DE840126C - Anordnung zur Erzeugung von Elektronenblitzen - Google Patents

Anordnung zur Erzeugung von Elektronenblitzen

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DE840126C
DE840126C DE1949P0004109 DEP0004109D DE840126C DE 840126 C DE840126 C DE 840126C DE 1949P0004109 DE1949P0004109 DE 1949P0004109 DE P0004109 D DEP0004109 D DE P0004109D DE 840126 C DE840126 C DE 840126C
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DE
Germany
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anode
arrangement
electron
high vacuum
cathode
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Expired
Application number
DE1949P0004109
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English (en)
Inventor
Werner Dr Phil Schaaffs
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J33/00Discharge tubes with provision for emergence of electrons or ions from the vessel; Lenard tubes

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzeugung von Elektronenblitzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein geladener Hochspannungskondensator an die Elektroden einer Hochvakuumröhre gelegt wird, die kalte Kathode (3) stiftförmig ausgebildet ist und axialsymmetrisch einer für den Austritt des Elektronenblitzes durchbohrten Anode (4) gegenübersteht.
  2. 2. Hochvakuumelektronenblitzröhre für eine Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (3) als längliche Spitze und die Anode (4) als dünner Hohlzylinder ausgebildet sind.
  3. 3. Hochvakuumelektronenblitzröhre für eine Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, claß die Anode (4) mit einer magnetischen oder elektrischen Linse (ii) derart kombiniert ist, daß eine Konzentration des divergierenden Elektronenblitzhündels auf eine Blende (1o) möglich ist. IIochvakuumelektronenblitzröhre für eine Anordnung nach :\nspruch i und nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum gegen einen Untersuchungsraum durch ein Lenardfenster (8) an der :\ulieiiseite der Anode (4) abgeschlossen ist. Iloclivakuumelektroneublitzröhre für eine Anordnung nach Anspruch i und nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung durch besondere Zündelektroden (12, 14), die mit der Kathode oder mit der Anode kombiniert werden können, vorgenominenwerden kann. 6. lloclivalcutiinelektronenlilitzröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziinllelektl-odell (i2, 14) die Kathode oder Anode ringförmig umgeben und zwischen ihnen nur einen schmalen Schlitz für die Zündfunken freilassen. Anordnung zur Erzeugung von Ionenblitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polungen der Anordnung bzw. der Hochvakuumelektronenblitzröhre nach den Ansprüchen i bis 6 umgekehrt werden. B. Anordnung nach Anspruch i bzw. Hochvakuumelektronenblitzröhre nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Stromquelle für Elektronenmikroskope, Elektronenschleudern und Geräte zur Höchstspannungsoszillographie einmaliger Vorgänge dient. g. Anordnung zur Erzeugung von Elektronen- und Ionenblitzen nach Anspruch i oder 7 bzw. Röhre nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Stromquelle für lineare Acceleratoren mit elektrischen Linsensystemen dient.
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