Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone, insbesondere für

Wanderfeldröhren.

Eine Elektronenkanone ist ein Bauteil, mittels dessen thermische Elektronen zunächst erzeugt, anschließend beschleunigt und innerhalb eines

Strahlengangs auf ein Ziel fokussiert werden. Dabei werden die Elektronen von einer Kathode freigegeben, welcher Energie in Form von Wärme zugeführt wird Die von der Kathode freigegebenen Elektronen werden anschließend einer ersten Fokussierung durch einen Wehnelt-Zylinder unterzogen, bei der die Elektronen auf eine meist als Lochblende ausgebildete Anode ausgerichtet werden. Zwischen der Anode, die gegenüber der Kathode ein positives elektrisches Potential aufweist, und der Kathode werden die Elektronen beschleunigt. Bekannte Bauweisen für Elektronenkanonen sind neben einer Vielzahl anderer Bauweisen beispielsweise die Rogowski-Elektronenkanone oder die Pierce-Elektronenkanone.

Die Fokussierung von Elektronen zu einem kontinuierlichen Elektronenstrahl erfolgt durch einen Wehnelt-Zylinder. Die Fokussierung erfolgt indem zwischen dem meist konkav ausgebildeten Wehnelt-Zylinder und der Anode eine

Potentialdifferenz erzeugt wird, so dass die Elektronen entlang dieses meist als halbschalenförmig idealisierten Potentials zu einem gemeinsamen Brennpunkt hin gebrochen werden.

Besondere Bedeutung kommt bei der Konstruktion von Elektronenkanonen der Fokussierung des Elektronenstrahls zu. Konstruktive Parameter, mittels welchen die Fokussierung und die Divergenz eines Elektronenstrahls beeinflusst werden können, sind die Form des Wehnelt-Zylinders, die Form der Anode, die Form der Kathode, die jeweiligen Potentialdifferenzen zwischen den Bauteilen und die zum Teil bauartbedingten Abstände zwischen den Bauteilen.

Aus der US 2006/0091776 A1 ist eine Elektronenkanone bekannt, bei der eine scheibenförmige Kathode innerhalb einer haubenartigen Halterung auf einem Heizelement angeordnet ist und um das Heizelement und die Kathode herum ein Wehnelt-Zylinder angeordnet ist, wobei der Wehnelt-Zylinder und die

Kathode voneinander beabstandet sowie thermisch und elektrisch isoliert sind. Die FR 2 965 971 B1 schlägt eine Trägerstruktur zum Verbessern der

Ausrichtung von Elektronenkanonen vor, bei der ein Wehnelt-Zylinder mit einer darin isoliert angeordneten Kathode mittels einer Reihe von

Isolationselementen gegenüber einem gemeinsamen Trägergehäuse

angeordnet ist, wobei das Trägergehäuse gleichzeitig als Anode ausgebildet ist.

Eine Elektronenkanonenanordnung, bei der ein Wehnelt-Zylinder sowie eine Kathode und eine Trägerstruktur mittels Stellschrauben aufeinander

ausgerichtet werden können, ist aus der US 4,900,982 bekannt. Der Wehnelt- Zylinder, die Kathode und die Trägerstruktur sind dabei gegeneinander isoliert.

Eine Anordnung, bei der die Elektronen mittels einer negativ aufgeladenen Elektrode aus der Kathode herausgedrückt werden, ist aus der

US 2008/0211376 A1 bekannt. Der Wehnelt-Zylinder in dieser Schrift

wechselwirkt mit der Kathode derart, dass ein negatives Potential des Wehnelt- Zylinder die Elektronen innerhalb der Kathode so leitet, dass diese entlang einer Vorzugsachse aus der Kathode austreten.

Eine auswechselbare Kathode ist in der US 3,478,244 gezeigt, wobei die Kathode innerhalb eines Gehäuses isoliert angeordnet ist und der Wehnelt- Zylinder ebenfalls gegenüber dem Gehäuse isoliert auf diesem angeordnet ist. Besonders bei Wanderfeldröhren, welche häufig in der Raumfahrt eingesetzt werden, kommt der Fokussierung des Elektronenstrahls und somit der gegenseitigen Ausrichtung der Bauteile einer Elektronenkanone sowie der Bau- teilfestigkeit unter Belastung besondere Bedeutung zu. Hinsichtlich der

Komplexität bei der Herstellung einer Elektronenkanone, sowie der Herstellung einer Röhre mit einer Elektronenkanone ist es wünschenswert, die Anzahl der Bauteile so gering wie möglich, sowie die Ausrichtung der Bauteile aufeinander so einfach wie möglich zu halten. Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Elektronenkanone anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unter- ansprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kormbi- niert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.

Gemäß der Erfindung wird eine Elektronenkanone angegeben, die eine einen Kathodenhalter und einen Kathoden körper aufweisende Kathode und einen Wehnelt-Zylinder umfasst, wobei der Kathodenhalter den Kathoden körper auf- nimmt und der Wehnelt-Zylinder geeignet ist, freie Elektronen, die aus dem Ka- thodenkörper in Richtung des Wehnelt-Zylinder austreten können, zu einem Elektronenstrahl zu bündeln und der Wehnelt-Zylinder zumindest abschnitts- weise entlang einer dem Kathodenhalter zugewandten ersten Innenfläche form- schlüssig auf einer Außenfläche des Kathodenhalters angeordnet ist und den Kathodenhalter zumindest teilweise umschließt.

Demnach ist eine Elektronenkanone angegeben, bei der der Kathodenhalter als zentrales Bauteil mit dem Kathoden körper und auch mit dem Wehnelt-Zylinder in Verbindung steht, wobei sich diese Bauteile direkt berühren. Der Wehnelt- Zylinder ist dabei im Wesentlichen hohlzylindrisch geformt und nimmt in seinem Inneren formschlüssig den Kathodenhalter auf, der entweder Kreisscheibenartig oder Zylinderförmig ausgeführt sein kann. Der Kathodenhalter wiederum nimmt in seinem Inneren, welches ebenfalls hohlzylindrisch ausgeformt sein kann, den zylinderförmigen Kathoden körper auf.

Neben einer hohlzylindrischen Ausgestaltung von Wehnelt-Zylinder und Katho- denhalter oder einer zylindrischen Ausgestaltung des Kathoden körpers, sind auch kegelstumpfförmige Ausgestaltungen denkbar. Einzelne Bauteile können so nur in eine Richtung eingeführt werden und auch nur in einer Richtung ent- nommen werden. Besonders vorteilhaft wäre eine Ausführung, bei der der Ka- thodenkörper kegelstumpfförmig ausgebildet ist, der Kathodenhalter bezüglich seiner Innenfläche so ausgeformt ist, dass sie mit dem kegelstumpfförmigen Kühlkörper formschlüssig zusammenwirkt. Ebenso kann der Wehnelt-Zylinder auf seiner Innenfläche kegelstumpfförmig ausgebildet ist, so dass eine kegel- stumpfförmige Struktur des Kathodenhalters in diese Innenfläche des Wehnelt- Zylinders eingreifen kann. Bei einer solchen Ausgestaltung könnten der Katho- denkörper sowie der Kathodenhalter nur in eine Richtung entweichen.

Besonders vorteilhaft wäre auch eine Ausführung, bei der der Kathoden körper konisch ausgeführt wird und in eine korrespondierende Innenfläche des Katho- denhalters eingreift. Der Kathoden körper kann dann aus der Richtung in den Kathodenhalter eingebracht werden, in welche später thermische Elektronen abgegeben werden. Wird dann zusätzlich der Wehnelt-Zylinder so ausgeführt, dass ein in Richtung der Mittelachse der Bauteile ragender Bereich, der den Ka- thodenhalter bedeckt, auch zumindest teilweise über den Kathoden körper ragt, ist der Kathoden körper gefangen und kann in keine Richtung durch beispiels- weise Vibrationen herausfallen. Da der Kathodenhalter, der Kathoden körper und der Wehnelt-Zylinder form- schlüssig ineinander eingreifen, sind diese Bauteile bezüglich ihrer Mittelachse fest aufeinander ausgerichtet. Dementsprechend kann hinsichtlich der Größe der einzelnen Bauteile und ihrer Form bereits bei der Herstellung eine spätere Fokussierung eines Elektronenstrahls berücksichtigt werden. Demnach sind die Bauteile der erfindungsgemäßen Elektronenkanone bereits so geformt, dass ei- ne Fokussierung des Elektronenstrahls einfach und ohne weitere Bearbeitungs- schritte erfolgen kann. Gegenüber dem Stand der Technik entfallen bei der erfindungsgemäßen Elekt ronenkanone auch weitere Bauteile, die einen bestimmten Abstand zwischen beispielsweise dem Wehnelt-Zylinder und dem Kathodenhalter oder dem Ka- thodenhalter und dem Kathoden körper einstellen. Der Wehnelt-Zylinder ist mit einer den aus dem Kathoden körper austretenden Elektronen zugewandten Innenfläche versehen, zu derer sich Potentialflächen ausbilden, die die Elektronen bündeln und fokussieren. Der der Strahlachse der Elektronen zugewandte Bereich des Wehnelt-Zylinders ist zu diesem Zweck ty- pischerweise zum Kathoden körper hin verlaufend konisch ausgebildet. Der Querschnitt des Wehnelt-Zylinders kann daher im der Strahlachse zugewand- ten Bereich in etwa trapezförmig, halbkreisförmig oder parabelförmig ausgebil- det sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wehnelt-Zylinder entlang der ersten Innenfläche zumindest abschnittsweise elektrisch leitend mit der Au- ßenfläche des Kathodenhalters verbunden und der Kathodenhalter und der Wehnelt-Zylinder weisen ein gleiches elektrisches Potential auf.

Entgegen den bekannten Lösungen und Konstruktionen für Elektronenkanonen, ist folglich zwischen dem Wehnelt-Zylinder und dem Kathodenhalter kein elektrischer Isolator eingebracht. Somit weisen Wehnelt-Zylinder und Katho- denhalter das gleiche elektrische Potential auf. Dieses elektrische Potential wird üblicherweise gegenüber dem Kathoden körper leicht negativ sein, so dass der Austritt von Elektronen aus dem Kathoden körper bevorzugt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung kann dabei ein thermischer Isolator dennoch zwischen den Wehnelt-Zylinder und den Kathodenhalter eingebracht werden. Somit kann Wärme aus dem Kathoden körper nur eingeschränkt an den

Wehnelt-Zylinder abgegeben werden. Der Kathodenkörper wird beim Betrieb der Elektronenkanone geheizt, sodass Maßnahmen wie diese zum Steuern des Wärmeflusses notwendig sind.

Unter einer thermischen Isolation wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass entweder ein Material eingebracht ist oder eine konstruktive Vorkehrung getroffen ist, mittels welcher der entsprechende Bereich aktiv gekühlt werden kann. Das Material ist so zu wählen, dass es zumindest den phononischen Wärmetransport hemmt. Als aktive Kühlung kommen schlitze in Frage, entlang derer ein kühlendes Fluid, wie beispielsweise Luft, strömen kann. Als Materia- lien, die den thermischen Wärmefluss, beziehungsweise zumindest den phono- nischen Anteil des Wärmeflusses, hemmen, kommen Verbindungen aus der Gruppe der Telluride in Frage. Beispielsweise hemmt Bismut-Tellurid den Wär- metransport mittels Phononen, lässt aber die Bewegung von Elektronen zu, so- dass ein Potentialausgleich stattfinden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Katho- denhalter und dem Kathoden körper ein elektrischer Isolator angeordnet und der Kathodenhalter und der Kathoden körper weisen ein ungleiches elektrisches Po- tential auf. Durch diesen elektrischen Isolator ist gewährleistet, dass beim Betrieb der Elektronenkanone entlang der Innenflächen des Kathodenhalters, welche dem Kathoden körper zugewandt sind, ein elektrisches Feld entsteht, welches so ausgerichtet ist, dass Elektronen innerhalb des Kathoden körpers in Richtung dessen Mittelachse verschoben werden. Dies hat zur Folge, dass die Anzahl an Elektronen pro Zeiteinheit, die im Bereich des Wehnelt-Zylinders aus dem Ka- thodenkörper austreten, erhöht wird. Der Isolator bedingt eine Potentialtrennung zwischen Kathoden körper und Kathodenhalter. Da erfindungsgemäß der Wehnelt-Zylinder direkt mit dem Kathodenhalter verbunden ist, trennt also der Isolator zwischen Kathoden körper und Kathodenhalter auch das Potential von Wehnelt-Zylinder und Kathoden körper.

Anstelle einer rein elektrischen Isolation zwischen Kathoden körper und Katho- denhalter könnte auch eine elektrische Isolation in Verbindung mit einer therrmi- sehen Isolation vorgesehen sein, so dass der Wärmefluss zwischen Kathoden- körper und Kathodenhalter reduziert wird. Möglich wäre es aber auch, anstelle eines elektrischen Isolators ausschließlich einen thermischen Isolator zu ver- wenden, so dass der Wärmefluss zwischen Kathoden körper und Kathodenhal- ter möglichst vollständig unterbunden wird. Durch die thermische Trennung von Kathoden körper und Kathodenhalter wird auch der Wehnelt-Zylinder weniger stark erwärmt, so dass vom Wehnelt-Zylinder ausgehend keine oder nur wenige thermische Elektronen emittiert werden. Zu diesem Zweck kann es auch sinn- voll sein, dass zwischen dem Kathodenhalter und dem Wehnelt-Zylinder eine thermische Isolation eingebracht wird, die beispielsweise umlaufend auf dem Kathodenhalter angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kathoden körper zumindest abschnittsweise leitend mit einer Innenfläche des Kathodenhalters verbunden und der Kathodenhalter und der Kathoden körper weisen das gleiche elektrische Potential auf. Bei dieser Ausführungsform weisen also unter Bezugnahme auf eine der vo- rangegangenen Ausführungsformen der Kathodenkörper, der Kathodenhalter und der Wehnelt-Zylinder das gleiche elektrische Potential auf. Gegenüber dem Stand der Technik ist demnach eine elektrische Isolation, die bewirkt, dass der Wehnelt-Zylinder ein anderes zumeist negativeres Potential als die Kathode aufweist, nicht notwendig und somit nicht vorgesehen. Ungeachtet dessen kann allerdings zwischen dem Wehnelt-Zylinder und dem Kathodenhalter und/oder zwischen dem Kathodenhalter und dem Kathoden körper eine thermische Isola- tion vorgesehen sein, so dass vom Kathoden körper, der üblicherweise durch eine externe Energiequelle erwärmt wird, kein Wärmefluss hin zum Kathoden- halter und vom Kathodenhalter kein Wärmefluss hin zum Wehnelt-Zylinder stattfindet. Als Materialien, die eine gute elektrische Leitfähigkeit jedoch auch eine gute thermische Isolation bieten, kommen unter anderem Bismut-Tellurid oder Blei-T ellurid in Frage. Anstelle einer Isolation aufgrund von Materialeigen- schäften könnte auch eine aktive Kühlung erfolgen, beispielsweise durch Kon- taktierung mit einer Wärmesenke.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronenkanone zumindest bereichsweise mit einer nicht emittierenden Beschichtung versehen, wobei diese nicht emittierende Beschichtung eine für die Emission von Elektro- nen größere Auslösearbeit aufweist als der Kathoden körper.

Thermische Elektronen können einen Festkörperverbund verlassen, wenn ihnen eine ausreichend große Energie in Form von Wärme zugeführt wurde. Dies ist bei einem Kathodenkörper einer Elektronenkanone erwünscht. In ande- ren Bereichen sind freie, aus dem Metallverbund austretende Elektronen aller- dings meist unerwünscht. Um diese als parasitäre Störelektronen bezeichneten Elektronen zu vermeiden, kann der entsprechende Bereich, aus dem ein Aus- tritt unerwünscht ist gekühlt werden. Durch Kühlung wird das in dem Bereich befindliche Material unterhalb derjenigen Temperatur gehalten wird, bei der Elektronen emittiert werden. Alternativ kann aber auch ein Material auf die Be- reiche, aus denen ein Austritt thermischer Elektronen unerwünscht ist, aufge- bracht werden, welches eine hohe Austrittsarbeit aufweist und somit den Aus- tritt thermischer Elektronen hemmt.

Da entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung der Kathodenhalter, der Kathoden körper und der Wehnelt-Zylinder im thermischen Gleichgewicht ste- hen können, und somit beispielsweise der Wehnelt-Zylinder die annähernd glei- che Temperatur aufweisen könnte wie der Kathoden körper, wird durch eine entsprechende Beschichtung der Oberflächen verhindert, dass aus dem be- schichteten Bereich des Wehnelt-Zylinders Elektronen freigegeben werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wehnelt-Zylinder auf einer dem Elektronenstrahl zugewandten zweiten Innenfläche mit der nicht emittie- renden Beschichtung versehen.

Diese zumeist konkav ausgebildete zweite Innenfläche liegt im verbauten Zu- stand der Elektronenkanone auf einer einer Anode zugewandten Seite der Elektronenkanone. Durch die Beschichtung dieser zweiten Innenfläche des Wehnelt-Zylinders mit einem nicht emittierenden Material, wird verhindert, dass vom Wehnelt-Zylinder ausgehend Elektronen in den Raumbereich zwischen Wehnelt-Zylinder und der Anode abgegeben werden.

Insgesamt ist es also möglich, den Wehnelt-Zylinder und die Kathode als sich berührende, thermisch und/ oder elektrisch leitend verbundene Bauteile auszu- führen und durch eine nicht emittierende Beschichtung den Elektronenaustritt aus Bereichen, wo dies unerwünscht ist, zu verhindern. Unter nicht emittierend wird im Sinne dieser Anmeldung verstanden, dass die material- und tempera- turabhängige Auslösearbeit für Elektronen bei dem Material aus dem die nicht emittierende Beschichtung besteht, größer ist, als bei dem Material der Katho- de. Generell wird eine niedrige Auslösearbeit für den Kathoden körper und eine hohe Auslösearbeit für die anderen Bauteile der Elektronenkanone beabsichtigt.

Demgemäß ist also unabhängig von thermischen und elektrischen Überträgen zwischen Kathode und Wehnelt-Zylinder den Austritt von thermischen Elektro- nen aus dem Wehnelt-Zylinder dadurch zu reduzieren oder zu verhindern, dass eine nicht emittierende Beschichtung auf Teilen des Wehnelt-Zylinders aufge- bracht wird. Generell könnte diese Beschichtung auf weiteren Bauteilen der Elektronenka- none oder weiteren Bauteilen einer Röhre, in der die Elektronenkanone als Elektronenquelle verwendet wird, vorgesehen sein. So könnte beispielsweise der Kollektor einer Wanderfeldröhre zumindest bereichsweise mit der nicht emittierenden Schicht versehen sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die nicht emittierende Beschichtung Hafnium als Bestandteil.

Hafnium weist eine bei den üblichen Betriebsparametern einer Elektronenkano- ne hohe Auslösearbeit für Elektronen auf. Eine Beschichtung mit Hafnium oder einer Hafnium enthaltenden Legierung erhöht also in den beschichteten Berei- chen die Auslösearbeit, so dass aus diesen Bereichen weniger Elektronen oder keine Elektronen ausgelöst werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Wehnelt-Zylinder zweiteilig ausgeführt, wobei ein innerer Wehnelt-Zylinder von einem hohlzylind rischen äußeren Wehnelt-Zylinder umgeben ist.

Vorteilhafterweise kann der äußere Wehnelt-Zylinder als Strahlschild zur Ver- ringerung von Wärmeabstrahlung der Kathode herangezogen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Wehnelt- Zylinder und der Kathodenhalter einstückig ausgebildet.

Diese einstückige Ausführung von Wehnelt-Zylinder und Kathodenhalter redu- ziert einerseits die Komplexität, weil weniger Bauteile notwendig sind, anderer- seits wird die Herstellung einer Elektronenkanone besonders einfach. So stellt das verbundene Bauteil aus Wehnelt-Zylinder und Kathodenhalter ein im We- sentlichen radialsymmetrisches Bauteil dar, welches mittels eines CNC- Fräsverfahrens einfach und kostengünstig hergestellt werden könnte. Idealer- weise wird dieses verbundene Bauteil, wie auch im Falle von einzelnen Bautei- len, aus einem Material hergestellt, welches eine hohe Auslösearbeit für Elekt- ronen aufweist und hitzebeständig ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kathodenhalter hohlzylind- risch ausgeführt, wobei der Innendurchmesser so bemessen ist, dass der Ka- thodenkörper im Kathodenhalter formschlüssig aufgenommen werden kann.

Durch die formschlüssige Aufnahme von Kathoden körper im Kathodenhalter sind keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise zur Verbindung oder zur Reduktion von Schwingungen, notwendig. Der Kathoden körper wird häufig als poröser Körper ausgeführt und könnte einen Träger aufweisen, in dem das Ma- terial Scheibenartig eingefügt ist. Der Träger würde dann in diesem Fall in den Kathodenhalter eingreifen. Bei der Ausführung mit einer zwischen den Katho- denhalter oder den Kathoden körper eingebrachten Isolation ist diese entspre- chend der Form des Kathodenhalters ebenfalls hohlzylindrisch ausgeführt und verbindet Kathodenhalter und Kathoden körper kraftschlüssig.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Kathodenhalter auf seiner Außenfläche eine bezüglich des Umfangs des Kathodenhalters zu- mindest abschnittsweise gebildete radial verlaufende Stufe auf, wobei der Wehnelt-Zylinder auf dieser Stufe aufliegt.

Demnach wird zur einfachen und festen Verbindung von Wehnelt-Zylinder und Kathodenhalter eine Stufe vorgesehen, auf der im zusammengebauten Zustand der Wehnelt-Zylinder aufliegt. Von der anderen Seite der Elektronenkanone aus, also dem Wehnelt-Zylinder gegenüberliegend, kann eine Trägervorrichtung einer Röhre, in der die Elektronenkanone eingesetzt wird, mit der Stufe korres- pondieren. Somit kann die Elektronenkanone einfach in eine Röhre eingebracht werden, und wird über eine Trägervorrichtung der Röhre in selbiger gehalten. Von der Stufe ausgehend kann eine weitere Trägervorrichtung in Richtung der Strahlachse verlaufen, mittels welcher beispielsweise eine oder mehrere Ano- den gehalten werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kathoden körper aus einem porösen Material gefertigt, welches geeignet ist, bei der Zuführung von Energie in Form von Wärme freie Elektronen zu emittieren.

Die Austrittsarbeit hängt im Wesentlichen von materialspezifischen Eigenschaf- ten ab. Da der Austritt thermischer Elektronen aus der Kathode gewünscht ist, wird die Kathode aus einem Material mit niedriger Austrittsarbeit hergestellt. Da der Strom der thermischen Elektronen proportional zur Fläche ist, von der die Elektronen ausgesendet werden, wird das Material porös, also mit großer Flä- che ausgeführt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Elektronen- kanone eine Fleizeinrichtung, die geeignet ist, dem Kathoden körper Energie in Form von Wärme zuzuführen, wobei die Fleizeinrichtung auf einer dem

Wehnelt-Zylinder gegenüberliegenden Seite des Kathodenkörpers angeordnet ist und wahlweise innerhalb des Kathodenhalters angeordnet ist. Demnach ist innerhalb des Kathodenhalters ein Heizelement vorgesehen, von welchem aus Wärme an den Kathoden körper abgegeben werden kann, so dass die thermischen Elektronen die Austrittsarbeit des Kathoden körpers überwinden können. Die Heizeinrichtung ist gegenüber dem Kathodenkörper mindestens elektrisch isolierend ausgeführt, so dass der das Heizelement erwärmende Stromfluss nicht auch den Kathodenhalter oder gar den Wehnelt-Zylinder er- wärmt. Sinnvollerweise ist die Heizeinrichtung zudem thermisch gegenüber dem Kathodenhalter, in dem sie angeordnet sein kann, ausgeführt. Die Heizein- richtung kann auch als Stab ausgebildet sein, der zumindest teilweise elektrisch isoliert in den Kathoden körper eingreift. Zum einfachen Zusammenbau einer Elektronenkanone kann die Heizeinrichtung innerhalb eines zylindrischen Kör- pers angeordnet sein, der mit der Innenfläche des Kathodenhalters korrespon- diert. Möglich ist auch, dass das Heizelement der Röhre, in welcher die Elektro- nenkanone eingesetzt wird, zugeordnet ist und beispielsweise auf einer Träger- Vorrichtung für die Elektronenkanone angeordnet ist. Demnach würde die Elekt- ronenkanone unter anderem über die Heizeinrichtung in der Röhre gehalten und ausgerichtet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Elektronen- kanone eine entlang ihrer Strahlachse angeordnete Anode, wobei die Anode ein bezogen auf die Kathode positives elektrisches Potential aufweist und ge- genüber dem Wehnelt-Zylinder, dem Kathoden körper und der Kathode elektrisch isoliert ist. Somit ist unabhängig davon, welches Potential zwischen Kathoden körper, Ka- thodenhalter und Wehnelt-Zylinder vorherrscht, gewährleistet, dass die Kathode gegenüber der Anode ein negatives elektronisches Potential aufweist. Somit werden Elektronen, die durch Erwärmung aus dem Kathoden körper heraustre- ten, in Richtung der Anode beschleunigt. Idealerweise ist die Anode konvex und bezogen auf ihre Form mit dem Wehnelt-Zylinder korrespondierend ausgebil- det, so dass Elektronen auf ihrem Weg von Kathode zu Anode entlang der Po- tentialflächen auf ein in der Anode ausgebildetes Loch fokussiert und das Loch durchschreiten. Um eine vibrationssichere Ausrichtung zwischen Kathode und Anode zu gewährleisten, kann die Anode mittels eines isolierten oder isolieren- den Trägers auf dem Wehnelt-Zylinder oder beispielsweise der Stufe des Ka- thodenkörpers angeordnet sein. Anstelle einer Anode können auch mehrere im verlauf der Strahlachse hintereinander angeordnete Anoden verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anode bezüglich des Wehnelt-Zylinders, der Kathode und der Strahlachse über ein Einstellmittel ausrichtbar.

Ein solches Einstellmittel könnte beispielsweise eine oder mehrere bezüglich der Strahlachse radial verlaufende Schraube sein, über welche die Anode mit einer isolierenden oder isolierten Trägerkonstruktion verbunden ist. Mittels der Schrauben könnte die Anode mit ihrer Mittelachse, also mit ihrem in der Mitte gebildeten Loch, exakt auf den Elektronenstrahl ausgerichtet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Bauteile derart aufeinander ausrichtbar, dass der Elektronenstrahl auf ein Ziel fokussiert ist.

Um einen möglichst einfachen und fehlerminimierten Zusammenbau einer Röh- re zu gewährleisten, kann die Elektronenkanone bereits vor dem Einbau in eine Röhre fokussiert sein. Dies hat einerseits den Vorteil, dass eine Fokussierung außerhalb der Röhre noch einfach erfolgen kann, weil auf die einzelnen Bautei- le noch zugegriffen werden kann, andererseits sinkt die Komplexität beim Zu- sammenbau einer Röhre. Bei Wanderfeldröhren beispielsweise stellt die Fo- kussierung des Elektronenstrahls einen der aufwendigsten Schritte beim Zu- sammenbau der Röhre dar. Bei bereits vorab fokussierten Elektronenkanonen wird der Zusammenbau von Wanderfeldröhren signifikant erleichtert. Darüber hinaus wird die Verwendung einer Elektronenkanone mit den vorge- nannten Merkmalen innerhalb einer Röhre als Elektronenquelle angegeben. Eine solche Röhre könnte beispielsweise eine Röntgenstrahlungsröhre sein.

Insbesondere wird die Verwendung einer Elektronenkanone nach einer der vor- genannten Ausführungsformen innerhalb einer Wanderfeldröhre beansprucht. Eine Wanderfeldröhre umfasst typischerweise eine Verzögerungsleitung, einen Kollektor und eine Elektronenquelle, welche anspruchsgemäß als eine der oben genannten Elektronenkanonen ausgeführt ist.

Entsprechend obiger Ausführungsformen ist es erfindungsgemäß möglich, eine Elektronenkanone derart zu schaffen, dass der Wehnelt-Zylinder gegenüber der Kathode weder thermisch noch elektrisch isoliert ist aber aus ihm auch keine Elektronen austreten können, weil dieser zumindest in bestimmten Bereichen mit einer nicht emittierenden Beschichtung versehen ist. Somit ist ein beson- ders einfacher Aufbau einer Elektronenkanone möglich, ohne dass weitere Iso- latoren, Abstandshalter oder Kühlelemente vorgesehen werden müssen.

Zur Verbindung der einzelnen Bauteile der Elektronenkanone können diese beispielsweise mit einem thermisch isolierenden Klebstoff verbunden werden. Alternativ könnten die Bauteile aber auch verschraubt werden. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Elektronenkanone in einer geschnitte- nen Darstellung, Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektronen- kanone in einer geschnittenen Ansicht,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elek- tronenkanone in einer geschnittenen Ansicht,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Elektronenkanone in einer geschnittenen Ansicht, Fig. 5 ein Diagramm der einzelnen elektrischen Potentiale zwischen einzelnen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Elektronen- kanone,

Fig. 6 eine Wanderfeldröhre mit einer erfindungsgemäßen Elektro- nenkanone in einer geschnittenen Ansicht, und

Fig. 7 eine Röntgenröhre mit einer erfindungsgemäßen Elektronen- kanone in einer geschnittenen Ansicht.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Elektronenkanone EK gezeigt, die einen Wehnelt-Zylinder WZ und eine einen Kathodenhalter KH und einen Kathoden körper KK aufweisende Kathode KA aufweist. Der Kathodenhalter KH nimmt entlang seiner Innenfläche Kl den Kathodenkörper KK auf. Der Wehnelt-Zylinder WZ nimmt entlang seiner ersten Innenfläche WI1 wiederum den Kathodenhalter KH entlang dessen Au- ßenfläche KA auf. Beim Betrieb der Elektronenkanone EK werden nach der Zu- führung von Energie in Form von Wärme thermische Elektronen aus dem Ka- thodenkörper KK in den von der zweiten Innenfläche WI2 des Wehnelt- Zylinders WZ umrandeten Bereich abgegeben. Diese Elektronen werden dann entlang eines von der zweiten Innenfläche WI2 des Wehnelt-Zylinders WZ aus- gehenden elektrischen Feldes in Richtung einer in Fig. 1 nicht dargestellten Anode fokussiert und beschleunigt. Anders als bei bekannten Anordnungen be- rührt entsprechend der Erfindung der Wehnelt-Zylinder WZ die Kathode KA.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Elektronenkanone gezeigt, bei der der Wehnelt-Zylinder WZ zwar den Kathodenhalter KH direkt berührt, jedoch der Kathodenhalter KH gegenüber dem Kathodenkörper KK mittels einer Isolation IS getrennt ist. Die dort gezeigte Isolation IS trennt den Kathodenkörper KK thermisch und/oder elektrisch vom Kathodenhalter KH. Bei einer elektrischen Trennung mittels des Isolators IS könnte das Potential von Wehnelt-Zylinder WZ und Kathodenhalter KH gegenüber dem Kathoden körper KK positiv oder negativ sein, wobei üblicherweise ein negatives Potential des Wehnelt-Zylinders WZ, bei dem also der Wehnelt-Zylinder WZ gegenüber dem Kathoden körper KK ein negatives Potential aufweist, bevorzugt wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Elektronenkanone EK umfasst zudem eine Stufe ST, auf der der Wehnelt-Zylinder WZ gestützt wird. Auf seiner dem Wehnelt-Zylinder WZ abgewandten Seite ist der Kathodenhalter KH zudem mit einer innenlie- genden Aussparung AU versehen, in die bei der Verwendung der Elektronen- kanone EK innerhalb einer Röhrenanordnung, beispielsweise einer Trägerstruk- tur oder ein Fleizelement eingreifen kann.

Des Weiteren ist die Vorderseite des in Fig. 2 gezeigten Wehnelt-Zylinders WZ in Richtung zur Anode deutlich stärker von einer Richtung eines Elektronen- strahls geneigt, so dass der Wehnelt-Zylinders WZ entlang dieser Richtung kür- zer ausgebildet ist und somit weniger Masse aufweist. Um nun den Potentialflä- chen entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform halbschalenförmig zu formen (siehe dazu auch unten unter Fig. 3), ist ein weiterer äußerer

Wehnelt-Zylinders WZ‘ vorgesehen, der entlang der Richtung eines Elektronen- Strahls den inneren Wehnelt-Zylinder WZ und den Kathodenhalter KH in Form eines Hohlzylinders umschließt. Der äußere Wehnelt-Zylinders WZ‘ dient auch als Abschirmung der von der Kathode abgegebenen Wärmestrahlung. Anstelle von inneren Wehnelt-Zylinder WZ und äußeren Wehnelt-Zylinder WZ‘ könnte hier auch von einem zweiteiligen Wehnelt-Zylinder gesprochen werden.

In Fig. 3 ist ein Heizelement HE gezeigt, von welchem aus Energie in Form von Wärme an den Kathoden körper KK abgegeben werden kann. Das Heizelement HE ist innerhalb des Kathodenhalters KH angeordnet und über einen Ab- standshalter AH thermisch und elektrisch von diesem getrennt. Ferner ist die in Fig. 3 gezeigte Elektronenkanone derart ausgebildet, dass der Wehnelt-Zylinder WZ und der Kathodenhalter KK als gemeinsames, aus einem Stück gefertigtes Bauteil vorgesehen sind. Die Grenzen zwischen dem Wehnelt-Zylinder WZ und dem Kathodenhalter KH, wie sie bei der Ausführung als getrennte Bauteile vor- handen wären, sind in Fig. 3 mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Die Elektro- nenkanone in Fig. 3 weist eine Stufe ST auf, auf die Elektronenkanone inner- halb einer Röhre gehalten werden kann.

Auf einer der Heizeinrichtung HE gegenüberliegenden Seite der Elektronenka- none EK ist eine Anode AN angeordnet. Zwischen der Anode AN und dem kon- kav ausgebildeten Wehnelt-Zylinder WZ verlaufen weitestgehend halbschalen- förmige Potentialflächen PF. Entlang dieser Potentialflächen PF werden aus dem Kathoden körper KK freigegebene thermische Elektronen in Richtung einer in der Anode AN vorgesehenen Lochblende fokussiert. Die Anode AN selbst weist ein gegenüber der Kathode KA positives Potential auf, so dass die aus dem Kathoden körper KK austretenden freien Elektronen zur Anode AN hin be- schleunigt werden.

Da der Wehnelt-Zylinder WZ und der Kathodenhalter KK einstückig ausgeführt sind bzw. gegeneinander thermisch nicht isoliert sind und der Kathoden körper KK weder thermisch noch elektrisch gegenüber dem Kathodenhalter KH ausge- führt ist, könnten bei der in Fig. 3 gezeigten Elektronenkanone EK Elektronen beispielsweise auch aus dem Wehnelt-Zylinder WZ heraustreten. Um diesen Austritt thermischer Elektronen zu verhindern, kann wie in Fig. 4 gezeigt, eine nicht emittierende Beschichtung NS vorgesehen sein. Alternativ kann zum Flemmen des Wärmeflusses von Kathoden körper zu Kathodenhalter auch bei der in Fig. 3 gezeigten einteiligen Ausführung von Wehnelt-Zylinder WZ und Ka- thodenhalter KH eine thermische Isolation wie in Fig. 2 gezeigt zwischen den Kathoden körper KK und den Kathodenhalter eingebracht werden

Die in Fig. 4 gezeigte nicht emittierende Beschichtung NS ist beispielsweise entlang der zweiten Innenfläche WI2 des Wehnelt-Zylinder WZ angeordnet. Durch diese nicht emittierende Beschichtung NS werden von diesem Bereich aus keine als Störemission bezeichneten thermischen Elektronen freigegeben. Ferner ist auf der Außenfläche WA des Wehnelt-Zylinders WZ ebenfalls eine nicht emittierende Beschichtung NS vorgesehen. Die in Fig. 4 gezeigte Fleizein- richtung HE ist in einer Trägerkonstruktion TK einer nicht gezeigten Röhre an- geordnet. Die Trägerkonstruktion TK, die beispielsweise die Elektronenkanone EK innerhalb einer Röhrenanordnung aufnehmen kann, liegt wie auch der Wehnelt-Zylinder an der Stufe ST an. Die nicht emittierende Beschichtung NS kann an einer beliebigen Stelle bzw. in einem beliebigen Bereich der Elektro- nenkanone EK vorgesehen werden, wobei eine Beschichtung insbesondere im Bereich des Elektronenstrahls sinnvoll ist. Die Beschichtung kann beispielswei- se aufgedampft werden.

In Fig. 5 sind unterschiedliche Potentialkonstellationen zwischen dem Wehnelt- Zylinder WZ, dem Kathodenhalter KH, dem Kathoden körper KK und der Anode AN gezeigt. Dabei zeigt Fig. 5A eine Konstellation, bei der der Kathodenkörper KK gegen- über dem Wehnelt-Zylinder WZ und dem Kathodenhalter KH ein niedriges ne- gatives elektrisches Potential P2 aufweist. Das höhere negative Potential P1 liegt am Wehnelt-Zylinder WZ und dem Kathodenhalter KH an. Die Anode AN weist ein bezüglich des Nullpunkts 0 negatives, aber in Bezug zu den anderen Potentialen positiveres elektrisches Potential P3 auf. Die in Fig. 5A gezeigte Po- tentialverteilung ist besonders deshalb von Vorteil, weil durch das negativere Potential von Kathodenhalter KH und Wehnelt-Zylinder WZ Elektronen in den inneren Bereich des Kathoden körpers KK gezwängt werden, so dass in diesem Bereich die Elektronendichte steigt und die Auslösearbeit reduziert wird bzw. die Anzahl der freigegebenen Elektroden pro Zeiteinheit steigt. Die Umkehrung dieses Sachverhalts ist in Fig. 5B gezeigt.

Die in Fig. 5B gezeigte Potentialverteilung sieht für die Anode AN abermals ein positiveres Potential P3 vor, jedoch liegt das niedrigere negative Potential P2 am Wehnelt-Zylinder WZ und dem Kathodenhalter KH an. Das höhere negative elektrische Potential weist dagegen der Kathoden körper KK auf. Diese Anord- nung hat zur Folge, dass die Elektronen innerhalb des dem Kathodenhalter KH zugewandten Randbereichs des Kathodenkörpers KK konzentrierter sind. Somit findet auch auf der der Anode AN zugewandten Seite des Kathoden körpers KK eine Emission überwiegend entlang dieses Randbereichs statt.

In Fig. 5C ist eine Ausführungsform bei der der Wehnelt-Zylinder WZ, der Ka- thodenhalter KH und der Kathodenkörper KK nicht gegeneinander isoliert sind gezeigt. Dort weisen der Wehnelt-Zylinder WZ der Kathodenhalter KH und der Kathoden körper KK allesamt das höhere negative elektrische Potential P1 auf.

In Fig. 5C weist die Anode AN abermals das positivere Potential P3 auf.

Obschon in Fig. 5C alle Bauteile außer der Anode AN das gleiche höhere nega- tive elektrische Potential P1 aufweisen, könnten diese Bauteile doch gegenüber einander zumindest thermisch isoliert sein. Zu beachten ist in Fig. 5, dass es sich um eine nicht skalierte Achse handelt, aus der lediglich die Polarität eines elektrischen Potentials und somit auch die Richtung eines elektrischen Feldes zwischen einzelnen Bauteilen entnommen werden kann. Der Absolutbetrag ein- zelner Potentialdifferenzen kann Fig. 5 nicht entnommen werden.

In Fig. 6 ist eine Wanderfeldröhrenanordnung WR gezeigt, in der eine erfin- dungsgemäße Elektronenkanone EK über eine Trägerkonstruktion TK mit der Röhre RO verbunden ist. Die Anode AN der Elektronenkanone EK ist ebenfalls über eine Trägerkonstruktion PK verbunden. Die Trägerkonstruktion TK der Anode AN liegt dabei an der Stufe ST der Elektronenkanone EK an. Die Trä- gerkonstruktionen TK sind jeweils elektrisch isoliert ausgeführt. Im Verlauf des Elektronenstrahls ES von der Elektronenkanone EK ausgehend, folgt zunächst eine Helix artig ausgebildete Verzögerungsleitung FIX, in die von einem Ein- gang EIN hin zu einem Ausgang AUS elektrische Signale eingespeist werden. Um die Verzögerungsleitung FIX herum liegt eine magnetische Fokussierungs- einrichtung ME, die den Elektronenstrahl innerhalb der Verzögerungsleitung FIX formt. Nach der Verzögerungsleitung FIX folgt im Gang des Elektronenstrahls ES der Kollektor KO in dem die Elektronen des Elektronenstrahls ES aufgefan- gen werden. Da die Elektronenkanone EK mit ihrer Anode AN, ihrem Wehnelt- Zylinder WZ, ihrem Kathodenhalter KH und dem Kathoden körper KK sowie dem Fleizelement HE bereits vor dem Einbringen in die Röhre RO fokussiert wurde, musste beim Zusammenbau der Wanderfeldröhre WR dieser Schritt nicht mehr vorgenommen werden. Das Bereitstellen einer bereits vorfokussierten Elektro- nenkanone spart somit Zeit bei der Fierstellung von Wanderfeldröhrenanord- nungen WR.

In Fig. 7 ist eine andere Röhre, nämlich eine Röntgenstrahlungsröhre gezeigt. Auch in Fig. 7 wurde eine vorkonfigurierte Elektronenkanone EK, deren Be- standteile hinsichtlich der Fokussierung des Elektronenstrahls bereits vorher aufeinander abgestimmt waren, verbaut. Der Elektronenstrahl ES, der von der Elektronenkanone EK ausgeht, wird auf eine Antikathode UK mit einer dahinter liegenden Anode AN geleitet, wobei beim Auftreffen der Elektronen des Elekt ronenstrahls ES auf die Antikathode UK die Elektronen so stark abgebremst werden, dass diese Röntgenstrahlung RS in einer durch die Antikathode vorge- gebenen Richtung abgeben.

Generell kann die Elektronenkanone, wie sie in dieser Anmeldung beschrieben ist, in allen Röhren eingesetzt werden, die eine Elektronenquelle in Form einer Elektronenkanone benötigen.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in keiner der Figuren elektrische Zu- oder Ableitungen sowie eine entsprechende Stromversorgung gezeigt.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Ab- bildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschie- dener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.