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Anordnung zur Erzeugung von Elektronenblitzen Es ist bekannt, daß
inan große Kondensatoren mit Hilfe von Feldeinissionsvorgängen über Hochvakuunistrecken
anit kalter Kathode entladen und dabei kurzzeitig sehr starke I?lektronenströme
erzeugen kann, die wiederum intensive Röntgenblitze zur Folge haben. Mit Hilfe dieser
Röntgenblitze, die bei geradlinigem Verlauf nur nach Maßgabe von Dicke und Dichte
eines durchstrahlten 17ediunis absorbiert werden, kann man sehr schnell bewegte()bjekte
oller sehr schnell veränderlicheZustiiaa(le, wie z. bi. chemische Reaktionen oder
Knallwellen, iah Innern undurchsichtiger Körper untersuchen und anessen.
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Es gibt aber Vorgänge, die sich mit Hilfe von Röntgenblitzen nur deswegen
schwer untersuchen lassen, weil die Absorption der Röntgenstrahlung in ihncaa zii
gering ist und keine Kontraste hervorbringt. Dafür lassen sich nun die in der gleichen
Entladungsröhre erzeugten Elektronenströme, deren Absorption durch Materie ganz
erheblich größer als bei Röntgenstrahlen ist, einsetzen. Da diese Elektronenströme
von sehr großer Stromstärke, aber blitzartiger Kürze sind, werden sie als Elektronenblitze
bezeichnet. Die Entladungsröhren, die zu ihrer Herstellung dienen, lassen sich aus
Röntgenblitzröhren durch zweckentsprechende Ausbildung der Elektroden gewinnen.
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Fig. i zeigt (las Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung
von Elektronenblitzen. In einer mit Hilfe einer Luftpumpe i auf 'höchstes Vakuum
evakuierten Entladungsröhre 2 steht einer stabförmigen kalten Kathode 3 eine beispielsweise
als Zylinder ausgeführte durchbohrte Anode gegenüber. An Anode und Kathode liegt
unter "Zwischenschaltung einer Funkenstrecke 5 ein auf Hochspannung von beispielsweise
ioo kV aufgeladener
großer Kondensator 6. Wird die Funkenstrecke
5 durch plötzliches Annähern geschlossen; so entsteht in der Entladungsröhre 2 zwischen
Kathode 3 und Anode 4 eine sehr starke Entladung. Die von der Kathode 3 ausgehenden
Elektronen werden nur zum Teil auf die Anode treffen, in ihren schnellsten Teilen
aber, die in einem schmalen Kegelbündel mit einer durch die Mitten von Kathode und
Anode gehenden Achse liegen, durch die Bohrung in der Anode 4 hindurchschießen und
in einen Untersuchungsraum 7 eintreten. Dieser Untersuchungsraum 7 kann selbst auf
Hochvaktium gehalten sein, wenn man in den Strahlengang des Elektronenblitzes hineingebrachte
Materie im Hochvakuum untersuchen will; er kann aber auch durch ein an der Anode
angebrachtes Lenardfenster 8 vom eigentlichen Entladungsraum der Röhre 2 vakuumdicht
getrennt werden. In diesem Falle kann der Untersuchungsraum 7 mit verdünnten Gasen
gefüllt ,sein oder überhaupt aus dem freien Luftraum bestehen, in den der Elektronenblitz
dann mit starker Diffusionswirkung austritt. Die Stromstärke der Elektronenblitze,
die in einer derartigen Entladungsröhre erzeugt werden können, zählt je nach Konstruktion
und Kondensatorenenergie nach Ampere, und ihre Zeitdauer nach einigen io-g sec.
Mit derartigen Elektronenblitzen sind starke induktive und influenzierende `'Wirkungen
verbunden.
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Um eine größere Konzentration der Elektronen zu erzielen, und eine
gewisse Monochromatisierung des Elektronenblitzes zu erreichen, kann der Elektronenblitz
nach seinem Eintritt in die Hohlanode durch elektrische oder magnetische Linsen
konzentriert und gegebenenfalls auf eine Blende gelenkt werden.
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Fig. 2 zeigt diese Möglichkeiten an einem Ausführungsbeispiel mit
einer magnetischen Linse. Die Hohlzylinderanode 4 setzt sich in einem Messingtubus
9, der mit einer Blende io abgeschlossen ist, fort. Über diesen Tubus, zweckmäßig
aus Messing, wird eine magnetische Linse i i geschoben, die das divergierende Elektronenblitzbündel
auf die Blende io konzentriert und dabei je nach Blendenöffnung und Feldstärke des
Magnetfeldes einen mehr oder minder monochromatischen Anteil durchläßt.
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Hinsichtlich der Gestaltung der Kathode 3 hat sich bislang eine längliche
Spitze, deren Achse genau mit der Achse der Anode zusammenfällt, als am zweckmäßigsten
erwiesen. Vor der Spitze der Kathode muß ein einigermaßen homogenes elektrisches
Feld bestehen, damit die schnellen Elektronen auf die Geschwindigkeit kommen, welche
erforderlich ist, um die Hohlanode zu durcheilen, ohne mit ihr zusammenzustoßen.
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Die Entladung in der Röhre 2 kommt natürlich nur durch eine Wechselwirkung
von Elektronen und positiven Ionen des Anodenmetalls zustande. So, wie die Elektronen
als Elektronenblitz auftreten, so stellen auch die Ionen einen in umgekehrter Richtung
laufenden Ionenblitz dar. Um ihn in der gleichen Form wie den Elektronenblitz zu
erhalten, bedarf es in der Schaltung nach Fig. i lediglich einer Umkehrung der Funktionen
der Elektroden: Für den Ionenblitz ist nunmehr 3 die Anode und 4 die Kathode. Das
wird erreicht durch Umpolung der Hochspannungszuleitungen zum Kondensator 6.
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Die Erzeugung der Elektronenblitze kann auch etwas anders vorgenommen
werden, wenn man Wert auf ihre Erzeugung in einem ganz bestimmten von dem zu untersuchenden
Vorgang abhängigen Zeitmoment legt. Zu diesem Zweck führt man noch eine in Fig.
t punktiert angedeutete Zündelektrode 12 ein; zwischen ihr und der Kathode 3 kann
dann durch einen Stoßtransformator 13 ein Zündfunke, der die Hauptentladung
zwischen Anode 4 und Kathode 3 auslöst, erzeugt werden. Man kann aber den Zündfunken
auch an der Anode mit Hilfe der Zündelektrode 14 und dem Zündtransformator 15
erzeugen. Die Zündelektroden können stift-, ring- oder kegelförmige Gestalt haben;
in den beiden letzteren Fällen umgeben sie die Kathode bzw. Anode in ähnlicher Weise
wie in Röntgenblitzröhren. In den Primärkreisen der Stoßtransformatoren
13 und 1,5 liegen Steuerschaltungen mit gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsröhren,
die von den zu untersuchenden Vorgängen gesteuert werden. Bei der Benutzung der
Entladungsröhre 2 mit Zündelektroden kann die Funkenstrecke 5 so lange geschlossen
bleiben, wie das Hochvakuum gegen die Spannung des Kondensators 6 isoliert.
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Zu den Anwendungsgebieten von Elektronen-und Ionenblitzen gehört die
Untersuchung von Atom- und Molekularstrahlen, die durch explosionsartige Verdampfung
von Materialien im Hochvakuum oder in sehr verdünnten Gasen erzeugt werden und sich
mit den üblichen Methoden der Elektroneninterferenzen nicht erfassen lassen. Die
Elektronenblitzröhre kann ferner als Elektronenquelle in Elektronenmikroskopen und
in der Elektronenschleuder dienen. Benutzt man die Elektronenblitzröhre oder die
Ionenblitzröhre als Stromquelle in einem linearen Accelerator, so kann die Geschwindigkeit
und die kinetische Energie der Teilchen beträchtlich gesteigert und zur Untersuchung
von Stoßprozessen eingesetzt werden.