DE809221C - Anordnung zur Erzeugung von Teilchenstrahlen geringer Divergenz - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Teilchenstrahlen geringer Divergenz, insbesondere Elektronenstrahlen, aufgebaut aus einer zylindrischen Kathode, einem diese Kathode teilweise umschließenden U-förmigen Gitter und mindestens einer Anode.

In vielen elektronenoptischen Apparaturen, wie z. B. Röntgenröhren, Strahlentransformatoren, Elektronenmikroskopen, Teilchenspektrographen

ίο usw., ist es erwünscht, Elektronen bzw. Ionenstrahlen (der Einfachheit halber ist im folgenden nur von Elektronen die Rede) von verhältnismäßig großer Stromstärke und möglichst kleiner seitlicher Divergenz herzustellen. Derartige Elektronenstrahlen können entweder von einer punktförmigen oder auch von einer strichförmigen Kathode erzeugt werden, aber in beiden Fällen ist es erwünscht, die seitliche Divergenz der Strahlen möglichst klein zu halten.

Man hat bisher die kleine Divergenz der Strahlen durch eine genügend feine Ausblendung derselben erreicht. Dies hat aber den großen Nachteil, daß die Stromstärke des ausgeblendeten Strahls sehr klein ist, außerdem wird die emittierende Kathode unnötig beansprucht und die »5 verwendeten Blenden werden stark erhitzt.

Die Erfindung besteht nun darin, daß die gegen die öffnung des U-förmigen Gitters gerichtete Zylinderhälfte der Kathode zwischen zwei Mantellinien, welche um höchstens fünf Sechstel des halben Zylinderumfangs voneinander entfernt liegen, mit einer Elektronen emittierenden Schicht versehen ist, wobei die Lage der beiden diese Schicht begrenzenden Mantellinien so gewählt ist, daß mindestens 60% der erzeugten Elektronen eine gegen den einen Schenkel des U-förmigen Gitters gerichtete Austrittsgeschwindigkeit besitzen.

Wenn man die aus der Kathode austretenden Elektronen mittels elektronenoptischer Mittel zu einem wenig divergenten Strahl zusammenfassen will, zeigt sich in den meisten Fällen, daß dies nur für gewisse eng begrenzte Teile der Kathodenoberfläche möglich ist. Dies sei an Hand von Fig. ι erläutert. In dieser Figur bedeutet ι die Kathodenoberfläche (die Figur zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse der zylindrischen Kathode),

ίο 2 ein U-förmiges Steuergitter, während 3 und 3' zwei Anodenplatten darstellen. Auf dem Schirm 4 trifft der Elektronenstrahl auf und mit 5 ist eine Spannungsquelle und mit 6 ein Spannungsteiler dargestellt. Die zylindrische Kathodenoberfläche bildet mit dem U-förmigen Gitter eine Immersionslinse. Diese Immersionslinse ist aber mehr oder weniger unvollkommen und die auf dem Schirm 4 aüftreffenden Elektronenstrahlen zeigen deshalb beispielsweise die in Fig. 2 angegebene

ao Intensitätsverteilung. Man ersieht hieraus, daß die von den Randpartien der Kathode emittierten Elektronen verhältnismäßig stark gebündelt werden, aber gegenüber den zentral emittierten Elektronen, die sich auf der Achse 7 bewegen, einen anderen Austrittswinkel besitzen. Dies hat zur Folge, daß der gesamte Elektronenstrahl eine unerwünscht große Divergenz von beispielsweise io° oder mehr erhält. Man kann zwar durch weitere elektronenoptische Linsen diese Divergenz etwas verkleinern, aber die Ergebnisse, die auf eine Korrektur der Fehler der Immersionslinse hinauslaufen, sind meistens nicht sehr befriedigend.

Erfindungsgemäß können die Schwierigkeiten dadurch behoben werden, daß nur ein Teil der Kathodenoberfläche, beispielsweise der Teil 8, mit einer emittierenden Schicht versehen wird. Dieser Teil 8 erstreckt sich über eine Fläche zwischen zwei Mantellinien der gegen die öffnung des U-förmigen Gitters gerichteten Zylinderhälfte der Kathode, wobei diese beiden Mantellinien um höchstens zwei Drittel des halben Kathodenzylinderumfangs auseinander liegen. Das emittierende Teilstück der Kathode ist dabei so zu richten, daß mindestens 6o°/o der erzeugten Elektronen eine gegen den einen Schenkel des U-förmigen Gitters gerichtete Austrittsgeschwindigkeit besitzen. Am günstigsten ist natürlich eine Anordnung, bei der alle austretenden Elektronen gegen den einen Gitterschenkel laufen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, in der etwa nur ein Drittel des halben Umfangs mit emittierender Schicht bedeckt ist.

Die Elektronenstrahlen verlaufen etwa wie die Linien 9 in Fig. 1 andeuten. Fig. 3 zeigt die dieser Anordnung entsprechende Intensitätsverteilung auf dem Schirm 4. Es gelingt in dieser Weise leicht, Elektronenstrahlen mit einer Divergenz von weniger als 1 ° herzustellen.

Selbstverständlich kann der Elektronen e^mittierende Bereich auch noch enger gemacht werden als das erwähnte Drittel des halben Kathodenzylinderumfangs. Dadurch wird das Intensitätsmaximum gemäß Fig. 3 noch schärfer, aber gleichzeitig nimmt natürlich auch die Gesamtintensität ab.

Macht man anderseits den emittierenden Bereich weiter als das obengenannte Drittel, so wird je nach der Orientierung dieses Bereichs gegenüber den Schenkeln des U-förmigen Gitters ein zweites Intensitätsmaximum auftreten, etwa so wie in Fig. 4 dargestellt.

Die beschriebene Anordnung ist natürlich nicht nur auf kreiszylinderförmige Kathoden begrenzt, sondern kann bei beliebig zylinderförmigen Kathoden verwendet werden.

Die teilweise Bedeckung der Kathodenoberfläche läßt sich beispielsweise durch allseitige gleichmäßige Bedeckung und nachträgliche Entfernung an den Stellen, die nicht emittieren sollen, technisch leicht herstellen.

Die Anordnung läßt sich außer für Elektronen bei entsprechender Umpolung der Elektroden auch bei Ionenstrahlen anwenden.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Anordnung zur Erzeugung von Teilchenstrahlen geringer Divergenz, insbesondere Elektronenstrahlen, aufgebaut aus einer zylindrischen Kathode, einem diese Kathode teilweise umschließenden U-förmigen Gitter und mindestens einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die öffnung des U-förmigen Gitters gerichtete Zylinderhälfte der Kathode zwischen zwei Mantellinien, welche um höchstens fünf Sechstel des halben Zylinderumfangs voneinander entfernt liegen, mit einer Elektronen emittierenden Schicht versehen ist, wobei die Lage der beiden diese Schicht begrenzenden Mantellinien so gewählt ist, daß mindestens 6o°/o der erzeugten Elektronen eine gegen den einen Schenkel des U-förmigen Gitters gerichtete Anfangsgeschwindigkeit besitzen.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mantellinien, zwischen welchen die Elektronen emittierende Schicht angebracht ist, um ein Drittel des halben Zylinderumfangs der Kathode auseinander liegen und zufolge der Stellung dieser emittierenden Schicht alle Elektronen eine gegen den einen Schenkel des Gitters gerichtete Anfangsgeschwindigkeit besitzen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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