DD268331A5 - ELECTRONIC POWER GENERATOR WITH ELECTRONIC OPTICAL FOCUSING OF THE ELECTRONIC PROBLEMS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektronengegenstromstrahler mit elektronenoptischer Fokussierung der Elektronengegenstroeme. Die Erfindung stellt einen technisch auf einem bislang nicht bekannten Wirkungsprinzip beruhenden Elektronengegenstromstrahler als Licht- und Strahlungsquelle insbesondere zur Erzeugung von technologischen Hochleistungsstrahlen vor. Der Elektronengegenstromstrahler in der vorgestellten Anordnung funktioniert mit erfindungsgemaessen magnetischen Fokussierungsprofilen, wie sie bei den ueblichen elektronenoptischen Verfahren und Anordnungen, wie Braunsche Roehre und Elektronenmikroskop, nicht benoetigt und benutzt werden. Der Elektronengegenstromstrahler kann relativ wirtschaftlich und in grossen Serien hergestellt werden und als technologischer Strahler in der Mikroelektronik und im Maschinenbau sowohl fuer die Substitution von technologischen Lasern als auch die Erschliessung neuer Mikrobearbeitungstechnologien Einsatz finden. Das neuartige Funktionsprinzip ergibt darueber hinaus Einsatz- und Entwicklungsmoeglichkeiten von bisher nicht absehbarer Art u. a. in der Nachrichtentechnik; fuer den wissenschaftlichen u. a. Geraetebau, fuer die Medizintechnik. Der Strahler ist vorzugsweise fuer optische Strahlung ausgelegt, wobei das Spektrum weitgehend monochromatisch und frei durchwaehlbar von Infrarot bis Ultraviolett erzeugt wird; fuer Mikrobearbeitung erfolgt eine Fokussierung mit Brennfleckdurchmessern 5...10 Mikrometer und mit Leistungsdichten hierin von 106 W/cm2 und mehr.The invention relates to an electron counterflow emitter with electron optical focusing of the Elektronengegenstroeme. The invention provides a technically based on a hitherto unknown principle of action electron countercurrent emitter as light and radiation source in particular for the production of high-performance technological beams. The electron counterflow device in the presented arrangement functions with magnetic focusing profiles according to the invention, as are not required and used in the conventional electron optical methods and arrangements, such as Braun tube and electron microscope. The countercurrent electron gun can be produced relatively economically and in large series and can be used as a technology spotlight in microelectronics and mechanical engineering both for the substitution of technological lasers and the development of new micromachining technologies. The novel functional principle beyond application and development possibilities of previously unforeseeable kind u. a. in communications engineering; for the scientific and a. Geraetebau, for medical technology. The radiator is preferably designed for optical radiation, the spectrum being largely monochromatic and freely selectable from infrared to ultraviolet; for micromachining, focus is made with focal spot diameters of 5... 10 micrometers and with power densities herein of 106 W / cm 2 and more.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Anwendungs· und Einsatzgebiete für Etaktronengegenstromstrahler mit elektronenoptischer Fokussierung der Elektronengegenströmo bestehen in der Mikrobearbeitungstechnikzum Schmelzen, Punkten, Schweißen, Kerben, Schnoiden usw., wobei der Durchmesser der Bearbeitungsfläche in der Regel zwischen 5 bis 50 Mikrometer liegt. Als Einsatzgebiet bieten sich damit hier insbesondere Technologien der Mikroelektronik an.Applications and applications for Etaktronengegenstromstrahler with electron-optical focusing of the Elektronengegenströmo exist in the micromachining technology for melting, dots, welding, notches, Schnoiden, etc., wherein the diameter of the processing surface is usually between 5 to 50 microns. As a field of application, in particular technologies of microelectronics are offered here.

In der Medizin und Biologie ergeben sich Einsatzgebiete für chirurgische Zwecke, etwa beim Abtrennen lokaler Zellgruppen. In der Nachrichtentechnik ergeben sich Einsatzgebiete bei dei optischen Informationsübertragung, indem die Elektronengegenstromstrahler als Sender mit gerichteter und modulierbarer optischer Strahlung eingesetzt werden. Anwendungen im Maschinenbau bestehen für Hochleistungsstrahl-Elektron jngegenstromstrahler, wobei in dem 5... 50 Mikrometer Durchmesser aufweisenden Bearbeitungsfleck Energiedichten wirksam worden von 10⁶... 10¹² J/cm², was je nach Größe und Bauart des Strahlers in weiten Grenzen variabel gehalten und gesteuert werden kann Mit technologischen Elektronengegenstromstrahlern lassen sich moderne technologische Hochleistungslaser, wie CO₂-Laser im maschinenbaulichen Einsatz, wie auch in gewissen Grenzen konventionelle Schweiß- und Trenntechnik, z.B. Schweißbrenner, durch eine Technik auf der Grundlage eines bisher unbekannten Wirkungsprinzips in technologisch und wirtschaftlich vorteilhafter Weise substituieren, bzw. an Stelle dieser einsetzen.In medicine and biology there are areas of application for surgical purposes, such as the separation of local cell groups. In telecommunications, fields of application arise in the optical information transmission in that the counter electromagnets are used as transmitters with directional and modulatable optical radiation. Applications in mechanical engineering exist for high-performance jet-electron countercurrent, wherein in the 5 ... 50 micrometer diameter machining spot energy densities have been effective from 10 ⁶ ... 10 ¹² J / cm ² , depending on the size and design of the radiator within wide limits variable can be kept and controlled With technological electron counter current radiators, modern technological high-power lasers, such as CO ₂ laser in mechanical engineering, as well as within certain limits conventional welding and separation technology, such as welding torches, by a technique based on a previously unknown principle of action in technological and economically advantageous substitute, or use instead of this.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Das Verfahren der Strahlungserzeugung mit Elektronengegenstromstrahlern mit elektronenoptischen Fokussiereinrichtungen von an sich bekannter Ausführung bzw. Anordnung oder Bauart beruht auf dem Verfahren zur „Strehlungserzeugung mit Elektronen-Elektronen-Wechselwirkung im Hochvakuum", erstmalig beschrieben und angemeldet rr it der Anmeldung zu WP G pi J/2891112, und weiterhin beschrieben und angemeldet vom Erfinder mit der Anmeldung zu .Hochleistungstrahlererzeugung mit Elektronen-Elektronen-Wechselwirkung" — WP BK 23 K/2895421. Die erstgenannte Lösung wurde am 15. April 1986 bekanntgamacht; die zweite am 23. April 1S86 beschrieben. Bekannt gemacht wuide weiterhin die Lösung zur Strahlungserzeugung mit Elektronen-Elektronen-Wechselwirkung im Vakuum, welche die erstgenannten Lösungen als die bekannt gomachten in der Hinsicht verbessert, daß hier durch Anordnung von Spulen oder Dauermagneten ein optimiertes bzw. weiterentwickeltes Verfahren mic Mitwirkung eines fokussierenden Magnetfeldes beschrieben wird. Diese Lösung „Hochleistungsstrahler mit Elektronen-Elektronen-Wechselwirkung und Magnetfeld" wurde am 26. Februar 1988 angemeldet und bekanntgemacht.The method of generating radiation with electron counter-current radiators with electron-optical focusing devices of known design or arrangement is based on the method for "electron-electron interaction in high vacuum", first described and filed with the application to WP G pi J / No. 2,891,112, and further described and filed by the inventor of the application for electron-electron interaction "high power emitter generation" - WP BK 23 K / 2895421. The former solution was announced on April 15, 1986; the second described on April 23 1S86. The solution for generating radiation with electron-electron interaction in vacuum, which improves on the first-mentioned solutions as known in the respect that described here by arrangement of coils or permanent magnets, an optimized or further developed method mic contribution of a focusing magnetic field becomes. This solution "high electron-electron interaction and magnetic field emitter" was filed and published on Feb. 26, 1988.

Mit dieser Lösung wurden zwei wesentlic! .e Verbesserungen technischer Wirkungsgradverbesserung, Strahlungs-Ausgangsleistung zu Eingangsleistung am Strahler, wirksam bzw. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absaugvorrichtung für Elektronen angeordnet wurde, welche die Elektronen aus dem zentralen Wechselwirkungsgebiet entfernt bzw. „abgesaugt", die ihre Bewogungsenergie als die Strahlungserzeugende Wechselwirkungsenergie im zentralen Wechselwirkungsgebiet abgegeben bzw. verloren haben, und dadurch, daß der Zerstreuung der Elektronen-Gegenstromwolken durch ein Magnetfeld entgegengewirkt wird. Zugleich war die Strahlorform von zylindrisch auf schmotterlingssymmetrisch, zylindrisch längsgeteilte Form verändert worden.With this solution, two essential! Improvements in technical efficiency improvement, radiation output power to the input power at the radiator, effective, characterized in that an extraction device has been arranged for electrons, which "removes" the electrons from the central interaction area, the their Bewogungsenergie as the radiation generating end In addition, the scattering of the electron countercurrent clouds was counteracted by a magnetic field, and at the same time the shape of the beam had been changed from cylindrical to slippery symmetry, cylindrically longitudinally divided.

Kennzeichnend für a'le genannten erfindungsgemäßen technischen Lösungen ist die Strahlungserzeugung im Vakuum mit Elektronen, wobei eine merkliche, technisch nutzbare und auch technologisch einsetzbare Strahlungsenergieausbeute erzielt wird, ohne auf bekannte technische Lösungen der spontanen oder stimulierten Strahlungsemission zurückzugreifen bzw. diese mit zu benutzen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Elektronen-Gegenstromstrahler-Anordnungen unterscheiden sich technisch wesentlich von allen bekannten Verfahren und Anordnungen der Strahlungserzeugung, indem hier die Emissionszentren in Wecliselwtrkungsfeldern freier, einzelner, gegeneinander strömender Elektronen liegen. Hieraus sind erfindungsgemäße Anordnungen wie die beschriebenen, welche diese Emissionszentren in der Längs- und Zontralachse eines Strahlers konzentrieren, im Unterschied zu konventionellen Strahlern und auch Laserstrahlern gekennzeichnet, indem dort die Emissionszentren in Atomen und Molekülen von Stoffen liegen, mit welchen die Strahlungerzeugung technisch und kennzeichnenderweise unlösbar verbunden ist.Characteristic of a.le said technical solutions according to the invention is the generation of radiation in a vacuum with electrons, whereby a noticeable, technically usable and technologically usable radiation energy yield is achieved without resorting to known technical solutions of spontaneous or stimulated radiation emission or to use this. Technically, the method according to the invention and the electron countercurrent radiator arrangements differ substantially from all known methods and arrangements of radiation generation, in that here the emission centers are located in cyclic fields of free, individual electrons flowing against each other. This arrangement according to the invention as described, which concentrate these emission centers in the longitudinal and Zontralachse a radiator, unlike conventional radiators and laser emitters are characterized by the emission centers in atoms and molecules of substances, with which the radiation generation technically and characteristically is permanently connected.

Infolgedessen ist es mit bekannten Verfahren und Anordnungen, wie z. B. Gl jhlampe oder auch Laser, nicht technisch zu realisieren, daß ein technisch als punktförmig anzusprechendes Emissions'jebiet vorliegt; so z.B. ist es technisch nicht möglich bzw. wenig sinnvoll, die Glühwendel einer Glühlampe oder den optisch aktiven Kristall eines Lasers auf einen Durchmesser von etwa 1 ...2 Mikrometer zu verkleinern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es in einer das Verfahren kennzeichnenden Weise technisch möglich, eine optisch aktive, Strahlung emittierende Linie bzw. dünne Achse zu erzeugen, welche sich dadurch ergibt, daß eine gerichtete Bewegung von Elektronen-Gegenströmen so erzeugt wird, daß nach Möglichkeit alle Elektronen ihre Bewegungsenergie in einem Wechselwirkungsfeld verlieren bzw. in ein solches abgeben, daß die gemeinsame Mitte durch alle Wechselwirkungsfelder eine gerade Linie ergibt.As a result, it is with known methods and arrangements, such as. B. Gl jhlampe or laser, not technically realize that a technically to be addressed as punctiform Emissions'jebiet is present; e.g. it is not technically possible or meaningful to reduce the incandescent filament of an incandescent lamp or the optically active crystal of a laser to a diameter of about 1 ... 2 microns. With the method according to the invention, it is technically possible in a manner characterizing the method to produce an optically active, radiation emitting line or thin axis, which results from the fact that a directed movement of electron countercurrents is generated so that, if possible Electrons lose or give up their kinetic energy in an interaction field in such a way that the common center gives a straight line through all fields of interaction.

Der Nachteil insbesondere bei den zuerst bekannt gemachten Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß durch an sich bekannte Naturkräfte und technische Effekte, wie Coulomb-Kraft und Raumladungszerstreuung, die Anzahl von in einer optisch aktiven Zentralachse tatsächlich wechselwirkenden Elektronen klein ist im Verhältnis zur Anzahl der im Strahler in den Raumladungswolken vorhandenen Gesamtanzahl katodeneinittierter, einzeln freier Elektronen.The disadvantage in particular in the first disclosed arrangements for carrying out the method is that the number of actually interacting in an optically active central axis electrons is small in relation to the number by known natural forces and technical effects, such as Coulomb force and space charge scattering the total number of cathode-doped, individually free electrons present in the space charge clouds in the radiator.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist, den technischen Wirkungsgrad der Strahlungserzeugung durch Elektronen-Elektronen-Wechselwirkung im Vakuum durch Verbesserung des Verhältnisses der Anzahl von Elektroden, die um die Zentralachse wechselwirken und optisch aktiv sind, zur Anzahl der insgesamt von der Katode emittierten uno von der Anode zur Zentralachse hinbewegten Elektronen in den entgegengesetzt aufeinander zu bewegten Raumladungswolken.The object of the invention is to increase the technical efficiency of the electron-electron interaction radiation generation by improving the ratio of the number of electrodes interacting around the central axis and being optically active to the number of total uno emitted by the cathode from the anode towards the central axis moving electrons in the opposite to each other to moving space charge clouds.

Darlegung des Wesen· der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht dementsprechend darin, eine maximale Anzahl von Elektronen von gleich großer kinetischer Energie in symmetrisch gegeneinander bewegten Raumladungen im Vakuum bzw. Hochvakuum in einem geradlinig längs erstreckten Zsntralgebiet, von einem Durchmesser etwa dor Wellenlänge der erzeugten Strahlung gleich, gegeneinander bewegt zur Wechselwirkung zu bringen; bzw. sie besteht darin, durch eine Bündelung der Elektronen-C jgenströmo in der Bewegung durch das Vakuum und durch eine gezielte Fokussierung symmetrisch von beiden Seiten her beide Ströme längs einer geraden Linie bzw. Achse ineinander strömen und wechselwirken zu lassen; dabei ist für eine beständige Aufrechterhaltung der Wechselwirkung die Gesamtheit der Elektronen, die ihre kinetische Energie im Gegenströmen verloren haben, als ein Absaug- oder Abflußstrom aus dem Vakuum um die optische Achse wieder aus dem Strahler zu entfernen. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird wie folgt gelöst.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a maximum number of electrons of equal kinetic energy in symmetrically mutually displaced space charges in vacuum or high vacuum in a rectilinearly longitudinal Zsntral region, equal in diameter to the wavelength of the generated radiation, moved toward interaction bring; or it consists in flowing through a bundling of the electron beam flow in the movement through the vacuum and through a focused focusing symmetrically from both sides both currents along a straight line or axis into each other and interact; In this case, for a constant maintenance of the interaction, the entirety of the electrons which have lost their kinetic energy in countercurrent, as a suction or effluent stream from the vacuum around the optical axis to remove again from the radiator. The object of the invention is achieved as follows.

In einen vakuumdichten Strahlerkörper aus Glas, Keramik o. a. isolierenden und nicht magnetisch leitfähigem bzw. nicht magnetisierbarer™ Material wird in an sich beka nnter Weise durch Auspumpen und Gettern ein Vakuum bzw. ein Hochvakuum eingebracht. Dsr Strahlerkörner ist vorzugsweis e ein schmetterlingssymmetrisch in zwei Strahlerhalbseiten bzw. „Strahlerflügel" geteilter ZyIm r, welcher in der Mitte stabartig verdünnt ist und beidseitig symmetrisch die Strahlerhalbseiton hierin münden.In a vacuum-tight radiator body made of glass, ceramics o. A. insulating and non-magnetically conductive or non-magnetisable ™ material is introduced in a manner known per se by pumping and gettering a vacuum or a high vacuum. Dsr radiator grains is preferably a butterfly-symmetrical split into two radiator half sides or "radiator vanes" ZyIm r, which is thinned rod-like in the middle and bilaterally symmetrically emit the Strahlerhalbseitigon herein.

Die Achse durch die stabartir nne Mitte wird 2'entralachse (ZA) genannt und die Ebene durch die Zentralachse und durch die Mitte der Strahlerhalbst. telebene (ME) genannt.The axis through the center of the rod is called the central axis (ZA) and the plane through the central axis and through the center of the radiator. called teleplane (ME).

In beiden Strahlerhalbseitt u >e Katode Jnd eine Anode so ungeordnet, daß die Mittelebene längs durch die Mitte derIn both halves of the radiator and the cathode, an anode is so disordered that the median plane runs longitudinally through the center of the anode

Katode und die der Anode ge. oei liegt die Katode außen zur Strahlerkörperwand hin und die Anode innen ;:ur Zentralachse hin. Die Katode wird in der an sich bekannten Weise als indirekt geheizte — glühf adengnheizt oder strahlungsueheizt; als Metalloxidkatode oder Graphitkatode o. ä. — Katode ausgeführt und die Anode als eine Drnhtwendel als dünnem Draht aus Wolfram o.a. Katode und Anode werden erfindungsgemäß gleichförmig gekrümmt mit einem Krümmungsradius in der Zentralachse als Krümmungsmitteipunkv ausgefüh rt; der Abstand der Anodengitterwenclel (A) von der Katodonflächo beträgt in der Regel und vorzugsweise für Strahler tür Erzeugung optischer Strahlung etwa 0,3... 1,0mm. Die Katode wird in bekannter Weise auf negatives, die Anode auf postivüs Potential gelegt; die Potentialdif farenz .tür Erzeugung optischer S.'ra hlung liegt etwa von 1,5...5VoIt.Cathode and the anode ge. oei lies the cathode on the outside to the radiator body wall and the anode inside; The cathode is heated in the manner known per se as indirectly heated or heated by radiation; as a metal oxide cathode or graphite cathode o. Ä. - Katode executed and the anode as a Drnhtwendel as a thin wire of tungsten o.a. Cathode and anode according to the invention uniformly curved with a radius of curvature in the central axis as Krümmungsmitteipunkv ausgefüh rt; the distance of the Anodengitterwenclel (A) of the Katodonflächo is usually and preferably for emitters for generating optical radiation about 0.3 ... 1.0mm. The cathode is placed in a known manner on negative, the anode on postivüs potential; the potential difference in the generation of optical power is approximately from 1.5 to 5 volts.

Vorne in der stabartigen Mitto ist in den S'.rahlerkörper ein Strahlungsaustrittfenster—für optische Strahlung aus Quarzglas c. ä. (QF) — eingelassen; in der Verlängerung befindet sich vor diesem Fenster ein optisches υ nd in an sich bekannter Weise funktionierendes Fokussiersystem (FKs). Hinten ist dem Strahlungsaustritttenster gegenüber ein vollreflektierender Spiegel angebracht; dieser wird mit Winkeln eingestellt, wie mit den o.g. Anmeldungen bekannt gemacht.At the front of the rod-like center is a radiation exit window for the optical radiation of quartz glass c. Ä. (QF) - embedded; in the extension is located in front of this window, an optical and in a conventional manner functioning focusing (FKs). At the rear, a fully reflecting mirror is attached to the radiation exit window; this is set with angles, as with the o.g. Registrations made known.

Über und unter der optischen und Zentralachse sind c ünne Drähte bzw. metallisch leitende Streifen aus nicht magnetisiarbarem Material eingebracht bzw. innen auf die Suahlerkörperwandung aufgebracht, welche leitend nach außen hin verbunden sind mit leicht positivem Potential, welches so bemessen ist, daß noch keine merkliche Minderung der Ausstrahlung durch Absaugen auch von Elektronen eintritt, die noch kinetische Energie haben (etwa 0,1 ...0,2 V); diese Absaugdrähte (Ag) liegon längs in Jer Mitte zwischen beiden Strehlerhälften. Das Schema eines solchen erfindungsgemäßen Elektronengcgenstromstrahlerzeitit ohne Fo' jssierungseinrichtungen die Abbildung 1.Above and below the optical and central axes, thin wires or metallically conductive strips of non-magnetizable material are introduced or applied on the inside of the sucker body wall, which are conductively connected to the outside with a slightly positive potential, which is so dimensioned that there is no noticeable Reduction of radiation by aspiration also of electrons enters, which still have kinetic energy (about 0.1 ... 0.2 V); These suction wires (Ag) lie lengthwise in the middle between the two chaser halves. The diagram of such an electron current radiator time according to the invention without filtering devices is shown in FIG. 1.

Be= J.oser Anordnung wird die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe der Bündelung und Fokussierung der Raumladungs-Gegenströme erfindungsgemäß durch Kombination mit elektronenoptischen Verfahren und Anordnungen der Bündelung und Fokussierung bei bzw. von Elektrononstrahlen erreicht.Be = J.oser arrangement, the solution of the object of the invention of bundling and focusing the space charge countercurrents according to the invention by combination with electron-optical methods and arrangements of focusing and focusing at or from electron beams is achieved.

Dabei kommen die bekannten Anordnungen erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet zur Anwendung, daß die freien Querschnitte der elektrostatischen Ein- oder Mehrfachlinsen und der magnetischen Spulen- b.iw. Polschuhsysteme rechteckflächig sind und daß die Mittelebene der Strahlerflügel die Mittelebene durch den freien Querschnitt der elektrostatischen oder magnetischen .Linse" — von der von diesen her an sich bekannten Bauart bzw. Ausführung — ist. Im Unterschied zu bekannten elektronenoptischen Verfahren und Lösungen, bei Braun'schen Röhren (Fernsehröhre) oder Elektronenmikroskop, kommen erfindungsgemäß keine zentralradialen Formen der freien, fokussierenden Querschnitte der .Linsen" zum Einsatz; außer diesem erfindungsgemäßen und technisch wesentlichen Unterschied der praktischen Ausführung kommen die elektrostatischen Fokussierungsverfahren ebenso wie die magnetischen in der an sich bekannten Weise zum Einsatz bzw. zur Anwendung.The known arrangements according to the invention are characterized in that the free cross sections of the electrostatic single or multiple lenses and the magnetic coil b.iw. Polschuhsysteme are rectangular surface and that the median plane of the emitter wings is the median plane by the free cross section of the electrostatic or magnetic .Linse "- of the her¬ known design or execution - in contrast to known electron optical methods and solutions, in brown ' According to the invention, no central-radial forms of the free, focusing cross sections of the "lenses" are used; Apart from this inventive and technically significant difference of the practical embodiment, the electrostatic focusing method as well as the magnetic in the known manner are used or for application.

Bei der praktischen Ausführung kann man somit in Elektronengegenstromstrahler nach im Wesentlichen zwei Grundausführungsarten unterscheiden:In practice, it is thus possible to differentiate into electron counterflow lamps according to essentially two basic embodiments:

1. Elektronengegenstromstrahler mit elektrostatischer und magnetischer Fokussierung1. Electron countercurrent with electrostatic and magnetic focusing

2. Elektronengegenstromstrahler mit magnetischer rokussierung2. Electron counter-current radiator with magnetic rocussing

Für 2. ist technisch relevant noch eine Unterscheidung der Ausführung und Anordnung nach 2 a) Fokussierung mit Spulensystem bzw. Polschuh-SpulensystemFor 2. is technically relevant still a distinction of the design and arrangement according to 2 a) focusing with coil system or pole shoe coil system

2 b) Fokussierung mit Dauermagnetsystem bzw. Polschuh-Dauermagnetsystem Erfindungsgemäß ''st der Gegenstromstrahler dann, wenn er mit Flügelbreiten größer als etwa 2 cm ausgeführt wird, im Ganzen in eine Umhüllung aus Stahl- oder Dynamoblech o. ä einzubringen, um Einflüsse des Erdmagnetfelde» sowie magnetischer lokaler Störfelder sicher auszuschalten; dies ist erforderlich infolge der relativ niedrigen Raumladungsgeschwindigkeit bei der Strahlungserzeugung im optischen Spektralbereich.2 b) Focusing with permanent magnet system or pole shoe permanent magnet system According to the invention, the countercurrent radiator, if it is designed with blade widths greater than about 2 cm, in its entirety, is encased in a steel or dynamo sheet metal cladding in order to influence the earth magnetic field »As well as magnetic local interference fields safely switch off; this is necessary due to the relatively low space velocity in the generation of radiation in the optical spectral range.

Eino solche magnetische Abschirmung (mA) ist in Abb.4 mit dargestellt.One such magnetic shielding (mA) is shown in Fig.4 with.

Ausführungsbeispieleembodiments

Abbildung 2 zeigt den Elektronengegenstromstrahler mit einer einfach wirkenden elektrostatischen „Linse" symmetrisch in beiden Strahlerflügeln. Die .Linse" (EL) besteht aus dünnen, längs und parallel zur Zentralachse in den Strahler eingezogenen Drähten, deren erster und dritter positives — der dritte höheres positives — Potential er' alten; der mittlere bzw. zweite Draht liegt auf Nullpotential.Figure 2 shows the electron counter-current radiator with a single acting electrostatic "lens" symmetrical in both radiator vanes. The lens (EL) consists of thin wires drawn longitudinally and parallel to the central axis into the radiator, the first and third positive - the third higher positive - Potential he 'old; the middle or second wire is at zero potential.

Nicht eingezeichnet ist die in jedem Fall solcher elektrostatischen „ Vorfokussierung" erforderlich bleibende magnetische ,Linse" über bzw. unter der Zentralachse.Not shown is the magnetic "lens" remaining above or below the central axis, which in each case remains necessary for such electrostatic "pre-focusing".

Die Lage dieses magnetischen Fokussiersystem ist aus Abb. 3 für den Fall eines Spulen-Polschuhsystem (mittiges System) ersichtlich.The location of this magnetic focusing system is shown in Fig. 3 for the case of a coil pole system (central system).

Abbildung 3 zeigt einen magnetischen Gegenstromstrahler, bzw. den Elektronengegenstromstrahler mit ausschließlich magnetischer Fokussierung, welcher als die Vorzugsvariante anzusehen ist; hier für erfindungsgemäß und spezifisch — wio ersichtlich — ausgeführte Spulenpolschuhsysteme: In einem längs über dem Strahlerkörper hohl liegenden Stuhlblechprofil werden parallel längs zur Zentralachse Leiterschleifen bzw. stromführende Windungen in das Profil eingebracht. Das Profil hat Längsöffnungen zur Strahlerflügel-Auflagefläche hin, wobei zu gegenüberliegenden Profilen gegenüberliegende Öffnungen gehören; es können oine — oder, wie eingezeichnet — mehrere Öffnungen als die Magnetfeld-Austrittsöffnungen vorhanden sein. Symmetrisch gelegene Spulen bzw. Profile werden mit gleicher Windungszahl bewickelt bzw. sind von gleicher Abmessung, Material usw., sie werden auch mit gleicher Stromstärke gespeist, so daß längs der Profilöffnungen sich rotationssymmetrisch — gleiche Magnetfelder ausbilden und in den Strahlerkörper hineinwirken. Abbildung 4 zeigt im Querschnitt schematisch die Variante eines Strahlers mit elektrostatischer Vorfokussierung (vtor symmetrische elektrostatische „Linsen"-EL) und mit Fokussierung des Zentralfeldes mittels zentralsymmetrisch zwischen den Strahlerflügeln angeordnetem magnetischem Polschuh-Fokussbi system (mPF) mit stromführendem Spulenfeld und Blechummantelung.Figure 3 shows a magnetic countercurrent emitter, or the countercurrent electron gun exclusively magnetic focus, which is to be regarded as the preferred variant; here according to the invention and specifically - wio seen - running Spulenpolschuhsysteme: In a longitudinally hollow over the radiator body chair profile sheet conductor loops or current-carrying turns are introduced into the profile parallel to the central axis. The profile has longitudinal openings towards the radiator vane bearing surface, with opposite profiles to opposite profiles; it may oine - or, as shown - several openings than the magnetic field outlet openings may be present. Symmetrically located coils or profiles are wound with the same number of turns or are of the same size, material, etc., they are also fed with the same current, so along the profile openings form rotationally symmetric - same magnetic fields and act in the radiator body. Figure 4 shows schematically in cross-section the variant of a spotlight with electrostatic prefocussing (vtor symmetrical electrostatic "lenses" -EL) and with focusing of the central field by means of centrally symmetrical arranged between the radiator blades magnetic Polschuh-Fokussbi system (mPF) with current-carrying coil field and sheet metal sheathing.

Abbildung 5 zeigt die Variante eines Strahlers mit magnetischer Fokussierung durch sin symmetrisch zwischen die Strahlerflügel längs eingebrachtes Feld stromführender Leiter; hier kommt das erfindungsgemäße Kennzeichen zunehmender Feldstärke des Magnetfeldes von den Katoden-Anoderi-Systemen zur Zentralachse hin schematisch durch die ansteigende Windungszahl zum Ausdruck; dies kann aber auch anders — z. ß. durch erhöhte Stromstärke — realisiert werden.Figure 5 shows the variant of a radiator with magnetic focusing by sin symmetric between the radiator blades along introduced field current-carrying conductor; Here, the characteristic of increasing field strength of the magnetic field according to the invention from the cathode-anodic systems to the central axis is schematically expressed by the increasing number of turns; but this can also be different -. ß. by increased current - be realized.

Abbildung 6 zeigt eine Anordnung eines Elektronengeoenstromstrahlers mit magnetischer Fokussierung durch ein Spulen· Polschuhsystem. Bei dieser Vorzugsvariante entfallen seitlich auf den Flügeln angebrachte weitere magnetische Fokussjoreinrichtungen; die Windungszahl sowie Magnetfeldstärke wird in der an sich bekannten Weise so bemessen und realisiert, daß ein fokussierender Einfluß durchgängig von dem Austritt diu Elektronenwolke durch die Anodenwendel bis zur Zentralachse vorliegt. Diese Anordnung sichert eine günstige Erreichung der erfindungsgemäßen Zielstellung und weist eine technisch vorteilhafte Anordnung zur praktischen Ausführung auf.FIG. 6 shows an arrangement of a magnetic geo-swept electron emitter with magnetic focus through a coil pole system. In this preferred variant accounts for laterally mounted on the wings further magnetic Fokussjoreinrichtungen; the number of turns and magnetic field strength is measured and realized in a manner known per se such that there is a focussing influence continuously from the exit of the electron cloud through the anode coil to the central axis. This arrangement ensures a favorable achievement of the objective according to the invention and has a technically advantageous arrangement for practical implementation.

Erfindungsgomäß ist diese Ausführung weiterhin durch ein großes Länge-Durchmesser-Verhältnis größer 10...50 gekennzeichnet, d. h. durch stabförmige, »optisch aktive" Vakuumzylinder, die im Verhältnis zur Größe des magnetischen Fokussiersystems ausgesprochen klein ausfallen können. Mit einem Strahler des Durchmessers etwa 8 mm und der Längo etwa 10cm, und einer Öffnung der Strahlerflügel bzw. Katodenflächen von 90° relativ zur Zentralachse, bei einem Abstand Anode-Katode von etwa 0,3mm und einer Anodenspannung 2,1 Volt können Elektronengngenströme fließen von 0,2...0,3 Ampere u.rn.; bei dor Wechselwirkung entsteht gelbes Licht mit einer Dauerleistung 0,1 ...0,5 Watt: bei der Fokussierung auf einen Fokusdeck von 1μητι bedeutete dies 3,1 10^M Watt/cm² im Ausgang.According to the invention, this embodiment is further characterized by a large length to diameter ratio greater than 10 to 50, ie by rod-shaped, "optically active" vacuum cylinders, which can be extremely small in relation to the size of the magnetic focusing system 8 mm and the length of about 10 cm, and an opening of the radiator vanes or cathode surfaces of 90 ° relative to the central axis, with a distance anode cathode of about 0.3mm and an anode voltage 2.1 volts, electron flow can flow from 0.2 .. .0.3 amperes, etc., in the interaction yellow light with a continuous power of 0.1 ... 0.5 watts arises: when focusing on a focus deck of 1μητι this meant 3.1 10 ^M Watt / cm ² in Exit.

Abbildung 7 zeigt einen Elektronengegenstromstrahler mit magnetischer Fokussierung durch ein Dauermagnet-Hufeisen- bzw. U-Profil. Das Magnetprofil wird hier in der Weise hergestellt, wie es von den Hufeisenmagneten her bekannt ist, wobei dem Magneten jedoch eine lang ausgezogene Form wie ein zugespitztes U-Profil gegeben wird; die Nord-Süd-Pol-Spitzen werden auf dem Stralilei körper Nordpol gegen Nordpol und Südpol gegen Südpol gerichtet und mit der Zentralachse als Mittelachse angeordnet.Figure 7 shows a magnetic counterpoise electron gun with a permanent magnet horseshoe or U-profile. The magnet profile is hereby made in the manner known from the horseshoe magnets, but the magnet is given a long extended shape, such as a pointed U-profile; The north-south pole tips are directed on the Stralilei body north pole against north pole and south pole against south pole and arranged with the central axis as a central axis.

Diese Variante bildet eine erfindungsgemäße Vorzugsvariante für Kleinstrahler bzw. für miniaturisierbare Strahler, welche woniger für den technologischen Zinsatz, als vielmehr für den Einsatz in der Informationstechnik, Medizintechnik u. ä. in Frage kommen.This variant forms a preferred variant according to the invention for small emitters or for miniaturizable emitters, which woniger for the technological interest rate, rather than for use in information technology, medical technology u. Ä. come into question.

Claims (7)

1. Elektronengegunstromstrahler mit elektronenoptischer Fokussierung der Elektronengegenströme als Licht- und Strahlungsquelle insbesondere für technologische Hochleistungstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Vakuumrohr aus Glas, Keramik o. ä. sich zwei genau gleichartige Katoden-Anodun-Systeme in zwei Rohrflügeln gegensymmetrisch bezüglich der Rohrachse gegenüberstehen, dabei sind die Katodenfläche und die Anoden-Drahtwendel so gebogen, daß ihr gemeinsamer Krümmungsmittelpunkt in der Rchrmittelachse liegt und ist die Katode in der an sich bekannten Weise eine indirekte beheizte Metalloxid-, Graphitkatode o. ä., welche nach auße.; zur Rohrwand lieg:, während die Anode nach innen liegt zur Rohrachse hin, der Abstand zur Katode beträgt etwa 0,3... 1 mm und die Potentialdifferenz zur Katode liegt etwa zwischen 1,5...6 Volt; das Rohr wird vorzugsweise von beiden Flügeln her zur Mitte hin maximal verjüngt ausgeführt; in der Verjüngungsrinne befinden sich innen auf der Rohrwand über und unter der Rohrachse ein oder mehren dünn 3 Wolfram-, Kupferdrähte o. ä. auf gering positivem Potential, leitfähig nach außen, angeordnet; und außen darüber erfindungsgemäß als Längs- und Flächenfokussier-Magnetsysterne ausgeführte stromführende Spulenkörper oder Dauermagnete; das Rohr wird stirnseitig ein- oder beidseitig durch Strahlungsaustrittfenster aus Quarzglas ο. ä. abgeschlossen, wobei der Mittelpunkt der Fenster in der Rohrachse liegt, hieran schließen sich optische Fokussiersysteme zur Lichtstrahlungsbündelung in Brennflecke von der an sich bekannten Art und Weise an, um den Elektronengegenstromstrahler als Hochleistungsstrahler auszuführen;1. Elektronengegunstromstrahler with electron-optical focusing of the counter electrons as light and radiation source, in particular for high-performance technological beams, characterized in that in a vacuum tube made of glass, ceramic o. Ä. Two diametrically opposed cathode anodun systems in two tubular opposing against the tube axis , In this case, the cathode surface and the anode wire helix are bent so that their common center of curvature lies in the Rr central axis and is the cathode in the manner known per se, an indirect heated metal oxide, graphite cathode o. Ä., Which outward .; lying to the tube wall, while the anode is inward towards the tube axis, the distance to the cathode is about 0.3 ... 1 mm and the potential difference to the cathode is approximately between 1.5 ... 6 volts; the tube is preferably carried out from both wings to the center of maximum tapered; in the rejuvenation channel are located on the inside of the tube wall above and below the tube axis one or more thin 3 tungsten, copper wires o. Ä. At low positive potential, conductive outward disposed; and externally above it according to the invention as a longitudinal and Flächenfokussier-Magnetsysterne running live bobbin or permanent magnets; The tube is frontally on one or both sides by radiation exit window of quartz glass o. a., With the center of the windows is located in the tube axis, this is followed by optical focusing systems for Lichtstrahlungsbündelung in focal spots of the known manner, to perform the electron countercurrent radiator as a high-power radiator; 2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektronen-Raumladungstrom in eine Fläche fokussierende Magnetsystem aus einem symmetrisch mittig in der Verjüngerungsrinne gegenüberstehenden Paar gleichartiger Spulen aus stromführenden Leitern längs und parallel der Rohrachse besteht, und wobei zur Verstärkung und Bündelung des Magnetfeldes auf die Rohrachse als Gegenstromachse der gesamte Spulenkörper über und unter der Achse in ein rundes, rechteckiges, dreieckiges o. a. Weicheisenprofi! hineingeschoben bzw. hineingewickelt wird und die Profile eine Längsöffnung symmetrisch gegenüber mit der Rohrachse eis Symmetrieachse der Magentfeld-Längsaustrittsöffnungen haben;2. Arrangement according to item 1, characterized in that the electron space charge current in a surface focusing magnetic system consists of a symmetrically centered in the Verjüngerungsrinne pair of similar coils of current-carrying conductors along and parallel to the tube axis, and wherein for amplifying and bundling of the magnetic field on the tube axis as a countercurrent axis of the entire bobbin above and below the axis in a round, rectangular, triangular oa Soft iron pro! pushed in or is wound into it and the profiles have a longitudinal opening symmetrically opposite the pipe axis ice axis of symmetry of the Magentfeld longitudinal outlet openings; 3. Anordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler mit verbreiterten Flügeln ausgeführt wird und beidseitig in die Flügel symmetrisch gegenübor dünne Wolframdrähte o. ä. längs und parallel zur Rohrachse auf die Innenwand angeordnet werden, und von außen im Wechsel positiv-negativ mit zur Achse hin höhrem Potential gepolt werden; in der von elektrostatischen „Linsen" an sich bekannten Weise her;3. Arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the radiator is carried out with widened wings and symmetrically on both sides in the wings gegenübor thin tungsten wires o. Ä. Longitudinally and parallel to the tube axis are arranged on the inner wall, and from the outside positive - negatively polarized with higher potential towards the axis; in the manner known per se from electrostatic "lenses"; 4. Anordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler mit verbreiterten Flügeln ausgeführt wird und beidseitig auf die Flügel außen magnetische Längs-Fokuse'erprofile, mit ein- oder mehrfacher Magnetfeld-Austrittsöffnung, symmetrisch gegenüber angeordnet werden;4. Arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the radiator is performed with widened wings and on both sides of the wings outside magnetic longitudinal Fokuse'erprofile, with single or multiple magnetic field outlet opening, are arranged symmetrically opposite; 5. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung mit zwei in den Verjüngerungsrinnen sich gegenüberliegenden, nach Windungszahl, Form usw. gleichen Spulenkörpern — ohne Ummantelung mit einem Profil — herbeigeführt wird, hierbei sind erfindungsgemäß die Windungen längs und parallel der Rinne zu führen und ist der Spulenkörper beidseitig der Normalebene, auf die Rohrachse und die Mittelebene durch die Strahlerflügel bezogen, symmetrisch auszuführen im Hinblick auf Windungszahl, Abstand von der Mittelebene, Stromstärke;5. Arrangement according to item 1, characterized in that the focusing with two in the Verjüngerungsrinnen opposite, according to number of turns, shape, etc. coil bobbins - without sheathing with a profile - is brought about, in this case according to the invention, the turns along and parallel to the channel lead and is the bobbin on both sides of the normal plane, relative to the tube axis and the median plane through the radiator blades, perform symmetrically in terms of number of turns, distance from the center plane, current; 6. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dauer-Magnetfokussiersystem in der Verjüngerungsrinne beidseitig gegenüberstehend angeordnet wird, wobei das System aus zwei Nord-Süd-Polen, paarig gegenüberstehend und erze^t durch zwei magnetische Hufeisen-Längsprofile, aus magnetischem Werkstoff in der an sich bekannten Weise hergestellt, gebildet wird.6. Arrangement according to item 1, characterized in that a permanent Magnetfokussiersystem in the Verjüngerungsrinne is arranged opposite to each other on both sides, wherein the system of two north-south poles, pairwise opposite and ores by two magnetic horseshoe longitudinal profiles, of magnetic material is produced in the manner known per se. 7. Anordnung nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch aktive Rohr bzw. die gesamte Anordnung in einen Stahl-Zylinder bzw. einen Weich- oder Dynamoblechmantel eingehüllt angeordnet wird, wobei Öffnungen im Wesentlichen nur für den Strahlungsaustritt und die elektrische Verkabelung offen bleibt und bei technologischen und leistungsstarken Strahlern außerdem Öffnungen für Kühlmedien — Luft, Wasser, Öl — hierzu kommen.7. Arrangement according to item 1 to 6, characterized in that the optically active tube or the entire assembly is wrapped in a steel cylinder or a soft or Dynamo sheet jacket, wherein openings substantially only for the radiation outlet and the electrical wiring remains open and with technological and high-performance spotlights also openings for cooling media - air, water, oil - come to this. Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings