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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.