnet durch eine im Innern .der Kanalstrahlröhre angeordnete Magnetspule, die den den Ionenerzeugungsraum enthaltenden Teil der Anode derart umgibt, d:aß die Achsenrichtung des Magnetfeldes der Spule mit der des Kanalstrahles übereinstimmt oder nahezu übereinstimmt.
  2. 2. Kanalstrahlröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Magnetfeldes mit der des Kanalstrahles möglichst übereinstimmt.
  3. 3. Kanalstrahlröhre nach Anspruch i oder :2, dadurch gekennzeichnet, :daß die Anode außer dem Ionenerzeugungsraum noch einen Hohlraum aufweist, der die Magnetspule enthält. Kanalstrahlröhre nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode einen Hohlraum aufweist, der die Magnetspule enthält. Kanalstrahlröhre nach Anspruch i oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ionenerzeugungsraumes in der Anode an dem der Kathode nahe gelegenen Teil am kleinsten »ist und mit zunehmendem Abstand von der Kathode allmählich zunimmt (Ablb. :2). Kanalstrahlröhre nach Anspruch i oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, .daß die Magnetspule mit Kühlvorrichtungen, vorzugsweise mit flüssigen oder gasförmigen, von außen zuführbaren Kühlmitteln versehen ist.
DEL98396D 1939-07-01 1939-07-01 Kanalstrahlroehre zur Erzeugung eines Ionenstrahles, in deren von der Kathode umgebenen Anode sich der Ionenerzeugungsraum befindet Expired DE756572C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2290746A1 (fr) * 1974-11-08 1976-06-04 Baer Guy Procede et dispositifs pour controler les densites, trajectoires et/ou energies relatives de particules electriquement chargees dans un courant de fluide dielectrique

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FR2290746A1 (fr) * 1974-11-08 1976-06-04 Baer Guy Procede et dispositifs pour controler les densites, trajectoires et/ou energies relatives de particules electriquement chargees dans un courant de fluide dielectrique

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