SE469810B - Anordning vid jonplasmaelektronkanon samt sätt att alstra sekundärelektroner från en jonplasmaelektronkanon - Google Patents

Description

469 810 2 Om man vid tråd-jonplasmaanordningar bortser från möjligheten att meka- niskt variera gallret mellan plasmakammaren och den emitterande högspännings- elektroden, kan strålens ögonblicksintensitet hos sekundärelektroner endast varieras genom ändring av intensiteten hos plasmaurladdningen och sålundaheli- umjonströmmen. Det har emellertid visat sig att variering av plasmaströmmen med mer än en faktor 2 upp eller ned medför en avsevärd icke önskvärd ändring av strålens likformighet när plasmaintensiteten varieras.

En avsikt med uppfinningen är att åstadkomma en anordning och en metod, som medger variering av sekundärelektronstrålens intensitet under vidmakthållan- de av likformigheten hos denna stråle. Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för variering av dosraten hos sekundärelektroner, som överförs genom en tråd-jonplasmaanordning, och träffar en i rörelse befint- lig eller stationär materialbana, under det att strålintensiteten vidmakthålls vidmakthålls över banans hela yta.

Dessa och andra ändamål med uppfinningen kommer att framgå närmare med hjälp av nedanstående beskrivning och ritningarna, på vilka fig. l är en perspektivvy, delvis i sektion, som visar huvudkomponenterna hos jonplasmaelektronkanonen, fig. 2 är ett förenklat funktionsschema av de huvudkomponenter, som är nödvändiga för att åstadkomma en pulsbreddmodulation hos sekundärelektronurladd- ningen från tråd-jonplasmaanordningen enligt föreliggande uppfinning, fig. 3 visar ett detaljerat kopplingsschema av en utföringsform av en kraftkälla, som kan användas med föreliggande uppfinning, fig. 4 är ett detaljerat kopplingsschema av en krets, som kan användas vid den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning som ett gräns- snitt mellan pulsbreddgeneratorn och effektkällan, fig. 5 visar ett pulståg, som genereras av kretsarna enligt fig. 3 och 4, fig. 6 är ett förenklat kopplingsschema av en shuntregulator-effektkälla, som kan användas som effektkälla vid den föreliggande uppfinningen.

Sammanfattning av uppfinningen.

Den föreliggande uppfinningen tillämpas vid en jonplasmaelektronkanon innefattande ett elektriskt ledande evakuerat hölje, som bildar första och andra kammare, vilka är anordnade intill varandra med en öppning mellan sig. En anord- ning finns för generering av ett plasma av elektroner och positiva joner i förs- ta kammare. En katod är belägen i en andra kammare i ett åtskilt och isolerat förhållande relativt huset. Katoden är försedd med en sekundärelektronemitteran- de yta. En anordning finnes för anbringande av en negativ högspänning mellan \6 s 469 810 katoden och huset för att bringa katoden att dra positiva joner från den första kammaren till den andra kammaren för att träffa katodens yta och bringa den sekundärelektronemitterande ytan att emittera sekundärelektroner.

Ett elektriskt ledande, elektrongenomträngligt folie sträcker sig över en öppning i huset vid den ände av den första kammaren, som är vänd mot katoden.

Foliet är elektriskt anslutet till huset för att bilda en anod för sekundärelek- tronerna, som bringar sekundärelektronerna att passera genom foliet som en elektronstråle. Ett elektriskt ledande avtappningsgaller är allmänt monterat i den andra kammaren i närheten av den sekundärelektronemitterande ytan hos katoden, som är ansluten till huset för att skapa ett elektrostatiskt fält vid ytan i ändamål att bringa sekundärelektroner att passera genom öppningar i gall- ret och in i den första kammaren.

Ett elektriskt ledande stödgaller är monterat i den första kammaren intill foliet, vilket är anslutet till foliet och huset. Stödgallret tjänar till stöd av foliet och har tillsammans med avtappningsgallret till funktion att accelerera sekundärelektronerna in i foliet.

En anordning finnes för alstring av en puls av sekundärelektroner. Detta sker genom variering av den tidsperiod, under vilken sekundärelektronerna emit- teras genom foliet. Härvid hålls intensiteten hos de genom foliet emitterade se- kundärelektronerna väsentligen konstant under det att det tidsavsnitt, under vilket sekundärelektronerna överförs, varieras. Detta åstadkommer en sådan puls att en enhetslängd av banmaterialet mottar en dos av sekundärelektroner, som kan varieras för styrning av den totala mängden energi, som bestrålar banytan, under det att likformig strålintensitet åstadkoms över hela banytan.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen.

Fig. 1 visar grundkomponenterna hos en plasmaelektronkanon konstruerad enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning. Kanonen innefattar ett elektriskt ledande jordat hölje, som består av en högspänningskammare 13, en jonplasma-urladdningskammare 12, samt ett elektrongenomsläppande foliefönster 2.

En tråd 4 sträcker sig in i eller genom plasmaurladdningskammaren 12. Folie- fönstret är elektriskt anslutet till det jordade höljet, och det bildar en anod, som bringar elektroner att accelereras mot och genom det. Höljet är fyllt med från l till 10 mikron helium. En katod 6 är belägen i högspänningskammaren 13 och isolerad från denna. En insats 5 för katoden är monterad på dess undre yta.

Insatsen 5 är vanligen av molybden, men kan utgöras av vilket som helst material med hög sekundäremissionskoefficient. Utrymmet mellan katoden 6 och höljet är format för att förhindra Paschen-sammanbrott av det elektriska fältet. 469 810 I 4 En högspänningskälla 210 tillför en hög negativ potential av 150 till 300 kV till katoden 6 genom en kabel 9, som sträcker sig genom en epoxiisolator 14 till ett valfritt motstånd 8, som är beläget mellan kabeln 9 och katoden 6.

Katoden 6 och insatsen 5 kyls av en lämplig kylvätska, såsom olja, som pumpas genom en kanal 7.

Plasmakammaren 12 innehåller ett antal metallister 13, vilka är mekaniskt och elektriskt sammankopplade. Listerna 3 innehåller utskärningar i centrum för att tillåta passage av tråden 4 genom hela konstruktionen. De sidor hos listerna 3, som är vända mot katoden 6 bildar ett avtappningsgaller 16 och ribbornas mot- stående sida bildar ett stödgaller 15 för stöd av det elektrongenomsläppliga fo- liefönstret 2. Alternativt kan avtappningsgaller och anodplattor bestå av skivor av metalliskt material innehållande utskurna hål. Vätskekylningskanalen 11 åstadkommer värmebortledning från plasmakammaren.

Det elektrogenomsläppande fönstret 2 kan bestå av en cirka 0,6 x 10'3 till 2,5 x 10'3 mm (1/4 - lmil) tjock titan- eller aluminiumfolie, som stöds av stödgallret 15 och är tätad mot höljet genom en 0-ring. Ett gassamlingsrör 10 är ett valfritt medel för att kyla foliefönstret med trycksatt kväve och eliminera ozon från strålområdet.

När den modulerade effektkällan 1 exciteras, upprättas ett plasma bestå- ende av heliumjoner och elektroner i plasmakammaren 12 av det elektriska fält, som omger tråden 4. Modulatorn kan vara en likströmskälla eller en 20 - 30 MHz radiofrekvensgenerator. När väl plasmat upprättats, attraheras heliumjonerna mot katoden 6 genom det fält, som läcker genom avtappningsgallret in i plasmakammaren. Detta fält kan variera i styrka från några 100 volt upp till 10 000 volt. Jonerna strömmar utefter fältlinjerna genom avtappningsgallret in i högspänningskammaren 13. Här accelereras de över hela potentialen och bombarderar katodinsatsen 5 som en kolimerad stråle. De av katoden emitterade sekundärelektronerna, som har negativ laddning attraheras mot anoden, under bildande av den önskade elektronstrålen för överföring till banan 50.

Den genom foliefönstret 2 överförda elektronstrålen träffar banan 50, som rör sig i pilens 51 riktning. Det är ofta önskvärt att kunna styra den totala av sekundärelektronerna tillhandahållna energimängden vid härdning eller annan strålning av en viss längdenhet av den rörliga banan 50 eller en stationär bana under ett särskilt tidsavsnitt. Såsom tidigare nämnts kunde före den föreliggan- de uppfinningen detta endast ske genom antingen mekanisk variering av gallret mellan plasmakammaren och den emitterande högspänningselektroden, vilket kräver fysisk modifiering av tråd-jonplasmaanordningen, eller genom ändring av intensi- teten hos plasmaurladdningen och sålunda heliumjonströmmen. När experiment 469 810 utfördes för att stabilisera utgångstrålens intensitet genom variering av intensiteten hos plasmaströmmen med mera än en faktor 3, upp eller ned, blev resultatet en avsevärd ej önskvärd ändring i strålens likformighet. Detta är uppenbarligen oacceptabelt eftersom den i rörelse befintliga eller stationära banan skulle tendera att härdas olikformigt över sin bredd.

Genom den föreliggande uppfinningen anges en mycket önskvärd lösning på problemet med att variera dosraten hos de på den i rörelse befintliga eller sta- tionära banan 50 inträffande sekundärelektronerna, under vidmakthållande av lik- formighet över banans hela yta. Detta sker genom införing av en pulsbreddmodule- ring, vid vilken strålens ögonblicksintensitet hålls konstant men det tidsav- snitt, under vilket strålen emitteras, varieras. Den minsta varaktigheten hos en strålpuls bestäms av den tid, som krävs för bildande av ett plasma i hela plas- makammaren. Vid ett heliumtryck av 20 mikron och vid en maximal eller “tänd-“ spänning av 1500 volt, med en dimension hos anodområdet utefter anodtråden av många centimeter, är den tid, som krävs för att bilda ett plasma i hela plasma- kammaren, omkring 50 mikrosekunder. Vid en i rörelse befintlig bana är den maxi- mala varaktigheten av modulationstiden bestämd av passertiden för banmaterialet 50. Ehuru dosraten är ett konstruktionsval och beror på det för bestrålning av- sedda materialet, liksom på den totala energi, som krävs för härdning, föreslås det att under de flesta förhållanden tillräcklig likformighet hos bestålningen kan erhållas om banan utsätts för åtminstone 10 modulationstidsperioder under passagen under foliefönstret. Om man skulle välja en banhastighet av ca 300 m (1000 fot) per minut under användning av en längd hos foliefönstret av 25 cm, skulle passertiden bli 50 millisekunder. Pulsperioden skulle då kunna väljas som 5 millisekunder. Variering av pulsvaraktigheten från ett minimum av 50 mikrose- kunder till fullt "till"-tillstånd, skulle sålunda medge ställbar variering av avgivningen av dosen för ett område av 100 till 1. Uppenbarligen kan man uppnå ett större dynamiskt område genom användning av ett längre fönster och/eller en långsammare banhastighet.

Variabler, som bestämmer anordningens enligt uppfinningen drift för att åstadkomma den erfordrade dosen av sekundärelektroner innefattar den utgående strålens intensitet, banhastigheten samt önskad dos eller mängd bestrålning, som är nödvändig för att härda eller på annat sätt påverka banan.

Det finns ett antal tidigare kända anordningar för övervakning av inten- siteten hos utgångsstrålen från en elektronstrålegenerator och inga försök skall göras här för att beskriva sådana övervakningsanordningar, eftersom de ej bildar del av föreliggande uppfinning. Sådana monitorer kan vara en direkt-uppfång- nings-dosratmonitor eller röntgenstrål-dosratsmonitor. När väl strålens ögon- blicksintensitet har mätts kan man bestämma det pulsförhållande för banan, som 469 810 6 enbart utgör förhållandet mellan energin, som skulle åstadkommas om elektron- strålen var i ett pulstillstånd och den energi, som skulle erhållas om elektron- strålen skulle tillföras kontinuerligt till ytan hos den rörliga banan.

I fig. 2 visas ett begreppsmässigt schema över den pulsmodulerade plasma- strömkällan för plasmaelektronkanonens tråd 4. En effektkälla avger effekt till en strömgenerator 64. En strömställare 66 styrs av pulsgeneratorn 68 för att öppna och sluta förbindelsen mellan strömgeneratorn och tråden 4. Strömgenera- torn 64 och strömställaren 66 bildar tillsammans den modulerade strömkällan 1.

Pulsgeneratorn 68 inställs av användaren för att åstadkomma ett pulståg med tilldelad pulslängd eller pulskvot. Pulståget är en periodisk signal, där varje period har ett TILL-tillstånd under en förutbestämd del av perioden och ett FRÅN-tillstånd under periodens återstod. Förhållandet mellan TILL-tiden och hela perioden brukar kallas pulstågets relativa pulslängd eller pulskvot. Såsom nämnts ovan är pulstågets pulskvot utvald för att ge en önskad dos på banan 50.

Med hänvisning till fig. 3 och 4 kommer en mera detaljerad beskrivning av utförandet av strömkällans 64 och strömställarens 66 funktioner att diskuteras.

Pulsgeneratorn 68 kan vara vilken som helst av ett antal pulsgeneratorer, vilka kan ge pulståg med inställbara relativa pulslängder, t.ex. modellen l00A från Systron Donner Corporation, Concord, Kalifornien.

I fig. 4 visas en krets ingående i den modulerade effektkällan 1 för gränssnittsförbindning med pulsgeneratorn 68.

Den modulerade effektkällan 1 skall nu beskrivas i närmare detalj med hänvisning till fig. 3. Vid den föredragna utföringsformen av föreliggande upp- finning bör strömkällan 64 avge en puls, som har en inledande högspänningstopp följd av en utdragen eller sammanhängande nivå med tilldelad varaktighet. Hög- spänningstoppen, eller triggningspulsen kan exempelvis ha en spänning av omkring 2000 volt medan den utdragna delen kan ha en nivå av approximativt 400 volt. En sådan vågformskarakteristik kan erhållas genom att kombinera en triggningspuls från en triggningskälla 70 med en stationär spänning från en stationärspännings- källa 72. Dessa två källor omvandlar effekt från effektkällan 62, vilken för kretsen enligt fig. 3 skulle avge 120 volt växelström. Triggningspulsen och den stationära pulsen summeras i punkten 74 genom en kombination av ett motstånd 76 och diod 78. Motståndet 76 mottager triggningspulsen från triggpulskretsen 70 och tillför signalen till summeringspunkten 74 via dioden 78. Dioden 78 säker- ställer att strömflödet mellan triggpulskällan 70 och summeringspunkten 74 är i riktning mot den senare och ej i den motsatta riktningen, och isolerar trigg- pulskällan 70 från den av spänningskällan 72 genererade signalen. På liknande sätt kopplar ett motstånd 80 och diod 82 den stationära pulssignalen från stationärpulskällan 72 till summeringspunkten 74 i en riktning. 469 810 Triggpulskällan 70 utnyttjar en upptransformator 86 och en kondensator 88 för att generera den erfordrade spänningstoppen. Under genereringen av spän- ningstoppen matas kondensatorn 88 med en förutbestämd ström. Denna ström bestäms av en zenerdiod 90, motstånd 92, och en transistors 94 basemitteranslutning.

Såsom framgår av fig. 3 är motståndet 92 anslutet mellan transistorns 94 emitter och katoden hos zenerdioden 90. Zenerdiodens 90 anod är ansluten till transistorns 94 bas. På detta sätt bestämmer zenerdioden 90 spänningsfallet över motståndet 92. Detta inställer i sin tur strömnivån genom motståndet 92.

Drivspänning för transistorns 94 bas tillförs via ett motstånd 96, som är anslutet till den likriktade effekten i en punkt 98, via ett motstånd 100. Den likriktade effekten tillförs genom en helvågs-diodbrygga 102, som likriktar växelströmmen från sekundärlindningen hos en upptransformator 104 med förhållan- det 1:2. Upptransformatorns 104 primärsida är ansluten till effektkällan 62, som i detta exempel är 120 volts växelströmkällan.

Transistorns 107 emitter är förbunden med transistorns 24 kollektor, dess bas med förbindningspunkten mellan motståndet 96 och 100, och dess kollektor med punkten 98. Transistorn 107 behandlar en del av spänningen, som annars skulle tillföras till basen hos transistorn 94 när triggpulskällan 70 är triggad till ett FRÅN-tillstånd. Detta tillåter användning av transistorer med lägre genom- slagsspänningar, snarare än en enda, mera dyr högspänningstransistor.

Den mekanism med vilken kondensatorn 88 och upptransformatorn 86 genere- rar högspänningstoppen skall nu förklaras. Dioderna 106 och 108 tillsammans med en styrd kisellikriktare 110 styr laddning och urladdning av kondensatorn 88.

Likriktaren 110 spärras och öppnas av den i fig. 4 visade tändtriggningskretsen 109. Fig. 4 kommer att beskrivas mera i detalj nedan.

När likriktaren 110 är i ett FRÅN-tillstånd är dioderna 106 och 108 för- spända i backriktningen och kondensatorn 88 uppladdas genom transistorerna 94 och 107, motståndet 92 och zenerdioden 90. När kondensatorn 88 når sin upplad- dade spänning spärras transistorerna 94 och 106. När likriktaren 110 är i ett TILL-tillstånd är dioderna 106 och 108 förspända i framriktningen och ledande, vilket håller transistorerna 94 och 106 spärrade och laddar kondensatorn 88 genom primärlindningen 86.

Såsom framgår av fig. 3 är upptransformatorn 86 så polariserad, såsom anges genom punkterna vid två av dess klämmor, att när kondensatorn 88 urladdas en hög spänningstopp induceras i upptransformatorns 86 sekundärlindning. Den klämma hos transformatorns 86 sekundärlindning, som är markerad med en punkt ger en positiv hög potential till motståndet 76 och dioden 88. I detta tillstånd är dioden 78 förspänd i framriktningen och leder så att högspänningen tillförs tråden 4. 4 9 sin 8 När kondensatorn 88 inledningsvis börjar uppladdas är spänningen över den liten och strömmen genom den stor. Man kan dra sig till minnes att den till kondensatorn 88 tillförda strömmen bestäms av spänningsfallet över motståndet 92. När kondensatorn 88 uppladdas, ökar spänningen över den och strömmen genom den minskar. På grund av att i denna situation ström genom transformatorns 86 primärlindning flyter in i den ej punktförsedda klämman induceras en negativ signal i sekundärlindningen. Detta bringar dioden 78 till förspänning i back- riktningen och ingen signal tillförs till punkten 74.

När likriktaren 110 är i TILL-tillstånd urladdas kondensatorn 88 genom transformatorns 86 primärlindning. Denna urladdning bringar en positiv spän- ningstopp att induceras över transformators 86 sekundärlindning. Denna vågform har en mycket snabb ökningstakt till en hög spänning, t.ex. 2000 volt, och därpå en något mer gradvis avklingning mot noll volt. Denna spik bringar dioden 78 att förspännas i framriktningen så att spiken leds vidare till punkten 74.

Tendens till självsvängning i upptransformatorns 86 primärlindning bringar likriktaren 110 att återta sitt FRÅN-tillstånd. Med kondensatorn 88 ur- laddad och likriktaren 110 i ett FRÅN-tillstånd bringas transistorerna 94 och 107 återigen till ett TILL-tillstånd. Kondensatorn 88 laddas därpå liksom tidi- gare för förberedelse av nästa triggpuls. Ãtervändande till strömkällan 72 i fig. 3, visas där en spänningskälla som kan kopplas till och från motståndet 80 medelst en fälttransistoromkopplare 108 av MOSFET-typ. Spänningskällan utnyttjar en transformator 110 med en primär- lindning 112 ansluten till ett par styrda kisellikriktare 114 och 116. Paret av likriktare kan kopplas till och från i lämplig takt för att styra nivån hos spänningen i transformatorns 110 sekundärlindning 118.

Sekundärlindningen 118 är kopplad över en diodbrygga 120, vilken ger helvågslikriktning av växelströmsignalen från sekundärlindningen 118. En induktans 122 och kondensator 124 filtrerar den helvågslikriktade signalen för tillföring av en likström till punkten 126. Fälttransistorns 108 kollektor är ansluten till punkten 126 och emittern till motståndet 80. Transistorns 108 styre är anslutet till jord genom ett motstånd 128 och motstånd 130. Styret är även anslutet till en drivkrets 132, såsom kommer att förklaras nedan i samband med fig. 4. Slutligen är motståndens 128 och 130 förbindningspunkt även kopplad till styredrivkretsen 132.

MOSFET 108 är en n-kanals anordning av anrikningstyp så att en positiv styre-emitterspänning kommer att medföra strömflöde från kollektorn till emit- tern. När styre-kollektorspänningen närmar sig noll spärras MOSFET 108. Fält- transistorn 108 arbetar som en strömställare beroende på den tillförda styre- kollektorspänningen. I vissa fall kommer fälttransistorn 108 att vara servostyrd för utplaning av plasmaströmmen under pulsen. 469 810 Styredrivkretsen 132 är anordnad att tillföra rätt styrsignal till fält- transistorns 108 styre för alstring av den stationära pulsdelen av den till tråden 4 tillförda signalen.

I effektkällan 72 ingår även ett motståndspar 134 och 136, som är kopp- lade mellan punkten 126 och jord. Dessa motstånd arbetar som en spänningsdelare för att åstadkomma en spänning, som är en förutbestämd del av spänningen i punk- ten 126 för att tillföra denna spänning till spänningsövervakningsanordningen 138. På detta sätt kan den från källan 72 erhållna spänningsnivån bestämmas.

Ett strömkännande motstånd 140 är kopplat mellan en punkt hos en diod- brygga 120 och jord. Den över motståndet 140 erhållna spänningen är proportion- ell mot strömmen, som tillförs av källan 72. Denna spänning tillförs till en strömmonitor 142.

Såsom tidigare förklarats är den önskade vågformen för plasmaströmmen en serie pulser med en förutbestämd pulsperiod, varvid varje puls har en inledande högspänningstopp eller -spik följd av en utdragen puls med avsevärt lägre kon- stantspänning. Fig. 5 visar två perioder av en sådan vågform. Denna vågform fö- religger vid punkten 74 i fig. 3 och är en summa av triggpulsen från triggpuls- källan 70 och den utdragna pulsen från pulskällan 72. Driften av tändtriggkret- sen 109 och styredrivkretsen 132 bör vara synkroniserad så att vågformerna från vardera källan genereras i rätt följd i förhållande till varandra. Denna funk- tion styrs av gränssnittskretsen enligt fig. 4.

Man kan dra sig till minnes att i fig. 1 pulsgeneratorn 68 driver den modulerade effektkällan 1 som funktion av den strömnivå, som mäts av dosrat- monitorn 69. Kretsen enligt fig. 4 utgör ett gränssnitt mellan pulsgeneratorn 68 och strömkällorna i fig. 3. Ett kopplingsschema över tändtriggkretsen 109 och styredrivkretsen 132 visas i fig. 4 inom streckade linjer.

Närmare bestämt utnyttjar tändtriggkretsen 109 en foto-optisk länk för mottagning av signaler från pulsgeneratorn 68. Dessa signaler driver en digital monostabil vippa 146, som i sin tur driver en MDSFET-fälttransistor 148. Fält- transistorn 148 i sin tur kopplar likriktaren 110 till och från i synkronism med signalen från pulsgeneratorn 68. På liknande sätt mottar styredrivkretsen 132 signaler från pulsgeneratorn 168 via den fotooptiska länken 150. De mottagna signalerna driver ett inverterarsteg 152, som är kopplat mellan ett isolerat par av spänningskällor. När vågformen hos pulsgeneratorn 68 blir positiv bringar inverteraren 152 punkten 154 att bli mer positiv. Punkten 154 är kopplad till styret hos fälttransistorn 108 genom ett motstånd 155 och motståndet 129, se fig. 3. Motståndet 156 är kopplat mellan punkten 154 och den negativa isolerade källan, såsom visas i fig. 4. Förbindningspunkten mellan motståndet 156 och 469 810 10 den negativa källan är i sin tur ansluten till förbindningspunkten mellan de i fig. 3 visade motstånden 128 och 130. När punkten 154 blir positiv induceras, med denna utformning en positiv spänning över motståndet 128 och sålunda över styret -kollektorn hos fälttransistorn 108. Detta bringar fälttransistorn 108 att spärras.

När signalen från pulsgeneratorn 168 är en logisk nolla slutar omvänt in- verteraren 152 att leda. Som sådan bestäms spänningen i punkten 154 endast av signaler från pulskällan 72 i fig. 3. Detta i sin tur medför att ingen spänning induceras över motståndet 128, vilket bringar fälttransistorn 108 till oledande tillstånd. På detta sätt bringar pulsgeneratorn 68 effektkällan 72 att kopplas till och från punkten 74.

Såsom framgår av fig. 4 tillförs signalerna från pulsgeneratorn 68 gemen- samt till fotooptiska länkar 144 och 150, varigenom de av tändkretsen 109 och styredrivkretsen 132 genererade styrsignalerna synkroniseras. I förhållande till omkopplaren 66 i fig. 2, är den gemensamma drivningen till de fotooptiska länk- arna 144 och 150, och driften av likriktaren 110 och fälttransistorn 108 som re- aktion därpå, en funktionell ekvivalent till omkopplaren 66. De fotooptiska länkarna 144 och 150 används för att isolera pulsgeneratorn från pulseffektkäl- lorna. Detta är även skälet till att använda isolerade effektkällor för drift av styredrivkretsen 132.

I fig. 6 visas en shuntregulator, som kan användas i stället för kretsen 72, som är av serieregulatortyp. Här är en seriekoppling av MOSFET-fälttran- sistorer 158 kopplad mellan utgången från effektkällan och jord. Effektkällan är utformad för att ge rätt spänningsnivå till den utdragna pulsen. När pulsen har legat till under en önskad tidsperiod tillförs en styrsignal till MOSFET- arrangemanget 158, så att detta kortsluter källans utgång till noll. Seriekopp- lade dioder 160 ger en halvvågslikriktad signal till filterkondensatorer 162.

Zenerdioder 164 reglerar spänningsnivån i punkten 166. Motstånd 168 och Zener- dioder 170 åstadkommer förspänning för MDSFET-transistorerna i arrangemanget 158.

Den pulsbreddmodulerade plasmaströmkällan som beskrivits ovan kan ingå i en servostyrd anordning för mera exakt styrning av den av jonplasmaelektron- kanonen enligt föreliggande uppfinning anbringade dosen. Närmare bestämt hän- visas till fig. 7, i vilken en sådan anordning visas i förenklad funktionell form. Anordningen i fig. 7 liknar den i fig. 1 med undantag av att pulsgenera- torn 68 enligt fig. 1 har ersatts genom ett dosrat-styrblock 200 i fig. 7, och att i stället för en serieregulator shuntregulatorn 201 enligt fig. 6 används tillsammans med en plasmaeffektkälla 202 för den utdragna pulsen. 469 810 11 I fig. 1 visas signalen från dosrat-monitorns 69 kopplad till pulsgenera- torn 68 medelst en streckad linje, antydande att signalen från dosrat-monitorn 69 indirekt styr pulsgeneratorn 68. Baserat på denna signal bestämmer användaren närmare bestämt rätt pulsbredd för den önskade dosen och inställer pulsgenera- torn i motsvarighet härtill.

Vid utförandet enligt fig. 7 används i motsats härtill dosrat-monitor- signalen som återkopplingssígnal i en servoslinga, i vilken dosrat-styrblocket 200 jämför dosrat-signalen med en dosrat-ställpunkt och banhastigheten för att automatiskt inställa pulsbredden för styrning av den modulerade effektkällan 1.

En synksignal tillförs samtidigt till triggpulskällan 70 och till dosrat- styranordningen 200. Triggpulskällan 70 avger triggpulsen, som startar plasmat.

Dosrat-styrkretsen 200 vidmakthåller en ingångssignal till spänningskällan 72, som hålls tillslagen, tills integralen av dosrat-signalen överskrider nivån för dos-setpunkten. Vid denna punkt stänger dosrat-styrkretsen 200 av insignalen till strömkällan 72 och bringar sålunda plasmapulsen att avslutas.

Fig. 8 är ett mera detaljerat kopplingsschema av kopplingen hos den föredragna utföringsformen av dosrat-styrblocket 200. Här visas kretsar för en integrator 202, en komparator 204, samt en pulsformarkrets 206. Integratorn 202 mottager en dosrat-signal från dosrat-monitorn 69 och integrerar den. Utsignalen från integratorn 202 jämförs med en elektronstråle-integrationströskel av kompa- ratorn 204. Elektronstråle-integrationströskeln benämns även här dosställpunkt.

När elektronstråle-integrationströskeln överskrids av den integrerade dosrat- signalen, vilket är en indikation på att rätt dos har tillförts under den aktu- ella perioden, avger komparatorn 204 en signal till pulsformningskretsen 206 för att beordra den modulerade effektkällan 1 till ett FRÅN-tillstånd.

En klockkrets (ej visad) ger synksignalen på ledningen 207 till integra- torn 202 och till pulsformningskretsen 206 i ändamål att initiera påbörjandet av varje period av pulståget. Denna synksignal tillförs samtidigt till triggpuls- källan 70. Integratorn 202 svarar på synksignalen genom återinitiering av dess tillstånd till noll. Pulsformningskretsen 206 svarar genom återställning av sitt tillstånd i ändamål att bringa den modulerade effektkällan 1 till ett TILL-till- stånd.

Under förhållanden då drift med öppen slinga är önskvärd kan dosrat-sig- nalen tillföras manuellt till integratorn 202. En krets 208 för manuell ställ- punkt visas i fig. 8, vilken arbetar som en inställbar strömkälla, som är kopp- lingsbar till ingången 209 hos integratorn 202 medelst en strömställare 210.

Strömställaren 210 har första och andra tillstånd, av vilka det första bringar 469 810 12 signalen från dosrat-monitorn 69 att anslutas till ingången 209 hos integratorn 202. I det andra tillståndet är den manuella ställpunktskretsen 208 ansluten till ingången 209 hos integratorn 202.

Vart och ett av de ovan beskrivna funktionsblocken i fig. 8 kommer nu att beskrivas närmare. Integratorn 202 innefattar ett förstärkningssteg 212, vilket tar emot dosrat-signalerna och förstärker dem. Ett inverterande buffertsteg 214 korrigerar polariteten hos signalen från förstärkningssteget 212.

Den verkliga integreringen sker i integreringssteget 216, vilket verkar på signalen från det inverterande buffertsteget 214. Integreringssteget 216 innefattar en förstärkare 218 med en kondensator 210 ansluten mellan dess utgång och inverterande ingång. Den ej inverterande ingången är kopplad till signal- jord. Signalen från det inverterande buffertsteget 216 tillförs till den inver- terande ingången hos förstärkaren 218 via ett motstånd 222. En MOS-strömställare 224 är kopplad över kondensatorn 220 så att spänningen över kondensatorn 220 kan inställas till noll som reaktion på synksignalen, när en ny integrationsopera- tion önskas.

Komparatorn 204 innefattar en inställbar spänningsledarkrets 226, som genererar elektronstråle-integrations-tröskelsignalen. Närmare bestämt är ett fast motstånd 228 och ett variabelt motstånd 230 seriekopplade och delar ned källspänningen till en spänning, som är representativ för den önskade tröskel- nivån. Genom manipulering av det variabla motståndet 230 kan användaren variera den genererade spänningen. _ Elektronstråle-integrations-tröskelsignalen tillförs till inverterings- ingången hos en komparator 232. Den integrerade dosrat-signalen tillförs till den icke-inverterande ingången hos komparatorn 232. När den integrerade dosrat- signalen överskrider elektronstråle-integrations-tröskeln, angivande att den önskade dosen har avgivits, ger komparatorn 232 en logisk etta till pulsform- ningskretsen 206. Om omvänt den integrerade dosratsignalen är mindre än elek- tronstråle-integrations-tröskeln, ger komparatorn 232 en logisk nolla på utgången.

Pulsformningskretsen 206 innefattar en D-vippa 234 och ett följar-driv- steg 236. Signalen från komparatorn 232 tillförs till klockingången hos vippan 234. D-ingången hos vippan 234 är knuten till en logisk etta-nivå, och vippans 234 inverterade utgång driver följar-driftsteget 236. Återställningsingången hos D~vippan 234 mottager komplementet till synk- signalen på ledningen 207 via en inverterare 268. Man drar sig till minnes att synksignalen även tillförs till styrklämman hos MDS-strömställaren 224 och arbetar för att urladda kondensatorn 220, när en ny integrationsoperation skall 469 810 13 börja. När synksignalen går från ett logiskt 1-tillstånd, i vilket strömstäl- laren 224 är till, till ett logiskt 0-tillstånd, i vilket strömställaren 224 är från, och kondensatorn 220 laddas, återställs sålunda D-vippan 234.

När D-vippan 234 är återställd, kommer dess inverterande utgång att befinna sig i logisk 1-tillstånd och följar-drivsteget 236 signallerar till den modulerade effektkällan 1 att initiera exciteringspulsen. Vid en ytterligare utföringsform av den modulerade effektkällan 1 enligt föreliggande uppfinning skulle triggpulskällan 72 och effektkällan 70 enligt fig. 7 kunna ersättas med en strömreglerad källa uppvisande en maximal spänning svarande mot den som krävs för triggpulsen. Den strömreglerade källan skulle kunna användas i stället för plasmaeffektkällan 202 enligt fig. 7 tillsammans med Shuntregulatorn 201. När shuntregulatorn 201 i fig. 7 slås ifrån stiger spänningen hos den strömreglerade källan mot sin maximala nivå tills plasmaurladdningen bildas. Därefter inställs den strömreglerade källan så att den matar den förutställda strömmen vid en lägre utdragen spänningsnivå.

Ovanstående förorsakar att en stråle genereras och en dos avges till målet eller produkten. Dosrat-monitorn 69 mäter den tillförda dosen och tillför en denna representerande dosratsignal till dosrat-styrblocket 200. Integratorn 218 i dosrat-styrblocket 200 integrerar denna signal och tillför integralen till komparatorn 204. När integralen överskrider elektronstråle-integrations- tröskeln, tillför en komparator 204 en positiv klockpuls till D-vippan 234.

Detta bringar D-vippan 234 att lagra det logiska tillstånd, som föreligger på dess D-ingång, i detta fall en logisk etta, och att åstadkomma en logisk nolla vid sin inverterande utgång. Därpå avger följar-drivsteget 235 i sin tur en signal till shuntregulatorn 200 för att starta på den. Shuntregulatorn 200 avleder den ström, som underhållit plasmaurladdningen. Plasmat försvinner och elektronstrålen avtar. Detta avslutar pulsen under pulsperioden. Ovanstående upprepas under nästa pulsperiod.

På ovanstående sätt erhålls ett servorstyrsystem.

Claims (9)

469 SW 14 Patentkrav.

1. Anordning vid jonplasma-elektronkanon innefattande ett elektriskt ledande evakuerat hölje innehållande första och andra kamrar (12,l3) intill varandra med en mellanliggande öppning, en anordning (4) för generering av positiva joner i den första kammaren (12), en katod (6) belägen i den andra kammaren (13) på avstånd och isolerad från höljet, vilken katod har en sekun- därelektronemitterande yta (5), en anordning (210) för anbringande av en hög negativ spänning mellan katoden och höljet för att bringa katoden att dra posi- tiva joner från den första kammaren (12) till den andra kammaren (13) för att träffa katodens (6) elektronemitterande yta (5) och bringa denna yta att emit- tera sekundärelektroder, en elektrisk ledande elektrongenomsläppande folie (2), som sträcker sig över en öppning i höljet vid den mot katoden vända änden av den första kammaren, och är elektriskt ansluten till höljet för att bilda en anod för sekundärelektronerna och bringa sekundärelektronerna att passera genom folien som en elektronstråle, ett elektriskt ledande avtappningsgaller (16) monterat i den andra kammaren (13) intill den sekundärelektronemitterande ytan (5) hos katoden och anslutet till höljet för att alstra ett elektrostatiskt fält vid ytan för att bringa sekundärelektronerna från denna att passera genom öpp- ningarna i gallret (16) och in i den första kammaren (12), samt ett elektriskt ledande stödgaller (15), monterat i den första kammaren (12) intill folien (2) och anslutet till folien och till höljet, vilket stödgaller (15) tjänar till att stödja folien (2) och verka tillsammans med avtappningsgallret (16) för att ac- celerera sekundärelektronerna från folien, k ä n n e t e c k n a d av en anord- ning (1,62,67,68) inrättad att alstra en puls av sekundärelektroner genom vari- ering av den tidsperiod, under vilken sekundärelektronerna släpps igenom folien (2), genom variering till och från av effekttillförseln till anordningen (4) för generering av positiva joner så att en pulsning av de utgående sekundär- elektronerna sker.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att intensiteten hos de genom folien passerande sekundärelektronerna hålls väsentligen konstant medan den tid under vilken sekundärelektronerna släpps igenom varieras.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att sekundär- elektronerna bringas att träffa en stationär eller i rörelse befintlig bana (50) av material intill foliefönstret (2) för att sålunda bestrålas med sekundärelek- tronerna.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att den tid, under vilken sekundärelektronerna släpps igenom och sålunda träffar den stationära eller i rörelse befintliga banan (50) av material, varieras för att alstra en puls så att en enhetslängd av banmaterial mottar en dos av sekundärelektroner, 15 469 810 som är inställbar över ett område av 100 till 1 av den dos, som den skulle motta om banmaterialet skulle bestrålas kontinuerligt med sekundärelektronerna.

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att sekundär- elektronernas minimipuls bestäms av den tid, som krävs för bildande av ett plasma i hela plasmakammaren.

6. Sätt att alstra sekundärelektroner från en jonplasmaelektronkanon under variering av dosen av de sekundärelektroner som träffar en stationär eller i rörelse befintlig bana av material, som skall bestrålas av elektronkanonen, vilken innefattar ett elektriskt ledande evakuerat hölje innehållande första och andra kamrar (12,13) intill varandra med en mellanliggande öppning, en anordning (4) för generering av positiva joner i den första kammaren (12), pn katod (6) belägen i den andra kammaren (13) på avstånd och isolerad från höljet, vilken katod har en sekundärelektronemitterande yta (5), en anordning (210) för anbringande av en hög negativ spänning mellan katoden och höljet för att bringa katoden att dra positiva joner från den första kammaren (12) till den andra kammaren (13) för att träffa katodens (6) elektronemitterande yta (5) och bringa denna yta att emittera sekundärelektroder, en elektrisk ledande elektrongenom- släppande folie (2), som sträcker sig över en öppning i höljet vid den mot katoden vända änden av den första kammaren, och är elektriskt ansluten till höljet för att bilda en anod för sekundärelektronerna och bringa sekundärelek- tonerna att passera genom folien som en elektronstråle, ett elektriskt ledande avtappningsgaller (16) monterat i den andra kammaren (13) intill den sekundär- elektronemitterande ytan (5) hos katoden och anslutet till höljet för att alstra ett elektrostatiskt fält vid ytan för att bringa sekundärelektronerna från denna att passera genom öppningarna i gallret (16) och in i den första kammaren (12), samt ett elektriskt ledande stödgaller (15), monterat i den första kammaren (12) intill folien (2) och anslutet till folien och till höljet, vilket stödgaller (15) tjänar till att stödja folien (2) och verka tillsammans med avtappnings- gallret (16) för att accelerera sekundärelektronerna från folien, sekundärelek- tronerna från folien, k ä n n e t e c k n a t av att den tidsperiod, under vilken sekundärelektronerna släpps igenom folien för alstring av en puls av sekundarelektroner varieras, genom variering till och från av effekttillfór- seln till anordningen för generering av positiva joner.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att intensiteten hos de genom folien genomsläppta sekundärelektronerna hålls väsentligen konstant, medan den tid under vilken sekundärelektronerna emitteras varieras.

8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att den tid under vilken sekundärelektronerna släpps igenom folien och sålunda träffar den sta- tionära eller i rörelse befintliga materialbanan är variabel över ett område av 469 810 m 100 ti11 1 av den dos, som den sku11e motta om banmateriaïet bestråïades kontinuerïigt av sekundäreïektronerna.

9. Sätt enïigt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att sekundäreïektron- ernas minimípuïs bestäms av den tid, som krävs för biïdande av ett pïasma i heïa . pïasmakammaren.