DE1906951B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Schar von Elektronenstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Schar von Elektronenstrahlen.

Teilchenbeschleuniger werden üblicherweise dazu benutzt, Oberflächen für bestimmte Zwecke mit Elektronen zu bestrahlen, die in einer evakuierten Kammer erzeugt werden und durch eine öffnung der Kammer austreten. Die Kammer wird durch ein Fenster, das die Elektronen austreten läßt, das Vakuum jedoch aufrecht erhält, abgeschlossen. Ein solches Fenster kann aus einer dünnen Metallfolie, z. B. aus Aluminium, bestehen. Der Elektronenstrahl wird von der auf dem einen Ende der Kammer angeordneten Kathode ausgeschickt und in Richtung auf die Anode durch eine große Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode beschleunigt. Dabei kann die Anode aus dem Fenster oder aus einem Teil des Fensters bestehen.

Liu solches Verfahren zur Elektronenbestrahlung, bei dem ein von einer Elektronenquelle parallel zur Mittelachse eines Beschleunigers ausgehender Elektronenstrahl durch Magnetfelder elektromagnetischer Spulen so abgelenkt wird, daß er ein ebenes Fenster, durch das er aus dem Beschleuniger austritt, überstreicht, ist aus der US-PS 29 77 500 bekannt. Eine parallele Ausrichtung der austretenden Elektronenstrahlen ist in der genannten US-Patentschrift nicht dargestellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Elektronenbestrahlung anzugeben, bei dem im Unterschied zu dem bekannten Verfahren die Elektronen parallel zur Mittelachse des Beschleunigers aus dem Fenster der Kammer austreten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch in der Nähe des Fensters erzeugte Magnetfelder, deren Feldstärke mit wachsender Entfernung von der Mittellängsachse des Beschleunigers abnimmt, eine zweite Ablenkung der Elektronenstrahlen in der Weise erfolgt, daß der Austritt der Strahlen aus dem Fenster zur Mittelachse des Beschleunigers erfolgt.

Durch die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen

ίο Mittel wird eine Ausrichtung der Elektronenstrahlen erreicht, ohne daß eine aufwendige Nachstellung der die Ausrichtung bewirkenden Einrichtungen erforderlich ist. Auch ist in Verbindung mit der Erfindung eine Verwendung eines Gitters möglich, das leicht und billig herzustellen ist und weitgehend einen Energieverlust vermeidet.

In Ausgestaltung der Erfindung kann eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur zweiten Ablenkung der Elektronenstrahlen an gegenüberliegenden Seiten des Fensters Permanentmagneten enthalten, wobei die Permanentmagnete durch entmagnetisierte ferromagnetische Schienen miteinander verbunden sind.

Weiterhin kann gemäß der Erfindung die Vorrichtung ein Fesnter enthalten, das aus einer Elektronen durchlassenden Aluminiumfolie besteht, wobei diese Folie durch ein auf der Innenseite der Kammer angeordnetes Gitter unterstützend gehalten wird.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Gitter aus einer Vielzahl von einzelnen Gitterelementen bestehen, dessen Stege parallel zueinander verlaufen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

F i g. I zeigt eine schematische Darstellung eines Teilchenbeschleunigers, wobei die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden.

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Fig. 1 entlang der Linie 11-11 in Fi g. 1.

■"> Mit 10 ist insgesamt die evakuierte Kammer eines Teilchenbeschleunigers bezeichnet. Sie enthält einen tubusförmigen Teil 12 und einen rechtwinkligen Trichter 14, dessen Flächen divergieren. An den Trichter 14 schließt sich eine Kammer 16 an.

Eine in der Figur vergrößert dargestellte Kathode 18 ist am Ende der Kammer 16 angeordnet und sendet einen Elektronenstrahl aus. Das offene Ende der Kammer 16, das von der Kathode 18 abgewandt liebt, besitzt ein Gitter 20, bestehend aus einzelnen Gitterelementen 22. Das Gitter 20 trägt ein Elektronen durchlassendes Fenster 24, das aus einer dünnen Aluminiumfolie oder ähnlichem Material bestehen kann. Der Abschluß der Kammer 16 durch das Gitter 20 und das Fenster 24 erlaubt die Aufrechterhaltung eines Vakuums in der Kammer.

Zwei elektromagnetische Spulen 26 und 28 sind an den entgegengesetzten Seiten des Teiles 12 angeordnet. Es ist bekannt, daß durch Änderung des Stromes, der durch die Spulen 26 und 28 fließt, eine Beeinflussung des

ω Elektronenstrahles erfolgen kann.

Am Ende der Kammer 16 nahe dem Gitter 20 sind zwei Magnete 30 und 32 angeordnet. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt das Fenster 24 eine längliche Gestalt, wobei die Magnete 30 und 32 nahe

'»Ι den Enden des Fensters angeordnet sind. Die Magnete werden durch ein Paar Schienen 34 und 36 aus entmagnetisiertem Eisen verbunden, wobei diese Schienen an den Längsseiten des Fensters bzw. des

Gitters angeordnet sind.

Während des Betriebes des Beschleunigers 10 ist die Kammer 16 evakuiert und ein Elektronenstrahl von kleinem Durchmesser geht von der Kathode 18 aus.

Dieser Strahl läuft zunächst entlang der Mittellinie 38 der Kammer 16 und wird dabei stark beschleunigt infolge der großen Potentialdifferenz zwischen der Kathode 18 und der Anordnung an der entgegengesetzten Seite der Kammer 16, wo sich das Fenster 24 befindet, das als Anode wirkt. Wenn der Elektronenstrahl im das Magnetfeld eintritt, das sich zwischen den Spulen 26 und 28 aufgebaut hat, wird er abgelenkt in eine Vielzahl von Richtungen, wie sie durch die Linien 42 dargestellt weiden. Der Punkt, an dem die Ablenkung erfolgt, ist mit 40 bezeichnet. Wenn der Elektronenstrahl einer der Richtungen 42 erfolgt, trifft er auf das zwischen den Magneten 30 und 32 befindliche Magnetfeld.

Die Magnete 30 und 32 sind von gleicher Stärke, so daß erwartet werden kann, daß die Feldstärke dieses Feldes zwischen den beiden Magneten sich mit der Entfernung von der Miüellängsachse 38 verändert. In der Ebene der Mittellängsachse 38 wird die Feldstärke Null sein, da sich die Felder der Magnete 30 und 32 gegenseitig aufheben. An einem Punkt der näher zu einem der beiden Magnete liegt, wird die Wirkung des einem Magnetfeldes die des anderen so überlagern, daß ein resultierendes Magnetfeld bestehen bleibt. Je größer die Winkelabweichung in der Richtung 42 ist, um so größer wird aber auch die Magnetkraft sein, die den elektronenstrahl an diesem Punkt ablenkt. Erfindungsgemäß sind nun die Magnete 30 und 32 so gewählt, daß das Feld zwischen ihnen die Elektronenstrahlen, die auf der Linie 42 ankommen, so ablenken, daß sie nach Passieren des Feldes parallel zur Achse 38 verlaufen.

ίο Daraus geht hervor, daß, obwohl eine Winkelablenkung in Richtung der Linie 42 erfolgt, Elektronenstrahlen durch das Gitter 20 und das Fenster 24 parallel zur Achse 38 verlaufend austreten. Dadurch können die einzelnen Gitterelemente 22 des Gitters 20 parallel zueinander angeordnet sein, wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht.

Eine solche Anordnung zur Kontrolle des Elektronenstrahls erlaubt es, die einzelnen Gitterelemente 22 des Gitters 20 parallel zueinander auszuführen, was eine Fertigung derselben wesentlich vereinfacht. Verluste, die dadurch auftreten können, daß Elektronen auf das Gitter auftreffen, sind dadurch vermindert, da die Gitterelemente parallel zueinander liegen und auch zur Richtung der Elektronenstrahlen liegen und damit die den Elektronenstrahlen ausgesetzte Fläche des Gitters klein ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Elektronenbestrahlung, bei dem ein von einer Elektronenquelle parallel zur Mittelachse eines Beschleunigers ausgehender Elektronenstrahl durch die Magnetfelder elektromagnetischer Spulen so abgelenkt wird, daß er ein ebenes Fenster, durch das er aus dem Beschleuniger austritt, überstreicht, dadurch gekennzeichnet, daß durch in der Nähe des Fensters (24) erzeugte Magnetfelder, deren Feistärke mit wachsender Entfernung von der Mittellängsachse des Beschleunigers abnimmt, eine zweite Ablenkung der Elektronenstrahlen in der Weise erfolgt, daß der Austritt der Strahlen aus dem Fenster (24) parallel zur Mittelachse des Beschleunigers erfoigt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zur zweiten Ablenkung der Elektronenstrahlen an gegenüberliegenden Seiten des Fensters (24) Permanentmagnete (30, 32) angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete (30, 32) durch entmagnetisierte ferromagnetische Schienen (34, 36) miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (24) aus einer Elektronen durchlassenden Aluminiumfolie besteht und daß diese Folie durch ein auf der Innenseite der Kammer angeordnetes Gitter (20) unterstützend gehalten wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (20) aus einer Vielzahl von einzelnen Gitterelementen (22) besteht, dessen Stege parallel zueinander verlaufen.