FI81477B

FI81477B - Hoegkraftfoenster och stoedkonstruktion foer elektronstraoleprocessorer.

Info

Publication number: FI81477B
Application number: FI852384A
Authority: FI
Inventors: Tzvi Avnery
Original assignee: Energy Sciences Inc
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1985-06-14
Publication date: 1990-06-29
Also published as: JPH0574899B2; JPS61195549A; CN85108631A; CA1229648A; EP0195153A2; US4591756A; FI81477C; ATE43752T1; IN163830B; FI852384L; EP0195153B1; CN85108631B; EP0195153A3; FI852384A0; DE3570802D1; IL75535A0

Description

81 477 1 Suurtehoikkuna ja tukirakenne elektronisuihku-prosessoreita varten Högkraftfönster och stödkonstruktion för elektronstraleprocessorer 5

Esillä oleva keksintö liittyy elektronipurkauslaitteisiin ja erityisesti 10 on esillä olevan keksinnön kohteena parannettu elektronisuihkuprosessorin suurtehoikkuna ja tukirakenne tällaisten laitteiden vaimentamat toman ulostulon määrälliseksi lisäämiseksi esimerkiksi jatkuvissa säteitysproses-seissa.

15 Ennestään tunnettujen suurtehoelektronisuihkuprosessoreiden ikkunoiden, mukaanlukien niiden tukirakenteet, kuten riparivit, jotka eivät ainoastaan tue metallista elektronisuihkun läpäisevää ikkunakalvoa ilmakehän painetta vastaan, vaan toimivat myös lämmönalentajina ja/tai jäähdytysnesteen lämmönsiirtovälineinä - niinkuin on esitetty esim. US-patentissa 3440466 -20 puutteena ovat käytössä elektronisuihkun taittumisongelmat sekä lämpölaajenemisesta ja siihen liittyvistä seikoista johtuvat kriitilliset ikkunan rikkoutumisongelmat. Edellä kuvatun tyyppiset ikkunarakenteet, kuten esim. US-patentissa 3442466, voivat sallia 75-98 %:n siirtokertoimen (ripojen aiheuttama kohtisuorien elektronien taittuminen on 25 % - 2 %), mutta 25 ripavälien ollessa suuremmat kuin noin 0,5 tuumaa (12,7 mm), on niiden havaittu olevan alttiita ripojen murtumiselle johtuen mainitusta lämpölaajenemisesta ja siihen liittyvistä vaikutuksista. Tuollaisella ulkomuodolla ripojen pituus on niiden paksuutta hyvin paljon suurempi niin, että pitemmät ikkunakehykset joutuvat alttiiksi alipaineen aiheuttamille tai-30 pumille, jotka nurjahduttavat rivat lämpölaajenemisongelmasta täysin riippumattomasti. Ripojen paksuuden tai lukumäärän lisääminen edelleen vähentää ikkunan läpi kulkevien elektronien määrää kasvaneesta läpäisemättömän elektronisuihkun taittumisesta johtuen.

35 Alipaineen sulkeva ikkunakalvo (esim. 0,001 tuuman (0,025 mm) paksuinen alumiinikalvo) kärsii sekä lämpö- että mekaanisista rasituksista, jotka ovat verrannollisia vierekkäisten ripojen välisen etäisyyden neliöön.

2 81477 1 Alumiinikalvot eivät lisäksi siedä korkeita lämpötiloja ja ne myös pilaantuvat ilmakehän kemiallisten korroosiovaikutusten johdosta. Suurtehokäy-tössä ikkunakalvon toimiessa optimiolosuhteissa, tuo etäisyys tulee kriittiseksi, kun rivat lämpölaajenevat ja nurjahtavat. Kalvo rikkoutuu täl-5 löin, eikä se pysty pitämään tyhjiötä.

Tämän johdosta esillä olevan keksinnön eräänä kohteena on saada aikaan uusi ja parannettu suurtehoelektronisuihkuikkunarakenne sekä sen tuki, joka ei ole altis ennestään tunnettujen ikkunoiden edellä mainituille hait-1Q tapuolille, vaan joka on vähemmän herkkä toimintaympäristön olosuhteille, jotka tähän asti ovat edistäneet nurjahtamista, myös suurissa ikkunoissa, suurtehoisissa ja/tai pitkäprosessiseissa vyöhykkeissä.

Toisena kohteena on saada aikaan uusi suurteho-kalvoikkunarakenne, joka 15 pystyy rajoittamaan virrantiheyttä ikkunassa, siten saaden aikaan laajemman suurtehokäsittelykyvyn.

Vielä eräänä kohteena on saada aikaan sellainen suurtehoikkuna, jolla on myös korkea siirtokerroin.

20

Vielä eräänä kohteena on saada aikaan suurtehoikkunarakenne, joka kärsii minimaalisesta läpäisemättömän elektronisuihkun taittumisesta.

Muut lisäkohteet selostetaan jäljempänä ja tarkemmin ne on hahmotettu 25 oheisissa patenttivaatimuksissa.

Yhteenvetona erään keksinnön tärkeän näkökohdan mukaan on keksinnön päämääränä suurtehoikkuna tyhjiöelektronisuihkugeneraattoria ja vastaavia varten, joka käsittää yhdistelmän, johon kuuluu pitkänomainen metalli-30 kalvoikkuna, jossa on tyhjiön sulkevat pituussuuntaiset reunat, ja yksi tai useampi joukko peräkkäin samansuuntaisesti ja välimatkan päähän toisistaan sijoitettuja lämpöä johtavia ripoja, jotka ulkonevat kalvosta ja joita tyhjiön paine pitää vasten kalvon sisäpintaa ja jotka kaareutuvat tasossa kohtisuoraan elektronisuihkun rataan nähden poikittain yli maini-35 tun sisäpinnan sen pituussuuntaisten reunojen välissä.

3 81 477 1 Edulliset konstruktiiviset yksityiskohdat ja paras suoritusmuoto selostetaan jäljempänä. Keksintöä kuvataan nyt viittauksin oheisiin piirustuksen kuvioihin: g Kuviot IA ja IB, jotka ovat päälikuvantoja, esittävät kahden tyyppisiä ripoja, jotka ovat erityisen käyttökelpoisia esillä olevan keksinnön yhteydessä;

Kuviot 2A ja 2B ovat poikkileikkauskuvia kuvion 1 rivoista suuremmassa -)Q mittakaavassa ja ne esittävät vaihtoehtoisia poikkileikkausmuotoja;

Kuviot 3A ja 3B vastaavat kuvioita 2A ja 2B ja ne esittävät ripojen ja ikkunan metallikalvon välistä kosketuspintaa; jg Kuvio 4 on päälikuvanto, joka esittää suurta ikkunaa, jossa on käytetty toista kuvion 1 mukaisista riparakenteista ja johon on lisätty tukieli-met rakenteen yhtenäistämiseksi; ja

Kuvio 5 on osittain leikattu pystykuva, joka esittää suurta ikkunaraken-20 netta, joka on konstruoitu nyt esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Kuvioiden IA ja IB mukaiseen päälikuvaan viitaten niissä on esitetty yleisesti viitenumerolla 1 merkitty elektronipurkauslaitteeseen, kuten elektronisuihkun säteitysprosessoriin tai -generaattoriin tarkoitettu 25 suurtehoikkuna, jossa on elektronit läpäisevä kalvo 5, joka on sidottu kehykseen, johon kuuluu jäykät reunatuet tai -seinämät 2, jotka ulottuvat yli ikkunan pituuden. Kehyksen reunaseinämiin 2 on kiinnitetty niihin kosketuksessa olevat useat kaarevat rivat F (kuvio IA) ja F’ (kuvio IB).

Rivat F on esitetty jatkuvan kaaren muotoisina, joilla on yksi kaarevuus-30 säde, kun taas rivat F' on esitetty S-muotoisina, joissa on useita kaarevia osia. Kehyksessä olevat rivat puristuvat vasten metallikalvoikkunaa 5, kun tämä on asennettu sulkemaan tyhjiö-elektronisuihkugeneraattori, jossa on 101,3 kPa:n (14,7 p.s.i) paine-ero tyhjiön ja ilmakehän paineen välillä ikkunan vastakkaisilla puolilla, joka paine-ero pitää ikkunan ripoja 35 vasten lämmönsiirtokosketuksessa. Elektronisuihku on suunnattu suorassa kulmassa ikkunan tasoa vastaan kuvioissa IA ja IB.

« 81477 1 Kuten edellä mainittiin, ikkunarakenne on käytössä alttiina lämpö- ja mekaanisille kuormituksille. Lämpökuormitus syntyy ikkunaan 1, kun elektroni-purkauslaitteella (ei-esitetty— esim. sen tyyppinen kuin on esitetty US-patenteissa 3702412, 3769600 ja 4100450) aikaansaatu elektronisuihku 5 siirtää elektronit alaspäin kuvioissa IA ja IB läpi laitteen tyhjiön ja sitten läpi kalvoikkunan 5 ja ilmakehään ikkunan ulkopuolelle (kuvioissa IA ja IB alle). Tämä johtuu pääasiassa viidestä tekijästä, jotka ovat: 1) kohtisuoran elektronisuihkun taittuminen, 2) ei-kohtisuoran elektroni-10 suihkun taittuminen, 3) elektronit menettävät jonkin verran energiaansa kulkiessaan kalvon 5 läpi, 4) elektronit leviävät takaisin ilmasta ja tuotteesta, ja 5) ikkunan ilmakehän puoleiselle sivulle syntyy lämpöä elektronisuihkun, kemiallisten reaktioiden jne. aiheuttamana.

Ί5 Esillä olevan keksinnön mukaisten ripojen F tai F' kaareutuminen pitkin tasoa, joka on kohtisuorassa elektronipurkauksen suuntaan nähden, vähentää hallitsemattoman lämpövääristymisen ja taipumisen ongelmaa, joka on ominainen ennestään tunnetuille ikkunoille, joissa on suoraviivaiset tai suorat rivat, koska jokainen kaarevista rivoista F lämpölaajenee samaan 20 suuntaan ja yhtä suuren määrän (joka määrä on paljon pienempi kuin suoraviivaisten ripojen ollessa kyseessä). Ripojen kannattama kalvoikkuna 5 kärsii näin ollen huomattavasti vähemmän lämpö- ja/tai mekaanisten rasitusten vaikutuksista.

25 Tällaisten kaarevien ripojen F käytöstä aiheutuviin muihin etuihin sisältyvät mm. seuraavat parannukset: 1) ikkunan läpi kulkevan elektronisuihkun tehonkäsittelyominaisuudet, s.o. rajavirrantiheys; 2) ikkunan siirtokerroin siinä suhteessa, että on mahdol-30 lista käyttää suurempaa väliä ripojen F välissä (minkä seurauksena on vähäisempi ei-kohtisuorien elektronien taittuminen ja/tai parempi siirtokerroin); 3) mahdollisuus käyttää ohuempaa kalvoa 5, mikä on olennaista alhaisilla kiihdytysjännittei]lä (150 kV ja vähemmän) johtuen kalvon 5 kasvavasta pysäytystehosta yhdistyneenä vähenevään elektronien energiaan; 4) mahdolli-35 suus tehdä suuria ja erittäin suuria ikkunoita suurtehovyöhykkeitä ja/tai pitkiä prosesseja varten; 5) mahdollisuus tehdä erittäin pitkiä ikkunoita, jotka ovat alttiina tyhjiökuormitukselle tai tyhjiön aiheuttamille ikkuna-kehyksen vääristymille pitkin ripoja F; ja 6) edellisten yhdistelmät.

5 81 477 1 Viitaten nyt kuvioihin 2A ja 2B, voidaan toinen sarja etuja saavuttaa vaihtelemalla ripojen F poikkileikkauksen muotoa ja pinta-alaa tavanomaisesta ennestään tunnettujen suoraviivaisten ripojen suorakulmaisesta poikkileikkauksesta, joka on esitetty katkoviivoin viitemerkinnällä L; 5 kuvion 2A esittäessä olennaisesti kolmion muotoiset tai hieman trapetsin muotoiset rivat F^, ja kuvion 2B esittäessä jokseenkin paraabelin muotoiset rivat F^. Ikkunaa 5 kohti suunnatut elektronit e , joita ei ole suunnattu tarkasti suorakulmaisesti, vaan jotka kulkevat pienessä kulmassa siihen nähden, kuten on esitetty eniten vasemmalla kuviossa 2A sekä kuvi-10 ossa 2B, eivät taitu niinkuin ne taittuisivat suorakulmaisista rivoista L.

Lisäksi ylöspäin kapenevien ripojen F^ ja F^ viistot sivut mahdollistavat rivan huippuun tai pienessä kulmassa, kuten muutamaan asteeseen (3°) asti, suunnattujen elektronien e heijastumisen rivan pinnasta estäen taittu-15 misen ja mahdollistaen siirtymisen ikkunan 5 läpi. Tästä on seurauksena lämpökuormituksesta aiheutuvien jännitysten pieneneminen ikkunassa 1, kuten myös korkeammat elektronisuihkun virrantiheydet, jotka voidaan välittää ikkunan läpi ilman vahingollista vaikutusta. Päällystämällä tai pinnoittamalla ripojen F pinta, joka on päin elektronisuihkua, suuren atomi-20 luvun omaavalla materiaalilla, kuten tantaalilla, voidaan saavuttaa parempi elektronisuihkun pintaheijastus kohti ikkunan ilmakehän puoleista sivua. Ripojen F elektronisuihkua päin olevien pintojen ja/tai kalvon sisäpuolisen pinnan päällystämistä alhaisen atomiluvun omaavalla materiaalilla tai materiaalielementillä, kuten alumiinilla, voitaisiin toisaalta käyttää vä-25 hentämään nopeiden elektronien pysäyttämisessä syntyvien röntgensäteiden tasoa, jos tämä on vakavampi ongelma.

Viitaten kuvioihin 3A ja 3B, jotka vastaavat kuvioiden 2A ja 2B ripoja Fj ja vastaavasti F^, kalvoikkunan 5 ripojen puoleisen sivun alipaine ja ik-30 kunan vastakkaisen tai esillä olevan sivun ilmakehän paine P aiheuttavat kalvoikkunaan aksiaalisen vetojännityksen T, joka estää hyvän kosketusalan muodostumisen ripojen ja kalvon välille johtuen "kummuista ja laaksoista", jotka tämän seurauksena siihen muodostuvat, kuten kuvioissa on esitetty; jota vaikutusta edelleen pahentavat ripojen F tasaiset kosketuspinnat, ku-35 ten kohdissa A. On havaittu, että jos ripojen ja kalvon välinen kosketuspinta on suunniteltu siten, että sillä on suhteellisen suuri kaarevuussäde R (kuviot 3A ja 3B) ja hyvin tasainen pinta, saavutetaan huomattava paran- 6 81477 1 nus kalvoikkunoiden lievästi kaarevien osien tehollisen kosketuspinnan pituudessa, mikä myös parantaa lämmönsiirto-ominaisuuksia.

Palaten nyt takaisin kalvoikkunan koostumukseen, on ikkunoissa käytetty 5 titaanikalvoja. On havaittu, että parempi korkean lämpötilan kestoikä, vetolujuus sekä johtavuus ovat seurauksena, mikäli bimetallinen kalvoikku-na on konstruoitu kahdesta erilaisesta erittäin ohuesta kalvosta, kuten alumiini-titaanista tai kupari-titaanista, jotka on sidottu yhteen. Tällaisten bimetallisten kalvojen käytöstä seuraaviin etuihin kuuluvat: 10 1) suuri lujuus, mikä johtuu titaaniperustaisesta alustasta sekä 2) parempi johtavuus kuin titaanilla yksistään, jolloin johtavuuskerroin on 3-15 tai enemmän sekä parempi sähkönjohtokyky tyhjiössä kalvon 5 ja rivan F välillä. Mitä jälkimmäiseen tekijään tulee, kokonaislämmönvastus 15 kalvon 5 ja rivan F välillä suuressa alipaineessa saadaan vähenemään kupari-kupari tai alumiini-kupari -jakopinnoilla, kullan ja hopean ollessa taloudellisesti ei-suotavia.

Optimaalinen hyöty keksinnön mukaisesta ikkunarakenteesta saadaan aikaan 20 käyttämällä riviä tai useita tällaisia ikkunoita, kuten on esitetty kuvioissa 4 ja 5, jossa ikkunat on esitetty modulimuodossa, jossa ikkunat on järjestetty (samansuuntaisesti) rinnakkain yhteiseen kehykseen, jossa on pitkittäistuet 2 ja poikittaiset päätytuet 7. Tällainen suuri kehys voi kuitenkin käytössä joutua alttiiksi vaikeille painekuormituksille siten, 25 että poikittaisia välitukia 6, jotka toimivat myös eripaksuisina - tässä tapauksessa paksumpina - ripoina, voidaan sijoittaa jaksoittain pitkin ikkunarakennetta kosketukseen sen kanssa vierekkäisten pituussuuntaisten kehystukien 2 väliin vääntymisen estämiseksi vaikeissa painekuormituksissa. On määritelty, että tällaiset tuet 6 eivät saisi taittaa enempää kuin 30 2-10 % kohtisuorista elektroneista ja että tuet voidaan pituussuunnassa järjestää vierekkäisissä ikkunoissa portaittain, kuten kuvioissa 4 ja 5 on esitetty. Tällainen rakenne mahdollistaa myös useiden elektronisuihkujen käytön yhdessä, suuret mitat omaavassa ikkunakehysrakenteessa suurte-hoista käyttöä varten.

II

35 7 81477 1 Vaikka keksintöä on edellä selostettu sen edulliseen suoritusmuotoon liittyen, on selvää, että keksintöä tässä korostavat parannukset voivat löytää käyttösovellutuksia myös muissa yhteyksissä, missä tällaisten parannusten tarjoamia etuja etsitään; ja että muut mekaaniset muodot ja modifikaatiot, 5 joissa käytetään keksinnön mukaista tekniikkaa, ovat myös alan ammattimiehelle ilmeisiä; jolloin nämä kuuluvat keksinnön puitteisiin siten kuin oheisissa patenttivaatimuksissa on määritelty.

10 15 20 25 30 35

Claims

1. Suurtehoikkuna tyhjiöelektronisuihkugeneraattoria tai vastaavia varten, tunnettu siitä, että se käsittää yhdistelmän, johon kuuluu pitkän- 5 omainen metallikalvoikkuna (5), jossa on tyhjiön sulkevat pituussuuntaiset reunat, ja yksi tai useampi joukko peräkkäin samansuuntaisesti ja välimatkan päähän toisistaan sijoitettuja lämpöä johtavia ripoja (FjFpF^), jotka ulkonevat kalvosta (5) ja joita tyhjiön paine pitää vasten kalvon (5) sisäpintaa ja jotka kaareutuvat tasossa kohtisuoraan elektronisuihkun 10 rataan nähden poikittain yli mainitun sisäpinnan sen pituussuuntaisten reunojen välissä.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että metallisten ripojen (FjF^.F^) kaarevuus on ainakin osittain C- ja j5 S-muotoinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että ripojen (F,Fj,F2) poikkileikkaus on kalvosta (5) tyhjiöön sisäänpäin kapeneva. 20

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että mainitut rivat (F.F^.F^) ovat poikkileikkaukseltaan olennaisesti paraabelin muotoiset.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että mainitut rivat (F.F^F^) ovat poikkileikkaukseltaan olennaisesti kolmion tai trapetsin muotoiset.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, 30 että metallisten ripojen (F.FpF^) joukko käsittää poikkileikkaukseltaan eripaksuisia ripoja.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että ainakin osat rivoista (F,FpF2) ovat päällystetyt suuren atomiluvun 35 omaavalla elementillä elektronisuihkun heijastusominaisuuksien parantamiseksi. li 9 81 477

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että suuren atomiluvun omaava elementti on tantaali.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, 5 että osa rivoista (F,F^,F2) on päällystetty pienen atomiluvun omaavalla elementillä elektronien (e ) kosketuksesta ripoihin (F.F^.F^) aiheutuvien röntgensäteiden muodostuksen vähentämiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu sii-10 tä, että pienen atomiluvun omaava elementti on alumiini.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että metallikalvossa (5) on elektronisuihkua päin olevalla pinnallaan pienen atomiluvun omaava elementti elektronien (e ) kosketuk- 15 sesta kalvoon (5) aiheutuvien röntgensäteiden muodostuksen vähentämiseksi.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että pienen atomiluvun omaava elementti on alumiini.

13. Patenttivaatimuksen 2 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu sii tä, että metallikalvo (5) on bimetallikalvo.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että bimetallikalvoon kuuluu titaania. 25

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen suurtehoikkuna, tunnettu siitä, että bimetallikalvoon kuuluu kuparia.

16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtehoikkuna, tunnet tu 30 siitä, että ripojen (F,Fj,F2) ikkunaan kiinnitetty pinta on kaareva ikkunan (5) hieman kaareviin osiin kiinnittämistä varten. 35 10 81 477