EP0631712A1 - Verfahren zum beschleunigen elektrisch geladener teilchen - Google Patents

Verfahren zum beschleunigen elektrisch geladener teilchen

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EP0631712A1
EP0631712A1 EP93906431A EP93906431A EP0631712A1 EP 0631712 A1 EP0631712 A1 EP 0631712A1 EP 93906431 A EP93906431 A EP 93906431A EP 93906431 A EP93906431 A EP 93906431A EP 0631712 A1 EP0631712 A1 EP 0631712A1
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EP
European Patent Office
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tube
particle
space
reservoir
electrode
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EP93906431A
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English (en)
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EP0631712B1 (de
Inventor
Christoph Schultheiss
Martin Konijnenberg
Markus Schwall
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0631712B1 publication Critical patent/EP0631712B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • H05H1/04—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using magnetic fields substantially generated by the discharge in the plasma
    • H05H1/06—Longitudinal pinch devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H5/00—Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses

Definitions

  • the invention relates to a method for generating an electrically charged particle beam and to a particle accelerator for carrying out the method and for using the same.
  • particles of predetermined charge and mass are extracted from a reservoir and fed to an acceleration space between two different electrical potentials, in order to ultimately be available as a beam for further machining processes.
  • the object of the invention is to achieve high particle beam intensities or equivalent to a high current or a high current density and a sharp bundling of the particle beam with economically acceptable means and expenditures.
  • the charged particles are sucked in the reservoir with a high current intensity and current density in a dielectric tube space beginning in the electrode, which partly forms the reservoir wall, and are accelerated there via the potential difference between the two electrodes.
  • the particles arrive in a target space, they have reached their process energy.
  • a residual gas filling with the residual pressure p in the dielectric tube space is ionized and electrically polarized by the particle stream.
  • a charge cloud on and along the inner tube wall has a repulsive effect on the particle stream.
  • Space charge compensation and electrostatic focusing of the particle beam take place. This process proceeds well if the product of the residual gas pressure p and the inner diameter d of the tube is applied so low that the acceleration voltage applied from the outside between the electrodes is essentially retained for the particle beam acceleration in spite of parasitic discharge in the residual gas filling .
  • a localized magnetic field in the area of Tube space causes a beam deflection.
  • the cross section of the particle beam is influenced by cross-sectional changes in the dielectric tube space.
  • the acceleration path for the particle beam is divided in a defined manner via a potential control by means of resistively coupled auxiliary electrodes between the two main electrodes.
  • the particle accelerator characterized in claim 6 is suitable for carrying out the method.
  • one electrode partially forms the reservoir wall.
  • the counter electrode is outside the reservoir.
  • the dielectric tube space is directed towards them in its further course.
  • the tube space is expediently partially or completely formed by a system of dielectric tube segments arranged in alignment.
  • the segments form radially shaped slots with one another. This prevents surface currents.
  • the slitting is such that radiation or particles emanating radially from the tube axis do not reach the radial slit end, or if at all only via a long detour.
  • an adequately electrically insulated gas supply is provided in the end area to the counterelectrode, via which gas can flow into the tube space in both directions.
  • the noticeable improvement in the quality of the particle beam is on the one hand largely attributable to the structural measure, the stack of electrodes and insulators of the pseudo-spark gap through a tube space limited by dielectric material, in the exemplary embodiment which is described below, a quartz tube or an aligned sequence of several shorter quartz tubes , to replace.
  • the high beam quality is again largely due to the independent formation of a charged particle stream in the quartz tube arrangement.
  • Figure 1 schematic representation of the acceleration and transport path for the particle beam
  • Figure la cross section through the dielectric tube with positive space charge in the axis and negative space charge accumulation on the tube wall when electrons form the particle beam;
  • Figure 2 curved acceleration and transport path in the recipient with additional magnetic beam focusing
  • FIG. 3a division of the dielectric tube into the acceleration and transport section by means of an auxiliary electrode
  • Figure 3b Potential control by auxiliary electrodes between the end electrodes
  • Figure 4a basic radial expansion of the tube space between the tube segments:
  • Figure 4b structurally simple expansion of the tube space
  • Figure 4c constructionally complex tube space expansion
  • FIG. 5 tube space with an electrically decoupled pump device
  • Figure 6 electrically high-lying particle reservoir, simple schematic example of the particle generation and suction in the tube space;
  • Figure 7 pulsed light source.
  • the electron beam leaving the quartz tube consists of two parts, namely a part from the gas discharge in the pseudo-spark chamber and a part that results from an independent beam formation in the quartz tube.
  • the electron beam from the pseudo-spark chamber only reliably couples into the dielectric tube if the end of the dielectric tube lies on an intermediate electrode, and the better, the more cathodically charged it is, i.e. the deeper it is pushed into the pseudo-spark chamber.
  • FIG. 1 a device (FIG. 1), which e.g. consists of the plasma 1 of a rapidly changing hollow cathode and a dielectric tube 5 protruding therein.
  • the other end of the dielectric tube 5, insulated from the cathode electrode 2 projects freely into a recipient 8 (see FIG. 2).
  • the anode 3 plays a subordinate role.
  • An anode 3 can also be dispensed with; the function of the anode 3 is then taken over by the metallic recipient 8. Both collect the negative excess charge and use it to form the return current to the capacitors.
  • the dielectric tube space 5 must contain a residual gas filling with the pressure p.
  • the particle stream 7 ionizes and polarizes the residual gas, so that the wall of the tube space 5 is repelled for the particle beam 7 and the axis is attracted (see schematic illustration in FIG. 1a for this).
  • the space charge repulsion in the axis 12 is reduced in the case of the electron beam 7 (FIG. 1 a).
  • the negative charge clouds 38 on the wall are removed from the tube 5 by the external electric field sucked, whereby the charge carriers formed from the gas form a positive excess charge 39. This positive excess charge 39 reduces the negative space charge carried by the beam 7.
  • the profile of the electron beam 7 resembles a hollow cylinder. This indicates a remaining space charge rejection during the acceleration process.
  • the jet 7 remains stable and widens only slightly over a distance of 15 cm; however, the residual pressure in the recipient 8 must be greater than 0.2 Pa (oxygen).
  • the profile of the beam 7 indicates the ability of the tube space 5 to also hold and accelerate those electrons that would leave the beam 7 in an open acceleration structure. This explains the good efficiency of the acceleration of particles in the tube space 5.
  • the dielectric tube 5 or the first section thereof must be at least three times as long as its inside diameter.
  • the voltage breakdown at the tube 5 is approximately 4 Pa with an applied voltage of 20 kV and a diameter d of the dielectric tube of 3 mm.
  • the preferred working pressure range in the implementation example is approximately between 0.1 Pa and 1.5 Pa.
  • Oxygen was used as the gas filling. However, each gas can be taken as a residual gas filling.
  • the diagnosis of the energy distribution of the electrons with the aid of the X-ray brake radiation and magnetic field spectroscopy shows that the energy distribution of the electrons remains constant in the above preferred pressure range due to collective effects in the dielectric tube 5.
  • an externally applied voltage of 20 kV a mean electron energy between 11 and 12 keV is measured over a period of 70 nsec, regardless of vibrations of the total current in the tube, which is up to 6 kA. It can be seen that the extracted electron current increases when an auxiliary anode 9 is integrated into the dielectric tube 5 and is connected to the anode 3 via an ohmic or inductive resistor 10 (FIG. 3a).
  • the resistor 10 is dimensioned so that the anode potential drifts away from the auxiliary anode 9 and the potential is applied to the entire dielectric tube 5 from a low current (10 mA-10 A). This measure is generally recommended, in particular if the dielectric tube 5 is very long (for example 100 cm) and / or is curved, and / or if the cross-section along the dielectric tube 5 is to reduce or increase the current density changes.
  • the distance from the reservoir 1 to the auxiliary electrode 9 in FIG. 3a is called the channel accelerator 11 and the formation of the particle beam 7 is called a channel spark.
  • the section from the auxiliary electrode 9 to the anodic end of the dielectric tube 5 is referred to as the beam guide 12.
  • the electrical insulation capacity of the inner wall 23 of the accelerator tube 5 is impaired by contamination; this results in a malfunction of the mode of operation of the channel spark.
  • the occurrence of a secondary discharge in the adsorbates of the inner wall 23 of the dielectric tube 5 is also unavoidable when the particle stream from the reservoir 1 increases.
  • the discharge on the inner wall of the dielectric tube 5 shields the outer field, as a result of which the focusing of the particle stream 7 from the reservoir 1 onto the axis 12 is hindered.
  • FIG. 4 shows three solution examples a), b), c) for a segmented arrangement 16 of the tube 5, each in connection with a dielectric body 18, 19, 20, which has an inner radial 18 or topologically has any slit 19, 20 which is intended to interrupt any harmful inner surface currents 23 from one dielectric tube segment to the other.
  • This slit can also include at least one depression 22 or the like, which prevents the further penetration of vapors into the rear space of the slit. This ensures that the segments are insulated from one another, which means safe operation of the channel spark.
  • a pulsed surface discharge or laser plasma can also be used as the reservoir 1 for electrons in FIG. 1.
  • a minimum pressure of the order of 0.2 Pa must be set for the transport of the high-current beam in the anode compartment.
  • a trigger plasma 29 can be passed through a dielectric tube 30 with approximately the same inner diameter and the same length as the accelerator tube 11 into the reservoir space 1 and thus the operation can be initiated.
  • the other end of the dielectric tube is grounded to the trigger source 31 via a resistor 32 dimensioned in such a way that any secondary discharge to the trigger source 31 does not cause any destruction (see FIG. 6).
  • a gas supply 24 is attached to the tube 5 at the end of the dielectric tube 5 to the counterelectrode 3, 8, so that the gas both in the direction of reservoir 1 and in the recipient 8 can flow in, in which the counter electrode 3 is located (FIG. 5).
  • a further dielectric tube 27 can be introduced, which has an inner diameter of at most 1/2 d and which is metallized on both sides on the end faces or provided with electrodes 28, the to the gas source 26 pointing electrode 28 is grounded and the other floats freely.
  • the potential of the reservoir 1 is at anode potential. Because of the shielding effect of the electrons and the low mobility of the ions, the density of the plasma in the reservoir 1 at the entrance of the dielectric tube 5 must be high. To effectively extract the ions from the plasma into the dielectric tube 5, the acceleration section (up to the first auxiliary electrode 13, see FIG. 3b) must be selected briefly and the voltage high due to the Child-Langmuir law.
  • the auxiliary electrode begins to carry current.
  • the ohmic or inductive resistor 11 which connects the auxiliary electrode 13 to the cathode, causes the first auxiliary electrode 13 to drift to anode potential.
  • a subsequent second auxiliary electrode 13 takes over the task of building up the electrical field and if this is deactivated by current load, it is a subsequent one, etc. (see FIG. 3b).
  • the residual pressure In order to keep the cross sections for the charge reversal of the ions low, the residual pressure must be as low as possible. In the implementation example it was around 0.1 Pa.
  • This type of ion acceleration has two advantages: firstly, the auxiliary electrodes 13 act like a linear accelerator; secondly, the ion beam leaves the dielectric tube 5 with good parallelism.
  • the channel spark is initially a simple and inexpensive source for high-current directional electron and ion beams, with the aid of which process energy can be deposited in still or differentially pumped gases, gas mixtures and mixtures of gas and aerosols.
  • process energy can be deposited in still or differentially pumped gases, gas mixtures and mixtures of gas and aerosols.
  • Gas target can be created in which the electron beam is braked to produce braking and characteristic radiation in the gas.
  • Aerosols of unknown composition can be continuously passed through the dielectric tube, completely ionized by the electron beam and determined on the basis of the characteristic radiation.
  • Material can be irradiated, removed and processed with the aid of the particle beams (see FIG. 2).
  • the process of ablation in the case of electrons is ablation, in the case of ions it is atomization, including hot processes.
  • the sputtered, ablated and evaporated materials 33 predominantly move away from the target 14 in the target normal and consist, roughly in order of the power density of the particle beam, of ions, atoms, molecules, clusters and aerosols of any size, some of which are still excited and Carry excess loads.
  • the target material sputtered, ablated and vaporized by the particle beam can be used to produce layers on substrates using the Tayloring process (each atomic layer is different), as an atomic mixture (between otherwise incompatible materials) and as a compound substance on high-strength fibers or the like. be used.
  • Layers on substrates can also be produced with atomic material, which can be produced with the aid of the particle and / or electrical tromagnetic radiation is released from its gaseous chemical compound.
  • the high-current electron / ion beams from the channel spark form a particle source with high brilliance and current strength and can be introduced into the medium and high-energy accelerator after a differentially pumped path.
  • the plasma which is formed when the particle beams strike a target is a productive pulsed source for electromagnetic radiation (light, UV, VUV, soft X-ray radiation).
  • a very intense pulsed light source 37 is obtained by bombarding the end face of a light guide 35 by means of the particle beam (see FIG. 7).
  • a very hot plasma 36 is generated from the light guide material, the emitted light of which, due to its spectral composition and the power density at the point of origin, is coupled into the light guide with a high yield.
  • a plasma is formed in the dielectric tube and microwaves are generated from the interaction of the electron beam with the plasma, which penetrate the dielectric tube undamped and undisturbed and reach the outside.
  • the electron beam of the channel discharge is characterized by a high current in the lower kA range at a comparatively low acceleration voltage (5-10 kV) and is suitable for producing pulsed soft braking radiation after the well-focused electron beam strikes a target biological structures in the micrometer range can be imaged by casting shadows.
  • the channel discharge is suitable as a free-running and triggerable switch for high voltages.
  • the channel discharge can also be used as a pulse generator with repetition frequencies up to 10 kHz.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Beschleunigen elektrisch geladener Teilchen sowie ein Teilchenbeschleuniger zur Durchführung und Anwendung des Verfahrens vorgestellt. Der so erzeugte Strahl weist eine hohe Intensität und starke Bündelung auf und ist zur gleichmäßigen Materialablagerung auf einem Substrat gut geeignet. Desgleichen eignet er sich zur Lichterzeugung verschiedener Spektralbereiche.

Description

Verfahren zum Beschleunigen elektrisch geladener Teilchen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines elek¬ trisch geladenen Teilchenstrahls sowie einen Teilchenbeschleu- niger zur Durchführung des Verfahrens und zur Anwendung des¬ selben.
Bei derartigen Verfahren und Beschleunigern werden Teilchen vorgegebener Ladung und Masse aus einem Reservoir extrahiert und einem Beschleunigungsraum zwischen zwei verschiedenen elektrischen Potentialen zugeführt, um letztlich als Strahl für weitere Bearbeitungsprozesse zur Verfügung zu stehen.
Im Patent DP 38 34 402 wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem der magnetisch selbstfokussierte Elektronenstrahl einer Pseudofunkenentladung am Anodenausgang von einem elektrisch isolierenden Quarzröhrchen aufgenommen und darin über eine Wegstrecke transportiert wird. Eine leichte Krümmung der Röhre hat keine spürbare Auswirkung auf den Strahltransport und er¬ leichtert damit die Suche nach dem günstigsten Auftreffwinkel des Strahls auf das Target. Die Röhre schützt in einem gewis¬ sen Umfang die Pseudofunkenkammer vor den Ablationsdämpfen und erlaubt wegen des geringen Pumpquerschnittes differentielles Pumpen. Die Erzeugung des Elektronenstrahls mit der technisch aufwendigen Pseudofunkenkammer stößt an Grenzen hinsichtlich Strahlstärke und Divergenz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hohe Teilchen¬ strahlintensitäten oder äquivalent dazu einen hohen Strom bzw. eine hohe Stromdichte und eine scharfe Bündelung des Teilchen¬ strahls mit wirtschaftlich akzeptablen Mitteln und Aufwendun¬ gen zu erreichen.
, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 und den darin aufgeführten kennzeichnenden Verfah- rensschritten sowie durch den Teilchenbeschleuniger gemäß den Kennzeichen des Anspruchs 6 gelöst.
Die Verfahrensansprüche 2 bis 6 sowie die Unteransprüche 8 bis 13 weisen vorteilhafte Verfahrensschritte bzw. Ausgestaltungen des Teilchenbeschleunigers auf.
Wesentlich an dem Verfahren ist, daß die geladenen Teilchen im Reservoir mit hoher Stromstärke und Stromdichte in einem in der Elektrode, die teilweise die Reservoirwand bildet, begin¬ nenden dielektrischen Rohrraum gesaugt und dort über die Po¬ tentialdifferenz zwischen beiden Elektroden beschleunigt wer¬ den. Beim Eintreffen der Teilchen in einem Targetraum, haben diese dann ihre Prozeßenergie erreicht. Für die Strahlformie¬ rung ist weiter von Bedeutung, daß eine residuale Gasfüllung mit dem Restdruck p im dielektrischen Rohrraum durch den Teil¬ chenstrom ionisiert und elektrisch polarisiert wird. Eine La¬ dungswolke an und entlang der inneren Rohrwand wirkt abstoßend auf den Teilchenstrom. Es findet eine Raumladungskompensation und eine elektrostatische Fokussierung des Teilchenstrahl statt. Dieser Vorgang läuft gut ab, wenn das Produkt aus residualem Gasdruck p und Innendurchmesser d des Rohres so niedrig angelegt wird, daß die von außen angelegte Beschleuni¬ gungsspannung zwischen den Elektroden trotz parasitärer Entla¬ dung in der residualen Gasfüllung im wesentlichen für die Teilchenstrahlbeschleunigung erhalten bleibt.
In den Unteransprüchen 2 bis 5 sind zusätzlich Verfahrens¬ schritte gekennzeichnet, mit denen eine Strahlablenkung oder ein veränderter Strahlquerschnitt erreicht wird. Desweiteren werden Schritte zur gezielten Strahlbeschleunigung gekenn¬ zeichnet.
So wird durch ein örtlich begrenztes Magnetfeld im Bereich des Rohrraumes eine Strahlablenkung bewirkt. Über Querschnittsän¬ derungen des dielektrischen Rohrraums wird der Querschnitt des Teilchenstrahls beeinflußt.
Es kann zweckmäßig sein, zur Einstellung der Prozeßenergie des Teilchenstrahls bzw. seiner Strahlstärke, die Beschleunigungs¬ strecke über eine resistiv oder induktiv gekoppelte Hilfselek¬ trode zwischen beiden äußeren Elektroden zu verkürzen. Deswei¬ teren ist über eine Potentialsteuerung durch resistiv gekop¬ pelte Hilfselektroden zwischen den beiden Hauptelektroden die Beschleunigungsstrecke für den Teilchenstrahl definiert aufge¬ teilt.
Zur Durchführung des Verfahrens ist der in Anspruch 6 gekenn¬ zeichnete Teilchenbeschleuniger geeignet. Um die geladenen Teilchen aus dem Reservoir stromstark abziehen zu können, bil¬ det die eine Elektrode teilweise die Reservoirwand. An ihr be¬ ginnt der dielektrische Rohrraum bzw. weitere, falls viele solche zweckmäßig wären. Die Gegenelektrode befindet sich außerhalb des Reservoirs. Auf sie ist der dielektrische Rohr¬ raum in seinem weiteren Verlauf gerichtet.
Als eine optimale Geometrie hat sich experimentell erwiesen, wenn die Länge des Rohrraumes mindestens dreimal so groß ist wie der Innendurchmesser desselben. Zur Erhaltung der axialen elektrischen Isolation bei Kontamination, ist der Rohrraum zweckmäßigerweise teils oder ganz durch ein System fluchtend angeordneter, dielektrischer Röhrensegmente gebildet. Die Seg¬ mente bilden radial gestaltete Schlitze miteinander. Dadurch werden Oberflächenströme unterbunden.
Vorteilhafterweise besteht die Schlitzung derart, daß radial von der Rohrachse ausgehende Strahlung oder Teilchen das ra¬ diale Schlitzende nicht erreichen, oder wenn überhaupt nur über einen weiten Umweg. Zur Verbesserung der Teilchenstrahlformierung ist im Endbe¬ reich zur Gegenelektrode eine elektrisch ausreichend isolierte Gaszufuhr angebracht, über die in den Rohrraum in beiden Rich¬ tungen Gas eingeströmt werden kann.
Die auffällige Qualitätsverbesserung des Teilchenstrahles ist einerseits wesentlich der baulichen Maßnahme zuzuschreiben, den Stapel an Elektroden und Isolatoren der Pseudofunken- strecke durch einen mit dielektrischem Material begrenzten Rohrraum, im Ausführungsbeispiel, das unten beschrieben wird, eine Quarzröhre bzw. eine fluchtende Aneinanderreihung von mehreren kürzeren Quarzröhren, zu ersetzen. Andererseits rührt die hohe Strahlqu litat wiederum maßgeblich von der eigenstän¬ digen Ausbildung eines geladenen Teilchenstroms in der Quarzröhrenanordnung her.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden in folgendem näher beschrieben. Im einzelnen wird ge¬ zeigt:
Figur 1: schematisierte Darstellung der Beschleunigungs¬ und Transportstrecke für den Teilchenstrahl;
Figur la: Querschnitt durch das dielektrische Rohr mit positiver Raumladung in der Achse und negativer Raumladungsanlagerung an der Rohrwand, wenn Elektronen den Teilchenstrahl bilden;
Figur 2: gekrümmte Beschleunigungs- und Transportstrecke im Rezipienten mit zusätzlicher magnetischer Strahlfokussierung;
Figur 3a: Aufteilung des dielektrischen Rohres in Beschleu¬ nigungs- und Transportstrecke durch eine Hilfs¬ elektrode; Figur 3b: Potentialsteuerung durch Hilfselektroden zwischen den Endelektroden;
Figur 4a: grundsätzliche radiale Rohrraumerweiterung zwischen den Rohrsegmenten:
Figur 4b: konstruktiv einfache Rohrraumerweiterung;
Figur 4c: konstruktiv aufwendige Rohrraumerweiterung;
Figur 5: Rohrraum mit elektrisch abgekoppelter Pumpein¬ richtung;
Figur 6: elektrisch hochliegendes Teilchenreservoir, einfaches schematisches Beispiel für die Teilchenerzeugung und das Absaugen in den Rohrraum;
Figur 7: gepulste Lichtquelle.
Eine genauere Untersuchung hat ergeben, daß der Elektro- nenstrahl, der die Quarzröhre verläßt, aus zwei Anteilen be¬ steht, nämlich aus einem Anteil aus der Gasentladung in der Pseudofunkenkammer und aus einem Anteil der von einer selb¬ ständigen Strahlformierung in der Quarzröhre herrührt.
Zunächst koppelt der Elektronenstrahl aus der Pseudofunkenkam¬ mer nur dann zuverlässig in die dielektrische Röhre, wenn das Ende der dielektrischen Röhre auf einer Zwischenelektrode auf¬ liegt, und das um so besser, je kathodischer sie aufgeladen ist, d.h. je tiefer sie in die Pseudofunkenkammer hineinge¬ schoben wird.
Messungen mit einem Spannungstastkopf zeigen, daß in diesen Fällen die Elektronen aus der Pseudofunkenentladung die Zwi¬ schenelektrode, auf der die dielektrische Röhre aufliegt, über 100 ns stark negativ (bis auf Kathodenpotential) auflädt und dann das kathodische Ende der dielektrischen Röhre aus dem Plasma im Kanal der Pseudofunkenkammer Elektronen ansaugt und ein Elektronenstrahl gebildet wird, der in Reichweite (nach Verlassen der dielektrischen Röhre) , Parallelität und Wir¬ kungsgrad dem Pseudofunken-Elektronenstrahl überlegen ist. Das Plasma im Kanal der Pseudofunkenkammer dient als Quelle und Reservoir für Elektronen.
So gelingt es erfindungsgemäß in einer Vorrichtung (Fig. 1) magnetisch selbstfokussierte Elektronenstrahlen 7 zu erzeugen, die z.B. aus dem Plasma 1 einer schnell veränderlichen Hohlka¬ thode und einer darin hineinragenden dielektrischen Röhre 5 besteht. Das andere Ende der dielektrischen Röhre 5 ragt, von der Kathodenelektrode 2 isoliert, frei in einen Rezipienten 8 (s. Fig. 2) . Von diesem Ende löst sich bei vergleichsweise niedriger Spannung (10 kV) und Pulsleistung (5 MW) ein scharf gebündelter Elektronenstrahl 7 mit einer zeitlichen Halbwerts¬ breite von 100 ns, der selbst nach 6 cm freiem Flugweg noch Ablationseffekte zeigt, wie in Figur 2 durch die Materialwolke 33 angedeutet.
In der eben beschriebenen Anordnung spielt die Anode 3 eine untergeordnete Rolle. Man kann auf eine Anode 3 auch verzich¬ ten; die Aufgabe der Anode 3 übernimmt dann der metallische Rezipient 8. Beide sammeln die negative Überschußladung und bilden aus ihr den Rückstrom zu den Kondensatoren.
Zur Erzeugung von Teilchenströmen 7 hoher Stromdichte, etwa 104 A/cm2 für Elektronen reicht eine äußere elektrostatische oder magnetische Fokussierung nicht aus. Zur Reduktion der Raumladung muß der dielektrische Rohrraum 5 eine residuale Gasfüllung mit dem Druck p enthalten. Der Teilchenstrom 7 io¬ nisiert und polarisiert das Restgas, so daß die Wand des Rohr¬ raums 5 für den Teilchenstrahl 7 abstoßend und die Achse an¬ ziehend aufgeladen wird (siehe schematische Darstellung in Fi¬ gur la dazu) . Durch das Verteilen der negativen Raumladung 38 an die Innenwand der Röhre 5, vermindert sich im Falle des Elektronenstrahls 7 die Raumladungsabstoßung in der Achse 12 (Fig. la) . Gleichzeitig werden die negativen Ladungswolken 38 an der Wand durch das äußere elektrische Feld aus der Röhre 5 gesaugt, wodurch die Ladungsträger, die aus dem Gas gebildet wurden, eine positive überschußladung 39 bilden. Diese posi¬ tive Überschußladung 39 reduziert die durch den Strahl 7 herangetragene negative Raumladung.
Das Profil des Elektronenstrahls 7 ähnelt einem Hohlzylinder. Das weist auf eine verbleibende Raumladungsabstoßung während des Beschleunigungsvorganges hin. Bei Verlassen des Rohrraums 5 bleibt der Strahl 7 stabil und weitet sich längs einer Wegstrecke von 15 cm nur geringfügig auf; jedoch muß der resi¬ duale Druck im Rezipienten 8 größer 0,2 Pa (Sauerstoff) sein. Das Profil des Strahls 7 weist auf die Fähigkeit des Rohrraums 5, hin auch diejenigen Elektronen zu halten und mitzubeschleu- nigen, die in einer offenen Beschleunigungsstruktur den Strahl 7 verlassen würden. Das erklärt die gute Effizienz der Be¬ schleunigung von Teilchen im Rohrraum 5. Zur Vermeidung von Elektronenverlusten muß allerdings die dielektrische Röhre 5 bzw. die erste Sektion derselben mindestens dreimal so lang wie ihr Innendurchmesser sein.
Im Anwendungsbeispiel zur Erzeugung eines Elektronenstrahls liegt der Spannungszusammenbruch an der Röhre 5 bei etwa 4 Pa bei angelegter Spannung von 20 kV und einem Durchmesser d der dielektrischen Röhre von 3 mm. Der bevorzugte Arbeitsdruckbe¬ reich im Durchführungsbeispiel liegt etwa zwischen 0.1 Pa und 1.5 Pa. Als Gasfüllung wurde Sauerstoff genommen. Es kann je¬ doch jedes Gas als-residuale Gasfüllung genommen werden.
Die Diagnose der Energieverteilung der Elektronen mit Hilfe der Röntgenbremsstrahlung und Magnetfeldspektroskopie zeigt, daß im o.e. bevorzugten Druckbereich durch kollektive Effekte in der dielektrischen Röhre 5 die Energie-Verteilung der Elek¬ tronen konstant bleibt. Man mißt bei einer von außen angeleg¬ ten Spannung von 20kV über einen Zeitraum von 70 nsec eine mittlere Elektronenenergie zwischen 11 und 12 keV, unabhängig von Schwingungen des Gesamtstromes in der Röhre, der bis zu 6 kA beträgt. Es zeigt sich, daß der extrahierte Elektronenstrom anwächst, wenn in die dielektrische Röhre 5 eine Hilfsanode 9 integriert wird, die über einen ohmschen- oder induktiven Widerstand 10 mit der Anode 3 verbunden ist (Fig. 3a) . Der Widerstand 10 ist so dimensioniert, daß ab einer geringen Stromstärke (10 mA-10 A) das Anodenpotential von der Hilfsanode 9 wegdriftet und das Potential an der gesamten dielektrischen Röhre 5 anliegt. Diese Maßnahme empfiehlt sich grundsätzlich, dann insbeson¬ dere, wenn die dielektrische Röhre 5 sehr lang ist (z.B. 100 cm) und/oder gekrümmt ist, und/oder wenn zur Erniedrigung oder Erhöhung der Stromdichte der Querschnitt sich längs der di¬ elektrischen Röhre 5 ändert.
Die Strecke vom Reservoir 1 zur Hilfselektrode 9 in Fig. 3a wird Kanalbeschleuniger 11 genannt und die Formierung des Teilchenstrahls 7 Kanalfunke. Der Abschnitt von der Hilfselek¬ trode 9 zum anodischen Ende der dielektrischen Röhre 5 wird mit Strahlleiter 12 bezeichnet.
Das elektrische Isolationsvermögen der Innenwand 23 des Be- schleunigerröhrchens 5 wird durch Kontamination beeinträch¬ tigt; dadurch ist eine Störung der Betriebsweise des Kanalfun- kens gegeben. Unvermeidbar ist auch das Entstehen einer Sekun¬ därentladung in den Adsorbaten der Innenwand 23 der dielektri¬ schen Röhre 5, wenn der Teilchenstrom aus dem Reservoir 1 an¬ wächst. Die Entladung an der Innenwand der dielektrischen Röhre 5 führt zu einer Abschirmung des äußeren Feldes, wodurch die Fokussierung des Teilchenstromes 7 aus dem Reservoir 1 auf die Achse 12 behindert wird. Zur Unterdrückung von durchge¬ henden Wandströmen zeigt Fig. 4 drei Lösungsbeispiele a) , b) , c) für eine segmentierte Anordnung 16 des Röhrchens 5 jeweils in Verbindung mit einem dielektrischen Körper 18,19,20, der eine innere radiale 18 bzw. topologisch beliebige Schlitzung 19,20 aufweist, die eine Unterbrechung von etwaigen schädli¬ chen inneren Oberflächenströmen 23 von einem zum anderen dielektrischen Röhrensegment bewirken soll. Diese Schlitzung kann auch mindestens eine Senke 22 o.a. beinhalten, die das weitere Eindringen von Dämpfen in den Hinterraum der Schlit¬ zung verhindert. So wird die Isolation der Segmente von¬ einander gewährleistet, was eine sichere Betriebsweise des Ka- nalfunkens bedeutet.
Als Reservoir 1 für Elektronen in Fig. 1 kann an Stelle einer schnell veränderlichen Hohlkathode auch ein gepulstes Oberflä- chenentladungs- oder Laserplasma genommen werden. Für den Transport des stromstarken Strahls im Anodenraum muß jedoch ein minimaler Druck in der Größenordnung 0.2 Pa eingestellt werden.
Für den Fall, daß der Reservoirraum 1 potentialmäßig hoch¬ liegt, kann ein Triggerplasma 29 durch eine dielektrische Röhre 30 mit etwa gleichem Innendurchmesser und gleicher Länge wie die Beschleunigerröhre 11 in den Reservoirraum 1 geleitet und damit der Betrieb eingeleitet werden. Das andere Ende der dielektrischen Röhre ist mit der Triggerquelle 31 über einen in einer solchen Weise dimensionierten Widerstand 32 geerdet, daß eine etwaige Nebenentladung zur Triggerquelle 31 keine Zerstörung anrichtet (s. Fig. 6) .
Druckunterschiede zwischen dem Reservior 1 und dem Targetraum 8, in dem sich die Gegenelektrode 3 befindet, kann durch differentielles Pumpen leicht realisiert werden, da der Pumpwiderstand der dielektrischen Röhre 5 mit der 4-ten Potenz des Innendurchmessers und linear mit der Länge zunimmt.
Einen zuverlässigen Schutz des gesamten dielektrischen Röhren¬ systems vor Kontamination ist gewährleistet, wenn am Ende der dielektrischen Röhre 5 zur Gegenelektrode 3, 8 eine Gaszufuhr 24 an die Röhre 5 angebracht wird, so daß das Gas sowohl in Richtung Reservior 1 als auch in den Rezipienten 8 einströ¬ men kann, in dem sich die Gegenelektrode 3 befindet (Fig. 5) . In den Gaszufuhrschlauch 25 zwischen dem Röhrchenende und der Gasquelle 26 muß zur Vermeidung einer parasitären Gasentladung zwischen der dielektrischen Röhre 5 und der Gasquelle 26, ein weiteres dielektrisches Röhrchen 27 eingebracht werden, das einen inneren Durchmesser von höchstens 1/2 d aufweist und das beidseitig an den Stirnflächen metallisiert bzw. mit Elektro¬ den 28 versehen ist, wobei die zur Gasquelle 26 hin weisende Elektrode 28 geerdet ist und die andere frei flotiert.
Zur Beschleunigung von Ionen liegt das Potential des Reser¬ voirs 1 auf Anodenpotenial. Wegen der Abschirmwirkung der Elektronen und der geringen Beweglichkeit der Ionen muß die Dichte des Plasmas im Reservoir 1 am Eingang der dielektri¬ schen Röhre 5 hoch sein. Zur effektiven Extraktion der Ionen aus dem Plasma in die dielektrische Röhre 5 muß die Beschleunigungssektion (bis zur ersten Hilfselektrode 13, s. Fig. 3b) kurz und wegen dem Child-Langmuir Gesetz die Spannung hoch gewählt werden. Die Hilfselektrode beginnt Strom zu tra¬ gen. Der ohmsche- oder induktive Widerstand 11, der die Hilfs¬ elektrode 13 mit der Kathode verbindet, läßt die erste Hilfs¬ elektrode 13 auf Anodenpotential abdriften. Nun übernimmt eine sich anschließende zweite Hilfselektrode 13 die Aufgabe, das elektrische Feld aufzubauen und wenn diese durch Strombela¬ stung deaktiviert wird ist es eine nachfolgende usw. (s. Fig. 3b) . Um die Wirkungsquerschnitte für die Umladung der Ionen niedrig zu halten, muß der residuale Druck so klein wie mög¬ lich sein. Er lag im Durchführungsbeispiel bei etwa 0.1 Pa.
Diese Art Ionen zu beschleunigen hat zwei Vorteile: Erstens die Hilfselektroden 13 wirken wie ein Linearbeschleuniger; zweitens der Ionenstrahl verläßt mit guter Parallelität die dielektrische Röhre 5.
Der Kanalfunke ist zunächst eine einfache und kostengünstige Quelle für stromstarke gerichtete Elektronen- und Ionenstrah¬ len mit deren Hilfe Prozeßenergie in ruhende bzw. differen- tiell gepumpte Gase, Gasgemische und Gemische aus Gas und Aerosolen deponiert werden kann. Beispielsweise kann durch differentielles Pumpen in der dielektrischen Röhre 5 ein Gastarget geschaffen werden, in dem der Elektronenstrahl unter Erzeugung von Brems- und charakteristischer Strahlung im Gas abgebremst wird. Aerosole unbekannter Zusammensetzung können kontinuierlich durch die dielektrische Röhre geleitet werden, vom Elektronenstrahl vollständig ionisiert und an Hand der charakteristischen Strahlung bestimmt werden.
Mit Hilfe der Teilchenstrahlen kann Material bestrahlt, abge¬ tragen und bearbeitet werden (s. Fig. 2) . Der Abtragungsprozeß im Falle der Elektronen ist die Ablation, im Falle der Ionen die Zerstäubung einschließlich heißer Prozesse.
Die gesputterten, ablatierten und verdampften Materialien 33 entfernen sich vorwiegend in der Targetnormalen vom Target 14 weg und bestehen, in etwa geordnet nach der Leistungsdichte des Teilchenstrahls, aus Ionen, Atomen, Molekülen, Clustern und Aerosolen jeder Größe, die zum Teil noch angeregt sind und Überschußladungen tragen.
Das vom Teilchenstrahl gesputterte, ablatierte und verdampfte Targetmaterial kann zur Herstellung von Schichten auf Substra¬ ten nach dem Tayloringverfahren (jede atomare Schicht ver¬ schieden) , als atomare Mischung (zwischen sonst unverträgli¬ chen Materialien) und als Compoundsubstanz auf hochfesten Fa¬ sern o.a. verwendet werden.
Schichten auf Substraten können auch mit atomaren Material hergestellt werden, das mit Hilfe der Teilchen- und/oder elek- tromagnetischen Strahlen aus seiner gasförmigen chemischen Verbindung freigesetzt wird.
Die stromstarken Elektronen-/Ionenstrahlen aus dem Kanalfunken bilden eine Teilchenquelle mit hoher Brillianz und Stromstärke und können nach einer differentiell-gepumpten Strecke in Mit¬ tel- und Hochenergiebeschleuniger eingeleitet werden.
Das Plasma, das beim Auftreffen der Teilchenstrahlen auf einem Target gebildet wird, ist eine ergiebige gepulste Quelle für elektromagnetische Strahlung (Licht, UV, VUV, weiche Röntgen¬ strahlung) .
Eine sehr intensive gepulste Lichtquelle 37 erhält man durch den Beschüß der Stirnfläche eines Lichtleiters 35 mittels des Teilchenstrahls (s. Fig. 7) . Dabei wird ein sehr heißes Plasma 36 aus dem Lichtleitermaterial erzeugt, dessen abgestrahltes Licht wegen seiner spektralen Zusammensetzung und der Lei¬ stungsdichte am Ort der Entstehung, mit hoher Ausbeute in den Lichtleiter eingekoppelt wird.
Zeitgleich mit der Entstehung des Elektronenstrahls bildet sich in der dielektrischen Röhre ein Plasma und es werden Mi¬ krowellen aus der Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit dem Plasma erzeugt, die ungeschwächt und ungestört die dielektri¬ schen Röhre durchdringen und nach außen gelangen.
Am kathodischem Eingang der dielektrischen Röhre bildet sich eine Zone sehr heißen Plasmas aus. Benutzt man den Kanalfunken als Vorprozeß für einen nachfolgenden Z-Pinchs, kann man die¬ ses Gebiet für eine längere Zeit magnetisch komprimieren und durch ohmsche Prozesse heizen. So gelingt es mit einer Primär¬ energie von nur 15 J über eine Mikrosekunde das Plasma auf ei¬ ner Temperatur von Te = 200 eV zu halten. Durch gezielte Kon¬ tamination mit Atomen höherer Kernladungszahl verfügt man dann über eine einfache Plasmaquelle für Licht, UV, VUV und weiche Röntgenstrahlung bis zu einer Energie von 2 keV. Wegen der ge- ringen Liniendichte des aus dem residualen Gas gebildeten Plasmas ist die Linienverbreiterung der Strahlung ebenfalls gering. Der Wirkungsgrad für die abgegebene Strahlung zwischen 10 eV und 2 keV liegt bei 10 %, der zwischen 700 eV und 2 keV unter ein Promille.
Der Elektronenεtrahl der Kanalentladung zeichnet sich durch einen hohen Strom im unteren kA-Bereich bei vergleichsweise niedriger Beschleunigungsspannung (5-10 kV) aus und eignet sich zur Herstellung gepulster weicher Bremsstrahlung nach Auftreffen des gut fokusierten Elektronenstrahls auf ein Tar¬ get. Mit dieser Bremsstrahlung können biologische Strukturen im Mikrometerbereich durch Schattenwurf abgebildet werden.
Da an der Beschleunigersektion 11 Spannungsdifferenzen bis über 100 kv gehalten werden können eignet sich die Kanalentla¬ dung als freilaufender und triggerbarer Schalter für hohe Spannungen. Für geringere Spannungen kann die Kanalentladung auch als Impulsgenerator mit Repetitionsfrequenzen bis 10 kHz eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Reservoir
2 Elektrode, Kathodenelektrode
3 Elektrode, Anode
4 Öffnung
5 Rohrraum, Rohr, Quarzröhre
6 Spannungsteiler
7 Ionen-, Teilchenstrahl, Elektronenstrahl
8 Rezipient, Targetraum
9 Hilfselektrode, Hilfsanode
10 Widerstand, Induktivität
11 Rohrsegment, Kanalbeschleuniger
12 Achse
13 Hilfselektroden
14 Target, Targetbereich
15 Magnet
16 Rohrsegment
17 geschlitzter, dielektrischer Körper
18 geschlitzter, dielektrischer Körper
19 geschlitzter, dielektrischer Körper
20 geschlitzter, dielektrischer Körper
21 Oberflächenströme??
22 Senke
24 Gaszufuhr
25 Gaszufuhrschlauch
26 Gasquelle
27 dielektrisches Röhrchen
28 Elektrode
29 Triggerplasma
30 dielektrische Röhre
31 Triggerquelle
32 Widerstand
33 Material, Materialwolke
34 Stirnfläche 35 Lichtleiter 36 Plasma Licht, Lichtquelle negative Ladungswolke, negative Raumladung positive Raumladung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beschleunigen elektrisch geladener Teilchen aus einem gepulsten Plasmareservoir hoher Teilchendichte mittels einer an zwei Elektroden angelegten Spannung, durch die die geladenen Teilchen mit hoher Stromstärke an einem an der Reservoirwand beginnenden dielektrischen Rohrraum (5) gesaugt und in Richtung der zweiten Elektrode (3) be¬ schleunigt werden, um danach als Prozeßenergie zur Verfü¬ gung zu stehen, wobei zur Raumladungsreduktion und elektro¬ statischen Fokussierung eine residuale Gasfüllung im di¬ elektrischen Rohrraum (5) mit dem Restdruck p durch den Teilchenstrom (7) ionisiert und elektrisch polarisiert wird, so daß die innere Wand des Rohrraums (5) für den Teilchenstrom (7) abstoßend und die Achse (12) anziehend aufgeladen wird,
dadurch gekennzeichnet,
das Produkt aus residualem Druck p und Innendurchmesser d des Rohrraums (5) so niedrig eingestellt wird, daß die von außen angelegte Beschleunigungsspannung trotz einer parasi¬ tären Entladung in der residualen Gasfüllung im wesentli¬ chen für die Beschleunigung des Teilchenstrahls (7) erhal¬ ten bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch lokal begrenzte und an vorgegebenen Orten, auf den Teilchenstrahl (7)im Rohrraum (5) wirkende Magnetfelder eine vorgegebene Ablenkung des Strahls (7) bewirkt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Querschnittsänderung des Rohrraumes (5) die Strom¬ dichte des austretenden Teilchenstrahls (7) geändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsstrecke im Rohrraum (5) durch eine an die Elektrode (3) über einen Widerstand (10) oder eine Induktivität (10) gekoppelte Hilfselektrode (9) , die um den Rohrraum (5) angebracht ist, verkürzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialabstufung zwischen den Elektroden (2,3) über einen Spannungsteiler (6) eingestellt wird, an dessen Zwischenab¬ zweige um den Rohrraum (5) liegende Hilfselektroden (13) angeschlossen sind.
6. Teilchenbeschleuniger zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , bestehend aus einer gepulsten Quelle, die die geladenen Teilchen liefert, und einem Reservoir, das mit den geladenen Teilchen beschickt wird sowie einer Beschleu¬ nigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen zwei Elektroden (2,3), von denen die eine (2) das Reservoir (1) teilweise mitbegrenzt und die andere (3) außerhalb liegt, mindestens ein dielektrischer Rohr¬ raum (5) eingerichtet ist, der mit einer Öffnung in der Elektrode (2) beginnt und zur andern Elektrode (3) ge¬ richtet ist und in dem die Teilchenbeschleunigung raum¬ ladungsreduziert stattfindet und der Teilchenstrahl (7) elektrostatisch fokussiert wird;
- der an der Elektrode (2) beginnnende dielektrische Rohr¬ raum (5) eine Mindestlänge von dreimal seinem Innen¬ durchmesser hat;
zur Erhaltung der axialen elektrischen Isolation bei Kontamination der dielektrische Rohrraum (5) zwischen den beiden Elektroden (2,3) teilweise oder ganz durch ein System von fluchtend angeordneten, dielektrischen Rohrsegmente (16) ausgebildet ist, die ein innen radial (bzw. topologisch beliebig) geschlitzter, dielektrischer Körper (18,19,20) mit fluchtender Innenbohrung jeweils verbindet, so daß innere Oberflächenströme (21) zwischen den Röhrensegmenten (16) nicht fließen können.
Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß die radiale bzw. topologisch beliebige Schlitzung des dielektrischen Körpers (18,19,20) zusätzlich eine Senke (22) enthält, so daß der nach der Senkung sich an¬ schließende Hinterraum vor Kontamination und Oberflä¬ chenleitfähigkeit geschützt ist.
Teilchenbeschleuniger nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der dielektrischen Röhre (5) zur Gegenelektrode (3,8) hin eine Gaszufuhr (24) in Rich¬ tung Reservoir <1) als auch in den Rezipienten (8) einströ¬ men kann, in dem sich die Gegenelektrode (3,8) befindet.
Teilchenbeschleuniger nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gaszufuhrschlauch (25) zwischen dem Röhrchenende (24) und der Gasquelle (26) , zur Vermei¬ dung einer parasitären Gasentladung zur Gasquelle (26) , ein dielektrisches Röhrchen (27) eingebracht wird, das einen inneren Durchmesser von höchstens 1/2 d aufweist und das beidseitig an den Stirnflächen metallisiert bzw. mit Elek¬ troden (28) versehen ist, wobei die zur Gasquelle (26) hin weisende Elektrode (28) geerdet ist und die andere frei flotiert. 10.Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Reservoir (1) ein gepulstes Festkörperplasma ist.
11. eilchenbeschleuniger nach Anspruch 6 dadurch gekennzeich¬ net, daß die Quelle eine gepulste Hohlkathode und das Re¬ servoir (1) ein Hohlkathodenplasma ist.
12.Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß im Falle eines potentialmäßig hochliegenden Reservoirraums (1) ein Triggerplasma (29) oder Teilchen¬ ströme niederer Energie durch den dielektrischen Rohrraum (30) mit etwa gleichem Innendurchmesser und gleicher Länge wie die Beschleunigerröhre in den Reservoirraum (1) gelei¬ tet wird.
13.Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die dielektrische Röhre (5) , die das Trigger¬ plasma (29) oder die Teilchenströme niederer Energie in den Reserviorraum transportiert am anderen Ende über einen Wi¬ derstand (32) geerdet ist, so daß die Nebenentladung zur Triggerquelle (31) keine Zerstörung anrichten kann.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19813589C2 (de) * 1998-03-27 2002-06-20 Karlsruhe Forschzent Verfahren zum Erzeugen eines gepulsten Elektronenstrahls und Elektronenstrahlquelle zur Durchführung des Verfahrens
DE19902146C2 (de) * 1999-01-20 2003-07-31 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Einrichtung zur gepulsten Plasmaaktivierung
JP3482949B2 (ja) * 2000-08-04 2004-01-06 松下電器産業株式会社 プラズマ処理方法及び装置
US6906338B2 (en) * 2000-08-09 2005-06-14 The Regents Of The University Of California Laser driven ion accelerator
DE10207835C1 (de) * 2002-02-25 2003-06-12 Karlsruhe Forschzent Kanalfunkenquelle zur Erzeugung eines stabil gebündelten Elektronenstrahls
DE10310623B8 (de) * 2003-03-10 2005-12-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas durch elektrische Entladung in einem Entladungsraum
WO2005027913A1 (en) * 2003-09-19 2005-03-31 Pfizer Products Inc. Pharmaceutical compositions and methods comprising combinations of 2-alkylidene-19-nor-vitamin d derivatives and a growth hormone secretagogue
ITMI20040008A1 (it) * 2004-01-08 2004-04-08 Valentin Dediu Processo per la produzione di nanotubi di carbonio a singola parete
ITMI20050585A1 (it) * 2005-04-07 2006-10-08 Francesco Cino Matacotta Apparato e processo per la generazione accelerazione e propagazione di fasci di elettroni e plasma
US7557511B2 (en) * 2005-08-01 2009-07-07 Neocera, Llc Apparatus and method utilizing high power density electron beam for generating pulsed stream of ablation plasma
KR20080041285A (ko) * 2005-08-30 2008-05-09 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 저압 가스 이송 장치 및 방법
DE102006028856B4 (de) * 2006-06-23 2008-05-29 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer bioaktiven, gewebeverträglichen Schicht auf einen Formkörper, solche Formkörper sowie Verwendung solchermaßen beschichteter Formkörper
IT1395701B1 (it) 2009-03-23 2012-10-19 Organic Spintronics S R L Dispositivo per la generazione di plasma e per dirigere un flusso di elettroni verso un bersaglio
JP5681030B2 (ja) * 2011-04-15 2015-03-04 清水電設工業株式会社 プラズマ・電子ビーム発生装置、薄膜製造装置及び薄膜の製造方法
RU2462009C1 (ru) * 2011-06-08 2012-09-20 Мурадин Абубекирович Кумахов Способ изменения направления движения пучка ускоренных заряженных частиц, устройство для осуществления этого способа, источник электромагнитного излучения, линейный и циклический ускорители заряженных частиц, коллайдер и средство для получения магнитного поля, создаваемого током ускоренных заряженных частиц
ITBO20120695A1 (it) * 2012-12-20 2014-06-21 Organic Spintronics S R L Dispositivo di deposizione a plasma impulsato

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3546524A (en) * 1967-11-24 1970-12-08 Varian Associates Linear accelerator having the beam injected at a position of maximum r.f. accelerating field
US3864640A (en) * 1972-11-13 1975-02-04 Willard H Bennett Concentration and guidance of intense relativistic electron beams
US4020384A (en) * 1975-08-25 1977-04-26 The Raymond Lee Organization, Inc. Linear particle accelerator
US4128764A (en) * 1977-08-17 1978-12-05 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Collective field accelerator
US4363774A (en) * 1978-01-24 1982-12-14 Bennett Willard H Production and utilization of ion cluster acceleration
DE2804393A1 (de) * 1978-02-02 1979-08-09 Christiansen Jens Verfahren zur erzeugung hoher gepulster ionen- und elektronenstroeme
US4201921A (en) * 1978-07-24 1980-05-06 International Business Machines Corporation Electron beam-capillary plasma flash x-ray device
SU793343A1 (ru) * 1979-11-06 1982-01-30 Предприятие П/Я А-7094 Ускор юща структура
US4748378A (en) * 1986-03-31 1988-05-31 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Ionized channel generation of an intense-relativistic electron beam
JPS63100364A (ja) * 1986-10-16 1988-05-02 Fuji Electric Co Ltd 酸化物超微粉膜の製造装置
US4894546A (en) * 1987-03-11 1990-01-16 Nihon Shinku Gijutsu Kabushiki Kaisha Hollow cathode ion sources
DE3844814A1 (de) * 1988-03-19 1992-02-27 Kernforschungsz Karlsruhe Teilchenbeschleuniger zur erzeugung einer durchstimmbaren punktfoermigen hochleistungs-pseudofunken-roentgenquelle
US4912421A (en) * 1988-07-13 1990-03-27 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Variable energy constant current accelerator structure
DE3834402C1 (de) * 1988-10-10 1989-05-03 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe, De
US4990229A (en) * 1989-06-13 1991-02-05 Plasma & Materials Technologies, Inc. High density plasma deposition and etching apparatus
JPH06508235A (ja) * 1991-03-25 1994-09-14 コモンウエルス　サイエンティフィック　アンド　インダストリアル　リサーチ　オーガニゼイション アークソース用大粒子フィルター

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9319572A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2831468B2 (ja) 1998-12-02
DE4208764A1 (de) 1993-09-30
DE59308583D1 (de) 1998-06-25
DE4208764C2 (de) 1994-02-24
EP0631712B1 (de) 1998-05-20
US5576593A (en) 1996-11-19
JPH07501654A (ja) 1995-02-16
WO1993019572A1 (de) 1993-09-30

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