EP1372183A2 - High-temperature oven for solid samples evaporation in an electron-cyclotron-resonance ion source - Google Patents
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- EP1372183A2 EP1372183A2 EP03011507A EP03011507A EP1372183A2 EP 1372183 A2 EP1372183 A2 EP 1372183A2 EP 03011507 A EP03011507 A EP 03011507A EP 03011507 A EP03011507 A EP 03011507A EP 1372183 A2 EP1372183 A2 EP 1372183A2
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturofen zur Festkörperverdampfung in Elektron-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen, EZR-IQ, im internationalen Sprachgebrauch auch unter ECRIS, Electron-Cyclotron-Resonance-Ion-Source, bekannt. Der Hochtemperaturofen ist elektrisch und mechanisch an eine kühlmittelumströmte Schubstangeneinrichtung gekuppelt, mit der er durch ein am Rezipienten/Vakuumgehäuse angeflanschtes Führungsrohr in die vom zu verdampfenden Material abhängige Verdampfungposition geschoben und festgestellt oder daraus ohne Belüftung der EZR-IQ zurückgezogen werden kann. An dieses Führungsrohr ist umgebungsseitig noch ein Zugschieber angeflanscht, um ein Einführen oder Entnehmen des Hochtemperaturofens ohne Rezipientenbelüftung zu ermöglichen.The invention relates to a high-temperature furnace for solid evaporation in E lektron- Z yklotron- R esonanz- I on OURCES q, ECR IQ, in international usage even under ECRIS, E lectron- C yclotron- R esonance- I on- S ource known. The high-temperature furnace is electrically and mechanically coupled to a coolant-driven push rod device, with which it can be pushed through a guide tube flanged onto the recipient / vacuum housing into the evaporation position depending on the material to be evaporated and fixed or withdrawn therefrom without ventilation of the EZR-IQ. A pulling slide is flanged to this guide tube on the environment side, in order to enable the high-temperature furnace to be inserted or removed without recipient ventilation.
Der Hochtemperaturofen ist für die Metallionenerzeugung wichtig, da solche nur aus einem dampfförmigen Medium gewonnen werden können. Dazu muss das entsprechende Metall zuvor verdampft werden, wozu je nach Metall Temperaturen weit über 1000°C notwendig sind.The high temperature furnace is important for metal ion generation, since these are only obtained from a vaporous medium can be. To do this, the corresponding metal must first be evaporated depending on the metal temperatures well above 1000 ° C are necessary.
Der ständige Einsatz einer EZR-Ionenquelle hat gezeigt, dass mit der Produktion eines Ionenstrahles aus Festkörperatomen ein erheblicher Zeitaufwand verbunden ist. Sobald das Material verbraucht ist oder ein anderer Festkörper verwendet werden soll, also nach jedem Öffnen der Ionenquelle, muss eine mehrstündige Pumphase in Kauf genommen werden. Diese wird zur Erreichung des erforderlichen Hochvakuums von etwa 10-7 mbar gebraucht. Dieses Problem wurde zunächst mit einem Hochtemperaturofen, wie er aus der DE 196 05 171 bekannt ist, gelöst. Der Aufbau des Hochtemperaturofens und die dazu verwendeten Materialien lassen den Betrieb nur im Temperaturbereich von etwa 500°C bis etwa 1500°C zu, damit sind viele metallische Elemente zur Verdampfung ausgeschlossen, weil die benötigten Temperaturen mit diesem System, bei dem ein Heizdraht auf einen keramischen Grundkörper gewickelt ist, nicht zu erreichen sind. Die in diesem Temperaturbereich verfügbaren Keramiken werden bei den hohen Temperaturen chemisch reaktiv und können so nicht die benötigten langen Standzeiten erreichen.The constant use of an EZR ion source has shown that the production of an ion beam from solid-state atoms takes a considerable amount of time. As soon as the material is used up or another solid is to be used, i.e. after each opening of the ion source, a pumping phase of several hours has to be accepted. This is used to achieve the required high vacuum of around 10 -7 mbar. This problem was first solved with a high-temperature furnace, as is known from DE 196 05 171. The structure of the high-temperature furnace and the materials used for it only allow operation in the temperature range from about 500 ° C to about 1500 ° C, so many metallic elements for evaporation are excluded because the temperatures required with this system, in which a heating wire is on one ceramic base body is wound, can not be reached. The ceramics available in this temperature range become chemically reactive at the high temperatures and therefore cannot achieve the long service life required.
Das Verlangen, dampfförmige metallische Elemente bereitzustellen, die erst über 1500°C bis etwa 2000°C verdampfen, bildet auch die Aufgabe, die dieser Erfindung, die dieses Problem löst, zugrunde liegt, nämlich einen solchen Hochtemperaturofen mit wenigstens einem Tiegelvolumen wie aus dem Stand der Technik bekannt, mit einer ausreichenden Heizleistung für die zu verdampfende Metallmenge bereitzustellen. Insbesondere steht die Forderung im Raum, ein Metalldampf aus Uranoxid bereitstellen zu können, um daraus schließlich Uranionen in der EZR-IQ zu erzeugen.The desire to provide vaporous metallic elements which only evaporate above 1500 ° C to about 2000 ° C also the problem that this invention that this problem solves, is based, namely such a high temperature furnace with at least one crucible volume as from the prior art known with sufficient heating capacity for the to provide evaporating amount of metal. In particular it says the requirement in the room to provide a metal vapor from uranium oxide in order to be able to use it in the EZR-IQ to create.
In Anspruch 1 ist der Hochtemperaturofen mit seinen kennzeichnenden
Merkmalen beschrieben, der die Aufgabe löst bzw. die
Forderung erfüllt, auch Uranatome bereitstellen zu können. Dahinter
steht die technische Aufgabe die mit höchsttemperaturbelastbaren
Materialien/Legierungen erforderliche Verdampfungsleistung
zu erbringen, aber auch die bisherige Austauschfreundlichkeit
des Hochtemperaturofens mindestens beizubehalten.In
Der am Ende der gesamten Anordnung sitzende Hochtemperaturofen liegt koaxial zur Achse derselben und besteht aus einem zur Ionenquelle hin offenen, becherförmigen Tiegel, an dessen Boden außen ein Stiel, der Innenleiter, ansetzt. Den Stiel umgibt konzentrisch, ohne ihn zu berühren, ein bis kurz vor den Boden des Bechers reichender Außenleiter, die Filamentaufnahme. Becher und Stil bestehen aus einem Körper und sind aus einem Material, das den extremen thermischen Anforderungen unter Wahrung der geometrischen Form gewachsen ist. Für Temperaturen bis knapp über 2000°C erweist sich dafür nur noch Wolfram als tauglich, das allerdings sehr schwer auf Maß bearbeitbar ist.The high-temperature furnace at the end of the entire arrangement lies coaxial to the axis of the same and consists of a to Ionic source open, cup-shaped crucible, at the bottom outside a stem, the inner conductor, attaches. Surrounds the stem concentric, without touching it, until just before the The outer conductor reaching the bottom of the cup, the filament holder. Cup and style consist of one body and are made of a material that meets the extreme thermal requirements Preservation of the geometric form has grown. For temperatures up to just over 2000 ° C, only tungsten is found as suitable, but it is very difficult to edit to measure is.
Deshalb wird dafür eine spezielle, hochwarmfeste Wolfram-Legierung wie Wolfram-Ceroxid oder Wolfram-Lanthanoxid oder Wolfram-Thoriumoxid verwendet (Anspruch 2). Wolfram ist dabei jeweils mit 1 bis 2% des jeweiligen Oxids dotiert. Gegenüber reinem Wolfram hat die Wolram-Ceroxid-Legierung den hier nicht wichtigen Vorteil der niedrigeren Elektronenaustrittsarbeit. Wolfram-Lanthanoxid hat gegenüber Wolfram eine bessere Kriechbeständigkeit, eine höhere Rekristallisationstemperatur bei hohen Umformgraden und insbesondere eine noch höhere Warmfestigkeit. Wolfram-Thoriumoxid hat gegenüber reinem Wolfram eine höhere Rekristallisationstemperatur, eine höhere Warmfestigkeit, eine niedrigere Elektronenaustrittsarbeit und eine gute mechanische Bearbeitbarkeit, allerdings den problematischen Nachteil: es ist radioaktiv. Für den Hochtemperaturofen ist von der Fertigung, mechanische Bearbeitbarkeit, und dem Einsatz, hohe Warmfestigkeit, her gesehen die Wolfram-Lanthanoxid-Legierung vorzuziehen.That is why a special, highly heat-resistant tungsten alloy is used such as tungsten cerium oxide or tungsten lanthanum oxide or Tungsten thorium oxide used (claim 2). Wolfram is there each doped with 1 to 2% of the respective oxide. Across from The Wolram cerium oxide alloy does not have pure tungsten here important advantage of the lower electron work function. Tungsten-lanthanum oxide has better creep resistance than tungsten, a higher recrystallization temperature high degrees of deformation and in particular an even higher heat resistance. Tungsten thorium oxide has one compared to pure tungsten higher recrystallization temperature, higher heat resistance, a lower electron work function and a good one mechanical workability, but the problematic Disadvantage: it is radioactive. For the high temperature furnace is of manufacturing, machinability, and use, high heat resistance, seen from the tungsten-lanthanum oxide alloy preferable.
Der Außenleiter ist im Betrieb ebenfalls diesen extrem hohen Temperaturen ausgesetzt, allerdings nicht in dem Masse wie der Becher/Tiegel, der direkt angestrahlt wird. Am Außenleiter setzt die Heizwendel/-spirale an. Als Material für den Außenleiter ist Tantal oder Molybdän oder Niob oder Wolfram geeignet (Anspruch 3). Falls noch eine einigermaßen gute mechanische Bearbeitbarkeit gefordert ist, ist Tantal zu bevorzugen.The outer conductor is also extremely high in operation Exposed to temperatures, but not to the extent that Cup / crucible that is directly illuminated. On the outer conductor attaches the heating coil / spiral. As material for the outer conductor tantalum or molybdenum or niobium or tungsten is suitable (Claim 3). If still a reasonably good mechanical one Machinability is required, tantalum is preferred.
Um den Becher sitzt freistehend die Heizwendel, die nur mit ihrem einen Ende den Becherrand und mit ihrem andern Ende die dem Becher zugewandte Stirn des Außenleiters kontaktiert. Die Heizwendel ist zug- und druckfrei also ohne mechanische Spannung eingebaut und verformt sich auch unter höchster Belastung allenfalls nur soweit, dass der frei liegende Bereich noch nirgends berührt. Die Heizwendel ist aus einer speziellen Wolframlegierung, die die extremen Belastungen formkonstant aushält. In Frage kommt bisher nur sogenanntes vakuummetallisiertes Wolfram, kurz VM-Wolfram, der Firma Plansee Aktiengesellschaft in A-6600 Reute/Tirol.The heating coil, which is only available with, sits around the cup at one end the rim of the cup and at the other end the contact the forehead facing the outer conductor. The The heating coil is free of tension and pressure, i.e. without mechanical tension installed and deforms even under the highest loads at most only so far that the exposed area is still nowhere touched. The heating coil is made of a special Tungsten alloy that keeps the extreme loads constant in shape endures. So far, only so-called vacuum-metallized has been considered Wolfram, or VM-Wolfram for short, from Plansee Aktiengesellschaft in A-6600 Reute / Tirol.
Für den Betrieb sind die Stromübergänge von Baukomponente zu Baukomponente von wesentlicher Bedeutung. Es darf auch bei hoher thermischer Belastung zu keinen Stromdichteüberhöhungen kommen, die vollends zu rascher Selbstzerstörung führen. Hierzu ist der Stiel im Endbereich vor seiner freien Stirn über eine vorgegebene axiale Länge und um den vollen Umfang herum mittels einer Buchse (10) aus um den Umfang gleichverteilten Federkontakten mit einem auf der freien Stirn der Schubeinrichtung andockenden Schubstangeninnenteil (13) lösbar gesteckt. Diese Komponente hat sich erfahrungsgemäss langzeitlich bewährt und ist andern Kontaktierungsmaßnahmen überlegen.The current transitions from the component are closed for operation Construction component essential. It is allowed even at high thermal load to no current density increases that completely lead to rapid self-destruction. For this purpose, the stem is in the end area in front of its free forehead over a given axial length and around the full circumference around by means of a socket (10) around the circumference evenly distributed spring contacts with one on the free forehead the push rod inner part of the pushing device (13) releasably inserted. Experience has shown that this component has proven itself proven long-term and is other contacting measures think.
Die Schubeinrichtung hat mechanische und elektrische Funktion. Mechanisch, weil mit ihr der Hochtemperaturofen in Position geschoben/gedreht oder aus ihr gezogen wird. Elektrisch, weil der Heizungsstrom über die Stromzu- und Stromdurchführung fließt. Eine Kupfer-Beryllium-Legierung erfüllt alle Betriebsforderungen zufriedenstellend.The pusher has mechanical and electrical functions. Mechanically because the high-temperature furnace is in position with it pushed / rotated or pulled out of it. Electric because the heating current via the power supply and current feedthrough flows. A copper-beryllium alloy fulfills all of them Operating requirements satisfactory.
Über das in Anspruch 1 gekennzeichnete Bauprinzip hinaus sind
in den Unteransprüchen 4 bis 7 Maßnahmen beschrieben, die ein
stabiles Langzeitverhalten und eine Bedienerfreundlichkeit unterstützen:
Die Stromdurchführung ist ein Zusammenbau, also ein konfektioniertes
Bauteil, aus einem zentralen Kupferstab mit einer
übergeschobenen Hülse aus dielektrischem, keramischem Material.
Aluminiumoxid, Al2O3, beispielsweise erweist sich als gut
geeignet. Diese Al2O3-Hülse steckt in einer metallischen Ringtopfhülse,
die, am Kupferstab hart angelötet, ortsfest sitzt.
Über den andern Stirnbereich ist ebenfalls über die Stirn hinaus
eine metallische Hülse geschoben. Beide metallische Hülsen
sind aus einer schweißbaren Eisennickellegierung, beispielsweise
FeNi42, und berühren sich nicht (Anspruch 4).In addition to the construction principle characterized in
The current feedthrough is an assembly, that is to say a prefabricated component, made of a central copper rod with a sleeve of dielectric, ceramic material that is pushed over it. Aluminum oxide, Al 2 O 3 , for example, proves to be well suited. This Al 2 O 3 sleeve is in a metallic ring pot sleeve, which, when hard-soldered to the copper rod, is fixed in place. A metallic sleeve is also pushed over the forehead over the other forehead area. Both metallic sleeves are made of a weldable iron-nickel alloy, for example FeNi42, and do not touch (claim 4).
Um möglichst verlustarm Wärme im Becherinnern zu erzeugen,
setzt nach Anspruch 5 an der freien Stirn des Bechers ein umgebendes
Abschirmrohr an, das die Heizwendel mindestens vollständig
verdeckt. In dieses Abschirmrohr ist eine zylindrische
Abschirmung mit mindestens der Länge der eingebauten Heizwendel
geschoben. Beide Abschirmungen werden mit der dazwischengeschobenen
geriffelten Reflexionsfolie auf Abstand zueinander
gehalten, sie berührt beide punktförmig und/oder allenfalls
nur abschnittsweise linienförmig. Damit ist ein wirksames Hitzeschild
aufgebaut und Wärmeleitung nach außen auf ein unvermeidbares
Maß beschränkt. Beide Abschirmungen und die Folie
sind aus einem hochwarmfesten Material, z.B. Tantal.In order to generate heat with as little loss as possible inside the cup,
sets according to
Das Führungsrohr ist metallisch und gut wärmeleitend. Es überlappt das Abschirmrohr in jeder Arbeitsposition des Hochtemperaturofens und bildet mit ihm einen Ringspalt. Die Weite des Ringspalts lässt einerseits einen elektrischen Potentialunterschied zwischen dem Führungsrohr und der Abschirmung zu und ist andrerseits höchstens so weit, dass die Mikrowelle aus der EZR-IQ noch nicht eindringen kann, beispielsweise höchsten 1/10 der Wellenlänge der Mikrowelle. Damit ist der Hochtemperaturofen samt Schubeinrichtung von der Mikrowelle im Rezipienten abgeschirmt, so dass keine zerstörerischen Ankopplung an den Ofen und die Schubeinrichtung eintreten kann. Der Ofen kann auf ein andres elektrische Potential als das Führungsrohr gelegt werden (Anspruch 6), das ist für gewisse Einsätze in einer Beschleunigeranlage wichtig.The guide tube is metallic and has good heat conductivity. It overlaps the shielding tube in every working position of the high temperature furnace and forms an annular gap with it. The vastness of the On the one hand, annular gaps leave an electrical potential difference between the guide tube and the shield to and is on the other hand at most so far that the microwave from the EZR-IQ cannot penetrate yet, for example highest 1/10 of the wavelength of the microwave. So that's the High temperature furnace including a pushing device from the microwave in the Containers are shielded so that no destructive coupling can enter the oven and the pusher. The Oven can have a different electrical potential than that Guide tube are placed (claim 6), that is for certain Use in an accelerator system is important.
Die flächige Kontaktierung am Stiel des Ofens ist zur Vermeidung von punktuellen Stromdichteüberhöhungen zwingend. Der kommerziell erhältlichen ODU-Kontakt der Firma Otto Dunkel aus Mühldorf am Inn erfüllt die Anforderungen bei Nennbetrieb langzeitlich (Anspruch 7). Ein auf diesem Bauprinzip beruhender Steckkontakt sitzt in der in die Umgebung ragende Stirn (der Stromzuführung) des Innenteils der zusammengebauten Schubstange. Der Gegenkontakt für den Stromanschluss sitzt auf dem in Verlängerung nach hinten vorhandenen Außenrohr außerhalb des Rezipienten in der Klemmschelle zur axialen Positionierung des Hochtemperaturofens, darin ist ebenfalls ein ODU-Steckkontakt eingebaut.The flat contact on the handle of the furnace is to be avoided of selective current density increases imperative. The commercially available ODU contact from Otto Dunkel Mühldorf am Inn meets the requirements for nominal operation long-term (claim 7). One based on this principle Plug contact sits in the forehead protruding into the surroundings (the power supply) of the inner part of the assembled Push rod. The mating contact for the power connection is on the outer tube in the extension to the rear outside of the recipient in the clamp for axial positioning of the high-temperature furnace, there is also an ODU plug contact built-in.
Die Verwendung einer freistehenden Heizwendel mit beispielsweise 17 Windungen, welche sich bei über 2000°C durch die Wahl der verwendeten Materialien und die Art der Konstruktion weniger als 0,7 mm im weiter unten vorgestellten Durchführungsbeispiel durchbiegt ist neu, auch die Verwendung einer Schubstange mit zwei Funktionen, welche auf einem Außendurchmesser von beispielhaft nur 13 mm nicht nur eine koaxiale Wasserzu- und abfuhr beinhaltet, sondern auch die Zu- und Ableitung des benötigten Heizstroms von ~ 35 A bei einer Spannung von ~ 12 V im Durchführungsbeispiel.Using a free-standing heating coil, for example 17 turns, which can be selected at over 2000 ° C the materials used and the type of construction less than 0.7 mm in the implementation example presented below sagging is new, including the use of a Push rod with two functions, which on an outer diameter of just 13 mm as an example, not just a coaxial one Water supply and discharge includes, but also the supply and discharge the required heating current of ~ 35 A at a voltage of ~ 12 V in the implementation example.
Das komplett isolierte Ofensystem kann auf eine separate Spannung gelegt werden, weil das alles umhüllende Führungs- oder Gehäuserohr den eingeschobenen Hochtemperaturofen mit seinem Innenrohr, Mittenrohr und Außenrohr an keiner Stelle über die gesamte Länge metallisch berührt.The completely insulated furnace system can operate on a separate voltage be placed because the all enveloping leadership or Housing tube with the inserted high temperature furnace Inner tube, middle tube and outer tube nowhere over the entire length touched metallic.
Die Verwendung von Materialien mit einem benötigten Dampfdruck von 10-3 Torr bei bis zu 2000°C in einem Ofen zur Festkörperverdampfung mit geringsten Abmessungen ist so möglich. Der Ofen kann konstruktiv einfach auf ein anderes Potential gelegt werden.The use of materials with a required vapor pressure of 10 -3 Torr at up to 2000 ° C in an oven for solid-state evaporation with the smallest dimensions is possible. The furnace can be easily put to another potential.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die
Zeichnung setzt sich aus 3 Figuren zusammen. Im einzelnen
zeigt:
Das Durchführungsbeispiel ist beispielhaft. Die freistehende
Heizwendel 2 ist für den Anwendungsfall in der Ionenquelle der
Beschleunigeranlage bei GSI konzipiert. Die geometrischen Konturen
sind anlagenangepasst. Das Prinzip ist auf andere Anwendungsfälle
übertragbar und kann in seinen Massen und Auslegungen
entsprechend modifiziert werden.The implementation example is exemplary. The
Der Hochtemperaturofen enthält hier eine 30 mm lange freistehende
Heizwendel 2 mit insgesamt 17 Windungen. Diese aus vakuummetallisiertem
Wolfram, VM-Wolfram, der Firma Plansee hergestellte
Heizwendel 2 wird im Betrieb so heiß, dass das Nutzmaterial
bis knapp über 2000°C erhitzt werden kann. Durch die
spezielle Konstruktion und das gewählte Material biegt sich
die Heizwendel 2 nur minimal durch, und zwar allenfalls so
weit, dass in jedem vorgesehenen Betriebsfall keine Berührung
mit einem andern Bauteil des Hochtemperaturofens, außer der
elektrischen Kontaktierung an der jeweiligen Stirn, eintreten
kann, ein elektrischer Kurzschluss tritt im Nennbetrieb nicht
auf.The high-temperature furnace contains a 30 mm free-standing
Die zusammengebaute Schubstange besteht über ihre Länge hinweg
aus verschiedenen Bauelementen, einerseits denen für die zentrale
elektrische Leitung, nämlich der Stromzuführung 21 mit
ihrem ODU-Stechkontakt 47 an der Stirn zur Umgebung, die geschraubt
in der konfektionierten Stromdurchführung 16 sitzt,
wobei das Schubstangeninnenteil 13 mit der Stromdurchführung
16 verschraubt ist und über den ODU-Kontakt 10 auf dem Stiel
der Tiegelaufnahme 4 steckt. Diese insgesamt elektrisch zentral
leitende Verbindung ist zur elektrischen Isolation im Bereich
der Stromzuführung 21 und hälftig bei der Stromdurchführung
16 mit Keramikrohren umgeben, im Bereich des Schubstangeninnenteils
13 mit dem Keramikrohr 12, im Bereich des Stiel
4 mit dem keramischen Haltestift 8. Diese Keramikrohre 20, 12,
8 sind alle aus Al2O3. Die koaxiale elektrische Rückleitung
besteht aus dem Außenleiter 6, die Filamentaufnahme 6, um den
Stiel 4, er ist über Gewindestifte 23 mit dem Schubstangenvorderteil
9 verspannt, das selbst mit dem Schubstangenaußenteil
14 verschraubt ist, dieses wiederum ist mit dem Schubstangenhinterteil
15 verschraubt. Das Schubstangenhinterteil 15 ist
an der zylindrischen Hülse der Stromdurchführung 16 außen hart
verlötet.The assembled push rod consists of various components over its length, on the one hand those for the central electrical line, namely the
Am Schubstangenhinterteil 15 setzt hartverlötet das Außenrohr
17 an und führt bis zum Kühlmittelanschluss F. Das Innenrohr
19 ist mit der Hülse an der Stromdurchführung 16 innen verschweißt
und führt ebenfalls bis zum Kühlmittelanschluss F.
Zwischen Außen- 17 und Innenrohr 19 sitzt koaxial das Mittenrohr
18 mit seiner abgeschrägten Stirn im Bereich der Verschraubung
von Stromzuführung 21 und Stromdurchführung 16 am
Schubstangenhinterteil 15, dort ist auch die Kühlmittelumlenkung.The outer tube is brazed to the
Der Führungskugelring 11 aus Al2O3 im Endbereich des Stiels 4
hält diesen Aufbau in dem Gehäuserohr 48 spaltbildend koaxial.The
Durch diesen Aufbau besteht einerseits der geschlossene Kühlmittelkreislauf
und es wird der Luftdruck der Umgebung unmittelbar
entlang der Stromzuführung 21 bis zur ringtopfförmigen
Haltehülse an der konfektionierten Stromdurchführung 16 geführt.With this construction, there is, on the one hand, the closed coolant circuit
and the ambient air pressure becomes immediate
along the
Dieser Aufbau und die Verwendung von ODU-Kontakten kann die
benötigte Heizleistung von etwa 400 W dem Hochtemperaturofen
zugeführt werden. Die Schubstange wird mit dem herkömmlichen
leicht variiertem (Außendurchmesser Schubstange 13 mm)
Schleusensystem in die EZR-IQ eingeführt.This structure and the use of ODU contacts can
required heating power of about 400 W the high temperature furnace
are fed. The push rod is with the conventional
slightly varied (outer
Der Aufbau des Hochtemperaturofens mit Schubeinrichtung ist
folgender:
Nach dem Herausziehen des an die Schubeinrichtung gekoppelten Hochtemperaturofens bis hinter den letzten der drei Spannringe 53, siehe gestrichelte Position, wird der Zugschieber geschlossen und das hintere Schleusenteil 29 - 34 zusammen mit dem Hochtemperaturofen und dem Schubrohr abgenommen, ohne die EZR- IQ zu belüften.
The
The assembled
After pulling out the high-temperature furnace coupled to the pusher to behind the last of the three clamping rings 53, see dashed position, the slide valve is closed and the rear lock part 29 - 34 is removed together with the high-temperature furnace and the push tube without venting the EZR-IQ.
Das beschriebene Durchführungsbeispiel hat erste Tests
bestanden:
Claims (7)
elektrisch und mechanisch an eine Schubeinrichtung angekuppelt, mit der er durch ein am Rezipienten/Vakuumgehäuse angeflanschtes Führungsrohr und daran angeflanschtem Zugschieber in die Verdampfungsposition geschoben und festgestellt oder daraus ohne Belüftung der EZR-IQ zurückgezogen werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass der am Ende der Anordnung sitzende Hochtemperaturofen koaxial zur Achse dieser Anordnung sitzt,
dass aus einem zur Ionenquelle hin offenen Tiegel (4), der aus einem Becher mit an seinem Außenboden ansetzenden Stiel, dem Innenleiter, und
dem diesen Stiel nicht berührenden, bis kurz vor den Boden des Bechers reichenden Außenleiter (6), der Filamentaufnahme, und
der um den Becher freistehenden Heizwendel (2), die mit ihrem einen Ende den Becherrand und mit ihrem andern Ende die dem Becher zugewandte Stirn des Außenleiters (6) kontaktiert,
besteht,
wobei der Becher (4) mit ansetzendem Innenleiter (4) aus einem elektrisch leitfähigen, bis über 2000°C ohne die Form zu ändernden thermisch belastbaren Material und
der Außenleiter (6) aus einem ebensolchen bestehen,
die Heizwendel (2) aus einer Wolframlegierung ist, die, mechanisch spannungslos eingesetzt, ihre Gestalt bei höchster Nenntemperatur nicht oder allenfalls nur soweit ändert, dass keine Berührung mit andern Bauteilen eintreten kann,
dass der Stiel (4) im Endbereich vor seiner freien Stirn über eine vorgegebene axiale Länge und um den vollen Umfang herum mittels einer Buchse (10) aus um den Umfang gleichverteilten Federkontakten mit einem auf der freien Stirn der Schubeinrichtung andockenden Schubstangeninnenteil (13) lösbar gesteckt ist,
dass die Stromzuführung (21) und die an ihr angekuppelte Stromdurchführung (16) der Schubeinrichtung aus je einer axial verlaufenden Stange aus einer elektrisch, die Wärme gut leitenden und mechanisch auf Zug, Druck und Torsion belastbaren Legierung bestehen.High-temperature furnace for solid-state evaporation in electron cyclotron resonance ion sources, EZR-IQ,
electrically and mechanically coupled to a pusher with which it can be pushed into the evaporation position and locked or pulled out of it without ventilation of the EZR-IQ through a guide tube flanged to the recipient / vacuum housing and a flanged slide valve attached to it,
characterized in that the high-temperature furnace located at the end of the arrangement sits coaxially with the axis of this arrangement,
that from a crucible (4) open towards the ion source, which consists of a cup with a stem attached to its outer bottom, the inner conductor, and
the outer conductor (6), the filament receptacle, which does not touch this stem and which reaches just before the bottom of the cup, and
the heating coil (2) standing free around the cup, which contacts the cup rim with one end and with the other end the face of the outer conductor (6) facing the cup,
consists,
wherein the cup (4) with attached inner conductor (4) made of an electrically conductive material that can be thermally loaded up to over 2000 ° C. without changing the shape and
the outer conductor (6) consists of the same,
the heating coil (2) is made of a tungsten alloy, which, when used without mechanical tension, does not change its shape at the highest nominal temperature or at most only changes to such an extent that it cannot come into contact with other components,
that the handle (4) in the end region in front of its free forehead is releasably inserted over a predetermined axial length and around the full circumference by means of a bushing (10) made of spring contacts which are equally distributed around the circumference, with a push rod inner part (13) docking on the free forehead of the pushing device is
that the power supply (21) and the power feed-through (16) of the thrust device coupled to it each consist of an axially extending rod made of an alloy that is electrically conductive, heat-conductive and mechanically resilient to tension, pressure and torsion.
dadurch gekennzeichnet, dass der Becher (4) mit ansetzendem Innenleiter (4) aus einer hochwarmfesten Wolframlegierung, wie Wolfram-Ceroxid oder Wolfram-Lanthanoxid oder Wolfram-Thoriumoxid, ist.High-temperature furnace according to claim 1,
characterized in that the cup (4) with attached inner conductor (4) is made of a high-temperature tungsten alloy, such as tungsten cerium oxide or tungsten lanthanum oxide or tungsten thorium oxide.
dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiter (6) aus Tantal oder Molybdän oder Niob oder Wolfram ist.High temperature furnace according to claim 2,
characterized in that the outer conductor (6) is made of tantalum or molybdenum or niobium or tungsten.
dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführung (16) ein Zusammenbau aus einem stabförmigen, elektrisch gut leitenden Material wie Kupfer mit einer übergeschobenen Hülse aus dielektrischem, keramischem Material ist, die an ihrem einen Stirnbereich über eine metallische Ringtopfhülse am Kupferstab (16) ortsfest gehalten wird und am andern Stirnbereich von einer metallischen Hülse bis über die Stirn hinaus umgeben ist, wobei sich beide Hülsen nicht berühren. High temperature furnace according to claim 3,
characterized in that the current feedthrough (16) is an assembly made of a rod-shaped, electrically highly conductive material such as copper with a sleeve of dielectric, ceramic material which is pushed over and which is held in place at one end region via a metallic ring pot sleeve on the copper rod (16) and on the other forehead area is surrounded by a metal sleeve up to and beyond the forehead, the two sleeves not touching
dadurch gekennzeichnet, dass an der freien Stirn des Bechers ein umgebendes Abschirmrohr (1) ansetzt, das die Heizwendel (2) mindestens vollständig verdeckt,
in dieses Abschirmrohr (1) eine zylindrische Abschirmung (3) mit mindestens der Länge der eingebauten Heizwendel (2) geschoben ist, die mit einer geriffelten Reflexionsfolie (56) in Lage gehalten wird, die beide Abschirmungen (1) und (3) punktweise und/oder allenfalls abschnittsweise linienförmig berührt und diese drei Teile (1), (3), (56) aus einem hochwarmfesten, metallischen Material sind.High temperature furnace according to claim 4,
characterized in that a surrounding shielding tube (1) attaches to the free face of the cup and at least completely covers the heating coil (2),
in this shielding tube (1) a cylindrical shield (3) with at least the length of the built-in heating coil (2) is pushed, which is held in position with a corrugated reflective film (56), the two shields (1) and (3) at points and / or if necessary touched linearly in sections and these three parts (1), (3), (56) are made of a heat-resistant, metallic material.
dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (48) metallisch und gut wärmeleitend ist und das Abschirmrohr (1) in jeder Arbeitsposition des Hochtemperturofens nichtberührend überlappt,
wobei der Ringspalt zwischen Führungsrohr (48) und Abschirmrohr (1) mindestens soweit ist, dass ein unterschiedliches elektrisches Potential aufrechterhalten werden kann und höchstens soweit ist, dass die Mikrowelle aus der EZR-IQ nicht eindringen kann.High temperature furnace according to claim 5,
characterized in that the guide tube (48) is metallic and has good thermal conductivity and the shielding tube (1) does not overlap in any contact position in any working position of the high-temperature furnace,
the annular gap between the guide tube (48) and the shielding tube (1) is at least to the extent that a different electrical potential can be maintained and at most is to the extent that the microwave cannot penetrate from the EZR-IQ.
dadurch gekennzeichnet, dass die flächige elektrische Kontakteinrichtung (10) zwischen dem Stiel (4) und dem Schubstangeninnenteil (13) ein ODU-Kontakt ist.High temperature furnace according to claim 6,
characterized in that the flat electrical contact device (10) between the stem (4) and the push rod inner part (13) is an ODU contact.
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