DE1005199B

DE1005199B - Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung eines Elektronenstrahls grosser Stromdichte mittels magnetischer Fokussierung

Info

Publication number: DE1005199B
Application number: DEI8416A
Authority: DE
Inventors: Arnold H W Beck
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1953-03-20
Filing date: 1954-03-19
Publication date: 1957-03-28
Also published as: US2764708A; BE527412A; FR1095762A; CH319035A; GB729611A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung befaßt sich mit einem Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung von Elektronenstrahlen hoher Stromdichte mit Hilfe magnetischer Fokussierung.

Bei der Konstruktion von Strahlerzeugungssystemen für Strahlen hoher Stromdichte, welche magnetisch fokussiert werden, ist es wünschenswert und bei einigen Typen, der Strahlfortpflanzung sogar nötig, daß die Kathode von dem gleichbleibenden axialen magnetischen Fokussierungsfeld abgeschirmt wird, welches mit dem Entladungsgefäß zusammen, von welchem das Strahlerzeugungssystem einen Teil bildet, verwendet wird. Es ist wünschenswert und manchmal nötig, daß der von einem Strahlerzeugungssystem erzeugte Elektronenstrahl im wesentlichen parallel zur Strahlachse ist. Es sind bereits magnetische Sammellinsen kurzer Feldlänge, vorzugsweise Vergrößerungslinsen für Elektronenoptik, bestehend aus einer Sammelspule in einem sie vollständig umgebenden, aus hochpermeablem Stoff bestehenden Mantel, der einen ringförmigen Spalt in seinem Innenteil aufweist und bei dem die Ränder des im Verhältnis zur Längsausdehnung der Spule schmalen Spaltes bildende Mantelteil nach der Achse zu polschuhartig verjüngt sind und die lichte Weite des Polschuhringes in der Größenordnung der Spalthöhe liegt, bekannt. Der Spalt zwischen den Polschuhen dieser magnetischen Sammellinse ist mit unmagnetischem Material vakuumdicht ausgefüllt, und der innerhalb der Spule liegende Teil des die Spule umhüllenden Mantels dient als Röhrenwandung einer elektronenoptischen Einrichtung. Die Anordnungen werden als Sammellinsen kurzer Brennweite in Elektronenmikroskopen verwendet. Zur Herstellung eines Elektronenstrahls von großer Stromdichte und homogenem Verlauf sind sie jedoch nicht geeignet. Es ist auch bereits ein Strahlerzeugungssystem bekannt, bei welchem die Beschleunigungsanode einen Polschuh für die magnetische Fokussierungsanordnung bildet. Bei diesen Anordnungen sind die Kathode und die Fokussierungselektrode vollständig in der Polschuhanode eingeschlossen, und der Kontakt mit dem übrigen Teil des magnetischen Kreises wird durch, eine durch die Umhüllung der Röhre geschmolzene Scheibe aus ferromagnetischem Material hergestellt.

An Stelle einer Scheibe, welche den Kontakt mit dem magnetischen Stromkreis herstellt, sind gemäß der Erfindung die Kathode und die Fokussierungselektrode vollständig von dem — einen Teil der Röhrenumhüllung bildenden — Polschuh eingeschlossen. Ein solches Strahlerzeugungssystem ist einfach anzufertigen und kann leicht zusammengesetzt werden, so- daß die nötige Genauigkeit in der Lage der Strahlerzeugungselektroden erhalten wird. Die zylin-

Strahlerzeugungssystem

zur Erzeugung eines Elektronenstrahls

großer Stromdichte mittels magnetischer

Fokussierung

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 20. März 1953

Arnold H. W. Beck, London,
ist als Erfinder genannt worden

drische Fokussierungselektrode hat über der Emissionsoberflächei der Kathode eine mit einer öffnung versehene Endkappe und zwischen deren Enden einen äußeren kreisförmigen Flansch. Die mit einer zentralen Öffnung versehene Anodenscheibe aus magnetischem Material legt sich gegen einen Endring der im allgemeinen zylindrischen äußeren Hülle aus ferromagnetischem Material und paßt genau in diese äußere Hülle. Eine innere zylindrische mit der Anodenscheibe verbundene Anodenhülle umgibt die Fokussierungselektrode und ist mit einem Vorsprung versehen, um Kathode und Fokussierungselektrode in bezug auf diese Anodenscheibe festzulegen. Eine ringförmige Scheibe aus Isolationsmaterial ist zwischen diesem Vorsprung und den äußeren kreisförmigen Flansch der zylindrischen Fokussierungselektrode angeordnet, um die axiale Lage der Kathode festzuhalten und um die Anodenscheibe gegen das Ende der äußeren Hülle zu drücken.

Die äußere ferromagnetische Hülle besteht vorzugsweise aus einer Verbindung, welche sich leicht mit Glas verschmelzen läßt, so daß die Röhre durch Glas, beispielsweise einen Preßglasteller, verschlossen werden und das andere Ende mit einer Glasumhüllung des Entladungsrohres verschmolzen werden kann. Es sei bemerkt, daß dieses Strahlerzeugungssystem gut zur Verwendung bei allen Röhren mit metallischer Umhüllung geeignet ist.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles, und

Fig. 2 gibt einen Querschnitt längs der Ebene H-II der Fig. 1 wieder.

Das Strahlerzeugungssystem 1 besteht aus einer indirekt geheizten Kathode 2 mit konkaver Emissionsoberfläche. Die Kathode 2 wird von einer umgebenden Fokussierungselektrode 3 gehaltert. Das obere Ende, nämlich die Endkappe 4 dieser zylindrischen Fokussierungselektrode ist mit einer zentralen Öffnung versehen, um die Emissionsoberfläche der Kathode freizugeben. Zwischen den Enden der Fokussierungseiektrode sind ein äußerer kreisförmiger Flansch 5 und am unteren. Ende ein weiter kreisförmiger Flansch 6 angeordnet. Während des Betriebes ist die Fokussierungselektrode 3 auf Kathodenpotential und kann daher mit dieser verbunden sein. Die Anode des Strahlerzeugungssystems besteht aus der mit einer zentralen Öffnung versehenen Anodenscheibe 7 aus ferromagnetischem Material, mit welcher eine zylindrische innere Anodenhülle 8 verschweißt ist. Diese umgibt die Fokussierungselektrode 3 und ist außerdem mit dem Vorsprung 9 versehen. Eine ringförmige Scheibe 10 aus Isolationsmaterial, beispielsweise Glimmer, paßt dicht über das obere Ende der Fokussierungselektrode 3 und legt sich gegen dein Vorsprung 9. Der äußere kreisförmige Flansch 5 der Fokussierungselektrode legt sich gegen die untere Seite der Scheibe 10. Auf diese Art und Weise ist die Emissionsoberfläche der Kathode 2 zentral innerhalb der inneren Anodenhülle und im passenden axialen Abstand von der Anodenscheibe 7 festgelegt. Die Scheibe 7 ist mit einer zentralen öffnung 11 versehen, deren Seiten vorzugsweise abgeschrägt sind, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Die Dicke der Anodenscheibe 7 und die Stellung der Fokussierungselektrode zur Anode ist vorzugsweise derart, daß bei den Betriebsbedingungen ein vollständig raumladungsbegrenzter Strom von der Kathode abgezogen wird und der Strahl durch die Anodenöffnung 11 so> fokussiert wird, daß er im wesentlichen parallel zur Längsachse des Strahlerzeugungssystems sofort nach seinem Austritt aus dieser Öffnung wird. In den meisten Fällen ist die Kathodenoberfläche, wie in der Fig. 1 gezeigt, konkav. Das S trahlerzeugungs system kann so dimensioniert werden, daß es besonders geeignet ist, um einen Elektronenstrahl auszusenden, dessen Elektronenbewegung gleich dem Brillouinfluß ist. Bezogen auf einen zylindrischen festen Strahl (zum Unterschied zu einem ringförmigen Strahl) ist der Brillouinfluß dadurch charakterisiert, daß alle Elektronen die gleiche axiale Geschwindigkeit haben und sich jedes Elektron auf Grund eines konstanten axialen magnetischen Feldes in Spiralen von konstantem Radius um die Strahlachse mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit bewegen, so· daß die Bewegung des Strahles gleich der eines festen Stabes ist, welcher sich um und längs seiner Achse bewegt. Bei einer Kathode mit konkaver Emissionsoberfläche verlangt ein solcher Fluß, daß die Kathode von dem Einfluß des axialen Magnetfeldes abgeschirmt ist. Bei der vorliegenden Anordnung wird dies durch die Anodenscheibe 7 und die äußere Hülle 12 aus ferroinagnetischem Material erreicht. Es ist bekannt, daß, um die magnetische Abschirmung zu verbessern, es vorteilhafter ist, mehrere voneinander getrennte Schirme aus magnetischem Material zu verwenden, als einen einzigen Schirm, dessen Dicke die Summe der Dicken der einzelnen Schirme ist. Deshalb ist es vorteilhaft, die innere Anodenhülse 8 ebenfalls aus ferromagnetischem Material zu machen. Wenn die Anodenscheibe 7 einen Polschuh der magnetischen Fokussierungsanocdnung bildet, können Verbindungsglieder (Joche) in der üblichen Art mit der äußeren Hülse 12 verbunden werden. Diese Joche oder Verbindungsglieder verbessern die magnetische Abschirmung der Kathode weiterhin.

Das beschriebene Strahlerzeugungssystem ist gut geeignet, einen Teil einer Ganzmetallröhre zu bilden. Es können einige bekannte Mittel angewendet werden, um den Druck zwischen der Anodenscheibe 7 und dem Endring 13 der äußeren Hülle 12 und ebenso zwischen dem kreisförmigen Flansch 5 der Fokussierungselektrode der Scheibe 10 und dem Vorsprung 9 der inneren Anodenhülse 8 aufrechtzuerhalten. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist der äußere Teil 12 aus einer Verbindung hergestellt, welche sich leicht mit Glas verschmelzen läßt, beispielsweise einer Nickel-Eisen-Legierung im Verhältnis 50:50. Mit dem einen Ende der äußeren Hülle 12 ist ein Glasteil 15 verschmolzen, welcher einen gebräuchlichen. Preßglasteller 16 mit den Durchführungsstiften 17 trägt. Das eine Ende einer Anzahl von Stiften 18 ist mit der Isolierscheibe 14 und das andere mit den entsprechenden Durchführungsstiften 17 fest verbunden, um"den erforderlichen axialen Druck zwischen den verschiedenen Strahlerzeugungselektroden aufrechtzuerhalten. In dem Ausführungsbeispiel ist eine Glasumhüllung 19 des Entladungsgefäßes, von welchem das Strahlerzeugungssystem einen Teil bildet, mit dem Endring des äußeren Zylinders 12 stumpf verschmolzen.

Da die Teile des Strahlerzeugungssystems gut ineinanderpassen, ist dieses Strahlerzeugungssystem leicht herzustellen, und die nötigen kritischen Abstände zwischen den. einzelnen Elektroden können leicht mit großer Genauigkeit erreicht werden.

Claims

PaTENTANSPBÜCHE:

1. Strahlerzeugungssystem zur Erzeugungeines Elektronenstrahls großer Stromdichte mittels magnetischer Fokussierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und die Fokussierungselektrode vollständig von dem — einen Teil der Röhrenumhüllung bildenden — Polschuh eingeschlossen sind.

2. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fokussierungselektrode mit einer Endkappe versehen ist, deren Öffnung über der Emissionsoberfläche der Kathode liegt.

3. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fokussierungselektrode mit einem kreisförmigen Flansch versehen ist.

4. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuh mit einem Endring versehen ist.

5. Strahlerzeugungssystem nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer zentralen Öffnung versehene Anodenscheibe aus ferromagnetischem Material gegen den Endring des Polschuhes drückt.

6. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenscheibe genau in die den Polschuh bildende äußere zylindrische Hülle aus ferromagnetischem Material paßt.

7. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Anodenscheibe eine innere zylindrische Anodenhülse fest verbunden ist.

8. Strahilerzeugungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Anodenhülse die Fokussierungselektrode umgibt.

9. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Anodenhülse mit einem Vorsprung versehen ist, um die Kathode und die Fokussierungselektrode in bezug auf die Anodenscheibe festzulegen.

10. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 und/oder 3 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Scheibe aus Isolationsmaterial zwischen dem Vorsprung und dem äußeren kreisförmigen Flansch angeordnet ist.

11. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Flansch gegen die ringförmige Scheibe und die ringförmige Scheibe gegen den Vorsprung drücken.

12. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Endring entfernte Ende der äußeren Hülle mittels einer Glasverschmelzung geschlossen ist.

13. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungselektrode mit einer Anzahl von Stäben fest verbunden ist, deren andere Enden mit der Glasverschmelzung fest verbunden sind.

14. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe mit den Durchführungsstiften eines Glastellers der Glasverschmelzung verbunden sind.

15. Strahlerzeugungssysteim nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dein Endring der äußeren Hülle eine zylindrische Glashülle stumpf verschmolzen ist.

16. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Anodenhülle aus ferromagnetischem Material besteht.

17. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenscheibe so dimensioniert ist und die Kathode und die Fokussierungselektroden so zueinander angeordnet sind, daß bei Betriebsbedingungen ein raumladungsbegrenzter Elektronenstrahl von dem Strahlerzeugungssystem erzeugt wird, welcher im wesentlichen parallel zur Strahlachse gleich nach Verlassen der öffnung der Anodenscheibe ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 680 284.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen