NO117490B

NO117490B -

Info

Publication number: NO117490B
Application number: NO153507A
Authority: NO
Inventors: C Hanks
Original assignee: Libbey Owens Ford Glass Co
Priority date: 1963-06-06
Filing date: 1964-06-03
Publication date: 1969-08-18
Also published as: DK122700B; CH441539A; GB1039135A; SE317454B; BE648897A; DE1185820B; US3235647A; LU46219A1; BR6459794D0; NL6406393A

Description

Elektronstråleovn for styrbar oppvarming av overflaten av et arbeidsstykke i ovnen. Electron beam furnace for controllable heating of the surface of a workpiece in the furnace.

Foreliggende oppfinnelse angår generelt The present invention relates generally

elektronbombardementoppvarming som på forskjellige måter anvendes i høyvakuumovner for electron bombardment heating which is used in various ways in high vacuum furnaces for

behandling av material ved utførelse av støping, treatment of material when performing casting,

dampbelegging, metallrensing og lignende. Oppfinnelsen er mer spesielt rettet på en forbedring vapor coating, metal cleaning and the like. The invention is more particularly directed to an improvement

ved den magnetiske styring av elektronstrålene by the magnetic control of the electron beams

for å muliggjøre vesentlige forandringer i møns-teret for de bombarderende elektroners anslag to enable significant changes in the pattern of the impact of the bombarding electrons

mot det material som skal oppvarmes. against the material to be heated.

Elektronbombardementsoppvarming er ut-strakt anvendt i høy-vakuumovner som en tek-nikk for behandling av materialet som underkastes behandling i ovnen. Mer spesielt består Electron bombardment heating is widely used in high-vacuum furnaces as a technique for treating the material that is subjected to treatment in the furnace. More specifically consists

disse høy-vakuumovner av et lukket kammer som these high-vacuum ovens of a closed chamber which

kontinuerlig evakueres til et høyt vakuum. Mate-rialer som smeltes i det lukkede kammer, blir continuously evacuated to a high vacuum. Materials that are melted in the closed chamber become

renset i høy grad ettersom alle flyktige forurens-ninger, innesluttede gasser og lignende som utvikles fra materialene under smeltingen herav, cleaned to a high degree as all volatile impurities, trapped gases and the like that develop from the materials during the melting thereof,

fjernes ved den kontinuerlige evakuering av det lukkede kammer. Det smeltede material renner i noen tilfeller over i en kald form hvori materialet ytterligere oppvarmes ved toppen av den åpne form for derved å opprettholde en smeltet dam av material i formen ovenpå en stivnende støpeblokk. Støpeblokken er et høyrenset material og kan kontinuerlig fjernes'fra den nedre del av formen. I andre tilfeller kan materialet smeltes og opprettholdes i smeltet tilstand i en digel og deretter støpes i en form plassert i det evakuerte, lukkede kammer for fremstilling av en støpt gjenstand av høyrenset material. I ytterligere andre tilfeller kan damper som utvikles fra det smeltede material i en digel, avsettes på en flate som er plettert lag eller belegg av materialet i høyrenset form. Uten hensyn til det spesielle arrangement av delene i det evakuerte, lukkede kammer eller den spesielle prosess som skal utføres deri, blir oppvarmingen av mate- is removed by the continuous evacuation of the closed chamber. The molten material in some cases flows into a cold mold in which the material is further heated at the top of the open mold to thereby maintain a molten pool of material in the mold on top of a solidifying ingot. The casting block is a highly purified material and can be continuously removed from the lower part of the mold. In other cases, the material may be melted and maintained in a molten state in a crucible and then cast into a mold placed in the evacuated, closed chamber to produce a cast article of highly purified material. In still other cases, vapors developed from the molten material in a crucible can be deposited on a surface that is a plated layer or coating of the material in highly purified form. Regardless of the particular arrangement of the parts in the evacuated, closed chamber or the particular process to be carried out therein, the heating of the feed-

rialet som skal smeltes og/eller opprettholdes i smeltet tilstand 1 det høy-evakuerte lukkede kammer mest effektivt utført ved å bombardere materialet med elektroner. Med hensyn til bombarderende elektroner så er der utviklet flere elektronkanoner som hver omfatter en elektron-strålekatode og en akselereringsanodeanordning for styring av de utviklede elektroner som en elektronstråle fra katoden mot digelen, formen eller et annet mål. Elektronhastigheten, og derav energien av stråler kan lettvint styres overensstemmende med en forønsket grad av oppvarming av materialet i det spesielle mål for strålingen. the rial to be melted and/or maintained in a molten state 1 the high-evacuated closed chamber most effectively accomplished by bombarding the material with electrons. With regard to bombarding electrons, several electron guns have been developed, each comprising an electron beam cathode and an accelerating anode device for directing the developed electrons as an electron beam from the cathode towards the crucible, mold or other target. The electron speed, and hence the energy of the rays, can easily be controlled in accordance with a desired degree of heating of the material in the particular target of the radiation.

I forbindelse med den forannevnte anvendelse av elektronkanoner er magnetisk styring med fordel anvendt for å fokusere strålen mot målet og for å styre anslagsmønstret av elektronene i strålen. Med henblikk herpå blir en elektronkanon typisk plassert i noen avstand fra digelen eller annet mål og et magnetfelt utviklet i rommet mellom kanonen og målet. De magnetiske kraftlinjer kan vanligvis anordnes parallelt med målflaten og elektronene blir rettet fra kanonen inn i magnetfeltet på tvers av kraftlinjene. In connection with the aforementioned use of electron guns, magnetic control is advantageously used to focus the beam towards the target and to control the impact pattern of the electrons in the beam. With this in mind, an electron gun is typically placed at some distance from the crucible or other target and a magnetic field developed in the space between the gun and the target. The magnetic lines of force can usually be arranged parallel to the target surface and the electrons are directed from the gun into the magnetic field across the lines of force.

Magnetfeltet avbøyer elektronene langs krumme ballistiske baner mot målet idet anslags-mønstret av elektronene mot målet blir bestemt av magnetfeltets karakteristika. Det vil naturligvis forståes at kravet til anslagsmønstret kan variere betraktelig avhengig av arten av det mål som skal bombarderes, så vel som andre forhold som hersker i det høyevakuerte lukkede rom. Hvis for eksempel målet er et material i en åpen sylindrisk digel og det anvendes en enkelt kanon for frembringelse av elektronene for bombardering av materialet, bør magnetfeltets karakteristika være slik at det avbøyer elektronene i et vesentlig sirkulært anslagsmønster som jevnt dekker toppen av digelen uten at noen vesentlig del av strålen går tapt utenfor digelen. I en annen utførelse kan det for eksempel anvendes tre elektronkanoner ved bombardering av et sirkulært mål som f. eks. toppen av en åpen sylindrisk digel. Disse kanoner kan anordnes med separate magnetiske styreanordninger for å rette elektronstrålene mot målet fra posisjoner anordnet i 120 graders vinkel fra hverandre. For den mest effektive anvendelse av strålene ved dekning av målområdet blir således anslagsmønstret for hver stråle en 120-graders sektor av det sirkulære målområde, eller et triangel med topp-punktsvinkel på 120 grader. Med disse sirkelsek-torer eller triangler som støter sammen i målområdet, vil det forståes at det oppnås en effektiv og fullstendig dekning av målområdet. Hittil har det vært nødvendig for å oppnå et bestemt an-slagsmønster å «skreddersy» magnetstyrlngsfel-tet for å tilpasse det til den enkelte situasjon. Dette ble møysommelig gjennomført ved empirisk omskiftning av magnetpoldelene som frem-bringer magnetfeltet, inntil det ble oppnådd en form for magnetfeltet som ved iakttagelse viste seg å frembringe det forønskede anslagsmønster ved målet. Bortsett fra vanskelighetene som opp-sto ved å «skreddersy» feltet som nevnt, ble den resulterende form av feltet på denne måte i det vesentlige permanent og var uegnet for frembringelse av annet enn det spesielle anslags-mønster hvortil det var utformet. The magnetic field deflects the electrons along curved ballistic paths towards the target, as the impact pattern of the electrons towards the target is determined by the characteristics of the magnetic field. It will of course be understood that the requirement for the impact pattern can vary considerably depending on the nature of the target to be bombarded, as well as other conditions that prevail in the highly evacuated closed space. If, for example, the target is a material in an open cylindrical crucible and a single gun is used to produce the electrons for bombardment of the material, the characteristics of the magnetic field should be such that it deflects the electrons in a substantially circular impact pattern that evenly covers the top of the crucible without any a substantial part of the beam is lost outside the crucible. In another embodiment, for example, three electron cannons can be used when bombarding a circular target such as e.g. the top of an open cylindrical crucible. These guns can be fitted with separate magnetic control devices to direct the electron beams towards the target from positions arranged at an angle of 120 degrees from each other. For the most efficient use of the beams when covering the target area, the impact pattern for each beam thus becomes a 120-degree sector of the circular target area, or a triangle with a vertex angle of 120 degrees. With these circular sectors or triangles that collide in the target area, it will be understood that effective and complete coverage of the target area is achieved. Until now, in order to achieve a specific impact pattern, it has been necessary to "tailor" the magnetic control field to adapt it to the individual situation. This was painstakingly carried out by empirically changing the magnetic pole parts which produce the magnetic field, until a form of the magnetic field was obtained which, by observation, proved to produce the desired impact pattern at the target. Apart from the difficulties arising from "tailoring" the field as mentioned, the resulting shape of the field in this way became essentially permanent and was unsuitable for producing anything other than the particular impact pattern for which it was designed.

Foreliggende oppfinnelse overvinner de forannevnte ulemper og begrensinger som knyttet seg til tidligere kjente metoder for endring av elektronstråleanslagsmønstret ved tilveiebringelse av en elektronstråleovn for styrbar oppvarming av overflaten av et arbeidsstykke i ovnen, hvor ovnen omfatter et lukket kammer, anordninger for evakuering av dette, en elektronkanon som er anordnet inne i kammeret for frembringelse av en kraftig elektronstråle, anordninger for opprettelse av et jevnt tversgående magnetfelt i banen for elektronstrålen og omfattende minst ett polstykke på hver side av elektronkanonen og arbeidsstykket, et lavreluktans-åk som forbinder disse polstykker, og spoler anbragt på åket for indusering av det nevnte magnetfelt mellom polstykkene. The present invention overcomes the aforementioned disadvantages and limitations associated with previously known methods for changing the electron beam impact pattern by providing an electron beam furnace for controllable heating of the surface of a workpiece in the furnace, where the furnace comprises a closed chamber, devices for evacuating this, an electron gun which is arranged inside the chamber for producing a powerful electron beam, means for creating a uniform transverse magnetic field in the path of the electron beam and comprising at least one pole piece on each side of the electron gun and the workpiece, a low-reluctance yoke connecting these pole pieces, and coils arranged on the yoke for inducing the aforementioned magnetic field between the pole pieces.

Det særegne ved denne elektronstråleovn består i at der er en spole ved hver ende av åket i nær forbindelse med polstykkene og at hver spole tilføres strøm fra en separat og regulerbar strømkilde slik at foruten styrken også retningen av magnetfeltet i noen grad kan reguleres. The peculiarity of this electron beam furnace is that there is a coil at each end of the yoke in close connection with the pole pieces and that each coil is supplied with current from a separate and adjustable current source so that, in addition to the strength, the direction of the magnetic field can also be regulated to some extent.

Oppfinnelsen vil bedre kunne forståes fra den følgende mer detaljerte beskrivelse i forbindelse med de vedføyde tegninger. Figur 1 er et vertikalsnitt gjennom en elek-tronstrålevakuumovn omfattende elektronstråle-magnetstyringsapparatur i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et delsnitt tatt langs linjen 2—2 The invention will be better understood from the following more detailed description in connection with the attached drawings. Figure 1 is a vertical section through an electron beam vacuum furnace comprising electron beam magnet control apparatus according to the present invention. Figure 2 is a partial section taken along the line 2—2

i figur 1.in Figure 1.

Figur 3 er en skjematisk illustrasjon av den forbedrete magnetstyringsapparatur i henhold til oppfinnelsen og viser de dermed frembragte magnetkraftlinjer sett i oppriss bakfra. Figur 4 er en skjematisk illustrasjon av mag-netstyringsapparaturen visende magnetkraftlinjene sett ovenfra. Figur 5 er en perspektivskisse, delvis skjematisk av en alternativ form for magnetsty-ringsapparaturen i henhold til oppfinnelsen. Figur 6 er en skjematisk illustrasjon av apparatet i følge figur 5, sett i oppriss og viser magnetkraftlinjene som er avbøyet på skrå. Figur 7 er et riss i likhet med figur 6, men viser magnetkraftlinjene avbøyet på skrå i motsatt retning. Figure 3 is a schematic illustration of the improved magnetic control apparatus according to the invention and shows the resulting magnetic lines of force seen in elevation from the rear. Figure 4 is a schematic illustration of the magnetic grid control apparatus showing the magnetic force lines seen from above. Figure 5 is a perspective sketch, partially schematic of an alternative form of the magnetic control apparatus according to the invention. Figure 6 is a schematic illustration of the apparatus according to Figure 5, seen in elevation and shows the lines of magnetic force which are deflected at an angle. Figure 7 is a diagram similar to Figure 6, but shows the magnetic lines of force deflected obliquely in the opposite direction.

Betrakter man først rent generelt en type av en elektronstråle-høyvakuumovn og viser til fig. 1, vil det sees at den omfatter et kabinett 11 som avgrenser et kammer 12 forbundet med evaku-eringsanordninger 13 for kontinuerlig utpumping av kammeret for å opprettholde et høyt vakuum deri. Inne i vakuumkammeret 12 er anbragt en beholder i hvilken material som for eksempel metall kan være anbragt. I den spesielle utførelse som her beskrevet, består en slik beholder av en digel 14 utført av kopper eller lignende med gjennomløp 16 for sirkulasjon av et kjølemiddel for å holde veggene i digelen på en ikke ødeleg-gende, relativt lav temperatur sammenlignet med temperaturen på materialet i digelen, hvilket material er oppvarmet til smeltet tilstand. I den viste utførelse er digelen 14 bevegelig mellom en opprettstående stilling i hvilken materialet som skal oppvarmes, kan innføres i den åpne topp av digelen gjennom en forseglet sluse 17 eller lignende anordnet i toppen av kabinettet 11 ovenfor digelen, og en nedoversvinget tømme-stilling hvori smeltet material i digelen blir støpt i en form 18 eller lignende passende plassert ved fo-ten av kabinettet. Digelen er montert på en platt-form 19 med akseltapper 21 opplagret i kammer - veggene 11 med minst en veiv 22 anvendt i forbindelse med en av tappene 21 og koplet til et fjernstyrt skyvestang-ledd 23. Gjennom styrt igangsetting av et pneumatisk manøvrert stem-pel eller lignende (ikke vist) som er koplet til leddet 23, kan dette trekkes tilbake eller skyves frem og derved svinge digelen mellom dens opprettstående stilling for mottaking av material eller dens hellende tømmestilling. Det bemerkes at den ovennevnte spesielle beskrivelse av digelen 14 som er hellbar og anvendt i forbindelse med formen 18 for støping av smeltet material, er et rent eksempel og at digelen likesåvel kan stå fast og anvendes for andre formål, slik som dampbelegging av smeltet material i digelen på en over digelen passende plassert flate. Videre må i tillegg til det foregående beholderen for material som foran beskrevet, i sin videste betydning forståes å omfatte, i tillegg til digelen, kalde former av en type i hvilken smeltet material strømmer kontinuerlig fra en beholdning av smeltbart material i fast tilstand som underkastes oppvarmning og smeltning i kammeret 12, med materialet stivnende i den nedre del av den kalde form og bærende en smeltet dam på toppen derav, hvoretter den stivnende del kan fjernes kontinuerlig fra formen i form av en støpt stang av høyrafflnert material. If one first considers a purely general type of an electron beam high-vacuum furnace and refers to fig. 1, it will be seen that it comprises a cabinet 11 which defines a chamber 12 connected to evacuation devices 13 for continuously pumping out the chamber to maintain a high vacuum therein. A container is placed inside the vacuum chamber 12, in which material such as metal, for example, can be placed. In the particular embodiment as described here, such a container consists of a crucible 14 made of cups or the like with a passage 16 for the circulation of a coolant to keep the walls of the crucible at a non-destructive, relatively low temperature compared to the temperature of the material in the crucible, which material is heated to a molten state. In the embodiment shown, the crucible 14 is movable between an upright position in which the material to be heated can be introduced into the open top of the crucible through a sealed sluice 17 or similar arranged in the top of the cabinet 11 above the crucible, and a downward-swinging emptying position in which molten material in the crucible is cast into a mold 18 or similar suitably placed at the foot of the cabinet. The crucible is mounted on a platform 19 with shaft pins 21 stored in a chamber - the walls 11 with at least one crank 22 used in connection with one of the pins 21 and connected to a remote-controlled push rod link 23. Through controlled initiation of a pneumatically maneuvered stem- stake or the like (not shown) which is connected to link 23, this can be withdrawn or pushed forward and thereby swing the crucible between its upright position for receiving material or its inclined emptying position. It is noted that the above-mentioned special description of the crucible 14, which is pourable and used in connection with the mold 18 for casting molten material, is a pure example and that the crucible can just as well be fixed and used for other purposes, such as vapor coating of molten material in the crucible on a suitably placed surface above the crucible. Furthermore, in addition to the foregoing, the container for material as described above must, in its broadest sense, be understood to include, in addition to the crucible, cold forms of a type in which molten material flows continuously from a reservoir of fusible material in a solid state which is subjected to heating and melting in the chamber 12, with the material solidifying in the lower part of the cold mold and bearing a molten pool on the top thereof, after which the solidifying part can be continuously removed from the mold in the form of a cast bar of highly refined material.

Oppvarmning av materialet i vakuumkammeret 12 til begynnende smeltning og opprett-holdelse av materialet i smeltet tilstand i forskjellige trinn av hvilken som helst prosess som utføres i kammeret, kan med fordel gjennom-føres ved hjelp av elektronbombardementsopp-varmning. Men henblikk herpå er en eller flere elektronkanoner anordnet i kammeret for å rette elektronstråler mot materialet som skal behandles i dets forskjellige prosesstrinn. Hvor prosessen omfatter å holde materialet i en digel, er en eller flere elektronkanoner anordnet for å rette elektronstrålene mot den åpne topp av digelen for begynnende smeltning og/eller opp-rettholdelse av materialet i smeltet tilstand. På samme måte blir material i former eller andre beholdere ofte holdt i smeltet tilstand ved hjelp av elektronbombardementsvarmning, mens i andre tilfeller bombarderende elektronstråler blir rettet mot materialet idet det innføres i kammeret i fast tilstand for begynnende smeltning av samme og for å muliggjøre en kontinuerlig strømning av materialet ned i en kald form eller annen beholder. Uavhengig av formen eller den spesielle forføyning av materialet i et prosesstrinn hvor materialet er underkastet oppvarmning ved hjelp av elektronbombarde-ment skal uttrykket «mål» som her anvendt, be-tegne overflaten av materialet mot hvilken elektronene rettes. I den spesielle utførelse av en ovn som illustrert i tegningene og heri beskrevet, er målet den udekkete flate, generelt betegnet med 24, av material som skal holdes i den åpne cy-lindriske digel 14. I det foreliggende eksempel rettes elektronene mot flaten 24 fra en enkelt elektronkanon 26. Kanonene er fordelaktig, skjønt ikke nødvendigvis, plassert foran digelen og nedenfor den åpne topp av denne. Som vel kjent ved slik plassering av kanonen 26, vil for-urensning av elektroden 27 ved avsetning av damper som stiger opp fra det smeltede material i digelen, bli betydelig redusert. I tillegg hertil er kanonen 26 i foreliggende utførelse anordnet i ett med digelen 14 idet kanonen er montert på en støtteanordning 28 som bæres av digelen. Kanonen og digelen er således svingbar som en en-het. Heating the material in the vacuum chamber 12 to incipient melting and maintaining the material in a molten state in various stages of any process carried out in the chamber can advantageously be carried out by means of electron bombardment heating. But for this purpose, one or more electron guns are arranged in the chamber to direct electron beams at the material to be treated in its various process steps. Where the process involves holding the material in a crucible, one or more electron guns are arranged to direct the electron beams towards the open top of the crucible for initial melting and/or maintenance of the material in a molten state. Similarly, material in molds or other containers is often held in a molten state by means of electron bombardment heating, while in other cases bombarding electron beams are directed at the material as it is introduced into the chamber in the solid state to initiate melting thereof and to enable a continuous flow of the material into a cold mold or other container. Regardless of the shape or the particular arrangement of the material in a process step where the material is subjected to heating by means of electron bombardment, the term "target" as used here shall denote the surface of the material towards which the electrons are directed. In the particular embodiment of a furnace as illustrated in the drawings and described herein, the target is the exposed surface, generally designated 24, of material to be held in the open cylindrical crucible 14. In the present example, the electrons are directed to surface 24 from a single electron gun 26. The guns are advantageously, though not necessarily, located in front of the crucible and below the open top thereof. As is well known, with such a placement of the cannon 26, contamination of the electrode 27 by deposition of vapors rising from the molten material in the crucible will be significantly reduced. In addition to this, the cannon 26 in the present embodiment is arranged in one with the crucible 14, the cannon being mounted on a support device 28 which is carried by the crucible. The cannon and the crucible are thus pivotable as a unit.

Det vil forståes at for at elektronene frem-bragt av elektrodeanordningen 27 i kanonen 26 skal bombardere målflaten 24 for materialet i digelen 14, må det tilveiebringes anordninger som styrer elektronene langs krumme ballistiske baner som strekker seg mellom kanonen og målflaten. For dette formål er der anordnet innretninger som induserer et magnetfelt med kraftlinjer som strekker seg over den åpne topp av digelen og hen mot elektroden 27 i kanonen på tvers av elektronenes bevegelsesretning. Fortrinnsvis omfatter magnetfelt-induksjons-an-ordningene ett par parallelle i avstand fra hin-annen plasserte poler 29 og 31 henholdsvis plassert på motsatte sider av digelen 14. Disse poler har fortrinnsvis en i det vesentlige flat, vertikalt avlang, rektangulær form hvis øvre ender strekker seg over den åpne topp av digelen og hvis vertikale sidekanter befinner seg ved siden av et parti av digelen og henholdsvis et sted foran elektroden 27 i kanonen 26. En fremre del av digelen og elektrodeanordningen i kanonen er således plassert i et område av rommet som i tverr-retningen er avgrenset av poldelene 29 og 31. I tillegg hertil er der tilveibragt innretninger for å forbinde de nedre ender av poldelene 29, 31 gjennom en lavreluktansfluksbane, og fortrinnsvis omfatter disse innretninger en U-formet bøyle 32 av høypermeabelt material som for eksempel bløtt jern. En slik bøyle omfatter en tversgående avstivnlngsdel 33 som strekker seg mellom de nedre ender av opprettstående parallelle ben 34, 36 som hver for seg er magnetisk koplet til de nedre kanter av poldelene 29, 31. Hele sammensetningen av poler og bøyle er festet til digelen 14 ved hjelp av en støtteanordning 37 som strekker seg på tvers mellom poldelene og er festet til omkretsen av den fremre del av digelen 14. Bøylen 32 forbinder magnetviklinger for induksjon av magnetisk fluks i bøylen. En sluttet magnetkrets dannes naturligvis av bøy-len og poldelene og luftmellomrommet som strekker seg mellom poldelene. Som følge herav strekker magnetiske kraftlinjer seg i det vesentlige på tvers mellom poldelene og blir fordelt i området av rommet til side for og oppover til elektroden 27 i kanonen 26 og den fremre del av digelen 14. Sett i plan har kraftlinjene ved de vertikale sidekanter av poldelene vanlig konveks form som strekker seg ut fra polkantene. Disse konvekse kraftlinjer danner kant-områder av magnetfeltet anordnet ved langsgående motsatte ender av et overveiende ensartet, sentralt feltområde hvor kraftlinjene for det meste er line-ære og ligger tettere sammen. Magnetfeltstyrken i kant-området er mindre enn i det sentrale område av feltet og elektroden 27 i elektronkanonen er anordnet i ett kant-felt, mens målområdet 24 i toppen av digelen er anordnet i det annet kant-område. Elektroner som emitteres fra elektroden 27, vil således gå inn i ett kant-felt på tvers av kraftlinjene og vil bli avbøyet langs krumme ballistiske baner som strekker seg gjennom det sentrale feltområde med relativt høy feltstyrke, og så gjennom det annet kant-felt mot toppen av digelen 14. Ved passende regulering av felt-styrken anordnet mellom poldelene blir elektronene fokusert slik at de ved målflaten 24 danner et anslagsmønster som i det vesentlige dekker denne flate, som antydet ved buete kurver 38 av de fokuserte elektronstråler. Det er imidlertid blitt funnet at anslagsmønstret ved målflaten 24 ikke er sirkulært slik at det ikke stemmer overens med formen til målflaten og at det ikke er i overensstemmelse med den optimale effekt av strålene. I stedet inneholder anslagsmøns-tret motstående inntrukne partier slik at formen på anslagsmønstret ligner et nøkkelhull. For derfor å oppnå full dekning av målflaten 24 må strålenes anslagsmønster forstørres tilstrek-kelig til at dets minste dimensjon, mellom de motstående inntrukne partier, er så stor som dia-meteren i det sirkulære målområde. Som følge herav vil en betydelig del av strålene falle utenfor målområdet langs hovedaksen i nøkkelhull-mønstret. Disse elektroner som faller utenfor målområdet, tjener intet nyttig formål og ned-setter virkningsgraden for strålenes anvendelse ved bombardementsoppvarmning av målområdet. Som tidligere bemerket, er der gjort forsøk på å øke effekten av strålevirkningen ved passende utforming av magnetstyringsfeltet på en slik måte at man kan endre anslagsmønstret slik at de inntrukne partier elimineres hvorved mønstret mer vil ligne på en sirkelflate. Tidligere forsøk på å oppnå et overveiende sirkulært an-slagsmønster ved formning av styringsfeltet har ført til den heller møysommelige fremgangsmåte empirisk å skifte ut poldeler inntil det forøns-kede mønster iakttaes i målområdet. På samme måte er slik empirisk utskiftning av poldeler blitt anvendt ved frembringelse av andre mønsterfor-mer enn den sirkulære. Bortsett fra de forannevnte ulemper som oppstår ved den omstende-lige endring av feltet som nevnt, skal det bemerkes at feltet når det en gang er formet for å danne et bestemt anslagsmønster, så er det ikke så lett å omforme det igjen for å danne et annet anslagsmønster. Følgelig har det vært liten eller ingen mulighet for styring ved de tidligere felt-omformningsmetoder anvendt i forbindelse med magnetisk styring av elektroder for bombarde-mentsoppvarmningsformål i høyvakuumovner. It will be understood that in order for the electrons produced by the electrode device 27 in the cannon 26 to bombard the target surface 24 for the material in the crucible 14, devices must be provided which guide the electrons along curved ballistic paths that extend between the cannon and the target surface. For this purpose, devices are arranged which induce a magnetic field with lines of force which extend across the open top of the crucible and towards the electrode 27 in the gun across the direction of movement of the electrons. Preferably, the magnetic field induction devices comprise a pair of parallel spaced apart poles 29 and 31 respectively placed on opposite sides of the crucible 14. These poles preferably have a substantially flat, vertically elongated, rectangular shape whose upper ends extends over the open top of the crucible and whose vertical side edges are located next to a part of the crucible and respectively somewhere in front of the electrode 27 in the cannon 26. A front part of the crucible and the electrode arrangement in the cannon are thus located in an area of the room which in the transverse direction is delimited by the pole parts 29 and 31. In addition to this, devices are provided to connect the lower ends of the pole parts 29, 31 through a low reluctance flux path, and preferably these devices comprise a U-shaped hoop 32 of highly permeable material which example soft iron. Such a hoop comprises a transverse stiffening part 33 which extends between the lower ends of upright parallel legs 34, 36 which are each magnetically coupled to the lower edges of the pole parts 29, 31. The whole assembly of poles and hoop is attached to the crucible 14 by means of a support device 37 which extends transversely between the pole parts and is attached to the circumference of the front part of the crucible 14. The hoop 32 connects magnetic windings for induction of magnetic flux in the hoop. A closed magnetic circuit is naturally formed by the hoop and the pole parts and the air gap that extends between the pole parts. As a result, magnetic lines of force extend essentially transversely between the pole parts and are distributed in the area of the space to the side of and upwards to the electrode 27 in the cannon 26 and the front part of the crucible 14. Viewed in plan, the lines of force at the vertical side edges of the pole parts usually convex shape extending from the pole edges. These convex lines of force form edge regions of the magnetic field arranged at longitudinally opposite ends of a predominantly uniform, central field region where the lines of force are mostly linear and lie closer together. The magnetic field strength in the edge area is smaller than in the central area of the field and the electrode 27 in the electron gun is arranged in one edge area, while the target area 24 at the top of the crucible is arranged in the other edge area. Electrons emitted from the electrode 27 will thus enter one edge field across the lines of force and will be deflected along curved ballistic paths that extend through the central field region with a relatively high field strength, and then through the other edge field towards the top of the crucible 14. By suitable regulation of the field strength arranged between the pole parts, the electrons are focused so that at the target surface 24 they form an impact pattern which essentially covers this surface, as indicated by curved curves 38 of the focused electron beams. However, it has been found that the impact pattern at the target surface 24 is not circular so that it does not agree with the shape of the target surface and that it is not in accordance with the optimal effect of the beams. Instead, the strike pattern wood contains opposing indented sections so that the shape of the strike pattern resembles a keyhole. In order to therefore achieve full coverage of the target surface 24, the impact pattern of the beams must be enlarged sufficiently so that its smallest dimension, between the opposite retracted parts, is as large as the diameter of the circular target area. As a result, a significant part of the rays will fall outside the target area along the main axis of the keyhole pattern. These electrons which fall outside the target area serve no useful purpose and reduce the efficiency of the use of the rays for bombardment heating of the target area. As previously noted, attempts have been made to increase the effect of the beam effect by appropriately designing the magnetic control field in such a way that the impact pattern can be changed so that the drawn-in parts are eliminated, whereby the pattern will more closely resemble a circular surface. Previous attempts to achieve a predominantly circular impact pattern when shaping the control field have led to the rather laborious method of empirically replacing pole parts until the desired pattern is observed in the target area. In the same way, such empirical replacement of pole parts has been used when producing pattern shapes other than the circular one. Apart from the aforementioned disadvantages arising from the extensive modification of the field as mentioned, it should be noted that once the field has been shaped to form a particular impact pattern, it is not so easy to reshape it again to form a different estimate pattern. Consequently, there has been little or no possibility of control by the previous field transformation methods used in connection with magnetic control of electrodes for bombardment heating purposes in high vacuum furnaces.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er muliggjort å lette formingen av magnetstyringsfeltet på en relativt enkel og lett styrbar måte for å tilveiebringe endring av anslagsmøns-tret for en bombarderende stråle av elektroner slik at det skal svare til varierende målformer, og/eller passe til en variasjon av bombarde-mentsoppvarmningsanvendelser som er i samsvar med optimal utnyttelse av den anvendte strålebehandling. Eksempelvis kan foreliggende metode anvendes i det foran beskrevne tilfelle for å styre feltet mellom poldelene 29, 31 på en slik måte at det frembringes et sirkulært an-slagsmønster overensstemmende med formen av toppen på digelen 14. Rent generelt er der til-veiebragt en styremetode for anslagene hvilken kan anvendes på forskjellige måter i en høy-vakuumsovn for å lette bombardementsopp-varmningen av et material deri med de forannevnte fordeler uavhengig av den spesielle form av materialet og det spesielle prosesstrinn som dette underkastes. Eksempelvis kan materialet være i form av en stang av smeltbart material som kontinuerlig innføres i ovnen, og der utset-tes for oppvarmning i innføringsenden for å smelte materialet og la samme strømme ned i en kald form, digel eller lignende. Med apparatet ifølge oppfinnelsen induseres det et magnet-styringsfelt i nærheten av målet som er repre-sentert ved material som skal behandles (f. eks. en beholdning av et fast smeltbart material, smeltet material som holdes i en beholder, eller lignende) som befinner seg i høyvakuumsområ-det i en vakuumsovn. Ved induseringen av feltet er der etablert en lavreluktans-fluksbane som forbinder et flertall poldeler som grenser opp mot målet. Magnetisk fluks blir så indusert i fluksbanen for tilveiebringelse av et magnetfelt hvis kraftlinjer strekker seg mellom poldelene og følgelig opptar romområdet som grenser opp til målet. Elektronene blir så rettet mot feltet på tvers av flukslinjene mellom polene for fokusering mot materialet som representerer målet. Endelig blir flukstettheten i deler av fluksbanen som forbinder de respektive poler, styrbart og særskilt variert for å skrå eller avbøye retningen av kraftlinjene som strekker seg mellom polene. Det er funnet at ved slik styrt endring av graden og retningen av avbøyning i kraftlinjene, kan det frembringes i det vesentlige hvilket som helst forønsket anslagsmønster ved målet av elektroner rettet på tvers av feltet. According to the present invention, it is possible to facilitate the shaping of the magnetic control field in a relatively simple and easily controllable way in order to provide a change in the impact pattern for a bombarding beam of electrons so that it should correspond to varying target shapes, and/or fit a variation of bombardment heating applications which is consistent with optimal utilization of the applied radiation treatment. For example, the present method can be used in the case described above to control the field between the pole parts 29, 31 in such a way that a circular impact pattern is produced corresponding to the shape of the top of the crucible 14. In general, a control method is provided for the projections which can be used in different ways in a high-vacuum furnace to facilitate the bombardment heating of a material therein with the aforementioned advantages regardless of the particular shape of the material and the particular process step to which it is subjected. For example, the material can be in the form of a rod of fusible material which is continuously introduced into the furnace, and where it is exposed to heating at the introduction end in order to melt the material and allow it to flow down into a cold mold, crucible or the like. With the apparatus according to the invention, a magnetic control field is induced in the vicinity of the target which is represented by material to be treated (e.g. a stock of a solid fusible material, molten material held in a container, or the like) which is located in the high vacuum area of a vacuum furnace. When the field is induced, a low-reluctance flux path is established which connects a plurality of pole parts bordering the target. Magnetic flux is then induced in the flux path to provide a magnetic field whose lines of force extend between the pole members and consequently occupy the region of space adjacent to the target. The electrons are then directed to the field across the flux lines between the poles for focusing onto the material representing the target. Finally, the flux density in parts of the flux path connecting the respective poles is controllably and specifically varied to skew or deflect the direction of the lines of force extending between the poles. It has been found that by such controlled change of the degree and direction of deflection in the lines of force, essentially any desired impact pattern can be produced at the target by electrons directed across the field.

Med hensyn til det spesielt iøynefallende trinn ved fremgangsmåten for styrt, særskilt endring av flukstettheten i de sammenbindende deler av fluksbanen mellom de respektive poldeler vil det forståes at dette mest lettvint kan oppnåes ved elektromagnetisk induksjon. Mer spesielt består dette trinn ved fremgangsmåten i særskilt, styrt indusering av fluks i de respektive sammenbindende deler av fluksbanen i slike styrte forhold som er i samsvar med iakttagelsen av et anslagsmønster med den forønskede form. Forannevnte kan oppnås ved midler som senere skal beskrives i detalj. Enn videre kan dette trinn ved fremgangsmåten, hvis ønsket, modifiseres noe, for frembringelse av et «sveipet» anslags-mønster. Med henblikk herpå kan magnetisk fluks induseres alternativt i respektive enheter av sammenbindende deler av fluksbanen eller retningen av fluksen kan vekselvis retningsre-verseres i en sammenbindende del for dermed vekselvis å skrå kraftlinjene i magnetfeltet i motsatte retninger og overensstemmende her-med bevirke kontinuerlig bevegelse og variasjon i formen av anslagsmønstret for elektronene på målet. Som et resultat herav tilveiebringes ter-misk bevegelse eller omrøring av materialet som representerer målet som bombarderes, hvilken virkning av og til kan være meget ønskelig. With regard to the particularly conspicuous step in the method of controlled, particular change of the flux density in the connecting parts of the flux path between the respective pole parts, it will be understood that this can most easily be achieved by electromagnetic induction. More particularly, this step of the method consists in separate, controlled induction of flux in the respective connecting parts of the flux path in such controlled conditions as are consistent with the observation of an impact pattern of the desired shape. The aforementioned can be achieved by means which will be described in detail later. Furthermore, this step of the method can, if desired, be modified somewhat to produce a "swept" impact pattern. With this in mind, magnetic flux can alternatively be induced in respective units of connecting parts of the flux path or the direction of the flux can be alternately reversed in a connecting part to thereby alternately slant the lines of force in the magnetic field in opposite directions and accordingly cause continuous movement and variation in the shape of the impact pattern of the electrons on the target. As a result, thermal movement or agitation of the material representing the target being bombarded is provided, which effect can sometimes be very desirable.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan likeledes anvendes i tilfeller hvor et mål bombarderes av elektroner fra et flertall klart atskilte, fokuserte retninger i motsetning til en enkelt retning. For dette formål etableres et flertall av lavreluktans-fluksbaner, som hver binder sammen et flertall poldeler, med rundt omkretsen i lik avstand atskilte radier som stråler ut fra et punkt i målet. Magnetisk fluks induseres særskilt og styrt i respektive sammenbindende deler mellom respektive poldeler knyttet til hver av antallet av fluksbaner for dermed å etablere magnetfelter som har kraftlinjer mellom de respektive sett av poldeler i vinkelmessig atskilte stillinger grensende opp til målet. Elektroner innføres så i de respektive magnetfelter på tvers av kraftlinjene for fokusering mot målet fra et flertall vinkelmessig atskilte retninger. Flukstettheten i de respektive sammenbindende deler av hver fluksbane reguleres så i forhold til hverandre ved separat, styrt elektromagnetisk fluksinduksjon i de respektive sammenbindende deler for frembringelse av et flertall anslagsmønstre av elektronene som er fokusert fra det respektive antall vinkelmessig atskilte retninger. Disse anslagsmønstre støter vinkelmessig mot hverandre i målet og har kon-figurasjoner som er i samsvar med etableringen av et sammensatt anslagsmønster som dekker et forutbestemt område av målet. Hvis for eksempel målet omfatter material i en åpen sylindrisk digel og det er ønskelig at det sammensatte anslagsmønster skal dekke den udekkete overflate av materialet, med andre ord et sirkulært overflateområde, blir flukstettheten i de respektive sammenbindende deler av hver fluksbane regulert slik at elektronene som er fokusert ved hjelp derav, danner sektorformige eller triangel - formige anslagsmønstre på den udekkete overflate av materialet, hvilke anslagsmønstre over-lapper hverandre noe. Det sammensatte møns-ter blir således i det vesentlige sirkulært og dekker på en effektiv måte den udekkete overflate av materialet. The method according to the invention can likewise be used in cases where a target is bombarded by electrons from a plurality of clearly separated, focused directions as opposed to a single direction. For this purpose, a plurality of low-reluctance flux paths are established, each of which binds together a plurality of pole parts, with equally spaced radii around the circumference radiating from a point in the target. Magnetic flux is induced separately and controlled in respective connecting parts between respective pole parts linked to each of the number of flux paths to thereby establish magnetic fields which have lines of force between the respective sets of pole parts in angularly separated positions adjacent to the target. Electrons are then introduced into the respective magnetic fields across the lines of force for focusing towards the target from a plurality of angularly separated directions. The flux density in the respective connecting parts of each flux path is then regulated in relation to each other by separate, controlled electromagnetic flux induction in the respective connecting parts to produce a plurality of impact patterns of the electrons which are focused from the respective number of angularly separated directions. These impact patterns collide angularly with each other in the target and have configurations which are consistent with the creation of a complex impact pattern covering a predetermined area of the target. If, for example, the target comprises material in an open cylindrical crucible and it is desired that the composite impact pattern should cover the uncovered surface of the material, in other words a circular surface area, the flux density in the respective connecting parts of each flux path is regulated so that the electrons which are focused using it, form sector-shaped or triangle-shaped impact patterns on the uncovered surface of the material, which impact patterns somewhat overlap each other. The composite pattern thus becomes essentially circular and effectively covers the uncovered surface of the material.

Det vil forståes at den forannevnte metode besitter betydelig mangesidighet ved utøvelsen av den. Metoden omfatter situasjoner hvor magnetfeltet hovedsakelig er innbefattet i et område som ligger over et mål som for eksempel toppen av en digel eller lignende, opptar et romområde ved siden av og nær opptil materialet som skal behandles, eller har forskjellige andre romlige disposisjoner i forhold til det målmate-rial som skal behandles. Ennvidere kan elektronene innføres i feltet i alle tenkelige stillinger, fra stillinger over, under, ved siden av o.s.v. i forhold til målet som skal bombarderes. It will be understood that the aforementioned method possesses considerable versatility in its implementation. The method includes situations where the magnetic field is mainly contained in an area that lies above a target such as the top of a crucible or the like, occupies a space area next to and close to the material to be processed, or has various other spatial dispositions in relation to it target material to be processed. Furthermore, the electrons can be introduced into the field in all imaginable positions, from positions above, below, next to, etc. in relation to the target to be bombarded.

Betrakter man nå mer i detalj den ovenfor generelt beskrevne metode for bombardements-oppvarmningsstyring under henvisning til en spesiell utførelsesform og i sammenheng med en spesiell utførelse av apparaturen, vises det påny til figurene 1 og 2 hvor magnetstyringsfeltet er etablert mellom poldelene 29, 31 i et romområde som ligger over digelen 14 og strekker seg forover og nedover fra toppen av denne, og hvor elektronene er rettet fra kanonen 26 inn i feltet fra en stilling forenfor og nedenfor toppen av digelen. I denne utførelse blir styrt endring av magnetkraftlinjenes avbøyning lett utført ved regulering av de relative flukstettheter på motsatte sider av en lavrektulans-fluksbane avgrenset av bøylen 32 som binder sammen poldelene 29 og 31. Med andre ord avgrenser de motstående sider eller ben 34, 36 av bøylen den sammenbindende del av fluksbanen som foran nevnt. Mer spesielt, hvis flukstettheten i benet 34 i bøylen gjøres større enn i benet 36, vil kraftlinjene som strekker seg mellom 29, 31 bli avbøyet eller skrånet i retning mot poldelen 29 som er forbundet med benet 34 som har den største flukstetthet. I motsatt tilfelle, når benet 36 har den største flukstetthet, vil kraftlinjene mellom polene avbøyes i motsatt retning mot polene 31 som er forbundet med benet 36. Ennvidere når flukstetthetene i bena 34, 36 er like, vil kraftlinjene mellom polene 29, 31 være overveiende parallelle med av-stivningsdelene 33 i bøylen og følgelig ikke få noen avbøyning. If one now considers in more detail the above generally described method for bombardment heating control with reference to a particular embodiment and in connection with a particular embodiment of the apparatus, reference is again made to figures 1 and 2 where the magnetic control field is established between the pole parts 29, 31 in a space area which lies above the crucible 14 and extends forwards and downwards from the top of this, and where the electrons are directed from the cannon 26 into the field from a position in front of and below the top of the crucible. In this embodiment, controlled change of the deflection of the magnetic lines of force is easily accomplished by regulating the relative flux densities on opposite sides of a low rectilinear flux path defined by the hoop 32 which binds together the pole parts 29 and 31. In other words, they define the opposite sides or legs 34, 36 of the hoop the connecting part of the flux path as mentioned above. More particularly, if the flux density in the leg 34 of the hoop is made greater than in the leg 36, the lines of force extending between 29, 31 will be deflected or inclined in the direction of the pole portion 29 connected to the leg 34 which has the greatest flux density. In the opposite case, when the leg 36 has the greatest flux density, the lines of force between the poles will be deflected in the opposite direction to the poles 31 which are connected to the leg 36. Furthermore, when the flux densities in the legs 34, 36 are equal, the lines of force between the poles 29, 31 will be predominant parallel to the stiffening parts 33 in the hoop and consequently not get any deflection.

Endring av de relative flukstettheter i fluksbanen mellom de respektive ben blir fortrinnsvis utført ved hjelp av ett par spoler 39, 40 som er magnetisk forbundet med hver sitt ben. Mer spesielt kan spolene 39, 40 fordelaktigst anordnes konsentrisk omkring kjernedeler av benene 34, 36 ved de endre ender derav nær opptil av-stivningsdelen 33 i bøylen. Disse spoler er hver for seg energisert fra kraftkilder 41, 42 som er forbundet med spolene på egnet måte, slik at ved energisering induseres magnetisk fluks i de respektive ben av bøylen i additive retninger. Flukstettheten som induseres i de respektive ben, er naturligvis avhengig av strømstyrkene som hver for seg tilføres spolene. Ved således å kontrollere de relative strømstyrker som tilfø-res spolene, kan på tilsvarende måte de relative forhold av flukstetthet i de respektive ben av bøylen varieres over et bredt område for av-bøyning av kraftlinjene mellom polene i nær sagt hvilken som helst utstrekning i begge retninger. Changing the relative flux densities in the flux path between the respective legs is preferably carried out by means of a pair of coils 39, 40 which are magnetically connected to each leg. More particularly, the coils 39, 40 can advantageously be arranged concentrically around core parts of the legs 34, 36 at the opposite ends thereof close to the stiffening part 33 in the hoop. These coils are individually energized from power sources 41, 42 which are connected to the coils in a suitable manner, so that upon energization magnetic flux is induced in the respective legs of the hoop in additive directions. The flux density that is induced in the respective legs naturally depends on the currents that are individually supplied to the coils. By thus controlling the relative currents supplied to the coils, in a similar manner the relative ratios of flux density in the respective legs of the hoop can be varied over a wide range to deflect the lines of force between the poles to almost any extent in both directions.

Den kontrollerte avbøyning av de magnetiske kraftlinjer mellom poldelene i henhold til The controlled deflection of the magnetic lines of force between the pole parts according to

oppfinnelsen forekommer prinsipielt i tversgående plan som strekker seg på langs av polene. the invention principally occurs in a transverse plane that extends lengthwise of the poles.

Med andre ord i den spesielle utførelsesform In other words, in the particular embodiment

som her beskrevet og vist i tegningene, vil av-bøyning av feltlinjene hovedsakelig forekomme as described here and shown in the drawings, deflection of the field lines will mainly occur

i tversgående vertikale plan mellom polene som in the transverse vertical plane between the poles which

antydet i figur 3. Avbøyning av feltlinjene i mindre utstrekning kan også forekomme i tversgående plan loddrett på forannevnte tversgående plan, det vil si i horisontale tversgående plan mellom polene. For å bevirke avbøy-ning av feltlinjene i de horisontale plan er benene i bøylen festet til poldelene i deres vertikale sidekanter, hvilke er anordnet nær opp til det mellomliggende område av digelen 14. Poldelene omfatter følgelig områder som stikker frem foran bena i bøylen. I kraft av dette ar- indicated in figure 3. Deflection of the field lines to a lesser extent can also occur in a transverse plane perpendicular to the aforementioned transverse plane, that is to say in horizontal transverse planes between the poles. In order to cause deflection of the field lines in the horizontal planes, the legs in the hoop are attached to the pole parts at their vertical side edges, which are arranged close to the intermediate area of the crucible 14. The pole parts consequently include areas that protrude in front of the legs in the hoop. By virtue of this ar-

rangement kan det bevirkes avbøyning av feltlinjene i horisontale tversgående plan mellom poldelene, hvilken avbøyning ikke kunne tilveiebringes hvis bena i bøylen var festet til midtpunktene av poldelene istedenfor til deres ene side. rangement, deflection of the field lines in horizontal transverse planes between the pole parts can be caused, which deflection could not be provided if the legs of the hoop were attached to the midpoints of the pole parts instead of to one side of them.

Det vil følgelig forstås at når kraftkildene It will therefore be understood that when the power sources

41, 42 leverer like strømstyrker til spolene 39, 40 slik at flukstetthetene i bena 34, 36 i bøylen 32 er like, vil kraftlinjene strekke seg mellom poldelene 29, 31 som skjematisk antydet ved fullt opptrukne linjer i figurene 3 og 4. Det bemerkes at feltlinjene er symmetrisk anordnet i forhold til et vertikalt langsgående symmetriplan 43 i det vesentlige midtveis mellom poldelene (se figurene 3 og 4) likeså i forhold til et vertikalt tversgående symmetriplan 44 mellom poldelene (se figur 4). 41, 42 supply equal currents to the coils 39, 40 so that the flux densities in the legs 34, 36 of the hoop 32 are equal, the lines of force will extend between the pole parts 29, 31 as schematically indicated by solid lines in Figures 3 and 4. It is noted that the field lines are symmetrically arranged in relation to a vertical longitudinal plane of symmetry 43 essentially midway between the pole parts (see figures 3 and 4) likewise in relation to a vertical transverse plane of symmetry 44 between the pole parts (see figure 4).

Forannevnte fordeling av feltlinjene i forhold til planene 43 og 44 representerer situa-sjonen hvor det ikke forekommer noen avbøy-ning som foran nevnt. Hvis det nå antas at strømtilførselen 41 brytes, mens tilførselen 42 fortsetter for å energisere spolen 40, vil flukstettheten i benet 36 være større enn i benet 34 og kraftlinjene mellom polene vil bli avbøyet eller skrådd mot poldelen 31 som antydet med strekete linjer i figurene 3 og 4. I begge tilfelle blir elektroner emittert mot magnetfeltet fra elektroden 27 i kanonen 2—6. Elektronene blir rettet mot feltet på tvers av dets kraftlinjer og av den grunn omfatter elektrodeanordningen 27 fortrinnsvis en eller flere rette katoder 45 parallelt plassert 1 forhold til symmetripla-nene 43, 44. Det vil forståes at elektroner som går inn i feltet, gjennomløper baner som noen ganger er perpendikulære på de respektive plan i figurene 3 og 4 og som sett fra disse plan, vil bevege seg slik at de slår perpendikulært an mot feltlinjene. Anslagsmønstret for elektronene ved avbøyete feltlinjer som antydet med strekete linjer i figurene 3 og 4, vil således bli beveget mot poldelen 31 og feltmønstret vil bli forlenget i denne retning i sammenligning med stillingen og formen av anslagsmønstret når det ikke forekommer noen avbøyning av kraftlinjene som antydet med fullt opptrukne linjer i figurene 3 og 4. På samme måte vil anslags-mønstret for strålen når kraftlinjene er av-bøyet i motsatt retning mot poldelen 29, beve-ges eller bli forlenget mot denne poldel. Den nøyaktige resulterende form for anslagsmøn-stret som oppstår ved avbøyning av feltlinjene, kan ikke med letthet forutsies gjennom en enkel matematisk analyse av enkeltpartiklers bevegelse gjennom magnetfelter i henhold til de velkjente fysikalske lover herfor. Dette på grunn av at andre faktorer kommer inn i bildet når mer enn en enkeltpartikkel skal betraktes, slik som coulomb-kraften mellom de enkelte elektroner som innbefattes i strålen. Imidlertid skal det bemerkes at gjennom eksperimentelle iakt-tagelser kan nær sagt hvilket som helst mønster frembringes avhengig av utstrekningen og retningen mot hvilken kraftlinjene er avbøyet. The aforementioned distribution of the field lines in relation to planes 43 and 44 represents the situation where no deflection occurs as mentioned above. If it is now assumed that the current supply 41 is interrupted, while the supply 42 continues to energize the coil 40, the flux density in the leg 36 will be greater than in the leg 34 and the lines of force between the poles will be deflected or inclined towards the pole part 31 as indicated by dashed lines in Figures 3 and 4. In both cases, electrons are emitted towards the magnetic field from the electrode 27 in the cannon 2-6. The electrons are directed towards the field across its lines of force and for that reason the electrode device 27 preferably comprises one or more straight cathodes 45 placed parallel to the symmetry planes 43, 44. It will be understood that electrons entering the field traverse paths which are sometimes perpendicular to the respective planes in figures 3 and 4 and, as seen from these planes, will move so that they strike perpendicularly to the field lines. The impact pattern for the electrons at deflected field lines as indicated by dashed lines in Figures 3 and 4 will thus be moved towards the pole part 31 and the field pattern will be extended in this direction in comparison with the position and shape of the impact pattern when there is no deflection of the force lines as indicated with solid lines in figures 3 and 4. In the same way, the impact pattern for the beam when the lines of force are deflected in the opposite direction towards the pole part 29, will move or be extended towards this pole part. The exact resulting form of the impact pattern that occurs when the field lines are deflected cannot easily be predicted through a simple mathematical analysis of the movement of individual particles through magnetic fields according to the well-known physical laws for this. This is because other factors come into play when more than one individual particle is to be considered, such as the coulomb force between the individual electrons included in the beam. However, it should be noted that through experimental observations, almost any pattern can be produced depending on the extent and direction towards which the lines of force are deflected.

Når det er ønskelig å «sveipe» anslagsmøn-stret som antydet, kan spolene 39 og 40 energi-seres vekselvis fra kraftkildene 41 og 42. Flukstettheten i de respektive ben 34, 36 i bøylen blir vekselvis maksimal for derved å avbøye feltlinjene vekselvis i motsatte retninger og således «sveipe» anslagsmønstret. When it is desired to "sweep" the impact pattern as indicated, the coils 39 and 40 can be energized alternately from the power sources 41 and 42. The flux density in the respective legs 34, 36 in the hoop alternately becomes maximum to thereby deflect the field lines alternately in opposite directions directions and thus "sweep" the impact pattern.

Skjønt poldelene 29, 31 i den foretrukne apparatur ifølge oppfinnelsen kan være anordnet som massive plater, så er disse imidlertid fordelaktigst utformet som et flertall vertikalt-forlengede, på langs atskilte stangsegmenter 46. Mer spesielt er stangsegmentene fremstilt av høy-permeabelt materiale og er festet ved deres nedre ender til en tverrforbindelse 47 av samme material. Tverrforbindelsene 47 er på sin side festet til bendelene 34, 36 i bøylen 32. Med poldelene således anordnet i form av segmenter kan det fremdeles etableres et magnetfelt mellom poldelene og som i det vesentlige er lik det som etableres mellom massive poldeler. Imidlertid vil poldelene når disse anordnes i form av atskilte stangsegmenter, bli mer effektiv avkjølt på grunn av luftmellomrom-mene som er tilstede mellom stangsegmentene. Av større betydning er at de atskilte poldelseg-menter yter mindre motstand mot evakuering av rommet mellom poldelene. I anordninger hvor poldelene er plassert umiddelbart opp til digelen eller en annen beholder for smeltet material, slik som vist i den spesielle utførelse ifølge figurene 1 og 2, er denne forbedrete evakuering av rommet mellom poldelene meget ønskelig idet rikelige mengder av molekyler, ioner og lignende danner seg her i dette mellomrom fra det smeltete material i digelen. Når mel-lomrommet for det magnetiske styringsfelt inneholder betydelige mengder gassformige mate-rialer av forannevnte art, blir banene til de bombarderende elektroner som beveger seg gjennom styringsfeltet, skadelig påvirket av kolli-sjonsprosesser som oppstår mellom elektronene og det gassformige material, hvorved anslags-mønstret til elektronene ved målflaten blir for-dreiet på en uønsket måte. Med en polkonstruk-sjon i form av segmenter i henhold til oppfinnelsen blir mengden av gassformig material i rommet mellom poldelene betydelig redusert på grunn av den mer effektive evakuering herav hvorved de uønskete virkninger av elektronkol-lisjon i høy grad blir fjernet. Although the pole parts 29, 31 in the preferred apparatus according to the invention can be arranged as solid plates, these are most advantageously designed as a plurality of vertically-extended, longitudinally separated rod segments 46. More particularly, the rod segments are made of highly permeable material and are fixed at their lower ends to a cross connection 47 of the same material. The cross connections 47 are in turn attached to the leg parts 34, 36 in the hoop 32. With the pole parts thus arranged in the form of segments, a magnetic field can still be established between the pole parts and which is essentially similar to that established between solid pole parts. However, when these are arranged in the form of separate rod segments, the pole parts will be cooled more efficiently due to the air gaps that are present between the rod segments. Of greater importance is that the separated pole sections offer less resistance to evacuation of the space between the pole sections. In devices where the pole parts are placed immediately up to the crucible or other container for molten material, as shown in the particular embodiment according to figures 1 and 2, this improved evacuation of the space between the pole parts is very desirable, as abundant amounts of molecules, ions and the like forms here in this space from the molten material in the crucible. When the gap for the magnetic control field contains significant amounts of gaseous materials of the aforementioned kind, the paths of the bombarding electrons moving through the control field are adversely affected by collision processes that occur between the electrons and the gaseous material, whereby the impact pattern until the electrons at the target surface are distorted in an undesired way. With a pole construction in the form of segments according to the invention, the amount of gaseous material in the space between the pole parts is significantly reduced due to the more effective evacuation thereof, whereby the unwanted effects of electron collisions are largely removed.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan alternativt anvendes i forbindelse med den modifiserte apparatur for frembringelse av et selektivt avbøyet felt som er vist i figur 5. Som vist der, er der anordnet et flertall poldeler 48, 49, 51 istedenfor ett par poldeler som i apparaturen ifølge figurene 1—4. Poldelene 48, 49 er anordnet i motstående, på tvers atskilt forhold, mens poldelen 51 er anbragt i atskilt parallelt forhold til poldelen 48 i et felles langsgående plan. En bøyle 52 av høy-permeabelt material er festet til poldelene for å avgrense en lavreluktans-fluksbane som sammenbinder poldelene. Mer spesielt omfatter bøylen 52 en tverr-avstivning 53 forbundet med parallelle ben 54, 56, som stikker frem fra de motsatte ender av tverravstiveren 53. Bena 54, 56 er på sin side festet til de frie ender av poldelene henholdsvis 48, 51 nær opp til deres ytre langsgående kanter. Tverravstiveren 53 er festet til poldelen 49 i planært forhold, hvilken poldel stikker frem på langs fra tverravstiveren som ligger an mot benet i den motsatte ende herav hvortil poldelen 48 er festet. Benet 54 avgrenser således en sammenbindende del av bøylens fluksbane mellom poldelene 48, 49. Benet 56 med tverravstiveren 53 avgrenser en sammenbindende del av fluksbanen mellom poldelene 49, 51. Likeledes avgrenser bena 54, 56 sammen med tverravstiveren 53 en sammenbindende del av bøylens fluksbane mellom poldelene 48 og 51. The method according to the invention can alternatively be used in connection with the modified apparatus for producing a selectively deflected field which is shown in Figure 5. As shown there, a plurality of pole parts 48, 49, 51 are arranged instead of a pair of pole parts as in the apparatus according to figures 1-4. The pole parts 48, 49 are arranged in an opposite, transversely separated relationship, while the pole part 51 is arranged in a separate parallel relationship to the pole part 48 in a common longitudinal plane. A hoop 52 of highly permeable material is attached to the pole members to define a low-reluctance flux path connecting the pole members. More specifically, the brace 52 comprises a transverse brace 53 connected to parallel legs 54, 56, which protrude from the opposite ends of the transverse brace 53. The legs 54, 56 are in turn attached to the free ends of the pole parts 48, 51 respectively close up to their outer longitudinal edges. The transverse brace 53 is attached to the pole part 49 in a planar relationship, which pole part protrudes lengthwise from the transverse brace which rests against the leg at the opposite end of which the pole part 48 is attached. The leg 54 thus delimits a connecting part of the hoop's flux path between the pole parts 48, 49. The leg 56 with the transverse brace 53 delimits a connecting part of the flux path between the pole parts 49, 51. Similarly, the legs 54, 56 together with the transverse brace 53 delimit a connecting part of the hoop's flux path between pole parts 48 and 51.

For å utføre særskilt kontrollerbar endring av flukstetthetene i de respektive sammenbindende deler av fluksbanen er der anordnet ett par spoler 57, 58 som fortrinnsvis er konsentrisk plassert omkring bena 54, 56. Disse spoler blir særskilt og kontrollerbart energisert ved hjelp av variable likestrøms-kraftkilder 59, 61 som er koplet til spolene. Ved å variere retningen og styrken av strøm som tilføres spolene 57, 58 fra kraftkildene 59, 61, blir flukstetthetene i de sammenbindende deler av fluksbanene mellom de forskjellige poldeler henholdsvis 48, 49, 51 tilsvarende variert. Følgelig blir kraftlinjene i det magnetiske felt som er etablert mellom poldelene, avbøyet i varierende grad i begge retninger. Mer spesielt vil, når kraftkildene 59, 61 energiserer spolene 57, 58 med strøm som flyter i passende retninger for å etablere eksempelvis nordpoler ved poldelene 48, 51 og en sydpol ved poldelen 49, kraftlinjene i magnetfeltet, etablert mellom poldelene, blir i det vesentlige som antydet med stiplede linjer i figur 6. I dette tilfelle bemerkes at i tversgående plan mellom poldelene 48, 51 og poldelen 49 blir de magnetiske kraftlinjer avbøyet nedover mot høyre (som vist i figur 6) i et område 62 av rommet mellom poldelene nær opp til poldelen 49. Graden av avbøyning er naturligvis avhengig av de relative strømstyrker som flyter gjennom spolene 57, 58. Hvis nå retningen av strøm som flyter 1 spolen 58 for eksempel reverseres for derved å danne en sydpol i poldelen 51, er der fremdeles nord- og sydpoler i henholdsvis poldelene 48, 49 og de magnetiske kraftlinjer i området 62 blir avbøyet oppover mot høyre som antydet med strekete linjer i figur 7. Også her er graden av avbøyning avhengig av de relative strømstyrker i spolene. Det vil således forstås at graden og retningen av avbøyningen av de magnetiske kraftlinjer i området 62 er lett styrbart variable ved passende regulering av strømtilførselen fra kraftkildene 59, 61 til spolene 57, 58. Når følgelig feltområdet 62 er etablert i nærheten av et mål og elektroner er rettet mot området på tvers av feltlinjene, blir anslagsmønstret for elektronene på målet tilsvarende endret etter ønske ved kontrollert av-bøyning av feltlinjene på den måte som foran beskrevet. In order to carry out a separately controllable change of the flux densities in the respective connecting parts of the flux path, a pair of coils 57, 58 are arranged which are preferably concentrically placed around the legs 54, 56. These coils are separately and controllably energized by means of variable direct current power sources 59 , 61 which is connected to the coils. By varying the direction and strength of current supplied to the coils 57, 58 from the power sources 59, 61, the flux densities in the connecting parts of the flux paths between the different pole parts 48, 49, 51 respectively are varied accordingly. Consequently, the lines of force in the magnetic field established between the pole parts are deflected to varying degrees in both directions. More particularly, when the power sources 59, 61 energize the coils 57, 58 with current flowing in appropriate directions to establish, for example, north poles at the pole parts 48, 51 and a south pole at the pole part 49, the lines of force in the magnetic field, established between the pole parts, will essentially as indicated by dashed lines in Figure 6. In this case, it is noted that in the transverse plane between the pole parts 48, 51 and the pole part 49, the magnetic lines of force are deflected downwards to the right (as shown in Figure 6) in an area 62 of the space between the pole parts close up to the pole part 49. The degree of deflection naturally depends on the relative currents flowing through the coils 57, 58. If now the direction of current flowing through the coil 58 is for example reversed to thereby form a south pole in the pole part 51, there is still north and south poles in the pole parts 48, 49 respectively and the magnetic lines of force in the area 62 are deflected upwards to the right as indicated by dashed lines in Figure 7. Here, too, the degree of deflection depends of the relative currents in the coils. It will thus be understood that the degree and direction of the deflection of the magnetic lines of force in the area 62 are easily controllably variable by appropriate regulation of the current supply from the power sources 59, 61 to the coils 57, 58. Consequently, when the field area 62 is established in the vicinity of a target and electrons is aimed at the area across the field lines, the impact pattern for the electrons on the target is correspondingly changed as desired by controlled deflection of the field lines in the manner described above.

Claims

1. Electron beam furnace for controllable heating of the surface of a workpiece in the furnace, where the furnace comprises a closed chamber, devices for evacuating this, an electron gun arranged inside the chamber for producing a powerful electron beam, devices for creating a uniform transverse magnetic field in the path of the electron beam and comprising at least one pole piece on each side of the electron gun and the workpiece, a low-reluctance yoke connecting these pole pieces, and coils on the yoke for inducing the said magnetic field between the pole pieces, characterized in that there is a coil (39, 40 ) at each end of the yoke (32, 34, 36) in close connection with the pole pieces (29, 31) and that each coil is supplied with current from a separate and adjustable current source (41, 42) so that in addition to the strength also the direction of the magnetic field in some degree can be regulated.

2. Furnace as specified in claim 1, where the workpiece is placed in an open container, characterized in that the parallel pole pieces (29, 31) comprise parts that project above the open upper end of the container and forward past a circumferential part of it.

3. Furnace as stated in claim 1 or 2, characterized in that the pole pieces comprise several parallel rod segments (46) which are spaced apart.