DE932081C - Strahlentransformator - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. NOVEMBER 1955

W 691 VIII c 12ig

Strahlentransformator

Zusatz zum Patent 927

In einem Strahlentransformator werden Elektronen zu einer kreisförmigen Bewegung in einer Vakuumröhre gezwungen, wobei die Elektronen mittels eines elektrischen Wirbelfeldes auf eine hohe Spannung (in Elektronen-Volt gemessen) gebracht werden. Um die gegenseitigen elektrostatischen Abstoßungskräfte der Elektronen aufzuheben, müssen dabei stabilisierende, nach der Röhrenachse hin gerichtete Kräfte erzeugt werden.

Es ist im Hauptpatent bereits vorgeschlagen worden, diese Kräfte mittels Elektronenlinsen herzustellen, wobei insbesondere die elektrostatischen Linsen behandelt worden sind. In gewissen Fällen aber, wo es Schwierigkeiten bereitet, die Linsenelektroden in die Vakuumröhre einzubauen, kann man auch elektromagnetische Linsen anwenden, deren Erregerwicklungen sich außerhalb der Vakuumröhre anbringen lassen.

Als elektromagnetische Linse ist im Hauptpatent bereits vorgeschlagen worden, eine die Vakuum- ao röhre umschließende toroidförmige Spule zu verwenden, die einen magnetischen Fluß überall parallel zum Bahnkreis erzeugt. Eine derartige »lange« Linse würde tatsächlich auf Elektronen, die in der Richtung α in Abb. ι in den Bahnkreis eingeführt as werden und dann bei ihrem Wege auf dem Umfang des Bahnkreises noch eine Kreisbewegung um die Röhrenachse b ausführen, d. h. auf Elektronen, welche die Bahn c durchlaufen, stabilisierende Kräfte ausüben. Eine solche Linse hat aber den

großen Nachteil, daß sie auf Elektronen, die genau in der Richtung der Bahnkreistangente in die Kreisringröhre eingeführt werden, (also bei denen die Einführungsrichtung nicht wie in Abb. ι die Richtung α einen kleinen Winkel mit der Bahnkreistangente bildet) keine Kraftwirkung ausüben kann. Dieser Nachteil ist besonders im Hinblick auf die Aufgabe der Einführung der Elektronen in die Kreisringröhre von Bedeutung, ίο Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, kann man erfindungsgemäß mehrere kurze magnetische Linsen anwenden, die hintereinander auf dem ganzen Umfang der Vakuumröhre angebracht sind. Wie man aus der Abb. 2 ersieht, muß dann die magnetische Feldstärke zweier nebeneinanderliegender Linsen entgegengesetzt gerichtet sein. Die Wirkungsweise der einzelnen magnetischen Linsen ist, von der noch hinzukommenden Bildverdrehung abgesehen, der Wirkungsweise der elektrostatischen Linsen ähnlich. Parallel einfallende Elektronen werden durch die Lorentzkräfte nach der Röhrenachse hin abgelenkt und, da diese Ablenkung sich für jede Linse wiederholt, ergibt sich längs des ganzen Röhrenumfangs eine nach der Röhrenachse b hin gerichtete stabilisierende Kraft. Die Bildverdrehungen der einzelnen Linsen heben sich dabei gegenseitig auf.

Damit die Linsenwicklungen den Luftspalt des Transformators möglichst wenig vergrößern, kann man die Wicklungen, wie in Abb. 3 gezeigt, in Nuten der Steuerpolflächen einlegen. Da die magnetische Feldstärke der Linsen in der Nähe der Polflächen wegen des Eisenschlusses größer wird als in der Mitte zwischen den beiden Polflächen, bilden sich in axialer Richtung, d. h. in der Richtung A in Abb. 1, stärkere Stabilisierungskräfte aus als in radialer, d. h. in der Richtung R in Abb. i, und die Elektronen werden sich deshalb etwa ellipsenförmig über die Fläche der Vakuumröhre verteilen. Da die Abmessung der Vakuumröhre in axialer Richtung kleiner gehalten werden muß als in radialer, ist eine derartige Verteilung der Elektronen sehr erwünscht.

Im übrigen kann man entweder durch Änderung des Durchmessers der Linsenwicklungen oder auch durch eine Änderung der Erregung selbst (d. h. der Amperewindungen pro Zentimeter) das stabilisierende Kraftfeld der magnetischen Linsen in beliebiger Weise beeinflussen. Man kann in dieser Weise dem Linsenkraftfeld an den Ein- bzw. Auslaufstellen für die Elektronen sowie zur Dämpfung von Transversalschwingungen der Elektronen genau den gleichen Verlauf geben, wie für elektrostatische Linsen im Hauptpatent beschrieben ist. Man kann, wie an anderer Stelle beschrieben, die Stabilisierungskräfte auch in der Weise herstellen, daß man auf magnetischem Wege eine radiale Kraftkomponente und unabhängig davon auf elektrostatischem Wege eine axiale Kraftkomponente erzeugt. Es ist ferner bereits bekannt, die Stabilisierungskräfte dadurch herzustellen, daß man das magnetische Steuerfeld nach außen absinken läßt, wobei aber das Steuerfeld langsamer als proportional l/r abnehmen muß, wobei r der Abstand von der Achse des Induktionsflusses ist. Wenn die Steuerfeldstärke mit zunehmendem r konstant bleibt oder ansteigt, wird die radiale Stabilisierungskraft zwar stärker, dafür verschwindet aber die axiale Stabilisierungskraft oder wird negativ. Eine in axialer Richtung wirkende positive Stabilisierungskraft kann man erfindungsgemäß mittels hintereinandergeschalteter magnetischer Linsen, die etwa wie viele hintereinandergereihte Zylinderlinsen wirken, erreichen. Eine derartige Zylinderlinse erhält man, wenn die in axialer Richtung verlaufenden Teile der Linsenwicklung sehr weit von der Vakuumröhre entfernt werden bzw. wenn man sie ganz fortläßt. Man gelangt in dieser Weise zu der in Abb. 4 dargestellten Linsenkonstruktion. Die Abb. 4 zeigt eine Aufsicht auf eine Steuerpolfläche, deren Breite d ist, und läßt die mäanderfÖrmige Zylinderlinsenwicklung, die gegebenenfalls auch in Nuten der Polschuhflächen eingebettet sein kann, erkennen. Man erhält auf diese Weise eine Art elektromagnetisches Gitter. Ein Elektron, welches parallel zu den Polflächen einläuft, wird durch die axial gerichtete magnetische Feldstärke des Gitters eine kleine Bewegung in radialer Richtung ausführen und infolgedessen durch die zur Röhrenachse parallele Feldkomponente in axialer Richtung nach der Röhrenachse hin abgelenkt werden. Bei dieser in axialer Richtung wirkenden Stabilisierungskraft ergibt sich im Gegensatz zu den beiden obenerwähnten Verfahren keine gleichzeitige Verminderung der radialen Stabilisierungskräfte.

Wie man aus Abb. 5 ersieht, kann man ein magnetisches Gitter auch ohne eine besondere Erregerwicklung dadurch herstellen, daß das magnetische Steuerfeld mittels Nuten in den Steuerpolflächen abwechselnd verstärkt und geschwächt wird. Man kann sich das dann entstehende Feld derart vorstellen, daß zunächst über,die ganze Oberfläche der Steuerpolflächen ein gleich starkes Feld (in Abb. 5 mit »Steuerfluß« bezeichnet) vorhanden ist und daß diesem noch ein weiteres Feld überlagert ist, welches an den Stellen, an welchen sich zwei Zähne / gegenüberstehen, die gleiche Richtung hat wie das ersterwähnte Feld und welches an den Stellen, an denen sich zwei Nuten g gegenüber- no stehen, die umgekehrte Richtung hat. Die Abb. 5 zeigt mit ihren Feldlinien und deren Pfeilrichtungen dieses überlagerte Feld. Die aufwärts und abwärts gerichteten Kraftlinien des überlagerten Feldes führen zu der Entstehung von geschlossenen Kraftlinien h, die innerhalb· der Kreisringröhre eine parallel zur Röhrenachse & verlaufende Komponente besitzen. Ein parallel zur Röhrenachse sich bewegendes Elektron wird durch die aufwärts und abwärts gerichteten Kraftlinien in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene abgelenkt, und es wirkt infolge der in der Richtung von b liegenden Komponente der Kraftlinien h eine zur Röhrenachse b hin gerichtete, d. h. stabilisierende Kraft auf das Elektron. Wenn man, wie Abb. 6 zeigt, noch in je zwei gegenüberliegenden Nuten zwei gleichsinnig

vom Strom durchflossen Leiter anbringt, ergibt sich zwischen den Zähnen ein aufwärts und abwärts gerichtetes überlagertes Feld, das zusammen mit den geschlossenen Kraftlinien h' die gleiche Wirkung auf ein Elektron ausübt wie der in Abb. 5 gezeichnete Feldverlauf. Die Anordnung nach Abb. 6 ergibt ebenso wie die weiter oben beschriebenen Ausführungsformen, bei denen die Erregerwicklungen in Nuten untergebracht sind, ein stärkeres axiales Stabilisierungsfeld als die Anordnung nach Abb. 5, bei der nur Nuten ohne Erregerwicklungen vorhanden sind. Vor allem kann das axiale Stabilisierungsfeld, wenn es von stromdurchflossenen Wicklungen z. B. nach Art der Abb. 6 herrührt, vom Anfang der Beschleunigungsperiode an in voller Stärke vorhanden sein, während ein axiales Stabilisierungsfeld nach Abb. 5 erst während jeder Beschleunigungsperiode gleichzeitig mit dem Steuerfeld entsteht.
■ ^ao Damit durch den magnetischen Induktionsfluß des Transformators in der Zylinderlinsenwicklung keine Wechselspannung induziert wird, kann man, wie Abb. 7 zeigt, die Zylinderlinsenwicklung bifilar ausführen, so daß die Wicklung den Induktions-

«5 fluß nicht umschließt. Die Wicklungsanordnung nach Abb. 7 hat gleichzeitig die Eigenschaft, daß die elektromotorischen Kräfte, welche durch den Steuerfluß in der oberen und der unteren Hälfte der Linsenwicklung entstehen, sich gegenseitig aufheben. Infolgedessen tritt zwischen den Eingangsklemmen k und m keine Wechselspannung von der Frequenz des Induktionsflusses und des Steuerflusses auf. Die Anordnung nach Abb. 8 ist derjenigen nach Abb. 7 gleichwertig, vermeidet jedoch

die in Abb. 7 rechts sichtbare Überkreuzungsstelle und ist deshalb unter Umständen vorzuziehen. Sie läßt sich anwenden, wenn je Nut eine gerade Anzahl von Stäben (in Abb. 8 zwei Stäbe) liegen. Die in Abb. 7 und 8 dargestellte Wicklungsanordnung läßt sich auch auf die sphärischen Linsen nach Abb. 2 und 3 anwenden.

Man kann die axialen Stabilisierungskräfte in genau analoger Weise auch mittels eines elektrostatischen Gitters, d. h. mittels elektrostatischer Zylinderlinsen erzeugen, wobei abwechselnd positiv und negativ aufgeladene Elektroden zwischen den beiden Steuerpolflächen angeordnet sind, wie in Abb. 9 dargestellt. Die Elektroden liegen in radialer Richtung und parallel zur Ebene des kreisförmigen Elektronenstroms. Die Wirkungsweise des elektrostatischen Gitters ist ganz ähnlich der des magnetischen.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Strahlentransformator mit einem in einer Vakuumröhre kreisenden Elektronenstrom nach Patent 927 590, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung des Elektronenstroms in der Röhre mittels kurzer, über den ganzen Kreisumfang angeordneter magnetischer sphärischer oder Zylinderlinsen hergestellt wird.
2. 2. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Linsen abwechselnd gegensinnig erregt sind.
3. 3. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen in den Polflächen des magnetischen Steuerfeldes in Nuten eingebettet sind.
4. 4. Strahlentransformator nach Anspruch 1 mit Zylinderlinsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung der magnetischen Linsen nur in der Richtung der Steuerpolflächen, vorzugsweise in Nuten der Steuerpolflächen, verläuft (elektromagnetisches Gitter).
5. 5. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung der magnetischen Linsen derart bifilar angeordnet ist und die beiden Hälften der gesamten Erregerwicklung derart verschränkt sind, daß keine von dem magnetischen Induktionsfluß des Transformators durchsetzte Fläche vorhanden ist und die von dem magnetischen Steuerfluß induzierten elektromotorischen Kräfte sich gegenseitig aufheben.
6. 6. Strahlentransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in gegenüberliegenden Nuten der Steuerpolflächen liegenden Windungen von gleichsinnigen Strömen durchflossen werden.
7. 7. Strahlentransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung fortgelassen wird und die Polflächen der magnetischen Steuerpole durch Nuten so gestaltet werden, daß das Steuerfeld in der Bewegungsrichtung der Elektronen abwechselnd verstärkt und geschwächt wird.
8. 8. Strahlentransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine in axialer Richtung wirkende Stabilisierungskraft mit Hilfe eines elektrostatischen Gitters hergestellt wird, wobei das Gitter aus in Richtung der Elektronenbewegung abwechselnd positiv und negativ aufgeladenen Elektroden besteht, die in radialer Richtung und parallel zu der Ebene des Elektronenkreisstroms angeordnet sind. i°5
9. 9. Strahlentransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Linsenkraftfeldes durch eine Änderung der Windungsdurchmesser oder durch eine Änderung der Linsenerregung, d. h. der Ampere- uo windungszahl pro Zentimeter längs der Kreisbahn, herbeigeführt wird.
10. 10. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurze magnetische Linsen gleichzeitig mit elektrostatischen Linsen sowie mit elektrostatischen Ablenkfeldern, die zur Ein- und Ausführung des Elektronenstroms in die Kreisbahn dienen, benutzt werden.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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