SE457758B - Jonplasmaelektronkanonanordning - Google Patents

Description

457 758 terna hos en utföringsform av jonplasmaelektronkanonen enligt hppfinningen; fig 2 är en perspektivvy av vissa inre komponenter hos kanonen enligt fig 1, innefattande en katodinsats, vilka komponenter har en modifierad fonn jämfört med de ekvivalenta komponenterna i fig 1; fig 3 är en mer detaljerad något modifierad tvärsnittsvy av en högspän- ningsenhet, som ingår i kanonen enligt fig 1; fig 4 är en mer detaljerad något modifierad vy av plasmakammaren och foliefönstret hos kanonen enligt fig 1; fig S är en delperspektivvy av foliefönstret i fig 4 och dess stödlister; fig 6 är en perspektivvy av en modifierad kanonkonstruktion, vid vilken området för plasmakällan ökats för att öka vidden hos den av elektronkanonen alstrade elektronstrålen; fig 7 är ett blockschema av ett tryck- och strömstabiliseringssystem för kanonen enligt fig 1; fig 8 är en perspektivvy av en modifierad gallerkonstruktion för kanonen; fig 9 är en vy, liknande den i fig 1, av en något modifierad version av kanonen; samt fig 10 är en delperspektivvy av en del av utföringsformen enligt fig 9.

Detaljerad beskrivning av den visade utföringsformen Fig 1 visar huvudkomponenterna hos en plasmaelektronkanon konstruerad en- ligt en utföringsform av uppfinningen. Kanonen innefattar ett elektriskt ledande jordat hölje, som är sammansatt av en högspänningskammare 13. en jonplasmaur- laddningskammare 12, samt ett elektrongenomsläppande foliefönster 2. En tråd 4 sträcker sig genom plasmaurladdningskammaren 12. Foliefönstret är elektriskt an- slutet till det jordade höljet, och det bildar en anod, som bringas elektroner att accelerera till och genom detsamma. Höljet är fyllt med 1-10 millitor helium En katod 6 är belägen i högspänningskamaren 13. En insats 5 för katoden är mon- terad på dess lägre yta. Insatsen 5 är typiskt molybden, men kan vara av vilket som helst annat material med en hög sekundäremissionskoefficient. Högspännings- katoden 6 är likformigt åtskild från höljet för att förhindra Paschen-genom- slag.

En högspänningskraftkälla 10 tillför en hög negativ potential P3 200-300 kv till katoden 6 genom en kabel 9, som sträcker sig genom en epoxiisolator till ett motstånd 8, som är inlagt mellan kabeln 9 och katoden 6. Katoden 6 och insatsen 5 kyls genom en lämplig kylvätska, såsom olja, vilken pumpas genom ledningar 7. 457 758 Plasmakammaren 12 innehåller ett antal metallister 3, vilka är mekaniskt och elektriskt sammankopplade. Listerna 3 innehåller urskärningar i centrum för att medge passage av tråden 4 genom hela konstruktionen. De sidor hos listerna 3 som är vända mot katoden 6, bildar ett avtappningsgaller 16, medan listernas motsatta sidor bildar ett stödgaller 15 för stödjande av det elektrontransmit- terande foliefönstret 2. Vätskekylkanaler 11 åstadkommer värmeavlägsnande från plasmakammaren.

Det elektrontransmitterande fönstret'2 kan bestå av en ca 2,5 . 10'3 (1 mil) tjock titanfolie, som stöds av stödgallret 15 och är tätad mot höljet genom en 0-ring. Ett gasgrenrör 10 används för att kyla foliefönstret med trycksatt kväve, samt eliminera ozon från strålomrâdet.

En modulator 1 är ansluten till tråden 4 genom ett anslutningsorgan 4A (fig 2). När modulatorn 1 exciteras upprättas en positiv heliumjonurladdning i plasmakammaren 12 av tråden 4. Modulatorn kan vara en likströmskälla, eller en 20-30 MHz radiofrekvensgenerator. I och med att jonurladdningen har upp- rättats startar elektronstrålen. De i plasmat genererade heliumjonerna attra- heras mot katoden 6 genom det fält, som läcker genom avtappningsgallret 16 in i plasmakammaren. Detta fält kan variera med avseende på sin storlek från några hundra volt upp till 10.000 volt. Jonerna strömmar 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 rymdspridning på grund av kosinusfördelningen hos deras emissionsriktning. Den resulterande elektron- strålen träffar delvis avtappningsgallret 16 och minskar därför systemets verk- ningsgrad. _ _ _ Systemets verkningsgrad kan ökas genom den i fig 2 visade anordningen.

Fig 2 visar katodinsatsen 5 utformad av exempelvis koppar, eller annat lämpligt elektriskt ledande material, och innehåller sekundäremitterande vinklade slitsar SA, vilkas ytor är belagda med exempelvis molybden, och vilka är i linje med utrymmena mellan avtappningsgallrets 16 lister. Denna geometri ökar sekundär- emissionsutbytet och tjänar även till att rikta elektronerna bort från avtapp- ningsgallrets 16 lister och medför sålunda mindre uppfångning av elektronerna genom avtappningsgallret.

I den särskilda utföringsformen enligt fig 2 är avtappningsgallret 16 åt- skilt från foliestödet 15. Elektronerna från katoden 5 passerar in i plasmaom- rådet och genom foliefönstret till bildande av den av kanonen alstrade elektron- strålen. Foliestödgallrets 15 lister är i linje med avtappningsgallrets 16 lister. Elektronerna sprids något efter inträdet i plasmakammaren och har en ga 457 758 tendens att träffa foliestödgallrets lister. Genom att reducera avståndet mellan gallren kan emellertid denna uppfångning minimeras.

Avtappningsgallrets 16 form är väsentlig för elektronfördelningen hos elektronstrålen. Såsom visas i fig 2 är avtappningsgallrets djup proportionellt mot det fält, som intränger i öppningen utan närvaro av gallerkonstruktionen.

Detta medför en jämn fältinträngning och ger sålunda en elektronstråle, som upp- visar en väsentligt mer homogen elektronstrålefördelning än vad som skulle er- hållas från ett platt eller likformigt avtappningsgaller.

Fig 3 visar i mera detalj den rörformiga högspänningsinmatningsanordningen hos kanonen enligt fig 1, som innefattar epoxiisolatorn 14, motståndet 6, och en vakuumisolator 17 av epoxi, som stöder katoden 5 och som tillför kylmedel, såsom olja, till katodinsatsen. En anslutning sträcker sig genom isolatorn 17 från motståndet 8 till katoden.

En detaljerad vy av plasmakammaren 12 och foliefönstret 2 visas i fig 4.

Vakuumhöljet innehåller plasmakammarlisterna 3. En stödram 18 försluter fönst- g rets 2 folie mot vakuumhöljet 3 med en D-ringttätning 30. Gasgrenröret 10 är beläget över folien 2 för att tillhandahålla kvävgas för kylning av folieytan.

En strålmätanordning är belägen över gasgrenröret och innefattar trådar 21, som uppfångar elektronstrålen och registrerar en spänning eller motstånd, som mäts och omvandlas till strömtäthet. Detta tillåter realtidövervakning av elektron- a fördelningen 1 strålen. _ Detaljer hos foliefönsterenheten visas i fig 5. Enheten innefattar en folie 2, som är hårdlödd mot foliestödgallrets 15 lister 1 ändamål att minska den termiska kontaktresistansen. Enheten innefattar gasgrenröret 10, som ut- blåser gas genom en slits 23 mot folien för kylningsändamål och som tjänar till att öka foliens elektrontransmitterande verkningsgrad.

I utföringsformen enligt fig 6 har området för plasmakällan ökats så att den alstrade elektronstrålens vidd ökar. Ett antal trådar 6 är belägna mellan avtappningsgallrets 16 lister, vilka ersätter den enda tråden 4 hos tidigare utföringsform och den tjänar till att förbättra elektronstrålens homogenitet.

Listerna hos foliestödgallret 15 och listerna hos avtappningsgallret 16 är såsom vid det tidigare utföringsexemplet i linje, liksom kylkanalerna 11.

Under en lång drifttid erfordras någon anordning för att övervaka det verkliga trycket i kanonens vakuumkammare. En vakuumtryckändring påverkar plasmatätheten och sålunda elektronströmtätheten. Fig 7 visar ett lämpligt system för att stabilisera tryck och elektrisk ström hos kanonen. Initialtrycket i höljet inställs genom inställning av en ventil 126 i en ledning 128, som sträcker sig från en tryckgaskälla 130 in i plasmakammaren 12. Plasmat initieras 457 758 genom att sätta på modulatorn 1. En spänningsmonitor 129 mäter ögonblicksvilo- trycket och eventuella föroreningar, som skulle kunna härröra från vakuumkärlet.

En spänningsökning indikerar ett lågt tryck. Spänningsmonitorns 129 utgång an- vänds för att styra ventilen 126 genom en ventilstyranordniny Ä27, för att där- igenom styra vakuumtrycket i kanonen. Strömmen från modulatorn 1 styrs även av spänningsmonitorn 129, såsom visas. Det i fig 7 visade systemet säkerställer en stabil utström hos elektronstrålen.

Vid utförinéhformen enligt fig 8 har katodinsatsen 5' ett flertal koniskt formade fördjupningar, som sträcker sig över dess yta, belagda med molybden eller annat sekundäremitterande material. Avtappningsgallret 16' har ett flertal hål axiellt i linje med de koniska fördjupningörna, och foliestödgallret 15' har ett flertal hål axiellt i linje med hålen 1 avtappningsgallret 16'.

Utföringsformen enligt fig 9 är väsentligen lika den i fig 1 med undantag av att trådjonkällan 4 ersatts genom ett par plasmatrådar 4' , vilka är belägna i kammare 100 belägna på avstånd från elektronstrålen. Jonerna dras till katoden 6 genom slitsar 102 i kamrarnas sidor, vilka slitsar är så formade att de åstad- kommer ett likformigt fält i plasmakammaren.

Denna utföringsform arbetar med hög verkningsgrad på grund av att de av katoden emitterade sekundärelektroderna alla har fria och ohindrade banor till foliefönstret 2.

Claims (23)

457 758 _ Patentkrav

1. Jonplasmaelektronkanonanordning innefattande ett elektriskt ledande evakuerat hölje bildande första och andra kammare (12,13) belägna intill och uppvisande en öppning mellan varandra, organ för att alstra positiva joner i den första kammaren (12), en katod (6), som är belägen i den andra kammaren (13) åtskild och isolerad från höljet, samt uppvisar en sekundärelektronemitterande yta (5), organ (10) för att anbringa en hög negativ spänning mellan katoden (6) och höljet för att bringa katoden (6) att dra positiva joner från den första kammaren (12) till den andra kammaren (13) så att dessa 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 (6) vända änden hos den första kammaren (12), vilken folie (2) är elektriskt ansluten till höljet till bildande av en anod för sekun- därelektronerna och för att bringa sekundärelektronerna att passera genom folien (2) som en elektronstråle, k ä n n e t e c k n a d av att ett elektriskt ledan- de avtappningsgaller (16) är monterat i den andra kammaren (13) i närheten av den sekundärelektronemitterande ytan (5) hos katoden (6) och anslutet till höljet för att alstra ett elektrostatiskt fält vid nämnda yta (5) som bringar från denna utträdande sekundärelektroner att passera genom gallrets (16) öpp- ningar och in i den första kammaren (12), samt att ett elektriskt ledande stöd- galler är (15) monterat i den första kammaren (12) intill nämnda folie (2) samt anslutet till folien (2) och till höljet (12,13), vilket stödgaller (15) tjänar till att stödja folien (2) och uppvisar öppningar i linje med öppningarna hos avtappningsgallret (16) för att tillsammans med avtappningsgallret verka accelererande på sekundärelektronerna mot folien. 457 758

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avtappnings- gallret (16) och stödgallret (15) vardera består av ett flertal åtskilda och parallella lister (3) mellan vilka nämnda i linje liggande öppningar är anord- nade.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avtappnings- gallret (16) och stödgallret (15) vardera består av ett element innehållande hål, som bildar nämnda i linje liggande öppningar.

4. Anordning enligt krav 1, Ik ä n n e t e c k n a d av att katoden (6) innehåller kylpassager (7), samt organ för tillförsel av kylfluid till passa- gerna.

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den sekundär- elektronemitterande ytan (5) hos katoden (6) uppvisar däri formade spår på förutbestämda vinklar för att öka elektronemissionen och för att rikta elektron- er genom öppningar i avtappningsgallret (16).

6. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d- av att ett rörformigt högspänningsmatningselement sträcker sig genom höljet in i den andra kammaren (13), varvid ett isolerande element (17) är monterat i nämnda rörformiga element och fästat vid katoden (6) för stödjande av denna i den andra kammaren (13), samt att en kabel (9) sträcker sig genom det rörformiga elementet och genom det isolerande elementet (17) och är ansluten till katoden (6).

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att det isolerande elementet (17) innehåller kylpassager för tillförsel av kylfluid till katoden.

8. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att ett motstånd (8) är monterat i det rörformiga elementet och seriekopplat mellan kabeln (9) och katoden (6). _

9. Anordning enligt krav 1,'k ä n n e t e c k n a d av att en tråd (4) är monterad i den första kammaren (12) i isolerat förhållande till höljet för att tillföra elektrisk ström till nämnda organ, som alstrar positiva joner.

10. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av en likströmskâl- la (1) för tillförsel av likström genom tråden (4).

11. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av en radiofrekvens- spänningskälla (1) för att tillföra en radiofrekvensström genom tråden (4).

12. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ett på höljet intill folien (2) monterat ramelement innehåller ett basgrenrör (10) för till- försel av kylgas till foliens (2) yta.

13. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avtappnings- gallret (16) och stödgallret (15) har var sin passage för ledande av kylfluid för gallren. 457 758

14. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avtappnings- gallret (16) och stödgallret (15) vardera innefattar ett plant element innehål- lande ett flertal i linje belägna hål, och att katodens (6) sekundäremitterande yta (5) innehåller ett flertal koniska fördjupningar i linje med nämnda hål.

15. Anordning enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att folien (2) är hårdlödd vid stödgallret (15) för att effektivt kyla folien.

16. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avtappnings- gallret (16) är åtskild i längsriktningen från stödgallret (15) och att avtapp- ningsgallret har ett variabelt djup.

17. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första kammaren (12) innefattar ett flertal närbelägna sektioner (100) och innehåller ett motsvarande flertal trådar (41), vilka sträcker sig genom var sin av nämnda sektioner (100), och att stödgallret (15) har ett motsvarande flertal närbelägna sektioner belägna i var sin av den första kammarens (12) närbelägna sektioner.

18. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att den innefat- tar en gaskälla (130) för trycksatt joniserbar gas, ledningsorgan (128), som kopplar källan till den första kammarens (12) inre, en i nämnda ledningsorgan monterad ventil (126) inrättad att styra trycket hos den joniserbara gasen i första kammaren (12). övervakningsorgan (129) anslutna till den första kammaren (12) för att alstra en elektrisk signal, som är en funktion av ögonblicksvilo- gastrycket i den första kammaren samt styrorgan (128) för ventilen (126) inrät- tade att som reaktion på den elektriska signalen från nämnda övervakningsorgan (129) inställa ventilen (126) så att den vidmakthåller ett förutbestämt drift- tryck hos den joniserbara gasen i den första kammaren.

19. Anordning enligt krav (18), k ä n n e t e c k n a d av att en ström- källa (1) är ansluten till tråden°(4) och till nämnda överväkningsorgan (129) och är inrättad att som reaktion på den elektriska signalen från nämnda över- vakningsorgan (129) styra strömflödet genom tråden (4).

20. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ett flertal trådar stöds under foliefönstret (2) för att övervaka elektronstrålens likfor- mighet genom mätning av trådarnas individuella motstånd.

21. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för alstrande av positiva joner i den första kammaren (12) innefattar en tråd (4), som sträcker sig genom den första kammaren.

22. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för alstrande av positiva joner i den första kammaren innefattar åtminstone en tråd (4'), som sträcker sig genom en kammare (100), som är tvärledes förskjuten i förhållande till den första kammaren (12) och kommunicerar med den första kam- maren genom en slits (102). 457 7-58

23. Jonplasmaelektronkanonanordning innefattande: ett elektriskt ledande evakuerat hölje bildande första och andra kammare (12,13) belägna intill och uppvisande en öppning mellan varandra; organ för att alstra positiva joner i den första kammaren (12); en katod (6), som är belägen i den andra kammaren (13) åtskild och isolerad från höljet, samt uppvisar en sekundärelektronemitterande yta (5); organ (10) för att anbringa en hög negativ spänning mellan katoden (6) och höljet för att bringa katoden (6) att dra positiva joner från den första kammaren (12) till den andra kammaren (13) så att dessa 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 (6) vända änden hos den första kam- maren (12), vilken folie (2) är elektriskt ansluten till höljet till bildande av en anod för sekundärelektronerna och för att bringa sekundärelektronerna att passera genom folien (2) som en elektronstråle; k ä n n e t e c k n a d av ett elektriskt ledande avtappningsgaller (16) monterat i den andra kam- maren (13) i närheten av den sekundärelektronemitterande yta (5) hos katoden (6) och anslutet till höljet för att alstra ett elektrostatiskt fält vid nämnda yta (5) som bringar från denna utträdande sekundärelektroper att passera genom gallrets (16) öppningar och in i den första kammaren (12), vilket avtappnings- galler har ett variabelt ytdjup proportionellt mot det elektriska fältet i den första kamaren, så att variationer i den elektrostatiska fältstyrkan väsent- ligen elimineras och åstadkommer en väsentligen likformig elektronstråle, som emitteras från katoden genom folien; och J ett elektriskt ledande stödgaller (15) monterat i den*första kammaren (12) intill nämnda folie (2) samt anslutet till folien (2) och till höljet (12,13), vilket stödgaller (15) tjänar till att stödja folien (2).