DE764505C - Vorrichtung zur Erzeugung schneller Ionen - Google Patents

Description

Bei einer bekannten Einrichtung ztir Erzeugung schneller Ionen werden die positiven Ladungsträger in einem gasgefüllten Entladungsraum erzeugt und treten aus diesem mit einer gewissen Geschwindigkeit durch eine verhältnismäßig enge Öffnung hindurch in einen Vakuumraum, in welchem sie dann weiter beschleunigt werden. Eine derartige Einrichtung ist schematisch in Fig. ι dargestellt. In dieser Figur bedeutet ι den gasgefüllten Entladungsraum, in welchem die Ionen erzeugt werden, 2 den Austrittskanal • für die in diesem Räume erzeugten Ionen, 3 den hochevakuierten Gefäß teil, in welchem die Ionen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden, bevor sie durch den Kanal 6 der Kathode 4 hindurchtreten und dem Ort ihrer Wirksamkeit zugeführt werden. Die Anode 5, welche sich gegenüber der Kathode auf einer hohen positiven Spannung befindet, ist einem neueren Vorschlage gemäß so ausgebildet, daß der Strom der in ihr erzeugten Ionen vor seinem Durchtritt durch den Verbindungskanal 2 der beiden Räume fokussiert wird. Bei der praktischen Verwendung derartiger Ionenröhren zeigt es sich nun, daß die Ausbeute an stark beschleunigten Ionen im Verhältnis zu der der Röhre zugeführten Leistung, also der Wirkungsgrad, nicht die Höhe erreicht, welche von vornherein zu erwarten wäre. Eine weitere große Schwierigkeit liegt darin, daß sich die Um-

gebung der Durchtrittsöffnung 2 der Anode 5 äußerst stark erwärmt, wodurch vielfach die Betriebsmöglichkeit der Röhre überhaupt in Frage gestellt werden kann.

Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung zur Erzeugung schneller Ionen, bei welcher die Ionen in einem gasgefüllten Entladungsraum erzeugt und darauf in einem evakuierten Raum weiter beschleunigt werden, ein in der to Umgebung des Durchtrittskanals der Kathode zur Richtung des Ionenstrahles im wesentlichen senkrecht wirkendes Magnetfeld vorgesehen, welches die an der Kathode ausgelösten Elektronen auf ihrer Bahn derart beeinflußt, daß sie nicht in die Anodenöffnung gelangen. Es hat sich nämlich folgendes gezeigt: Die im Anodenraum 5 erzeugten Ionen werden bereits innerhalb der Anode zu verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten beschleunigt und fliegen nun in der Richtung auf die Durchtrittsöffnung 2 zu. Auf ihrem Fluge vereinigen sie sich vielfach mit innerhalb des Anoden raumes vorhandenen Elektronen wieder zu neutralen Gasteilchen, welche aber dann ungefähr mit der Geschwindigkeit des beschleunigten Ions weiterfliegen. Ein großer Teil dieser neutralen Gasteilchen gelangt durch die Öffnung 2 in den Vakuumraum und fliegt in diesem in Richtung auf die Kathode zu. Die Flugrichtungen der neutralen Gasteilchen sind infolge der herrschenden Geschwindigkeitsverteilung ganz verschiedene und eine Fokussierung der neutralen Teilchen findet nicht statt, so daß eine große Zahl dieser Gasteilchen auf die Fläche der Kathode 4 mit großer Wucht aufprallt. Dort lösen sie Sekundärelektroden aus. welche in Richtung auf die Anode zu stark beschleunigt werden. Gleichzeitig wird der Elektronenstrahl nach der Anode hin fokussiert, und die an den Flächen 7 und 8 (Fig. i) der Kathode 4 ausgelösten Sekundärelektronen gelangen in einem dichten Strahl an die Öffnung 2 und treten zum Teil durch die Öffnung hindurch in den Anodenraum. Dieser Elektronenrückstrom stellt einerseits einen Verlust dar. andererseits trifft aber auch ein großer Teil des Elektronenstrahles auf einen engen Flächenbereich der Anode auf und führt an diesen Stellen eine sehr starke Erhitzung herbei.

Fig. 2 zeigt die Verhältnisse, welche herrschen, wenn in der Umgebung der Kathode in der bei der Erfindung vorgesehenen Art ein Magnetfeld erzeugt wird. In dieser Figur ist die Anode mit 9, die Kathode mit 10, der Anodenkanal mit 11, der Kathodenkanal mit bezeichnet; 13 und 14 sind zwei magnetische Polschuhe, welche ein durch die Kraftlinien versinnbildlichtes magnetisches Gleichfeld erzeugen. Wenn nun in der beschriebenen Weise an der Kathode 10 Sekundärelektronen ausgelöst werden, werden diese schon nahe an der Kathode, wo sie noch keine hohe Geschwindigkeit erreicht haben, aus ihrer Flugrichtung abgelenkt, und zwar nach ganz verschiedenen Richtungen, je nachdem, welche Richtung ihre Ausgangsgeschwindigkeit besitzt. Die von der Kathodenoberfläche ausgehenden Elektronen werden also entweder zur Kathode zurückgezogen oder gelangen in mehr oder weniger spiralenförmige Bahnen (durch die Linien 16, 17 und 18 veranschaulicht) zur Anode 9, ohne daß die fokussierende Wirkung der elektrischen Linse eine dichte Bündelung herbeiführen könnte. Die Auftreffstellen der Elektronen an der Anode 9 sind daher über die ganze Anodenfläche verteilt und eine örtliche Erhitzung an der Öffnung 11 sowie ein Eindringen zahlreicher Elektronen in den Anodenraum ist nicht mehr möglich. Der Ionenstrahl 19 wird aber durch das .Magnetfeld praktisch nicht beeinflußt, da die Ionen schon eine sehr hohe Geschwindigkeit haben, wenn sie in den Bereich des Magnetfeldes gelangen, und da das Magnetfeld außerdem eine schwächere Wirkung auf Ionenstrahlen ausübt als auf Elektronenstrahlen.

Das Magnetfeld an der Kathode 10 kann auf beliebige Weise erzeugt werden. Beispielsweise kann man gemäß Fig. 2 zwei Polschuhe 13 und 14 anordnen, welche etwa durch ein geeignetes Joch verbunden sind und mit diesem zusammen einen permanenten Magneten bilden. Die übrigen Teile der Kathode können aus nicht ferromagnetischem Material bestehen. Natürlich kann die Anordnung der Polschuhe auch anders getroffen werden, insbesondere können diese auch knapp über der nach der Anode zugerichteten Kathodenfläche angeordnet sein, da es in der Hauptsache auf das Magnetfeld in unmittelbarer Nähe dieser Fläche ankommt. Die Kathode 10 kann ferner aus permanentem Material gebildet, entsprechend unterteilt und magnetisiert sein, wobei es sich um einen permanenten Magneten oder auch um einen Elektromagneten handeln kann.

Die Bedeutung dieser Maßnahmen erkennt man am besten, wenn man bedenkt, daß die neutralen Gasteilchen, deren Geschwindigkeit bei den gebräuchlichen Anordnungen außerordentlich hoch (z. B. 50 kV) werden kann, an der Kathode 10 einen Elektronenstrom auslösen, welcher größer als der erzeugte lonenstrom werden kann. Die Energie der auf die Anode 9 aufprallenden Elektronen ist so groß, daß dabei eine intensive Röntgenstrahlung entsteht. Bei einem Elektronenstrom von ι mA, welcher durchaus nicht zu hoch angesetzt ist, sondern noch bedeutend höhere Werte erreichen kann, und bei 1000 kV Anodenspannung kommt, wenn man den

Durchmesser des Strahlenbündels mit 3 mm annimmt, 1 kW Leistung auf 7 qmm Fläche. Diese Leistung wird durch das Aufprallen der Elektronen in Wärme umgesetzt. Die anfangs erwähnten Schwierigkeiten werden also durchaus begreiflich. Durch die vorliegende Anordnung gelingt es aber, sowohl die Übelstände konstruktiver Art als auch die Mangel, die sich auf die Leistungsbilanz auswirken, in einfachster Weise zu beseitigen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zur Erzeugung schneller Ionen, bei welcher die Ionen in einem gasgefüllten Entladungsraum erzeugt und darauf in einem evakuierten Raum weiter beschleunigt werden, gekennzeichnet durch ein in der Umgebung des Durchtrittskanals der Kathode zur Richtung des Ionenstrahles im wesentlichen senkrecht wirkendes Magnetfeld, welches die an der Kathode ausgelösten Elektronen auf ihrer Bahn derart beeinflußt, daß sie nicht in die Anodenöffnung gelangen. -
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus ferromagnetischem Werkstoff besteht und als Magnet (Dauer oder Elektromagnet) mit zwei der Anode gegenüberliegenden Polen entgegengesetzter Polarität ausgebildet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus nicht ferromagnetischem Material bestehende Kathode an der Durchtrittsöffnung für den Ionenstrahl bzw. in deren Umgebung mit entgegengesetzte Polarität aufweisenden magnetischen Polschuhen versehen ist.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Physical Review, Bd. 52, 1937, S. 13 bis 14; The Review of Scientific Instruments, Bd. 9,

   1938, S. 51 bis S3;
   Physica, Bd. IV, 1937, S. 1190 bis 1197.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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