SE467990B - Jonplasmaelektronkanon - Google Patents

Description

467 990 Detta och andra syften med föreliggande uppfinning kommer att framgå närmare av följande beskrivning med hänvisning till ritningarna, på vilka: fig. 1 är en perspektivvy, delvis i sektion, som visar huvudkomponenterna av jonplasmaelektronkanonen enligt föreliggande uppfinning, fig. 2 är ett schematiskt kopplingsschema av en jämförelsekrets, som används vid föreliggande uppfinning.

Sammanfattning av uppfinningen.

Föreliggande uppfinning avser ett jonplasma-elektronkanon-arrangemang.

Detta arrangemang innefattar ett elektriskt ledande evakuerat hölje, som bildar första och andra kamrar, som är belägna intill varandra och har en öppning mel- lan sig. En tråd är belägen i den första kammaren, som är elektriskt ansluten till en strömreglerad effektkälla för generering av positiva joner, såsom heli- umjoner, i den första kammaren. En i den andra kammaren belägen katod är belägen på avstånd samt isolerad från höljet. Katoden är försedd med en sekundärelek- tronemitterande yta.

En anordning finnes för anbringande av en hög negativ spänning mellan katoden och höljet för att bringa katoden att dra positiva joner från den första kammaren till den andra kammaren, vilka skall träffa katodytan och bringa ytan att emittera sekundärelektroner. En elektriskt ledande elektrongenomsläppande folie sträcker sig över en öppning i höljet vid den ände av den första kammaren, som är vänd mot katoden. Folien är elektriskt ansluten till höljet till bildande av en anod för sekundärelektronerna, vilken bringar dem att passera genom folien som en elektronstråle.

Ett elektriskt ledande avtappningsgaller är monterat i den andra kammaren intill den sekundärelektronemitterande ytan av katoden och är anslutet till höljet för att alstra ett elektrostatiskt fält vid den sekundärelektronemitte- rande ytan för att bringa sekundärelektroner att passera genom gallrets öppning- ar och in i den första kammaren. Ett elektriskt ledande stödgaller är monterat i den första kammaren intill folien och är anslutet till folien och till höljet, som tjänar till stöd för folien. Stödgallret är försett med öppningar, som all- mänt är i linje med öppningarna i avtappningsgallret för att i samverkan med av- tappningsgallret accelerera sekundärelektroner mot folien.

Jonplasma-elektronkanonen enligt föreliggande uppfinning är vidare försedd med en målyta, som är avsedd att träffas av sekundärelektronerna som härrör från foliefönstret eller passerar genom plasmakammaren. Målet är i stånd att utveckla en spänning, när det träffas av sekundärelektronerna. Målet är anslutet till en jämförelsekrets, vilken i sin tur är ansluten till den ström- reglerade effektkällan. Kombinationen av mål, jämförelsekrets och effektkälla är 467 990 i stånd att hålla den utgående strömmen av sekundärelektroner, som härrör från foliefönstret väsentligen konstant.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen.

Fig. 1 visar huvudkomponenterna av en plasmaelektronkanon enligt förelig- gande uppfinning. Kanonen innefattar ett elektriskt ledande jordat hölje, som består av en högspänningskammare 13, en jonplasma-urladdningskamare 12, samt ett elektrongenomsläppande foliefönster 2. En tråd 4 sträcker sig genom plasma- urladdningskammaren 12. Foliefönstret är elektriskt anslutet till det jordade höljet och det bildar en anod, som bringar elektroner att accelereras till och genom det. Höljet är fyllt med 1 - 10 millitorr helium. En katod 6 är belägen i högspänningskammaren 13 och isolerad från denna. En insats 5 för katoden är mon- terad på dess undre yta. Insatsen 5 är typiskt av molybden, men kan vara av något annat material med hög elektronemissionskoefficient. Högspänningskatoden är likformigt fördelad från höljet för att förhindra Paschen-genomslag.

En högspänningskälla 10 avger en hög negativ potential av 150 - 320 kV till katoden 6 genom en kabel 9, som sträcker sig genom en epoxiisolator 14, till ett 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 ledning 7.

Plasmakammaren 12 innehåller ett antal metallister, vilka är mekaniskt och elektriskt hopkopplade. Listerna 3 innehåller utskärningar i centrum för att medge passage av tråden 4 genom hela konstruktionen. De sidor av listerna 3, som är vända mot katoden, bildar ett avtappningsgaller 16, medan den motsatta sidan av listerna bildar ett stödgaller 15 för stöd av det elektrongenomsläppande foliefönstret 2. I stället för lister kan anodplattor med ett flertal hål använ- das. Vätskekylningskanaler 8 åstadkommer värmebortledning från plasmakammaren.

Det elektrongenomsläppande fönstret 2 kan bestå av en c.a 0,6 x l0'3 till 2,5 x 10'3 mm (1/4-1 mil.) tjock titan- eller aluminiumfolie, som stöds av stödgallret 15 och försluten mot höljet medelst en 0-ring. Ett gassamlingsrör 10 används allmänt för att kyla foliefönstret med trycksatt kväve och för att eliminera ozon från strålområdet.

En strömreglerad effektkälla är ansluten till tråden 4. När effektkällan 1 exciteras upprättas ett av heliumjoner och elektroner bestående plasma i plasmakammaren 12 av det tråden 4 omgivande elektriska fältet. I och med att plasmat har upprättats avtappas positiva heliumjoner i plasmat från plasmakam- maren genom det elektriska högspänningsfält, som läcker genom avtappningselek- troden 16. De i plasmat genererade positiva heliumjonerna avtappas till katoden 6 av fältet, som läcker genom avtappningsgallret 16 in i plasmakammaren. Detta 467 990 4 fälts styrka kan variera från några 100 volt upp till 10000 volt. Jonerna ström- mar utefter fältlinjerna genom avtappningsgallret 16 in i högspänningskammaren 13. Här accelereras de över hela potentialen och bombarderar katodinsatsen 5 som en kollimerad stråle. De av katodinsatsen emitterade sekundärelektronerna har en lätt rymdmässig spridning på grund av kosinusfördelningen av deras emissions- riktning.

Vid en tråd-jonplasmaelektronkanon är såsom tidigare nämnts dosraten eller sekundärelektronströmmen från kanonen ej nödvändigtvis direkt proportion- ell mot den av högspänningskällan 10 tillförda strömmen. I anordningar av denna typ är högspänningskällans ström summan av infallande heliumjoner och emitterade elektroner. Förhållandet mellan emitterade elektroner och infallande joner, se- kundäremissionskoefficienten,_beror på den emitterande ytans ytförhållanden.

Dessa förhållanden är ofta ändringsbara och följaktligen är enkel övervakning av högspänningskällan ej tillräcklig för styrning av konsistensen hos dosraten eller sekundärelektronutströmmen.

Det har visat sig att dosraten i stor utsträckning är en linjär funktion av plasmaströmmen. Genom övervakning av sekundärelektronströmmen och proportion- ell reglering av en ström, som tillförs till anodtråden 4 av den strömreglerade effektkällan 1, kan man sålunda styra och hålla en jämn utström av sekundär- elektroner.

Detta uppnås genom användning av ett metallelement 50 som mål, som skall träffas av sekundärelektronstrålen från kanonen. Målet kan ha praktiskt varje fysisk form, såsom en metallplatta, skovel eller tråd bestående av ett material såsom koppar, som är i stånd att utveckla en spänning och leda en ström, när det träffas av sekundärelektronerna.

Målet 50 skall vara elektriskt kopplat till en jämförelsekrets 40, som är i stånd att bestämma skillnaden mellan den från målet 50 utlästa spänningen och en förinställd spänning upprättad i jämförelsekretsen. När spänningen från målet 50 skiljer sig från inställningspunkten avges en signal till den strömreglerade effektkällan 1 för att omställa plasmaströmmen så att skillnaden reduceras. Om exempelvis förhållandena i tråd-jonplasmaelektronkanonen är sådana att dosraten eller utströmmen ökas olämpligt, utvecklar målet 50 en högre spänning, vilket resulterar i att jämförelsekretsen avläser en över ställpunkten liggande spän- ning, varigenom en signal matas till den strömreglerade effektkällan 1 för redu- cera plasmagenereringen.

Fig. 2 visar ett exempel på en jämförelsekrets, som kan användas vid föreliggande uppfinning. 'ir s 467 990 Den från måïet 50 erhåiïna spänningen mottas av en ingångsförstärkare 60, där den förstärks med en förstärkning, som är instälïbar medeist en potentio- meter 62. Potentiometern 62 ïigger i en negativ återkoppiingssïinga me11an ut- gången och en inverterande ingång hos ingångsförstärkaren 60. En buffertförstär- kare 66 mottager signaïen från utgången hos ingångsförstärkaren 60 och tiiiför signaïen ti11 en ingång hos en jämföreisekrets 68. Jämföreisekretsen 68 kan vara en differentiaiförstärkare e11er liknande. Jämföreïsekretsens 68 andra ingång är ansiuten ti11 en stä11punkt-spänningsgenerator 70. Såsom visas i fig. 2 kan stäi1-punkt-spänningsgeneratorn 70 vara en spänningsdeïare koppiad me11an en käïïspänning och jord. Spänningsdeiaren kan exempe1vis, åstadkommas med använd- ning av potentiometer, som instäiïs av användaren.

Jämföreisekretsens 68 utgångssignaï är en signai, som är proportioneii mot skiïinaden me11an stäïipunktspänningen och spänningen från måiet 50. Denna skiiïnadssignai tiiiförs ti11 den strömregierade effektkäïïan 1, som kan vara av typen BHK 1000-0,2 M, tiïiverkad av Kepco of Fiushing, New York. Den strömreg1e- rade effektkäïïan 1 reagerar genom instäiïning av den ti11 tråden 4 ti11förda strömmen och förorsakar sålunda en ändring i pïasmaintensiteten. Denna ändring detekteras av måiet 50 och ski11nadssigna1en från jämföreisekretsen 68 tjänar ti11 att refïektera ändringen i pïasmaintensitet. På detta sätt modifieras den ti11 tråden 4 tiiiförda spänningen ti11s den önskade pïasmaintensiteten detek- teras av måïet 50. _

Claims (1)

467 990 e Patentkrav.

1. Jonplasmaelektronkanon innefattande ett elektriskt ledande evakuerat hölje innehållande första och andra kammare (12,13), som är belägna intill varandra och har en öppning mellan sig, en tråd (4) belägen i den första kam- maren (12), som är elektriskt ansluten till en strömreglerad effektkälla (1) för generering av ett plasma bestående av elektroner och positivt laddade joner i * den första kammaren, en katod (6) belägen i den andra kammaren (13) i åtskilt och isolerat förhållande till höljet, vilken katod har en sekundärelektronemit- terande yta (5), en anordning (10) för anbringande av en hög negativ spänning mellan katoden (6) och höljet för att bringa katoden att dra positiva joner från den första kammaren (12) till den andra kammaren (13) så att de träffar nämnda yta (5) hos katoden (6) och bringar ytan att emittera sekundärelektroner, en elektriskt ledande elektrongenomsläppande folie (2), som sträcker sig över en öppning i höljet vid den mot katoden vända änden av den första kammaren (12), vilken folie (2) 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 (6) och anslutet till höljet för att alstra ett elektrostatiskt fält vid ytan för att bringa sekundärelektroner från denna att passera genom öppningar i gallret och in i den första kammaren (12), samt ett elektriskt ledande stödgal- ler (15) monterat i den första kammaren (12) intill folien (2) och anslutet till folien och till höljet, vilket stödgaller (15) tjänar till stöd för folien (2) och har öppningar i linje med öppningarna i avtappningsgallret för samverkan med avtappningsgallret i och för accelerering av sekundärelektronerna mot folien, k ä n n e t e c k n a d av att ett mål (50) är anordnat att träffas av sekun- därelektronerna och därvid utveckla en spänning, vilket mål är elektriskt kopp- lat till en jämförelsekrets (60-68) och till den strömreglerade effektkällan, för att hålla den från foliefönstret härrörande strömmen av sekundärelektroner väsentligen konstant. fr: