NL1032863C2 - Inrichting voor het opwekken van kortgolvige straling op basis van een door gasontlading opgewekt heet plasma, alsmede werkwijze voor de vervaardiging van een met koelmiddel doorstroomd elektrodehuis. - Google Patents

Description

P78241NL00

Titel: Inrichting voor het opwekken van kortgolvige straling op basis van een door gasontlading opgewekt heet plasma, alsmede werkwijze voor de vervaardiging van een met koelmiddel doorstroomd elektrodehuis.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de opwekking van kortgolvige straling op basis van een door gasontlading opgewekt heet plasma, alsmede op een werkwijze voor de vervaardiging van een met koelmiddel doorstroomd elektrodehuis voor de gasontlading, in het bijzonder 5 voor een ladingsbron ten behoeve van het opwekken van ultrahoog ultraviolette straling (EUV) in een golflengte gebied van 11-14 nm.

In de halfgeleiderindustrie is behoefte aan straling met steeds kortere golflengtes, om in de toekomst nog kleinere structuren van geïntegreerde schakelingen op de chips te belichten. Thans zijn 10 lithografische inrichtingen met Excimerlasers in gebruik, die met 157 nm de kortste golflengte zullen bereiken, en waarbij nog transmissieoptiek of katadioptrische systemen gebruikt worden. Volgens de wet van Moore dienen toekomstige nieuwe stralingsbronnen met nog kortere golflengtes beschikbaar te zijn, om de oplossing van de albeelding in het lithografische 15 proces van de halfgeleiderchipvervaardiging te verhogen.

Aangezien voor deze nieuwe stralingsbronnen met golflengtes onder 157 nm geen transmissieoptiek meer beschikbaar is, dienen reflectieoptieken te worden ingezet, waarvan bekend is dat deze een zeer beperkte numerieke apertuur bezitten. Dit leidt tot een reductie van de 20 oplossing van optische systemen en kan slechts door een verdere verkorting van de gebruikte golflengtes worden gecompenseerd.

Om EUV-straling (in het golflengtegebied van 11-14 nm) op te wekken zijn verscheidene geschikte technologieën bekend, waarbij de stralingsopwekking uit lasergeïnduceerd plasma en uit 25 gasontladingsplasma de grootste potentie bieden. Voor 1032863 2 gasontladingsplasma's bestaan wederom verschillende concepten, bijvoorbeeld plasmafocus, capillair ontlading, holle kathode ontlading en de Z-pinch ontlading. Bij de laatste technologie worden in het bijzonder hoge eisen aan de elektrodes gesteld, waarbij echter de daarvoor ontwikkelde 5 doel-oplossingsconcepten ook op de andere gasontladingstechnologieën overdraagbaar zijn.

In de stand van de techniek zijn oplossingen voor elektrodekoeling wezenlijk aan een koelkringloop gekoppeld, waarbij vooral koelkanalen met ribbenstructuren in de elektrodelichamen worden toegepast.

10 Zo is uit US 6,815,900 B2 een stralingsbron voor opwekken van EUV-straling op basis van een gasontladingsplasma bekend, die voor het bereiken van een hoog stralingsvermogen in doorsnede en langdurige stabiliteit geoptimaliseerde concentrische elektrodehuizen beschrijft, met een binnenruimte waarin de gasontlading tussen telkens kraagvormig 15 uitgevoerd anode en kathode plaats heeft. In de wanden van het elektrodehuis zijn telkens holle ruimtes met ribbels, poreus materiaal of capillaire structuren (zogenaamde warmtepijp-inrichtingen) voorzien die door een koelmiddel worden doorstroomd.

Uit US 2004/0071267 Al is een plasmafocus stralingsbron voor 20 opwekken van EUV-straling, onder gebruikmaking van lithiumdamp met eveneens een coaxiale anode en kathodeconfiguratie, geopenbaard. Ten behoeve van erosievermindering en levensduurverhoging van de elektroden is - om de elektrodetop, ook wanneer deze uit hoog smeltbaar wolfraam bestaat, onder de smelttemperatuur te houden- naast gecombineerde 25 warmtestraling, en warmtevermogenskoppeling een verdere zogenaamde warmtepijp-koeling voorzien. Daarbij wordt het principe van de vloeistofverdamping in een verwarmd bereik en de condensatie in een koud bereik van de warmtebuis gebruikt, waarbij de terugvoer van de vloeistof over een kous verloopt. Op grond van de hoge latente verdampwarmte bij 30 verdampen en condensatie van lithium (verdampwarmte van 21 kJ/g) is 3 daarmee de afvoer van een warmtelast van ongeveer 5 kW zonder hoge massastromen mogelijk.

Daarnaast is uit US 2004/0160155 Al een gasontladings-EUV-bron bekend, welke door middel van een metaalhalogeen-gas, dat met het uit het 5 plasma uittredende debris een methaalhaloginide vormt, het het plasma uittredende debris onderdrukt. Daarbij heeft de bron een speciale anode, met differentieel onderscheidelijk gedoteerd keramisch materiaal (bijvoorbeeld siliciumcarbide of aluminiumoxide), dat als doteringen boornitride of een metaaloxide (bijvoorbeeld SiO of T1O2) bevat, om in een 10 eerste bereik elektrisch geleidend en in een tweede bereik warmtegeleidend te zijn, waarbij het eerste bereik zich bij het elektrodeoppervlak bevindt. Deze elektrode wordt dan door een holle binnenruimte, die twee koelmediumkanalen bevat of poreus metaal, dat de koelmiddeldoorlaat definieert, gekoeld.

15 De nadelen van de inzet van hiervoor beschreven oplossingen ten behoeve van elektrodekoeling zijn in de eerste plaats de relatief hoge kosten voor de vervaardiging, in het bijzonder bij koeling met bundels capillaire structuren of met poreus materiaal, die de kosten en de compactheid van eenvoudige koelmechanismes (bijvoorbeeld met ribben voorziene 20 koelkanalen) een veelvoud overstijgen. Daarnaast zijn nadelig de onmogelijkheid van een monolithische fabricagemethode, die complexiteit en de relatief grote ruimtebehoefte, om de speciale structuren ten behoeve van oppervlaktevergroting in de elektroden te integreren.

Aangezien de complexiteit, de afmetingen, maar vooral de kosten 25 van een dergelijke stralingsbron volgens het hierboven beschreven gasontladingsconcept uiteindelijk het succes of het mislukken van de stralingsbron bij toepassing in de halfgeleide lithografie bepalen, moet getracht worden de afzonderlijke componenten (zoals bijvoorbeeld de elektrodes met koelinrichtingen) bij geringe technische en financiële inzet 4 met een gelijk of hoger prestatievermogen (in het bijzonder levensduur) in vergelijking met tot nog toe ontwikkelde technologieën te ontwikkelen.

Een doel van de uitvinding is, om een nieuwe mogelijkheid voor gasontladingsgebaseerde kortgolvige stralingsbronnen met een in doorsnede 5 hoog stralingsvermogen in een quasi-continu ontladingsbedrijf te vinden, die met prijsgunstige, eenvoudige middelen effectieve koelingsprincipes realiseren, om een tijdelijk smelten van elektrode-oppervlakken te verhinderen en aldus een grote levensduur van de elektroden te leveren, zonder dat aanmerkelijk grotere elektrodehuizen of grotere 10 koelmiddelhoeveelheden nodig zijn.

Volgens de uitvinding wordt het doel bij een inrichting voor opwekken van kortgolvige straling op basis van een door gasontlading opgewekt heet plasma, omvattend een ontladingskamer, die door een eerste en tweede coaxiaal elektrodehuis omsloten en geëvacueerd is, waarin een 15 werkgas onder gedefinieerde druk wordt ingeleid en die een uittreedopening voor de kortgolvige straling bevat, waarbij beide elektrodehuizen door een isolatorlaag elektrisch doorslagvast tegen elkaar geïsoleerd zijn en het tweede elektrodehuis met een vernauwde uitgang in het eerste elektrodehuis reikt, om een gasontlading met een bereik om de 20 uittreedopening van het eerste elektrodehuis mogelijk te maken, daardoor opgelost, dat het eerste elektrodehuis om de uittreedopening en het tweede elektrodehuis bij de vernauwde uitgang elk een elektrodekraag omvatten, zodat de gasontlading voor opwekking van het stralende plasma gericht tussen deze elektrodekragen binnen de ontladingskamer van het eerste 25 elektrodehuis aangestoken wordt, waarbij in de elektrodekraag speciale koelkanalen voor doorstroming van een koelmiddel in het elektrode materiaal zijn geïntegreerd, dat de koelkanalen radiaal tot op enkele millimeters aan thermisch hoogbelaste oppervlakbereiken van de elektrodekraag toegevoerd zijn en in het bereik van de hoogbelaste 30 oppervlakken in hoofdzaak parallel ten opzichte van de symmetrieas van de 5 elektrodehuizen een vernauwd kanaaldeel voorzien ten behoeve van verhoging van stromingssnelheid van een omlopend koelmiddel, en dat het vernauwde kanaaldeel met kanaalstructuren voor vergroting van de binnenoppervlakken en voor verdere verhoging van de stromingssnelheid 5 van het omlopende koelmiddel zijn voorzien, waarbij de kanaalstructuren door geschikte oppervlaktebearbeiding van het vernauwde kanaaldeel zijn vervaardigd.

Op voordelige wijze zijn de vernauwde kanaaldelen door materiaalafname achteraf met een kanaalstructuur voorzien. De 10 materiaalafname is bij voorkeur door ruwstralen met een materiaal met een grote korrelgrote, in het bijzonder een van de straalmaterialen hardgoedgranulaat, glasstraalparels of korund opgewekt. Het vernauwde kanaaldeel kan echter tevens erosief door etsen of materiaalverstuiving zijn gestructureerd.

15 In een nadere voordelige uitvoering is het vernauwde kanaaldeel door belaging achteraf met een kanaalstructuur voorzien. Doelmatig wordt het vernauwde kanaaldeel door materiaalopbrengen met granulaat gestructureerd, waarbij het granulaat ten minste uit een metaal, een metaallegering, of een metaalkeramiek met zeer goede warmtegeleidend 20 vermogen bestaat. Daarbij is het voordelig, wanneer het granulaat ten minste één van de metalen koper, aluminium, zilver, goud, molybdeen, wolfraam of een legering daarvan bevat. Op voordelige wijze bestaat het uit één van de legeringen MoCu, WCu of AgCu of een van de metaalkeramieken AIO SiC of A1N. Het granulaat kan verder op voordelige wijze uit diamant 25 bestaan.

De diameter van een vernauwd kanaaldeel is op doelmatige wijze aan de korrelgrootte van het gebruikte granulaat aangepast, waarbij de diameter van het kanaaldeel ten minste twee keer zo groot is als de korrelgrootte van het granulaat. Bij voorkeur bedraagt de diameter van het 30 vernauwde kanaaldeel tussen 100 pm en 2 mm.

6

In een voordelige uitwerking van de koelstructuur van het elektrodehuis is het vernauwde kanaaldeel als concentrische ringspleet om de symmetrie-as van het elektrodehuis uitgevoerd.

In een nadere doelmatige uitvoering worden vernauwde 5 kanaaldelen door boringen vervaardigd. In de laatste variant wordt het voordeel geleverd, dat een kanaalstructuur door insnijden van een binnenschroefdraad kan worden uitgevoerd.

De vernauwde kanaaldelen worden bij voorkeur door een koelmiddel met geringe viscositeit doorstroomd. Daarvoor komen doelmatig 10 gedeïoniseerd water of een speciale olie, in het bijzonder galden, voor aanmerking.

Daarnaast wordt een doel van de uitvinding bij een werkwijze voor vervaardiging van met koelmiddel doorstroomde elektrodehuizen voor door gasontlading opgewekt heet plasma, waarbij een ontladingskamer door een 15 eerste en tweede coaxiaal elektrodehuis omsloten en geëvacueerd is, waarin een werkgas onder gedefinieerde druk wordt ingeleid, waarbij beide elektrodehuizen door een isolatorlaag elektrisch onderling doorslagvast zijn geïsoleerd en van koelkanalen zijn voorzien, en het tweede elektrodehuis met een vernauwde uitgang in het eerste elektrodehuis reikt, om een 20 gasontlading met een tegenoverliggend bereik van het eerste elektrodehuis mogelijk te maken, daardoor opgelost, dat de koelkanalen in ten minste twee verschillende ortogonaalvlakken ten opzichte van een symmetrie*as van het elektrodehuis radiaal van buiten naar binnen in de elektrodehuizen tot op een afstand ten opzichte van het thermisch hoogbelaste oppervlak van 25 enkele millimeters geboord worden, en dat een vernauwd kanaaldeel in hoofdzaak parallel ten opzichte van de symmetrie-as zo wordt uitgenomen, dat dat kanaaldeel een verbindingskanaal van geringe diameter tussen telkens twee koelkanalen van verschillende ortogonaalvlakken in een eindbereik van de radiaal ingeboorde koelkanalen voorziet.

7

Op voordelige wijze wordt het vernauwde kanaaldeel als smalle ringspleet concentrisch ten opzichte van de symmetrieas uitgefreesd, zodat het in een elektrodehuis samenhangend en volledig de elektrodekraag omgeeft, waarbij twee koelkanalen als ingang en als uitgang voor het 5 omlopende koelmiddel in de verschillende ortogonaalvlakken elkaar tegenoverliggende ten opzichte van de symmetrieas gerangschikt zijn. In een nadere doelmatige uitvoering worden vernauwde kanaaldelen als boringen coaxiaal ten opzichte van de symmetrie-as in het elektrodemateriaal geboord, waarbij een veelvoud rangschikking van 10 dergelijke gelijk verdeeld geboorde kanaaldelen wordt vervaardigd, die de elektrodekraag binnen het elektrodehuis langs een ten opzichte van de symmetrieas concentrische cilindermantelvlak omgeeft.

Doelmatig worden de vernauwde kanaaldelen door materiaal wegnemen met een kanaalstructuur voor vergroting van het 15 binnenoppervlak voorzien. De kanaalstructuur wordt bij voorkeur door snijden van een schroefdraad, door etsen of door materiaalverstuiving bereikt.

In een tweede grondvariant worden de vernauwde kanaaldelen door materiaalaanbrenging (belaging) met een kanaalstructuur voorzien).

20 Doelmatig wordt de kanaalstructuur in dit geval door een granulaat uit metaal, metaallegering of metaalkeramiek met goede warmtegeleidendheid bereikt en met sproei- of spuittechnieken op de binnenwanden van de vernauwde kanaaldelen opgebracht. Daarbij verloopt de fixering van het granulaat aan de binnenvlakken van de kanaaldelen door aansmelten van 25 het granulaat door eenvoudig beschieten van de oppervlakken met het overeenkomstige granulaat of onder zeer hoge druk of in het bijzonder bij metaalkeramieken - maar niet daartoe beperkt - door een soldeerverbinding.

Openingen die aan de elektrodehuizen blijven, die bij het vervaardigen van de vernauwde kanaaldelen ontstaan, maar voor 30 koelmiddelomloop niet nodig zijn, worden op doelmatige wijze door 8 sluitdoppen uit elektrodemateriaal hermetisch afgesloten. Dat kan door smelten van de sluitdoppen in de opening of door inschroeven en sme lten van een schroefdraadstift of een schroef geschieden.

Verder kunnen openingen die zich aan het elektrodehuis bewinden, 5 die bij de vervaardiging van het vernauwde kanaaldeel ontstaan, maar voor koelmiddeltoeloop niet nodig zijn, door afdekken met slechts een deel, dat een integraal bestanddeel van het elektrodehuis is of wordt, hermetisch worden afgesloten. Het afdekkende deel van het elektrodehuis kan aan de ene kant door scheiding van het elektrodehuis langs een geschikt snijvlak 10 waarbij het scheiden door inbrengen van kanaaldelen verloopt, bereikt, worden of aan de andere kant door geschikte vormgeving van passende separate delen uit hoofddeel en afdekkend deel van het elektrodehuis, waarbij de separate delen van het elektrodehuis naar het inbrengen wan vernauwde kanaaldelen in het hoofddeel langs een fictief snijvlak worden 15 samengevoerd.

De uitvinding is gebaseerd op de overweging, dat door een geoptimaliseerde elektrodegeometrie in combinatie met geschikte materiaalkeus en een efficiënte warmteovergang aanzienlijk grotere energiehoeveelheden continu in de ontladingseenheid kunnen worden 20 ingebracht, zonder dat dit bij de elektrodes tot een verhoogde elektrocfe-erosie door smelten van elektrodeoppervlakken komt. Daarbij is het probleem van de schepping van effectieve koelstructuren met een aanvaardbare financiële en technische inzet op te lossen. Het wezen ran de uitvinding ligt derhalve daarin, de koelkanalen voor het koelmiddel zto dicht 25 mogelijk aan de hoogbelaste elektrodeoppervlakken toe te voeren en bovendien met eenvoudige bearbeidingsstappen verkregen gestructureerde koelkanalen in geschikte gevormde elektrodehuizen in te brengen, zodat het koelmedium met hoge snelheid nabij de hoogbelaste elektrodegebiede» in de vernauwde kanaaldelen met mogelijk grotere binnenoppervlakken voorbij 30 stroomt.

9

Met de uitvinding is het mogelijk, bij op gasontladingsgebaseerde kortgolvige stralingsbronnen met een in doorsnede hoog stralingsvermogen in een quasi-continu ontladingsgebruik de levensduur van de elektroden te verhogen, terwijl met prijsgunstige vervaardigingstechnisch eenvoudige 5 middelen effectieve koelingsprincipes kunnen worden gerealiseerd, die een tijdelijk smelten van de elektrodeoppervlakken verhinderen.

De uitvinding zal in het volgende aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden nader worden verduidelijkt. De tekeningen tonen in: Fig. 1: een principeweergave van de stralingsbron volgens de 10 uitvinding met een elektrodekoeling, waarbij verdere koelkanalen met vernauwde dwarsdoorsnede en met gelijktijdig door een geschikte oppervlaktebehandeling gestructureerd vergroot oppervlak in bereik van de hoog belaste elektrodeoppervlakken (elektrodekragen) voorzien zijn,

Fig. 2: een vergelijkende weergave van de stralingsbron met twee 15 effectieve, maar kostbare koelmechanismes volgens de stand van de techniek, elektrodekoeling door middel van doorstroming van poreus materiaal respectievelijk een capillaire structuur,

Fig. 3: een uitvoeringsvariant van de uitvinding met koelkanalen die in hoogbelaste gebieden van de elektrodes een vergroot oppervlak door 20 inbrengen van granulaat voorzien en de elektrodehuizen met een vacuüm isolatie zijn uitgerust.

Fig. 4: een uitvoeringsvorm van de uitvinding met koelkanalen die als boringen met een schroefdraadstructuur worden vervaardigd.

Fig. 5: een axiale doorsnede door een elektrodehuis met 25 schematische weergave van een vervaardigingswerkwijze voor het inbrengen a) van vernauwde kanaaldelen met schroefdraadboring en b) voor het inbrengen van boringen met granulaatbelaging;

Fig. 6a: een variant voor uitvoering van koelkanalen en de vernauwde kanaaldelen met een ring uit een veeltal van coaxiale 30 enkelboringen, weergegeven in een axiaal doorsnede van het elektrodehuis 10 analoog 5A en een daarbij horend bovenaanzicht-doorsnedetekening in een ortogonaaldoorsnedevlak B-B;

Fig. 6b: een verdere uitwerking van de koelkanalen en de vernauwde kanaaldelen met een concentrische ringspleet, weergegeven in 5 een axiaal doorsnede van het elektrodehuis analoog fig. 5a en een daarbij horend bovenaanzicht-doorsnedetekening in een ortogonaaldoorsnedevlak B-B.

De stralingsbron volgens de uitvinding bestaat in zijn basisuitvoering - zoals in fig. 1 weergegeven - uit een eerste elektrodehuis 1 10 en een tweede elektrodehuis 2, die door een isolerende laag 23, bestaand uit elektrisch hoog isolerend materiaal, gas of een hoog vacuum, hoogspanningsvast ten opzichte van elkaar zijn geïsoleerd, een voorionisatie-eenheid 3, die coaxiaal binnen het tweede elektrodehuis 2 is opgesteld, een gasbereidingseenheid 7 voor gedefinieerde geregelde toevoer 15 van een werkgas in het eerste en tweede elektrodehuis 1 en 2, die deel van een vacuümeenheid 4 zijn, waarin door middel van een vacuümpompinrichting 41 een onderdruk is gerealiseerd.

De twee elektrodehuizen 1 en 2 zijn coaxiaal ten opzichte van elkaar opgesteld en voorzien telkens aan een van de voorvlakken, een 20 elektrodekraag 12 respectievelijk 22, waarbij de elektrodekraag 22 van het tweede elektrodehuis 2 in het eerste elektrodehuis 1 reikt en - ondersteund door een buisvormige isolator 13 in het binnenste van het eerste elektrodehuis 1 - in de door het tweede elektrodehuis 2 gevormde ontladingskamer 52 gedefinieerde ontladingstrajecten voor elektrodekraag 25 12 van het eerste elektrodehuis 1 biedt.

De voorionisatie-eenheid 3 is voorzien van een isolatorbuisje 33 uit hoog isolerend keramiek waardoor een axiaal symmetrisch ten opzichte van de symmetrieas 6 gevormde voorionisatie elektrode 32 in het binnenste van het tweede elektrodehuis 2 is ingevoerd, van welk einde in de 30 voorionisatiekamer 31 over het isolatorbuisje 33 tot aan de tegenelektrode, 11 die doelmatig door de achterwaartse voorvlakken van het tweede elektrodehuis 2 gevormd is, een oppervlak glijontlading 35 wordt gegenereerd. In de voorionisatiekamer 31 en de ontladingskamer 52, die deel van een vacuümeenheid 4 zijn, wordt door middel van een aangesloten 5 vacuümpompinrichting 41 een gedefinieerde onderdruk opgewekt, waarbij over ten minste een gasinlaat 71 vanuit een geregelde gasbereidingseenheid 7 werkgas voor de gasontlading wordt ingeleid.

Na toevoer onder een bepaalde gasdruk, wordt het werkgas binnen de voorionisatiekamer 31 vanuit de voor ionisatie-eenheid 3, die tegenover 10 het tweede elektrodehuis 2 vanuit voorionisatie pulsgenerator 34 met spanning in beweging wordt gezet, door de hierboven genoemde oppervlakte glijontlading 35 voorgeïoniseerd. Door een vernauwde uitgang 21 van het tweede elektrodehuis 2 langs het voorgeïoniseerde werkgas in de vanuit het eerste elektrodehuis 1 gevormde ontladingskamer 52, waarin door het 15 aanleggen van een hoogspanning van de hoogspanningsinmpulsgenerator 24 aan de beide elektrodehuizen 1 en 2 tussen de elektrodekraag 22 van het tweede elektrodehuis 2 en de elektrodekraag 12 van het eerste elektrodehuis 1 een gastontladingsstroom vloeit, die ten gevolge van zijn geïnduceerde magneetveld een in de symmetrie-as 6 gecomprimeerd heet 20 plasma 5 (plasmazuil) genereert.

Ten behoeve van opwekking van de gasontlading is - zonder algemene limitering - het elektrodehuis 1 als kathode en het tweede elektrodehuis 2 als anode geschakeld en is de hoogspanningspulsgenerator 24 zo uitgevoerd, dat de spanning en geleverde energie ervan groot genoeg 25 zijn, om tussen de anode en kathode (gepulst met een frequentie van 1 Hz en 10 kHz) gasontladingen te onsteken, die elk een plasma 5 met een zo hoge temperatuur en dichtheid leveren, dat een toereikend groot aandeel een extreem ultraviolet (EUV) straling 51 door de uittreedopening 11 van het eerste elektrodehuis 1 wordt uitgezonden.

12

Op basis van de aanzienlijke warmtestraling uit het opgewekte hete plasma 5 en de door de hoge gasontladingsstromen veroorzaakt de verwarming van de elektrodekragen 12 en 22 is een zeer intensieve koeling van het elektrodesysteem nodig. Een eenvoudige (buitenste) koeling van de 5 elektrodehuizen 1 en 2, zoals bijvoorbeeld beschreven in US 6,815,900 B2, kan - hoewel uit grond van overzichtelijkheid niet weergegeven - zoals gebruikelijk worden bedreven, in het geval deze tevens aan een in fig. 1 getoond warmtewisselingssysteem 8 met koelmiddelreservoir 81 en koelmiddelpompeenheid 82 is aangesloten.

10 Een speciaal koelsysteem volgens de uitvinding levert dan elk elektrodehuis 1 en 2 gescheiden koelkanalen 83, die tot in de thermisch hoogbelaste oppervlaktebereiken van de elektrodehuizen 1 respectievelijk 2, namelijk de elektrodekragen 12 en 22, gevoerd zijn. Nabij de oppervlaktebereiken van de elektrodekragen 12 en 22 voorzien de 15 koelkanalen 83 vernauwde kanaaldelen 84 (met vernauwde diameter) en een kanaalstructuur 85 voor relatieve oppervlakvergroting (door een binnenste structurering), om aan de ene kant de stromingssnelheid van het koelmedium en aan de andere kant de warmteoverdracht naar beschikbare oppervlakken te vergroten.

20 De kanaaldelen 84 worden met zodanig kleine doorsneden voorzien, dat bij een gelijkblijvend koelmiddeldebiet (koelmiddelvolume per tijdeenheid) het koelmiddel zijn stroomsnelheid in de kanaaldelen 84 verhoogt, zodat de door de hoogbelaste elektrodekragen 12 en 22 afgegeven warmte sneller door omstromend koelmiddel wordt weggeleid.

25 Door verhoging van de doorstroomsnelheid door de kanaaldelen 84 worden bij voorkeur kleine effectieve kanaaldoorsneden (d.w.z., na structurering van het kanaaldeel 84) vanaf circa 1 mm tot en met ongeveer 100 micrometer voorzien, in het geval een voldoende hoge koelvloeistofdruk ter beschikking staat. In dit geval kunnen in plaats van de kleine doorsnede 30 op grond van het totaalvolume een veelvoud van koelkanalen 83 en 13 kanaaldelen 84 een koelmiddeldebiet van ongeveer 10 liter/minuut ingesteld en - vergelijkbaar met de meest effectieve koelprincipes van de stand der techniek - enkele KW/cm2 tot bijna 10 kW/cm2 koelvermogen worden opgewekt.

5 Om het onderscheid van de uitvinding ten opzichte van bekende effectiefste koelstructuren van de stand van de techniek te verduidelijken, zijn in figuur 2 in een stralingsbron uitgevoerd volgens de uitvinding (analoog ten opzichte van fig. 1) in beide elektrodehuizen 1, 2 twee verschillende bekende koelprincipes volgens de stand van de techniek, één 10 met poreus materiaal 86 en een met een capillaire structuur 87, schematisch geïntegreerd weergegeven.

Daarbij zijn in het eerste elektrodehuis 1 voor de koelmiddeldoorstroming holle ruimtes met poreus materiaal 86 gerangschikt, wat een vergroting van de oppervlakken van de koelkanalen 15 83 biedt en op deze manier een verhoging van warmteafvoer door middel van doorstromend koelmiddel mogelijk maakt. In het tweede elektrodehuis 2 is een capillaire structuur 87 voor verbetering van warmteafvoer getoond, waarbij in het binnenste een vloeistof (of een vast lichaam dat bij een bepaalde toestand vloeibaar wordt) voorhanden is, die in de nauwe kanalen 20 van de capillaire structuur 87 kan indringen, waardoor de uit elektrodehuis 2 opgenomen warmte verdampt, zich binnen een gesloten vat naar een buitenste koud deel beweegt, waar de vloeistof dan condenseert en zich door capillair krachten weer naar een heter gebied terugbeweegt, om de cyclus te herhalen.

25 Wanneer bij gebruik van poreus materiaal 86, zoals in fig. 2 in elektrodehuis 1 voorzien is, warmte met vermogensdichtheiden van 10kW/cm2 uit de omtrek van de elektrodehuizen 1 respectievelijk 2 kunnen worden afgevoerd, is de inzet van capillaire structuren 87 zelfs nog effectiever en maakt zelfs het afvoeren van warmte met vermogensdichtheid 30 van meer dan 10 kW/cm2 mogelijk.

14

De integratie van dergelijke veeleisende koelstructuren 86 en 87 in de hoogbelaste elektrodebereiken volgens de uitvinding is in principe wel mogelijk, maar niet met redelijke kosten realiseerbaar, aangezien de hoogbelaste elektrodebereiken bovendien nog door het speciale 5 materiaalsmelten van wolfraam, tantalaan of molybdeen, bij voorkeur met koper gelegeerd, in de eigenschappen (verhoogd smeltpunt en verbeterde warmte- en/of elektrische geleidendheid) dienen te worden aangepast en een monolitische opbouw van de elektrodekragen 12 respectievelijk 22 met de gecompliceerde te vervaardigen koelstructuren 86 en 87 verhinderen.

10 Voor een effectieve en kostengunstige koeling van de bijzonder belaste elektrodebereiken (van de elektrodekragen 12 en 22), bevinden zich derhalve (volgens de in figuur 1 weergegeven grondvariant van de uitvinding) in het eerste en tweede elektrodehuis 1 respectievelijk 2, koelkanalen 83, die in het bereik nabij het oppervlak (minimale afstand ten 15 opzichte van het oppervlak circa 10 mm bij een verwachte levensduur van circa 108 pulsen) van de elektrodekragen 12 respectievelijk 22 kanaaldelen 84 met vernauwde diameter en bijbehorende kanaalstructuur 85 voorzien.

De koelkanalen 83 zijn door middel van koelmiddelslangen of -leidingen aan een koelmiddelreservoir 81 en een geschikte 20 koelmiddelpompeenheid 82 aangesloten, die elk met een krachtig warmtewisselaarsysteem 8 verbonden zijn. Als koelmiddel worden vloeistoffen met geringe viscositeit, hoge elektrische warmtecapaciteit en geringe elektrische geleidendheid ingezet (zoals bijvoorbeeld speciale olies, bijvoorbeeld galden, gedemineraliseerd of gedeïoniseerd water en 25 dergelijke). De koelkanalen 83 kunnen in het algemeen tot enige millimeters in doorsnede bedragen, dienen echter op de posities te vernauwen, die de beschreven koelverbeterende kanaaldelen 84 vormen, aangezien deze het meest nabij de hete oppervlakken gelegen zijn. Bij een toereikend hoge koelvloeistofdruk zijn effectieve doorsneden van de 15 vernauwde kanaaldelen 84 tussen 0,1 mm en 1 mm voordelig, om de doorstroomsnelheid nog verder te verhogen.

Voor een later opbrengen van granulaat kan de buisdoorsnede van de kanaaldelen 84 tot 2 mm bedragen.

5 De afstand tussen de vernauwde kanaalsegmenten 84 ten opzichte van de hete elektrodeoppervlakken dient zo klein mogelijk gekozen te worden, bedraagt echter bij voorkeur 5 mm of meer, aangezien voor een lange levensduur voor de elektroden genoeg erosiemateriaal ter beschikking dient te zijn. Daarbij hangt de gemiddelde temperatuur van de 10 oppervlakken bij de elektrodekragen 12, 22 wezenlijk van de ontladingsfrequentie (ingangsvermogen) af. Neemt men de smelttemperatuur van wolfraam, die 3650 K bedraagt, dan wordt bij een ontladingsfrequentie van circa 4 kHz de smelttemperatuur van wolfraam (3650 K) bijna bereikt. Aangezien de zich instellende temperatuur bij 15 elektrodekragen 12 respectievelijk 22 direct proportioneel is ten opzichte van de afstand tussen de kanaaldelen 84 van de elektrodeoppervlakken, zou zich bij een afstandsverkleining van 5 mm naar 2,5 mm tevens de temperatuur nagenoeg halveren. Nochtans staat zoals boven is genoemd, hiertegen dat dan bij de oppervlakken van de elektrodekragen 12 20 respectievelijk 22 niet genoeg materiaal voor de onvermijdelijke elektrode-erosie beschikbaar is, om de gewenste verhoging van de elektrodelevensduur daadwerkelijk te bereiken.

Bij doorstromen van de koelkanalen 83 neemt het koelmiddel in het bijzonder in het doorsnede gereduceerde kanaaldeel 84 met de 25 kanaalstructuur 85 de bij de elektrodekragen 12 en 22, door het bedrijf van stralingsbron, de ontstane overvloedige warmte op en geeft deze door convectie en warmtegeleiding via het koelmiddelreservoir 81 aan het warmtewisselaarsysteem 8 af, om dan door koelmiddelpompeenheid 82 opnieuw in de koelkanalen 83 te worden toegevoerd.

16

De in fig. 1 schematisch weergegeven kanaaldelen 84 met vernauwde doorsnede en kanaalstructuur 85 worden in de elektrodehuizen 1 en 2 daardoor vervaardigd, dat boringen met geringe diameters ingebracht en aansluitend met de kanaalstructuur 85 voorzien worden. Dit gebeurt -5 zoals in fig. 3 weergegeven - bij voorkeur door belaging met granulaat 88, dat uit een metaal of een metaalkeramiek met zeer goede warmtegeleidingseigenschappen, zoals bijvoorbeeld koper, aluminium, zilver, goud, wolfraam of molybdeen, of legeringen daarvan zoals bijvoorbeeld MoCu, WCu, AgCu, etc., of keramiek, zoals AIO, SiC, A1N en 10 dergelijke, of uit diamant bestaat.

De soort en manier van inbrengen van kanaalstructuren 85 wordt in het volgende door schematische tekeningen en elektrodehuis 1 met inbrenging van koelkanalen 83 en kanaaldelen 84 in fig. 5a en 5b en fig. 6a en 6b getoond (waarbij de werkwijze voor elektrodehuis 2 volledig analoog 15 is).

Voor vervaardiging van de koelstructuren wordt - volgens fig. 5a -het elektrodehuis 1 boven de elektrodekraag 12 gescheiden in twee delen (of het wordt reeds in twee passende delen vooraf vervaardigd), waarin vervolgens de radiale koelkanalen 83 overeenkomstig fig. 6a of fig. 6b 20 worden aangebracht om daarna vanuit het scheidingsvlak A-A van het elektrodehuis 1 coaxiale zich nabij het oppervlak liggende kanaaldelen 84 met geringe doorsnede in te boren. In de eenzijdig geopende boring van het kanaaldeel 84 wordt vervolgens de kanaalstructuur 85 ingebracht. Daartoe worden metaal- of metaalkeramiekdeeltjes in de vorm van granulaat 88 25 door metaalbelagingstechnieken, bijv. sproei- of spuitprocessen onder aan het oppervlak versmelten van granulaat 88, eventueel een daarop volgend sinteren of granulaat bombardement van de respectieve oppervlakken onder hoge druk of door geschikte soldeerverbinding (in het bijzonder voor metaalkeramisch granulaat 88) op de binnenwanden van het vernauwde 30 kanaaldeel 84 opgebracht en nagenoeg homogeen gebonden (bijv.

17 versmolten gesoldeerd). De korrelgrootte van opgebracht granulaat 88 (of kogels of dergelijke) hangt van het gebruikte materiaal, de gekozen opbrengtechniek en de beschikbare doorsnede van het kanaaldeel 84 in de elektrodehuizen 1 en 2 af. Ze kan enkele micrometers tot aan enkele 5 millimeters bedragen.

Bijvoorbeeld kunnen kopergranulaat of kogels met korrelgroottes van tot 1 mm of tevens diamant granulaat met korrelgroottes van slechts meer dan 0,1 mm door middel van hoge druk op de binnenwanden van het kanaaldeel 84 worden opgebracht.

10 Bij voorkeur zijn warmtegeleidende delen uit koper of koperdeeltjes vervaardigd, zodat het granulaat 88 overeenkomstig tevens uit koper of koperlegeringen kan bestaan.

Een dergelijke vergroting van het effectieve oppervlak van de zich nabij het oppervlak bevindende kanaaldelen 84 van de koelkanalen 83, zoals 15 in fig. 3 is weergegeven, maakt het mogelijk op eenvoudige wijze een snellere warmteovergang naar doorstromend koelmiddel te leveren. De belaging van de binnenvakken van de kanaaldelen 84 met het granulaat 88 leidt tot een warmteafvoer van tot enkele KW/cm2, die de warmteafvoer bij inzet van poreus materiaal zeer nabijkomt, en kan echter met in verhouding 20 lage technische kosten worden bereikt.

De overige functies van de stralingsbron van fig. 3 verlopen op gelijke manier, zoals bij fig. 1 is weergegeven. Een constructieve bijzonderheid is verder de isolatie tussen de beide elektrodehuizen 1 en 2. In tegenstelling tot de in fig. 1 getoonde isolator schijf wordt volgens fig. 3 als 25 isolatorlaag 23 een vacuümspleet gebruikt, die - aangesloten aan de vacuümpompinrichting 41 van de vacuümeenheid 4 - de doorslagvaste scheiding van de elektrodehuizen 1 en 2 waarborgt. Het voordeel ligt vooral daarin, dat een toenemende geleidendheid, zoals bij keramische isolatoren door belaging van gesputterd elektrodemateriaal mogelijk kan zijn, niet 30 optreedt.

18

In een andere uitvoeringsvariant, die in fig. 1 schematisch is weergegeven, wordt elk vernauwde kanaaldeel 84 in de elektrodehuizen 1 en 2 navolgend doelmatig bewerkt, waarbij door geschikte oppervlakte behandelingswerkwijze, zoals bijvoorbeeld door ruwstralen (met 5 straalmateriaal, zoals bijvoorbeeld hard gegoten ijzergranulaat, glasstraalparels, staalkies of korund) ertstechnieken of door verstuivingsprocessen gestructureerd wordt. Deze structurering van de kanaaldelen 85 leidt tot een verbeterde warmte-uitwisseling tot aan enige kW/cm2, die bij geringe technische kosten met de hoog ontwikkelde 10 koelprincipes van poreuze of capillaire structuren 86 respectievelijk 87 (fig.

2) een in het algemeen vergelijkbaar resultaat levert. In de uitwerking volgens fig. 4, wordt een verbeterde warmteafvoer naar het omstromende koelmiddel daardoor bereikt doordat een oppervlaktevergroting van de kanaaldelen 84 van beide elektrodehuizen 1 en 2 door snijden van een 15 schroefdraad 89 in elk vernauwd kanaaldeel 84 bereikt wordt, waarbij de effectieve warmteafgifte aan het omstromende koelmiddel vergroot wordt en bovendien tot enkele kW/cm2 kan bedragen. Bij koelmiddeldebieten van enkele weinige liters tot enkele tientalle liters per minuut en drukken van enkele weinige Bars tot enkele 10 Bars moet de gezamenlijke koelkringloop, 20 bestaande uit een warmtewisselsysteem 8, een koelmiddelreservoir 81, een koelmiddel om eenheid 82 en de bijbehorende koelmiddelleidingen, voor deze bedrijfscondities overeenkomstig met pompen van enkele kW vermogen zijn voorzien.

De minimale vervaardigingskosten van een door deze 25 kanaalstructuur 85 in de vorm van een schroefdraad 89 gekoeld elektrodehuis 1, 2 in het bereik nabij elektrodeoppervlakken respectievelijk elektrodekragen 12 en 22 rechtvaardigen de eenmalige verhoogde investering in een sterkere koelkringloop. Daarnaast kunnen bij deze kanaalstructuur 85 de kanaaldelen84 ook nog zijn belaagd met granulaat 88 19 (zoals in fig. 3 getoond), om door ruwheidsverhoging het werkzame oppervlak van de kanaaldelen 84 nog verder te verhogen.

Fig. 5 verduidelijkt in deelweergaven van fig. 5A en fig. 5B twee voordelige werkwijzen volgens de uitvinding voor de vervaardiging van 5 vernauwde kanaaldelen 84 met kanaalstructuren 85 in het eerste elektrodehuis 1. Voor het tweede elektrodehuis 2 volgen alle stappen op dezelfde manier.

Fig. 5A toont dat bij een eerste elektrodehuis 1 in een eerste stap voor de vervaardiging van een vernauwd en oppervlakvergrotend 10 kanaaldeel 84 van de koelkanalen 83 langs een kringring boringen met kleine diameter 9 (tussen 100 micrometer en 1 mm) nabij de oppervlakken van de elektrodekraag 12 worden ingebracht. De afstand van ten opzichte van de oppervlakken dient voor een efficiënte warmteafvoer zo klein mogelijk te worden gehouden, hangt echter in sterke mate af de gebruikte 15 elektrodegeometrie en de gewenste levensduur. Typische afstanden tussen het koelende oppervlak en de kanaaldelen zijn 5-10 mm. Een afstand van minder dan 5 mm heeft in de regel geen zin, aangezien voor de onvermijdelijke elektrode-erosie voldoende materiaal beschikbaar dient te zijn, zodat de koelkringloop niet na korte bedrijfsduur geopend wordt.

20 In een tweede stap wordt als oppervlaktestucturering in de boring een schroefdraad 89 ingesneden, die een vergroting van het binnenste oppervlak van het vernauwde kanaaldeel 84 volgens de tekening van fig. 5 levert.

Na het inbrengen van de axiaal parallelle boringen en het 25 insnijden van schroefdraad 89, gelijk verdeeld en coaxiaal rondom de symmetrieas 6 langs de gezamenlijke elektrodekraag 12 van het elektrodehuis 1, worden in een derde stap grotere boringen in radiale richting van het elektrodehuis 1 zodanig uitgevoerd, dat telkens twee van deze radiale boringen in een parallel vak in het midden op de door de 30 kleinere boring geleverd kanaaldeel 84 met schroefdraad 89 treffen en als 20 toevoer en afvoerkoelkanalen 83 van het vernauwde kanaaldeel 84 werken. Een van deze koelkanalen 83 vormt voor een kanaaldeel 84 de toevoerleiding en een de afvoerleiding voor het koelmiddel en daartussen ligt het werkzame vernauwde, door schroefdraad 89 gestructureerd 5 kanaaldeel 84.

In een vierde stap worden de niet benodigde, boven het verticaal hoogstgelegen van beide koelkanalen 83 delen van de schroefdraadboring 89 met een sluitschroef 9 voor afdichting van het gezamenlijke koelkanaal 83 en 84 gesloten, zodat het vernauwde kanaaldeel 84 slechts de beide in 10 axiaal doorsnede naburige koelkanalen 83 met elkaar verbindt.

Een tweede werkwijze voor de vervaardiging van de koelkanalen 83 en de nauwe kanaaldelen 84 is in fig. 5b weergegeven. Hier wordt in eerste stap het elektrodehuis 1 ortogonaal ten opzichte van de symmetrieas gescheiden in een bovenste en onderste deel (of evenzo in twee op elkaar 15 passende delen vervaardigd).

In een tweede stap worden - in tegenstelling tot fig. 5A, vervolgens de radiaal ten opzichte van de symmetrieas 6 gerichte boringen voor de koelkanalen 83 in het onderste deel van het elektrodehuis 1 geboord.

Daarna volgt in een derde stap vanuit het scheidvlak A-A de 20 verbinding van beide koelkanalen 83 door een boring met geringe diameter, die het vernauwde kanaaldeel 84 vormt. Daaruit volgt de onder fig. 6A in een horizontaal doorsnede getekende veelkanaalstructuur.

Men kan de kanaaldelen 84 echter tevens in de vorm van een cilindrische ringspleet (slechts in fig. 6B weergegeven) samenvatten, zodat 25 deze coaxiaal om een symmetrieas 6 om de elektrodekraag 12 rondom een gesloten spleet vormen. De cilindrische ringspleet kan door een om de symmetrieas 6 roterende frase of door middel van een gatkringzaag, waarbij het binnenliggende materiaal van de gatkring blijft staan, worden gevormd, zodat slechts een smalle snijvoeg (ringspleet) ontstaat. De derde 30 bewerkingsstap van het boren van het vernauwde kanaaldeel 84 wordt in 21 dit geval door een kringring-snede om de symmetrieas vervangen, die echter algemeen als een niet-volledige kring-gat-boring, waarbij de boorkern blijft staan, kan worden opgevat. Bij deze uitvoering van het vernauwde kanaaldeel 84 in de tweede vervaardigingsstap is telkens slechts een 5 koelkanaal 83 voor toevoer van koelmiddel en een koelkanaal 83 als uitgang voor de aansluiting aan het warmteverwisselingssysteem 8 (zoals in fig. 1 weergegeven) te boren, waarbij de beide koelkanalen 83 in verschillende horizontaalvlakken van de elektrodekraag 12 (respectievelijk 22) en over 180 0 ten opzichte van de symmetrieas 6 verzet zijn gerangschikt.

10 In een vierde vervaardigingsstap wordt granulaat 88 ingespoten en in stap 5 door geschikte tempering T (bijvoorbeeld door sinteren, solderen of in combinatie met de vierde bearbeidingsstap door hoge druk opbrenging van granulaat 88) met het binnenvlak van het kanaaldeel 84 versmolten. Daardoor ontstaat in het kanaaldeel 84 een fictieve kanaaldiameter van bij 15 voorkeur enkele honderden pm.

De door de boring of het uitnemen van een ringspleet om de gezamenlijke elektrodekraag 12 veroorzaakte overvloedige opening van het kanaaldeel 84 tot aan scheidingsvlak A-A wordt daarna in een zesde stap door opzetten van het bovenste deel van het elektrodehuis 1 en versmelten 20 van beide oppervlakken van het scheidingsvlak A-A tot een compleet elektrodehuis 1 samengevoegd en afgedicht.

In fig. 6a en fig. 6b worden ten behoeve van verduidelijking van het koelsysteem in een elektrodehuis 1 volgens de uitvinding als bovenste deelweergave nogmaals een aan fig. 5A equivalente axiaal doorsnede van 25 het elektrodehuis 1 getoond, waarbij deze een in het doorsnedevlak B-B gensneden bovenaanzicht is opgesteld.

Zoals in de onderste doorsnedeweergave van fig. 6a zichtbaar is, zijn de vernauwde kanaaldelen 84 gelijk verdeeld rondom de symmetrieas 6 ingebracht en elk volgens koelingseisen mogelijk dicht nabij elkaar 30 opgesteld. De kortste afstand van de kanaaldelen 84 ten opzichte van 22 thermisch hoogbelaste oppervlakken van de elektrodekraag 12 bedraagt in de regel tussen 5 en 10 mm. Een wezenlijke onderschrijding van deze afstand aan de hard belaste oppervlakken zou tot verkorting van de levensduur leiden door te snelle vermindering van de restlaagsterkte van de 5 elektrodekraag 12 ten gevolge van elektrode-erosie, die de met de effectieve elektrodekoeling bereikte verhoging van de levensduur tegenwerkt.

Voor elk van de verticale kanaaldelen 84 zijn volgens fig. 6A de groter gedimensioneerde koelkanalen 83 als toe- en afvoerkanalen voor het koelmiddel in twee verschillende ortogonaalvlakken ten opzichte van de 10 symmetrie-as 6 tot in het vernauwde kanaaldeel 84 ingeboord.

De koelmiddelomloop volgt vanuit de periferie van het elektrodehuis 1 door aansluiting van een toevoerleiding van de koelmiddelpompeenheid 82 (slechts in fig. 1 tot fig. 4 getoond). Aan één van de koelkanalen 83 en wordt dan met hoge druk (in de regel 2 bar tot 20 bar) 15 door het vernauwde kanaaldeel 84 gedrukt, waarvan het oppervlak bij voorkeur met de bovengenoemde methoden vergroot is.

De warmte, die bij gebruik van de stralingsbron voornamelijk door ohmse verhitting en door stralingsverwarming van de voor de gegenereerde straling direct uitgezette bereiken van het elektrodehuis bij het 20 elektrodehuis ontstaat, wordt door het de koelkanalen 83 instromend koelmiddel in de vernauwde kanaaldelen 84 opgenomen en bereikt via een respectieve uitgang van de koelkanalen 83 en via toevoerleidingen in de koelkringloop het warmtewisselaarssysteem 8, waar de warmte wordt afgegeven. Het koelmiddel wordt via de koelmiddelpompeenheid 82 naar de 25 respectieve ingang van de koelkanalen 83 gepompt, om daarop volgend weer met hoge druk en hoge snelheid door de vernauwde kanaaldelen 84 van het elektrodehuis 1 geperst te worden.

De in fig. 6A getoonde veelkanaalstructuur uit koelkanalen 83 en vernauwde kanaaldelen 84 is slechts een mogelijkheid.

23

Een vervaardigingstechnisch nog eenvoudigere uitvoering van de koelstructuur voor een elektrodekraag 12 (respectievelijk 22) toont fig. 6b.

De vernauwde kanaaldelen 84 zijn hier tot een cilindrische ringspleet samengevoegd, die concentrisch ten opzichte van de symmetrieas 5 6 de elektrodekraag 12 omgeeft. Deze vorm van het volledig omsluitende kanaaldeel kan of door locatie om de symmetrieas 6 worden ingefreesd, of met een gatkringzaag worden ingesneden, waarbij de gatuitsnede, die de elektrodekraag 12 vorm geeft, blijft staan, waarbij de gatkringinsnee bij het beneden ortogonaalvlak (ten opzichte van ortogonaal snijvlak B-B parallel) 10 van de koelkanalen 83 eindigt.

De koelkanalen 83 kunnen daarbij zo worden gerangschikt, dat er telkens één ingang en één uitgang voor de koelvloeistof is. In fig. 6B zijn daartoe de beide aansluitingen (ingang, uitgang) over 180 0 verzet in verschillende ortogonaalvlakken aangebracht. Bij voldoende hoge druk 15 stroomt dan het koelmedium vanuit het als ingang aangesloten koelkanaal 83 over de ringspleet, zowel in beide richtingen om de gegeven halfomtrek en tevens verticaal in de richting van de bovenste ortogonaalvlakken, waarin zich - tegenoverliggend ten opzichte van de koelmiddelingang - het als uitgang fungerende koelkanaal 83 bevindt. Aangezien het koelmedium 20 aan alle punten langs de omtrek met hoge druk door de vernauwing wordt geperst, zijn relatief hoge doorstromen van 101/min en meer mogelijk bij kanaalvernauwingen 84 van enkele 100 micrometers.

24

Figuurreferentielijst 5 1 eerste elektrodehuis 11 uittree-opening 12 elektrode kraag 13 buisvormige isolator 10 2 tweede elektrodehuis 21 vernauwde uitgang 22 elektrodekraag 23 elektrisch isolerende laag 24 hoogspanningspulsgenerator 15 3 voorionisatieeenheid 31 voorionisatiekamer 32 voorionisatielektrode 33 isolatorbuisje 20 34 voorionisatiepulsgenerator 35 glijontlading 4 vacuümkamer 41 vacuümpompinrichting 25 5 plasma 51 uitgezonden straling 52 ontladingskamer 6 symmetrieas 30 25 7 gasbereidingseenheid 8 warmtewisselaarssysteem 81 koelmiddelreservoir 5 82 koelmiddelpompeenheid 83 koelkanaal (radiaal) 84 (vernauwde) kanaaldeel 85 kanaalstructuur 86 poreus materiaal 10 87 capillaire structuur 88 granulaat 89 schroefdraad 9 afsluiting (schroef) 15 A-A snijvlak B-B ortogonaalsnijvlak 20 1032863

Claims (38)

1. Inrichting voor het opwekken van kortgolvige straling op basis van een door gasontlading opgewekt heet plasma, omvattend een ontladingskamer, die door een eerste en tweede coaxiaal elektrodehuis omsloten is en geëvacueerd is, waarin een werkgas onder gedefinieerde druk 5 wordt ingeleid en die is voorzien van een uittreed-opening voor de kortgolvige straling, waarbij beide elektrodehuizen door een isolatielaag elektrisch doorslagvast tegen elkaar zijn geïsoleerd en het tweede elektrodehuis met een vernauwde uitgang in het eerste elektrodehuis naar binnen reikt, om een gasontlading met een bereik om de uittreedopening 10 van het eerste elektrodehuis mogelijk te maken, daardoor gekenmerkt dat - het eerste elektrodehuis (1) om de uittreed-opening (11) en het tweede elektrodehuis (2) bij de vernauwde uitgang (21) elk een elektrodekraag (12, 22. omvatten, zodat de gasontlading voor het opwekken van het stralende plasma gericht ontstoken wordt tussen deze elektrodekragen (12, 22) binnen 15 de ontladingskamer (52) van het eerste elektrodehuis (1), waarbij in de elektrodekragen (12, 22) speciale koelkanalen (83) voor doorstroming met een koelmiddel in het elektrodemateriaal geïntegreerd zijn, - de koelkanalen (83) radiaal tot op enkele millimeters aan thermisch hoogbelaste oppervlaktebereiken van de elektrodekragen (12, 22) toegevoerd 20 zijn en in het bereik van de hoogbelaste oppervlakken in hoofdzaak parallel ten opzichte van de symmetrie-as (6) van de elektrodehuizen (1, 2) een vernauwd kanaaldeel (84) ten behoeve van verhoging van de stromingsnelheid van een omlopend koelmiddel zijn voorzien, en - het vernauwde kanaaldeel (84) met kanaalstrukturen (85) ten behoeve van 25 vergroting van het binnenste oppervlak en ten behoeve van verdere verhoging van de stromingssnelheid van het omlopende koelmiddel voorzien 1032863 zijn, waarbij de kanaalstructuren (85) door middel van geëigende oppervlaktebewerking van het vernauwde kanaaldeel (84) vervaardigd zijn.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vernauwde kanaaldeel (84) door een materiaalafdracht achteraf 5 gestructureerd is.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de materiaalafname door ruwstralen met een straalmateriaal van hardgietgranulaat, glasstraalparels, staalgrit, of korund bereikt is.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerkt, dat het 10 vernauwde kanaaldeel (84) door materiaalafname door middel van etsen gestructureerd is.

5. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het vernauwde kanaaldeel (84) door materiaalafname door middel van materiaalverstuiving gestructureerd is.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vernauwde kanaaldeel (84) door een belaging achteraf gestructureerd is.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het vernauwde kanaaldeel (84) door materiaalaanbrengen van granulaat (88) gestructureerd is.

8. Inrichting conclusie 7, met het kenmerk, dat het granulaat (88) uit ten minste een metaal, een metaallegering of metaalkeramiek met een zeer goed warmtegeleidingsvermogen bestaat.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het granulaat (88) uit ten minste één van de metalen koper, aluminium, zilver, goud, 25 molybdeen, wolfraam of een legering daarvan bestaat.

10. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk dat het granulaat (88) uit een van de legeringen MoCu, WCu of AgCu bestaat.

11. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het granulaat (88) uit een van de metaalkeramieken AIO, SiC of A1N bestaat.

12. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het granulaat (88) uit diamant bestaat.

13. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de doorsnede van het vernauwde kanaaldeel (84) aan de korrelgrootte van het gebruikte 5 granulaat (88) is aangepast, waarbij de diameter van het kanaaldeel (84) ten minste twee keer zo groot is als de korrelgrootte van het granulaat (88).

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de diameter van het vernauwde kanaaldeel (84) tussen 100 pm en 2 mm ligt.

15. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 10 vernauwde kanaaldeel (84) als coaxiale ringspleet om de symmetrie-as (6) is uitgevoerd.

16. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vernauwde kanaaldeel (84) als boring is uitgevoerd.

17. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat het 15 vernauwde kanaaldeel (84) als boring door insnijden van een schroefdraad (89) is gestructureerd.

18. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vernauwde kanaaldelen (84) door een koelmiddel van geringe viscositeit worden doorstroomd.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat als koelmiddel met geringe viscositeit gedeïoniseerd water is ingezet.

20. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat als koelmiddel een speciale olie met geringe viscositeit, bij voorkeur galden, wordt ingezet.

21. Werkwijze voor de vervaardiging van door koelmiddel doorstroomde elektrodehuizen voor door gasontlading opgewekt heet plasma, waarbij een ontladingskamer door een eerste en tweede coaxiaal elektrodehuis wordt omsloten en is geëvacueerd, waarin een werkgas onder gedefinieerde druk wordt ingeleid, waarbij beide elektrodehuizen onderling 30 door een isolatielaag elektrisch doorslagvast zijn en zijn voorzien van koelkanalen, en het tweede elektrodehuis met een vernauwde uitgang in het eerste elektrodehuis reikt, om een gasontlading met een tegenoverliggend bereik van het eerste elektrodehuis mogelijk te maken, met het kenmerk, dat 5. de koelkanalen (83) in ten minste twee verschillende ortogonaalvlakken ten opzichte van een symmetrie-as (6) van de elektrodehuizen (1, 2) radiaal van buiten naar binnen in de elektrodehuizen (1, 2) tot op een afstand tot de thermisch hoogbelaste oppervlakken van enkele millimeters worden geboord, en 10. een vernauwd kanaaldeel (84) in hoofdzaak parallel ten opzichte van de symmetrie-as (6) zo wordt uitgenomen, dat dat kanaaldeel (84) een verbindingskanaal (84) van geringe doorsnede tussen telkens twee koelkanalen (83) van verschillende ortogonaalvlakken in een eindbereik van de radiale koelkanalen (83) leveren.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het vernauwde kanaaldeel (84) als ringspleet concentrisch ten opzichte van de symmetrie-as (6) wordt uitgefreesd, zodat deze in een elektrodehuis (1, 2) samenhangend de elektrodekraag (12; 22) volledig omgeeft, waarbij twee koelkanalen (83) als ingang en als uitgang voor het omlopende koelmiddel in 20 de verschillende ortogonaalvlakken elkaar tegenoverliggend ten opzichte van de symmetrie-as (6) gerangschikt zijn.

23. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het vernauwde kanaaldeel (84) als boring coaxiaal ten opzichte van de symmetrie-as (6) geboord wordt, waarbij een veelvoud rangschikking van 25 dergelijke gelijkmatig verdeeld geboorde kanaaldelen (84) wordt voorzien, die de elektrodekragen (12; 22) binnen het elektrodehuis (1, 2) langs een ten opzichte van de symmetrie-as (6) concentrisch cilindermantelvlak omgeeft.

24. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de vernauwde kanaaldelen (84) door materiaalafname met een kanaalstructuur (85) voor vergroting van de binnenoppervlakken voorzien worden.

25. Werkwijze volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat de kanaalstructuur (85) door insnijden van een schroefdraad (89) wordt 5 voorzien.

26. Werkwijze volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat de kanaalstructuur (85) door etsen wordt voorzien.

27. Werkwijze volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat de kanaalstructuur (85) door materiaalverstuiving wordt opgewekt.

28. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het vernauwde kanaaldeel (84) door materiaalaanbrenging met een kanaalstructuur (85) wordt voorzien.

29. Werkwijze volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat de kanaalstructuur door beleggen met een granulaat (88) uit metaal, 15 metaalegering of metaalkeramiek met goede warmtegeleidend vermogen wordt voorzien.

30. Werkwijze volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat het granulaat (88) door sproei- of spuittechnieken op de binnenvlakken van de kanaaldelen (84) wordt opgebracht.

31. Werkwijze volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat het granulaat (88) aan de binnenvlakken van het kanaaldeel (84) door navolgend sinteren wordt gefixeerd.

32. Werkwijze volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat het granulaat (88) aan het binnenvlak van het kanaaldeel (84) door een 25 soldeerverbinding wordt gefixeerd.

33. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat aan de elektrodehuizen (1, 2) openingen, die bij de productie van de vernauwde kanaaldeel (84) ontstonden, maar voor de koelmiddelomloop niet noodzakelijk zijn, door middel van sluitstoppen (9) uit elektrodemateriaal 30 hermetisch worden afgesloten.

34. Werkwijze volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat de sluitstoppen (9) in de opening worden versmolten.

35. Werkwijze volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat de sluitdop (9) wordt ingeschroefd en versmolten.

36. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat in het elektrodehuis openingen, die bij de productie van het vernauwde kanaaldeel (84) ontstonden, maar voor de koelmiddelomloop niet noodzakelijk zijn, door afdekken met ten minste een deel, dat een integraal bestanddeel van het elektrodehuis (1, 2) wordt, hermetisch worden afgesloten.

37. Werkwijze volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat het afdekkend deel van het elektrodehuis (1, 2) door scheiden van het elektrodehuis (1,2) langs een geschikt doorsnedevak (A-A), waarbij het scheiden voor het inbrengen van kanaaldelen (84) geschiedt, wordt vervaardigd.

38. Werkwijze volgens conclusie 36, met het kenmerk dat het afdekkende deel van het elektrodehuis 1,2 door geschikte vormgeving van pasbare gescheiden delen van hoofddeel en een afdekkend deel van het elektrodehuis (1, 2) wordt vervaardigd, waarbij de gescheiden delen van het elektrodehuis (1, 2) na het inbrengen van de kanaaldelen (84) in het 20 hoofddeel langs een fictief doorsnedevlak (A-A) worden samengevoegd. 25 1032863