EP1123641A1 - Gasgefüllter teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten plasmaquelle - Google Patents

Gasgefüllter teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten plasmaquelle

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EP1123641A1
EP1123641A1 EP99952541A EP99952541A EP1123641A1 EP 1123641 A1 EP1123641 A1 EP 1123641A1 EP 99952541 A EP99952541 A EP 99952541A EP 99952541 A EP99952541 A EP 99952541A EP 1123641 A1 EP1123641 A1 EP 1123641A1
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EP
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discharge
particle accelerator
trigger
plasma source
sliding discharge
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EP99952541A
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Michael SÖHNER
Wolfgang Frey
Christoph Schultheiss
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/52—Generating plasma using exploding wires or spark gaps

Definitions

  • the invention relates to a pulsed plasma source for a gas-filled particle accelerator.
  • a pulsed plasma source for a gas-filled particle accelerator.
  • an ignition plasma of sufficient density which is provided by a plasma source, is necessary.
  • Such a plasma source (see FIG. 4) consists of an inner conductor, an outer conductor in the form of a copper tube and a Teflon insulator.
  • the Teflon insulator between the inner and outer conductors serves as a plasma dispenser.
  • the copper tube is introduced into the hollow cathode space 4 of the particle accelerator.
  • the outer conductor 3 of the tube is connected to the potential of the hollow cathode 2.
  • the center electrode is pulled to ground potential to initiate the ignition process by igniting the spark gap 16. This leads to a surface sliding discharge between the outer and inner conductors along the insulator surface, as a result of which the insulator material evaporates and is ionized on the surface (plasma formation).
  • the service life of the plasma source is of little interest for industrial use, a maximum of 10 5 - 10 ° ignition processes, since a lot of insulator material (Teflon) is evaporated and ionized during an ignition process.
  • the material is usually removed on one side, so that after a short operating time, ie a few 10 5 ignitions, erosion channels are burned into the Teflon insulator.
  • the ignition plasma is then no longer generated on the surface of the trigger and does not penetrate into the hollow cathode space, the generation of a particle beam does not occur. There is then a short circuit across this plasma in the erosion channel of the trigger, with the capacitor acting as an electrical energy source about a discharge resistor and the discharge that starts the discharge
  • the trigger is placed in the hollow cathode hole. It is therefore located at a location that is particularly subject to severe erosion in hollow cathode arrangements.
  • the trigger circuit and load circuit have different voltage levels.
  • the required ignition voltage in pressure ranges below p 1.2 Pa is over 15 kV.
  • the invention is therefore based on the object of having a plasma source for an industrially used particle accelerator for the ablation of material on a substrate which is very robust and has a long-term constancy which is excellent for the application problems.
  • Their construction must be simple because of the low susceptibility to malfunction and it must be inexpensive. It must have a long service life, ie withstand 10 7 - 10 9 discharges, and work with repetition frequencies up to a few 100 Hz.
  • the object is achieved by a pulsed plasma source according to the preamble and the characterizing features of claim 1.
  • the new plasma source or the newly developed slide discharge trigger works in a pressure range of 0.1 ⁇ p ⁇ lOPa.
  • the generation of a sufficient plasma for the reproducible and safe generation of a particle beam is essential there. However, this can only be achieved to a limited extent with low-erosion ceramics.
  • the trigger and load circuit are supplied by the same voltage source (up to 20 kV).
  • a high-current discharge is generated via an auxiliary capacitor, which means that it is also possible to use low-erosion ceramics as ignition media.
  • the service life is 2xl0 7 discharges at a working pressure of 1 Pa, whereby the erosion increases with falling working pressure. With a higher working pressure, it becomes correspondingly lower.
  • a ceramic insulator (10) is inserted as an insulator between the two ignition electrodes.
  • no discharges take place over the surface even after a trigger pulse (20 kV) is applied. It is therefore necessary to pre-treat the surface of the insulator so that the resistance to surface sliding discharges is reduced.
  • a thin layer of soda-water glass is applied to the surface of the ceramic, which supports the discharge in the initial stage.
  • a differently insulating and easily evaporable material can also be applied to the ceramic surface. While this starting layer is used up, discharges also take place via the ceramic insulator itself, which contaminates the surface with oxides. After the soda-water glass has been used up, the surface of the insulator is so contaminated that surface discharge can take place over the surface. The ceramic material is then evaporated and ionized during further operation.
  • the trigger serves as a stable plasma source over a large pressure range (0.1 Pa ⁇ p ⁇ 10 Pa).
  • an emission ring 7 is installed in the hollow cathode space, it serves as an emission edge for the main discharge of the particle accelerator and thus as protection for the cathodes of the Triggers 8 from erosion. Is the plasma source of the potential of the
  • FIG. 2 Main discharge separated (Fig. 2), the erosion of the plasma source (trigger electrodes, ceramic insulator) is also reduced. 2 shows an example for the control of such a plasma source.
  • the subclaim 2 specifies the ceramic that lies between the two coaxial electrodes of the plasma source.
  • Claim 3 characterizes the coaxial electrode arrangement in a very suitable and commercially inexpensive embodiment, namely as a car spark plug.
  • a special connection of the trigger anode is used to control the ignition duration and the ignition energy. It is characterized in claim 4.
  • the plasma source is very reliable, shows good ignition behavior even at low working pressures ( ⁇ 1 Pa) and has a long service life (several 10 7 shots).
  • the execution with the Zundker centrigger allows discharge frequencies up to over 300 Hz without dropouts.
  • proven technology - spark plugs are available on the market - a durable and reliable plasma source can be built at a low cost.
  • the plasma source used is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows: 1 shows the spark plug trigger with potential isolation,
  • Figure 2 shows the triggering with potential isolation
  • FIG. 3 shows the spark plug trigger in a multi-channel arrangement
  • FIG. 4 shows the plasma source according to the prior art.
  • the section in FIG. 1 shows the schematic, concentric structure of the trigger.
  • the spark plug consists of the inner conductor 6, which ends in the anode 9 of the trigger, the surrounding insulator tube 5, which collides at the anode 9 with the insulator 10 of the anode 9, and the sheathed housing 3.
  • the spark plug is modified, it has as the cathode 8 the cup-shaped structure at the end of the spark plug in the housing 3, so that the front of the anode 9 and the insulator 10 and the outer bottom of the cathode 8 have a flat end face form. This arrangement sits in the insulator 4, which electrically separates the spark plug from the hollow cathode 2.
  • the emission ring 7 In front of the forehead of the modified spark plug is the emission ring 7, which is embedded in the hollow cathode 2 there. It is dimensioned in such a way that its inside emission edge leaves the sliding discharge area of the trigger free. In front of it is the hollow cathode space 4, into which the channel spark tube 1 opens. The channel spark tube is connected in a vacuum-tight manner to the hollow cathode 2 via the O-ring 11.
  • the electrical wiring is shown in Figure 2.
  • the capacitor 12 is charged by the high-voltage source via the protective diode 14 and the inductance 13.
  • the resistor 15 controls the potential, it keeps the anode 9 of the spark plug trigger at the same potential as the cathode.
  • the spark gap 16 ignites and sets the inner conductor 6 of the spark plug center via the trigger capacitor 18 to ground potential.
  • the potential change between anode 9 and cathode 8 of the trigger leads to ignition the surface sliding discharge and plasma formation over the ceramic insulator 10.
  • the spark remains until the trigger capacity 18 is charged.
  • the trigger energy per discharge is set using the trigger capacitance 18.
  • the cathode 8 and the outer jacket 3 of the spark plug trigger have the same potential during charging, since they are coupled to the hollow cathode via the inductor 19 and the diode 20 lying in series therewith. During ignition, both are decoupled from one another via precisely this branch 19, 20, so that the energy from the capacitor 12 for igniting the main discharge is only conducted via the emission ring 7. This additionally reduces the erosion at the plasma source, namely the trigger electrodes 8, 9 and the insulator 10. After the main discharge has been ignited, the trigger capacitance 18 is discharged via the resistor 17.
  • the multi-channel arrangement for a coating system is shown in FIG. 3. Only now does the respective inductive decoupling 13, 14 of the particle accelerator (channel spark sources) make sense, namely simultaneous charging, but decoupled discharge during ignition. With the same wiring and dimensioning, the jitter between the discharges is very low; it has no negative quality impact on the coating. Discharge frequencies of over 100 Hz can be carried out over the long term without misconduct.
  • FIG. 2 The dimensioning of the components in FIG. 2 is exemplary; it depends on the application and can therefore also vary depending on which material is to be ablated where and how. Reference list

Description

Gasgefüllter Teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten
Plasmaquelle
Die Erfindung betrifft eine gepulste Plasmaquelle für einen gasgefüllten Teilchenbeschleuniger. Zur Erzeugung eines elektrisch geladenen Teilchenstrahls für einen gasgefüllten Teilchenbeschleuniger (siehe DE 42 08 764) ist ein Zündplasma ausreichender Dichte, das von einer Plasmaquelle bereitgestellt wird, notwendig.
Eine solche Plasmaquelle (siehe Figur 4) besteht aus einem Innenleiter, einem Außenleiter in der Form eines Kupferrohres und einem Teflon-Isolator, dabei dient der Teflon-Isolator zwischen Innen- und Außenleiter als Plasmaspender. Das Kupferrohr wird in den Hohlkathodenraum 4 des Teilchenbeschleunigers eingebracht. Der Außenleiter 3 des Rohres ist dabei mit dem Potential der Hohlkathode 2 verbunden. Der Innenleiter 6 wird beim Aufladen der Kondensatoren 12 über die Widerstände 15, 17 auf gleichen Potential gehalten wie der Außenleiter 3. Nachdem die Ladespannung erreicht ist, wird zum Einleiten des Zündvorgangs die Mittelelektrode durch das Zünden der Funkenstrecke 16 auf Massepotential gezogen. Dadurch kommt es zu einer Oberflächengleitent- ladung zwischen Außen- und Innenleiter entlang der Isolatoroberfläche, wodurch an der Oberfläche Isolatormaterial verdampft und ionisiert (Plasmabildung) wird.
Die Lebensdauer der Plasmaquelle ist für den industriellen Einsatz uninteressant gering, maximal 105 - 10° Zündvorgänge, da bei einem Zündvorgang sehr viel Isolatormaterial (Teflon) verdampft und ionisiert wird. Der Materialabtrag erfolgt in der Regel einseitig, so daß nach kurzer Betriebszeit, d. h. einigen 105 Zündungen, Erosionskanäle in den Teflonisolator eingebrannt sind. Das Zündplasma wird dann nicht mehr an der Oberfläche des Triggers erzeugt und dringt nicht bis in den Hohlkathodenraum ein, die Erzeugung eines Teilchenstrahls bleibt aus. Es kommt dann zu einem Kurzschluß über dieses Plasma im Erosionskanal des Triggers, wobei sich der Kondensator als elektrische Energiequelle über einen Entladewiderstand und die die Entladung startende
Funkenstrecke entlädt. Dieser Fehlerfall ist zu vermeiden, da dabei kein Teilchenstrahl mehr erzeugt wird und der Trigger und der Widerstand thermisch zu stark belastet werden und als Folge davon ausfallen. Weiterhin ist die Erzeugung eines ausreichenden Plasmas zum Zünden der Hauptentladung stark druckabhängig (nur > 1 Pa) . Für manche Anwendungen ist es aber notwendig, bei niedrigeren Drucken zu arbeiten. Die Fertigungstoleranzen dieser Trigger sind relativ groß, wodurch sich die Lage der Plasmaquelle im Hohlkathodenraum von Trigger zu Trigger ändert. Dadurch und durch das Material bedingt, ist die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der Plasmaquelle sehr gering.
In IEEE Transactions on Plasmascience, Vol. 23, No . 3, June 1995 berichten A. Görtier et al . über Untersuchungen mit der Trigge- rung von Hohlkathodenentladungen, d. h. dem Entladungstyp, auf dem die Funktion des Teilchenbeschleunigers basiert. Der Ansatz des Gleitentladungstriggers ist durch vier wesentliche Punkte gekennzeichnet :
- Der Trigger ist in der Hohlkathodenbohrung plaziert. Er sitzt damit an einer Stelle, die bei Hohlkathodenanordnungen besonders starker Erosion ausgesetzt ist.
- Es werden erosionsarme Keramiken als Gleitentladungsmedium, wie A1203, SiN, TiO; und hoch dielektrische Materialien, wie Ba Ti03, verwendet. Der Arbeitsdruck ist hoch und liegt bei p = 10 Pa.
- Der Triggerkreis und Laststromkreis besitzen unterschiedliche Spannungspegel. Die erforderliche Zündspannung in Druckbereichen unterhalb von p = 1,2 Pa liegt über 15 kV.
- Die Lebensdauer der Gleitentladungstrigger bei p = 50 Pa wird mit maximal 10 Zündvorgängen angegeben.
Bei einer anderen Einrichtung, dem Glimmentladungstrigger (T. Mehr et al . , "Trigger Devices for Pseudospark Switches", IEEE Transactions on Plasmascience, Vol. 23, No . 3, June 1995), wer- den Ladungsträger aus einer kontinuierlich brennenden Glimmentladung in den Hohlkathodenraum injiziert. Diese Methode arbeitet nur bei Gasdrücken von p > 10 Pa und ist daher zur Triggerung eines Teilchenbeschleunigers nicht geeignet.
Der Corona-Plasma-Trigger (L. Ducimetiere et al. "Pseudo-Spark Switch Development for the LHC Beam Dumping System", Europ. Org. for Nucl . Research CERN-SL Div., Cern SL/94-51) oder auch der ferroelektrische Trigger (M. Lenentil et al . , "Corona-Plasma Triggered Pseudospark Discharges", IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 23, No . 3, June 1995) basieren auf der Elektronenemission aus hochdielektrischen Keramiken. Die Plasmaerzeugung erfolgt nach der Elektronenemission durch Stossionisationsef- fekte im Hohlkathodenraum bei einem vergleichsweise hohen Druck von p = 60 Pa.
Aus der Notwendigkeit die Standzeiten einer industriellen Versuchsanlage mit 26 Teilchenbeschleunigern zur Materialablation zu erhöhen, wird die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Plasmaquelle von zentraler Bedeutung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen industriell eingesetzten Teilchenbeschleuniger zur Ablation von Material auf einem Substrat eine Plasmaquelle zu haben, die sehr robust ist und eine für die Einsatzproblematik ausgezeichnete Langzeitkonstanz hat. Ihr Aufbau muß wegen der geforderten geringen Störanfälligkeit einfach und er muß kostengünstig sein. Sie muß eine hohe Lebensdauer haben, d. h. 107 - 109 Entladungen überstehen, und mit Wiederholfrequenzen bis zu einigen 100 Hz arbeiten.
Die Aufgabe wird durch eine gepulst betriebene Plasmaquelle gemäß dem Oberbegriff und den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Die neue Plasmaquelle bzw. der neu entwickelte Gleitentla- dungstrigger arbeitet in einem Druckbereich von 0,1 < p < lOPa. Dort ist die Erzeugung eines ausreichenden Plasmas zur reproduzierbaren und sicheren Generierung eines Teilchenstrahls unabdingbar. Dies kann mit erosionsarmen Keramiken jedoch nur beschränkt erreicht werden. Der Trigger- und Laststromkreis werden von der gleichen Spannungsquelle (bis 20 kV) versorgt. Um ein ausreichendes Plasma zu erzeugen, wird eine stromstarke Entladung über einen Hilfskondensator erzeugt, somit ist es möglich, auch erosionsarme Keramiken als Zündmedien einzusetzen. Die Lebensdauer beträgt 2xl07 Entladungen bei einem Arbeitsdruck von 1 Pa, wobei die Erosion mit sinkendem Arbeitsdruck zunimmt. Bei höherem Arbeitsdruck wird sie entsprechend geringer.
Als Isolator zwischen den beiden Zündelektroden wird ein Keramikisolator (10) eingebracht. Bei Drucken in denen der Teilchenbeschleuniger eingesetzt wird, finden auch nach Anlegen eines Triggerpulses (20 kV) keine Entladungen über die Oberfläche statt. Es ist daher notwendig, die Oberfläche des Isolators so vorzubehandeln, damit der Widerstand gegen Oberflächengleitent- ladungen herabgesetzt wird. Eine dünne Schicht Natron-Wasserglas wird auf die Oberfläche der Keramik aufgebracht, sie unterstützt die Entladung im Anfangsstadium.
Es kann auch ein anders isolierendes und leicht zu verdampfendes Material auf die Keramikoberfläche aufgebracht werden. Während diese Startschicht aufgebraucht wird, erfolgen auch Entladungen über den Keramikisolator selbst, der dadurch an der Oberfläche mit Oxyden verunreinigt wird. Nach Verbrauchen des Natron-Wasserglases ist die Oberfläche des Isolators so verunreinigt, daß Oberflächen Gleitentladungen über die Oberfläche stattfinden können. Im weiteren Betrieb wird dann das Keramikmaterial verdampft und ionisiert.
Der Trigger dient über einen großen Druckbereich (0,1 Pa < p < 10 Pa) als stabile Plasmaquelle. Um höhere Standzeiten zu erreichen, wird ein Emissionsring 7 in den Hohlkathodenraum eingebaut, er dient als Emissionskante für die Hauptentladung des Teilchenbeschleunigers und somit als Schutz der Kathoden des Triggers 8 vor Erosion. Wird die Plasmaquelle vom Potential der
Hauptentladung getrennt (Fig. 2), verringert sich die Erosion der Plasmaquelle (Triggerelektroden, Keramikisolator) zusatzlich. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Ansteuerung einer solchen Plasmaquelle.
Erst die Parallelschaltung des Kondensators 18 vorgegebener Kapazität zu dem Widerstand 17 bringt die idealen Zundbedmgungen im Gleitentladungsbereich zwischen Anode 9 und Kathode 8. Dieser Kondensator bildet, wenn die Funkenstrecke 16 durchgezundet hat, zunächst einen Kurzschluß, so daß zwischen Kathode 8 und Anode 9 schlagartig die volle Potentialdifferenz ansteht. Der Start der Gleitentladung ist daher, zeitlich gesehen, extrem jitterarm und alleine auf diese Maßnahme zur ckzuführen.
Im Unteranspruch 2 wird die Keramik, die zwischen den beiden koaxialen Elektroden der Plasmaquelle liegt spezifiziert.
Anspruch 3 kennzeichnet die koaxiale Elektrodenanordnung in einer sehr geeigneten und kommerziell gunstigen Ausfuhrung, nämlich als Autozundkerze.
Zur Steuerung der Zunddauer und der Zundenergie dient eine spezielle Beschaltung der Triggeranode, sie ist in Anspruch 4 gekennzeichnet .
Die Plasmaquelle ist sehr zuverlässige, zeigt ein gutes Zundver- halten auch bei niedrigen Arbeitsdrucken (< 1 Pa) und hat eine hohe Lebensdauer (mehrere 107 Schuss) . Die Ausfuhrung mit dem Zundkerzentrigger laßt Entladefrequenzen bis über 300 Hz ohne Aussetzer zu. Dadurch, daß eine bewahrte Technik eingesetzt wird - Zündkerzen sind auf dem Markt erhältlich - kann mit geringfügigen Kosten eine langlebige und zuverlässige Plasmaquelle aufgebaut werden.
Die eingesetzte Plasmaquelle wird im folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigt: Figur 1 den Zündkerzentrigger mit Potentialtrennung,
Figur 2 die Ansteuerung des Triggers mit Potentialtrennung und
Figur 3 die Zündkerzentrigger in Mehrkanalanordnung,
Figur 4 die Plasmaquelle nach dem Stande der Technik.
Den schematischen, konzentrischen Aufbau des Triggers zeigt der Schnitt in Figur 1. Die Zündkerze besteht aus dem Innenleiter 6, der in der Anode 9 des Triggers endet, dem umgebenden Isolatorrohr 5, das an der Anode 9 mit dem Isolator 10 der Anode 9 zusammenstößt, und dem ummantelnden Gehäuse 3. Die Zündkerze ist modifiziert, sie hat als Kathode 8 das topfförmige Gebilde am Ende der Zündkerze in das Gehäuse 3 eingelassen, so daß die Stirn der Anode 9 und des Isolators 10 sowie der äußere Boden der Kathode 8 eine ebene Stirnfläche bilden. Diese Anordnung sitzt in dem Isolator 4, der die Zündkerze elektrisch von der Hohlkathode 2 trennt. Vor der Stirn der modifizierten Zündkerze sitzt der Emissionsring 7, der dort in die Hohlkathode 2 eingelassen ist. Er ist so dimensioniert, daß seine innen liegende Emissionskante den Gleitentladungsbereich des Triggers frei läßt. Davor befindet sich der Hohlkathodenraum 4, in den die Kanalfunkenröhre 1 mündet. Die Kanalfunkenröhre ist vakuumdicht über den O-Ring 11 mit der Hohlkathode 2 verbunden.
Die elektrische Beschaltung ist in Figur 2 dargestellt. Über die Schutzdiode 14 und die Induktivität 13 wird der Kondensator 12 von der Hochspannungsquelle aufgeladen. Der Widerstand 15 steuert das Potential, er hält die Anode 9 des Zündkerzentriggers auf dem gleichen Potential wie die Kathode. Nach Erreichen der Ladespannung, die über den Elektrodenabstand der Funkenstrecke 16 eingestellt wird, zündet die Funkenstrecke 16 durch und setzt den Innenleiter 6 des Zündkerzentriggers über den Triggerkondensator 18 auf Massepotential. Durch die Potentialänderung zwischen Anode 9 und Kathode 8 des Triggers, kommt es zum Zünden der Oberflachengleitentladung und Plasmabildung über dem Keramikisolator 10. Dabei bleibt der Funke so lange erhalten, bis die Triggerkapazitat 18 aufgeladen ist. Mit Hilfe der Triggerka- pazitat 18 wird die Zundenergie pro Entladung eingestellt. Die Kathode 8 und der Außenmantel 3 des Zundkerzentriggers haben wahrend der Aufladung gleiches Potential, da sie über die Induktivität 19 und der dazu in Reihe liegenden Diode 20 mit der Hohlkathode gekoppelt sind. Wahrend des Zundens werden über genau diesen Zweig 19, 20 beide voneinander entkoppelt, so daß die Energie vom Kondensator 12 zur Zündung der Hauptentladung nur noch über den Emissionsring 7 geleitet wird. Dadurch verringert sich die Erosion an der Plasmaquelle, nämlich der Triggerelektroden 8, 9 und des Isolators 10, zusätzlich. Nach dem Zünden der Hauptentladung wird die Triggerkapazitat 18 über den Widerstand 17 entladen.
Die Mehrkanalanordnung für eine Beschichtungsanlage ist in Figur 3 dargestellt. Jetzt erst hat die jeweilige induktive Entkopplung 13, 14 der Teilchenbeschleuniger (Kanalfunkenquellen) ihren Sinn, nämlich die simultane Aufladung, aber entkoppelte Entladung beim Zünden. Bei gleichartiger Beschaltung und Dimensionie- rung ist der Jitter zwischen den Entladungen sehr gering, er macht sich bei der Beschichtung qualitativ nicht negativ bemerkbar. Entladefrequenzen von ber 100 Hz sind langzeitlich ohne Fehlverhalten durchfuhrbar.
Die Dimensionierung der Bauteile in Figur 2 ist beispielhaft, sie richtet sich nach dem Anwendungsfall und kann daher auch verschieden sein, je nach dem, welches Material wo und wie abla- tiert werden soll. Bezugszeichenliste
1 Kanalfunkenrohr
2 Hohlkathode
3 Mantel, Gehäuse
4 Isolator
5 Isolator
6 Innenleiter
7 Emissionsring
8 Kathode
9 Anode
10 Isolator, Keramik
11 O-Ring
12 Kondensator Kapazität
13 Induktivität
14 Diode
15 Widerstand
16 Funkenstrecke
17 Widerstand
18 Kondensator Kapazität
19 Induktivität
20 Diode

Claims

Patentansprüche :
1. Gasgefüllter Teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten Plasmaquelle, bestehend aus: einer koaxialen Elektrodenanordnung aus Innenleiter und Außenleiter, die durch ein Dielektrikum, das an seiner freien Stirnfront als Plasmaspender dient, voneinander getrennt sind, wobei die Elektrodenanordnung in einen Hohlkathodenraum ragt, der wiederum in eine Strahlführungskammer, die Kanalfunkenstrecke oder den eigentlichen Teilchenbeschleuniger, mündet, und auf der stirnseitigen Oberfläche die Gleitentladung vom Außen- zum Innenleiter stattfindet, aus einer elektrischen Beschaltung zum Erzeugen der Hochspannungspotentiale, zum Zünden der Oberflächengleitentladung und zum Beschleunigen der elektrisch geladenen Teilchen, gekennzeichnet durch die neuen Merkmale: der aus der stirnseitigen, koaxialen Elektrodenanordnung (8, 9, 10) bestehende Gleitentladungstrigger ragt an einer erosionsarmen Stelle, dem Rückraum (4) der Hohlkathode, in den Hohlkathodenraum, das Dielektrikum im Gleitentladungsbereich ist aus einer erosionsarmen Keramik, die an ihrer exponierten Stirnfläche zur Unterstützung der Gleitentladung mit einem erodierenden Gleitentladungsmedium bedeckt ist, im Hohlkathodenraum vor dem Gleitentladungsgebiet ist koaxial ein Emissionsring (7) mit Emissionskante angebracht, der den Gleitentladungsbereich freiläßt und als Quelle für die Hauptentladung für den Teilchenbeschleuniger dient, der Triggerkreis und der Laststromkreis für den Teilchenbeschleuniger haben eine gemeinsame Hochspannungsquelle, die Triggeranode (9) ist über eine Parallelschaltung aus einem elektrischen Widerstand (17) und einem Kondensator (18) mit einer die Entladung bewirkenden Funkenstrecke (16) verbunden und über die Kapazität des Kondensators (18) ist die Zünddauer der Gleitentladung und die Zündenergie einstellbar.
2. Gasgefüllter Teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten Plasmaquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet," daß die koaxiale Elektrodenanordnung (8, 9, 10) über eine koaxiale, teilweise dielektrische Positioniereinrichtung und über eine richtungsbeschränkte, induktive Kopplung vom elektrischen Potential der Hauptentladung getrennt ist.
3. Gasgefüllter Teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten Plasmaquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erosionsarme Keramik A1;03 oder SiN oder Ti02 oder das mit herkömmlichen Werkzeugen bearbeitbare Macor oder das hochdielektrische Material BaTi03 oder eine sonstige, dafür geeignete Keramik ist.
4. Gasgefüllter Teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten, langlebigen Plasmaquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxiale Elektrodenanordnung eine Automobilzündkerze ist, die eine topfartige Triggerelektrode (8) aufgesetzt hat und von der Triggeranode (9) über einen Keramikring (10) mit
Startschicht im Gleitentladungsbereich elektrisch getrennt ist.
EP99952541A 1998-10-29 1999-10-08 Gasgefüllter teilchenbeschleuniger mit einer gepulsten plasmaquelle Expired - Lifetime EP1123641B1 (de)

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