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Strahlentransformator zur Erzeugung schnell bewegter Elektronen In
einem Strahlentransformator werden Elektronen zu einem mehrmaligen Umlauf mit einem
mittels Induktion erzeugten elektrischen Wirbelfeld gezwungen. Die auf die umlaufenden
Elektronen wirkende Zentrifugalkraft wird dabei durch die Lorentzkraft eines ebenfalls
auf die Elektronen wirkenden magnetischen Steuerfeldes aufgehoben, während weitere
auf die Elektronen wirkende stabilisierende Kräfte. überall auf die Elektronenbahn
hin gerichtet sind. Die stabilisierenden Kräfte können mittels des magnetischen
Steuerfeldes, mittels eines elektrostatischen Feldes oder durch eine Kombination
von beiden hergestellt werden. Es ist bekannt, die Stabilisierungskräfte durch eine
Abnahme des magnetischen Steuerfeldes in radialer Richtung zu erzeugen, wobei die
magnetische Feldstärke langsamer als umgekehrt proportional mit dem Radius abnehmen
muß. Dies ergibt sowohl in radialer wie auch in axialer Richtung wirkende Stabilisierungskräfte,
die überall auf den Bahnkreis hin gerichtet sind und etwa proportional mit dem Abstand
von der Röhrenachse zunehmen. Es ist auch vorgeschlagen worden, für die Herstellung
der Stabilisierungskräfte elektrostatische oder elektromagnetische Elektronenlinsen
zu verwenden.
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In allen Fällen bereitet aber die Einführung der Elektronen in das
Kraftfeld der Stabilisierungskräfte gewisse Schwierigkeiten, weil die Elektronen
an der Einführungsstelle eine gewisse Störung ihrer Bahnkurve erleiden, die dazu
führen kann, daß nach einem oder mehreren Umläufen die Elektronen das stabilisierende
Kraftfeld wieder verlassen, so daß der Beschleunigungsvorgang vorzeitig unterbrochen
wird.
Um dies zu vermeiden, ist es bereits bekannt, die Elektronenkathode
in großer Nähe des Gleichgewichtskreises anzubringen und durch eine geringe Anfangsspannung
der Elektronen sowie eine hohe Feldstärke des elektrischen Wirbelfeldes zu verhindern.,
daß die Elektronen nach einem Umlauf wieder auf die Kathode auftreffen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, das Stabilisierungsfeld
so auszubilden, daß die Stabilisierungskraft in radialer Richtung einen erreicht
und dann wieder abnimmt, wobei die Kathode in dem abnehmenden Bereich der Stabilisierungskraft
angebracht wird und die Elektronen mit einer radialen Geschwindigkeitskomponente,
die auf den Gleichgewichtskreis hin gerichtet ist, eingeführt werden.
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Die erwähnte bekannte Einrichtung, bei der die Kathode sehr nahe am
Gleichgewichtskreis angebracht ist, hat den Nachteil, daß man. die Elektronen mit
sehr geringer Geschwindigkeit einführen muß und gezwungen ist, eine sehr hohe Wirbelfeldstärke
anzuwenden., und die zuletzt erwähnte, bereits vorgeschlagene Einrichtung führt
notwendig dazu, die erforderliche radiale Geschwindigkeitskomponente bei der Einführung
an der Stelle des Steuerfeldes zu erzeugen, an der die Feldstärke nicht genau bekannt
ist. Vor allem muß aber in diesem letzteren Fall die Beschleunigungsröhre an der
Einführungsstelle ziemlich breit werden, was konstruktiv ungünstig ist und auch
dazu führt, daß die Elektronenlinsen dort eine ungünstige Form erhalten..
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Gemäß der Erfindung soll ein Strahlentransformator zur Erzeugung schnell
bewegter Elektronen mit von allen Seiten auf die Elektronenbahn hin gerichteten
stabilisierenden Kräften, die in radialer Richtung einen Maximalwert besitzen, derart
ausgebildet werden, daß sich die Elektronenquelle an einer Stelle befindet, wö die
radialen Stabilisierungskräfte ihren Maximalwert aufweisen. Die angestrebten Vorteile
treten in gewissem Maße auch ein, wenn die Elektronenquelle sich in der Umgebung
der bezeichneten Stelle befindet; sie soll aber mit Vorteil innerhalb des Gebietes
angeordnet sein, in welchem die radialen Stabilisierungskräfte größer als neun Zehntel
ihres Maximalwertes sind.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sei an Hand der Abb. i und 2 der
Zeichnung erläutert.
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In Abb. i bedeutet io die Achse des Gleichgewichtskreises, der in
der Ebene i i liegt und in Abb. i zu einem Strich verkürzt erscheint. Der Gleichgewichtskreis
hat den Radius r, und über der Linie i i als Abszisse ist die Stabilisierungskraft
P aufgetragen. Sie ist Null im Punkt A, an dem der Gleichgewichtskreis durch die
Zeichenebene hindurchgeht, ist bei kleineren Werten von r negativ und bei größeren
positiv. Dies bedeutet, daß in der Nähe des Punktes A Elektronen, die den Gleichgewichtskreis
verlassen, durch das Stabilisierungskraftfeld stets wieder auf diesen Kreis zurückgeführt
werden. Im Punkt B, der sich in einem Abstand r' vorn der Achse io befindet, hat
das Stabilisierungskraftfeld ein Maximum, um bei größeren Radien wieder abzunehmen.
Wenn die Kathode nun an dieser Stelle B angebracht wird und die Elektronen eine
solche Austrittsrichtung aus der Kathode erhalten, daß.sie sich zuerst tangential
zu einem mit dem Gleichgewichtskreis konzentrischen Kreis bewegen, so erhält man
sehr günstige Einführungsbedingungen. Man kann nämlich mit einer relativ hohen Anfangsspannung
arbeiten, und wegen der Konstanz des Stabilisierungskraftfeldes tritt bei einem
Umlauf schon eine verhältnismäßig starke Verkleinerung des Radius des Bahnkreises
ein. Bei einem bestimmten Transformator ergibt sich bei 30 kV Anfangsgeschwindigkeit
bei einem Umlauf schon, eine Radiusverkleinerung von 0,37 mm, während bei der bekannten
Anbringung der Kathode in größerer Nähe des Gleichgewichtskreises, aber noch im
linear ansteigenden Teil des Stabidisi#Drungskraftfeldes, nur eine Radnusverkleinerung
von etwa o,oi mm bei viel kleinerer An, fangsspannung erreichbar wäre. Die Radiusverkleinerung
d y ist allgemein von dem Verlauf des Stabilisierungskraftfeldes am Ort der Kathode
nach folgender Gleichung abhängig:
wobei 0,37 eine Konstante ist, die von den Abmessungen des Strahlentransformators,
der Form der Stabilisierungskraftkurve sowie von der Anfangsspannung abhängt, und
m die Zahl der Umläufe der Elektronen bedeutet. Diese Konstante wird besonders groß,
wenn das Maximum der Kraftkurve sehr flach ausgebildet wird; eine derartige Ausführung
ist also sehr erwünscht. Um dies zu erreichen, muß das magnetische Steuerfeld B,
in einem gewissen Bereich um den Maximalwert der radialen Stabilisierungskräfte
wenigstens angenähert nach .dem Gesetz
verlaufen, wobei C1 und C2 konstante Größen sind und r' den Radius des Maximalwertes
der radialen Stabilisierungskräfte bedeutet. Die Breite dieses Bereiches beträgt
mit Vorteil mindestens ein Zwanzigstel von r'. ' Aus konstruktiven Gründen soll
sich die Kathode zweckmäßig in einer zwischen zwei Linsenebenen verlaufenden, auf
dem Gleichgewichtskreis senkrecht stehenden Ebene 12 in Abb.2 befinden, in welcher
die Kathode mit K bezeichnet ist und einige der Linsenspulen mit 13 bis 15. Die
Elektronen verlassen die Kathode in Abb. 2 in der Richtung der durch K hindurchgehenden
senkrechten, punktierten Linie.
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Der radiusverkleinernde- Einfluß der steigenden Elektronengeschwindigkeit
im Verlauf des Beschleunigungsvorgangs ist an dieser Stelle, an der das Stabilisierungskraftfeld
fast konstant ist, also viel größer als bei einer Anbringung der Kathode in der
Nähe des Gleichgewichtskreises, und es wird dadurch gleichzeitig durch Erhöhung
der Anfangsgeschwindigkeit
der Elektronen die Einführung großer
Ströme in die Röhre erleichtert sowie eine günstige Form für die Röhre selbst und
gegebenenfalls auch für die Stabilisierungslinsen an der Einführungsstelle ermöglicht.