DE892205C - Einrichtung zur Erzeugung von Elektronen hoher Geschwindigkeit - Google Patents

Einrichtung zur Erzeugung von Elektronen hoher Geschwindigkeit

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DE892205C
DE892205C DES9943D DES0009943D DE892205C DE 892205 C DE892205 C DE 892205C DE S9943 D DES9943 D DE S9943D DE S0009943 D DES0009943 D DE S0009943D DE 892205 C DE892205 C DE 892205C
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DE
Germany
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gas
electrons
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Expired
Application number
DES9943D
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English (en)
Inventor
Max Dr Steenbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H11/00Magnetic induction accelerators, e.g. betatrons

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Erzeugung von Elektronen hoher Geschwindigkeit Es ist bekannt, Elektronen hoher Geschwindig Ieit ,dadurch zu erzeugen, daß man die von einer Kathode gelieferten Elektronen mehrfach einen von einem elektrischen Wirbelfeld durchsetzten Entladungsraum durchlaufen läßt. Um die Elektronen dabei in einem vorgeschriebenen Bereich (Sollbahnbereich) zu halten, wendet man magnetische Führungsfelder an. Das Führungsfeld muß mit zunehmender Geschwindigkeit der Elektronen ebenfalls zunehmen, damit die Elektronen den Sollbabnbereich nicht verlassen können. Außerdem ist es zweckmäßig, ihm eine bestimmte räumliche Verteilung zu geben. Die Bedingungen, welche das Führungsfeld erfüllen muß, im besonderen auch seine Abhängigkeit von dem zur Erzeugung des elektrischen Wirbelfeldes dienenden Magnetfeld, sind bekannt und brauchen hier nicht erörtert zu wenden. Bei Aden bekannten, mit ringförmigen Hochvakuumentladungs:gefäßen arbeitenden Einrichtungen ist es schwierig, kräftige Elektronenströme zu erhalten, weil man im Sollbahnbereich keine Elektronenquelle-,anordnen kann; :denn (die zu beschleunigenden Elektronen treffen bei ihrem häufigen Passieren des Kathodenbereiches mit großer Wahrscheinlichkeit auf die Kathode wieder .auf und werden von ihr eingefangen. Das Einschießen von Elektronen in den Sollbahnbereich führt ebenfalls nicht zu einem befriedigenden Ergebnis, weil bei Elektronengeschwindigkeiten, die wesentlich größer sind als die Umlaufspannung, das magnetische oder elektrische Führungsfeld nicht in der Lage ist, die tangential eingeschossenen Elektronen am Wiederaustritt zu hindern. Man ist d deshalb gezwungen, eine Elektronenquelle seitlich anzuordnen, und muß sich mit einem verhältnismäßig kleinen, von dieser Kathode in den Sollbahnbereich eintretenden Elektronenstrom begnügen.
  • Nach der vorliegenden Erfindung lassen .sich mit Geräten der erwähnten Art stärkere Elektronenströme erzielen, wenn man den Entladungsraum mit einem Gas oder Dampf solchen Druckes füllt, daß bereits eine merkbare Aufhebung der Raumladung eintritt, jedoch noch keine nennenswerte Behinderung der zu beschleunigenden und der bereits beschleunigten Elektronen durch die Gasmoleküle entsteht. Es kommt in diesem Sinne ein Druckbereich in der Größenordnung von iö 4 bis ia---5Torr in Betracht. Außerdem wird man zur Gasfüllung einen Stoff heTanziehen, der ein klein.s Molekulargewicht aufweist, so beispielsweise Wasserstoff oder Helium; denn für diese leichten Gase ist die Behinderung .der Elektronen klein. Die Gasfüllung im Sinne der vorliegenden Erfindung hat die Wirkung, daß man in den Sollbahnbereich von einer seitlich angeordneten Kathode ohne Anwendung hoher Elektronengeschwindigkeiten einen verhältnismäßig großen Strom in den Sollbahnbereich einführen kann. Man braucht also nicht, wie beim Einschießen von Elektronen, mit Hilfe eines Elektrodensystems nach Art einer Elektronenkanone mit hohen Elektronengeschwindigkeiten zuarbeiten, weil .die Raumladung wenigstens teilweise aufgehoben ist und merkliche Ströme schon bei kleinen Beschleunigungsspannungen zu erzielen sind. Das bedeutet, daß die Elektronengeschwindigkeiten anfangs nicht wesentlich größer sind als die Umlaufspannung, so daß sie keine so großen Radialkomponenten besitzen, daß das Führungsfeld nicht mehr in der Lage ist, sie im Sollbahrnbereich zu halten.
  • Die Füllung des Entladungsraumes mit einem Gas niedrigen Druckes in der Größenordnung von io 4 bis io---5 Torr gibt noch eine `weitere Möglichkeit; im Sollbahnbereich Elektronen zu erzeugen, ohne daß diese Elektronen nennenswerte radiale Geschwindigkeiten :aufweisen und ohne Behinderung des Elektronenfluges durch die Kathode. Gemäß der Erfindung wird nämlich, durch Bestrahlung' der Gasfüllung an einer oder mehreren Stellen im Sollbahnbereich eine sekundäre Kathode gebildet, die keine massiven, den Elektronenflug behindernden Teile enthält. In erster Linie kommt zur Erzeugung von Elektronen die Bestrahlung eines bestimmten Gasvolumens mit einem Kathoden.stzafhl in Betracht. Die Elektronengeschwindigkeiten dieses Kathodenstrahls werden zweckmäßig so bemessen, daß die Au?beute an ausgelösten Sekundärelektronen groß ist. Das ist bei Elektronengeschwindigkeiten zwischen ioo und Zoo V der Fall. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen werden nicht die von einer Einrichtung zur Erzeugung eines Kathodenstrahls gelieferten und in den Sollbahnbereich eingeschossenen Elektronen selbst weiterbeschleunigt, sondern es werden im Gasraum zunächst Sekundärelektronen kleiner Geschwindigkeit und großer Zahl gebildet, die der Beschleunigung durch das Wirbelfeld unterworfen werden.
  • Es empfiehlt sich, abweichend von dem bekannten Einschießen eines Elektronenstrahls in tangentialer Richtung bei der Bestrahlung des in der Entladungsbahn vorhandenen Gasvolumens nach .der Erfindung den Elektronenstrahl. in Richtung des magnetischen Führungsfeldes einzuschießen, @d. h. quer zur Entladungsbahn. Dann: wird nämlich dieser Elektronenstrahl vom Führungsfeld nur wenig beeinflußt. Es gelingt auf diese Weise, bei genügender Ausdehnung der Elektronenströmung praktisch den gesamten Sollbahnquerschnitt zur Elektronenerzeugung in Gestalt einer sekundären Kathode heranzuziehen. Zwar ist auch die tangentiale Einführung des Elektronenstrahls zur Erzeugung von Sekundärelektronen im Sinne der Erfindung denkbar, jedoch wird der Strahl durch .das magnetische Führungsfeld. abgelenkt und durchläuft nur kurzzeitig den Sollbahnbereich. DieDauer des Verweilens im Sollbahnhereich ist .abhängig von der Elektronengeschwindigkeit. Wenn der Strahl eine nennenswerte Dauer im Sollbahnbereich verweilen soll, muß man mit ziemlich raschen. Elektronen arbeiten, wa:s den Nachteil bringt, daß die Ausbeute an Sekundärelektronen klein ist.
  • Bei der praktischen Ausführung von Geräten nach der Erfindung kann man die Elektronenquelle, welche zur Bestrahlung der Gasfüllung dient, im Polschuh des, zur Erzeugung des Führungsfeldes dienenden Magneten unterbringen. Man Mann auch den Elektronenstrahl radial durch den Sollbahnbereich schießen. Zwar wird dann der Elektronenstrahl dwrch das Führungsfeld abgelenkt; er verweilt jedoch längere Zeit im Sollbahnbereich als bei tangentialem Einschuß. Man kann die Gasfüllung des Entladungsraumes auch durch Anwendung anderer Strahlenarten zu einer sekundären Kathode machen. So kann man beispielsweise Licht- oder Röntgenstrahlen .genügender Intensität in den Sollbahnereich an einer oder mehreren Stellen bringen. Gegebenenfalls kann man den ganzen Entladungsraum beleuchten. Um ausreichend"- Ausbeuten zu erzielen, ist es erforderlich, verhältnismäßig hohe Intensitäten anzuwenden.
  • Es ist zu erwarten, daß die Gasfüllung des Entladungsraumes unter den bekannten Wirkungen :der sogenannten Gasaufzehrung 'ziemlich rasch verschwindet. Es empfiehlt sich deshalb, einen konstanten Gasdruck dadurch aufrechtzuerhalten, daß man dauernd kleine Gasmengen zuströmen läßt und durch eine dauernd laufende Pumpe :den Überschuß entfernt. Dabei kann gegebenenfalls die Zufluß-oder Absauggeschwindigkeit durch Regelung der Pumpe oder Veränderung eines Strömungswiderstandes für die KonstanthaIturng des Gasdruckes sorgen.
  • Bei der Anordnung gemäß der Erfindung läßt sich nicht vermeiden, daß Ionen der Gasfüllung ebenfalls durch das Wirbelfeld beschleunigt werden. Ihre Flugrichtung ist der der Elektronen entgegengesetzt. Im allgemeinen, werden ihre Geschwindtigkeiten keine nennenswerten Beträge erreichen können. Die Gasfüllung wird zwar einzelne Elektronen abbremsen. Dabei werden neue Elektronen ausgelöst, die der Beschleunigungswirkung :des Wirbelfeldes ausgesetzt werden. Im allgemeinen' werden diese Elektronen keine Rolle spielen, weil ihre Geschwindigkeit nicht dem jeweils herrschenden Führungsfeld angepaßt ist. Im übrigen nimmt die Wahrscheinlichkeit der Abbremsung von Elektronen mit steigender Elektronengeschwindigkeit ab, so daß die erwähnten Vorgänge nur während des Beginns des Besch:leunigu.ngsvorganages bemerkbar sind.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Einrichtung zur Erzeugung von Elektronen hoher Geschwindigkeit, bei der die von einer Elektronenquelle gelieferten Elektronen vielfach. einen. von einem elektrischen Wirbelfeld durchsetzten Raum durchlaufen und innerhalb des Sollbahnbereiches. mit Hilfe magnetischer undgegebenenf:alls auch elektrischer Felder gehalten werden (Rheotron), dadurch gekennzeichnet, @daß der Entladungsraum eine Gas- oder Dampffüllung so geringen Druckes enthält, @daß zwar eine teilweise Aufhebung der Raumladung eintritt, jedoch ..die im Entladungsraum vorhandenen Gasteilchen kein nennenswertes Hindernis für die umlaufenden Elektronen bilden. z. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daßder Gasdruck im Entladungsraum etwa zwischen ro 4 und ro 5 Torr liegt und als Gasfüllung insbesondere ein Gas kleinen Molekulargewichts, z. B. Wasserstoff oder Helium, benutzt wird. 3. Einrichtung nach Anspruch r oder z, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entladungsraum dauernd kleine Gasmengen zugeführt und der gewünschte Gasdruck durch Regelung der Zufluß- oder Absauggeschwindigkeit einer dauernd arbeitenden Pumpe aufrechterhalten wird. q.. Einrichtung nach Anspruch r oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, -daß in der Gasfüllung an einer oder mehreren Stellen .des Sollbahnbereiches Elektronen dadurch frei gemacht werden, daß dieser Raum einer Strahlung, insbesondere einem Kathodenstrahl oder einem Lichtstrahl hoher Intensität ausgesetzt wird. 5. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daßdurch den Sollbahnbereich ein im wesentlichen in Richtung des magnetischen Führungsfeldes verlaufender Kathodenstrahl geleitet wird, der vorzugsweise außerhalb des Sollbahnbereiches mit Hilfe eines nach Art einer Elektronenkanone gebauten Elektrodensystems erzeugt wird. 6. Einrichtung nach Anspruch q. und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Sollbahnquersc hnitt von einer Strahlung :durchsetzt wird.
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