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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einleitung

Zusammenfassung
Die Vakuumelektronik befaßt sich mit den Grundlagen und der Technologie von elektronischen Bauelementen und Geräten, deren Wirkungsweise auf der Bewegung von Elektronen und Ionen im Hochvakuum oder in verdünnten Gasen unter der Einwirkung elektrischer, magnetischer oder elektromagnetischer Felder beruht. Zu dieser Bauelementegruppe gehören u. a. die Elektronenstrahl-Wandler-, Mikrowellen-, Sende- und Gasentladungsröhren, ferner Großgeräte wie Elektronenmikroskope, Massenspektrometer, Teilchenbeschleuniger und Vakuumanlagen.
Joseph Eichmeier

1. Feldgleichungen und Bewegungsgleichungen für Elektronen in Vakuumsystemen

Zusammenfassung
Vakuum-Elektronensysteme enthalten immer eine Elektronenquelle (Kathode) und weitere Bauteile (Elektroden, Magnetsysteme, Verzögerungsleitungen), durch die im System eine bestimmte Verteilung des elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldes erzeugt wird. Um die Funktion und Eigenschaften von Vakuumsystemen zu verstehen, muß die Feldverteilung innerhalb des Systems bekannt sein. Dann läßt sich durch Lösung der Feld- und Bewegungsgleichungen für die gegebenen Randbedingungen die Bewegung der Elektronen im Vakuum und damit die Funktion des Systems vollständig beschreiben.
Joseph Eichmeier

2. Ermittlung von Feldern und Elektronenbahnen (bei vernachlässigbarer Raumladung)

Ohne Zusammenfassung
Joseph Eichmeier

3. Elektronenemissions- und -absorptionsvorgänge im Vakuum

Zusammenfassung
Bei allen Röhren und Geräten der Vakuumelektronik werden die Elektronen durch die Emission aus Festkörperoberflächen in das Vakuum gebracht. Bei Gasentladungsröhren entstehen freie Elektronen außerdem durch Stoßionisierung von Gasmolekülen. Für die Elektronenemission aus Festkörpern kommen fünf Möglichkeiten in Betracht. Sie sind in Tabelle 1 in der Reihenfolge ihrer praktischen Bedeutung angegeben.
Joseph Eichmeier

4. Elektronenoptische Systeme

Zusammenfassung
Unter Elektronenoptik versteht man die rechnerische oder experimentelle Darstellung der räumlichen Bahnen von Elektronenstrahlen, auf die elektrische und magnetische Felder einwirken (vgl. hierzu Abschnitt 2), sowie der Gesetzmäßigkeiten, die für die optische Abbildung mit Hilfe von Elektronenstrahlen gelten. Voraussetzung für das optische Verhalten eines Elektronenstrahls ist die geradlinige kollisionsfreie Bewegung der Elektronen im (feldfreien) Vakuum bei vernachlässigbarer Raumladung. Dies ist bei einem Restgasdruck \( p \lessapprox {10^{{ - 6}}} \) mbar der Fall, weil dann die mittlere freie Weglänge der Elektronen zwischen zwei Zusammenstößen mit Gasmolekülen sehr viel größer als die Elektronenstrahllänge ist. Die Elektronenoptik weist eine Reihe von Analogien und Unterschieden zur Lichtoptik auf (vgl. Tabelle 9).
Joseph Eichmeier

5. Elektronenströme im Hochvakuum unter Raumladungseinfluß

Zusammenfassung
Befinden sich Elektronen im Hochvakuum zwischen zwei Elektroden (z. B. zwei parallelen Platten K und A; vgl. Abb. 5.1), die ein elektrisches Feld E erzeugen, so werden sie auf Grund der elektrischen Feldkraft Fe = − e E längs der elektrischen Feldlinien in Richtung zur positiven Elektrode beschleunigt. Der resultierende Elektronenstrom wird als Konvektionsstrom bezeichnet. Der positive Strom ist dabei — wie in einem Leiter — der Elektronenbewegung entgegengerichtet. Die Konvektionsstromdichte Jk ergibt sich aus der Ladung e, Konzentration n und Geschwindigkeit v der Ladungsträger:
$$ {J_K} = env = \rho v $$
(5.1)
(ϱ = en = Raumladungsdichte). Der gesamte Konvektionsstrom Ik beträgt:
$$ {I_K} = {J_K}A = nevA $$
(5.1a)
(A = Fläche der Elektroden).
Joseph Eichmeier

6. Wechselwirkung von Elektronenstrahlen mit elektromagnetischen Wellen (Mikrowellenröhren)

Zusammenfassung
Die Wechselwirkung von Elektronenstrahlen mit elektromagnetischen Wellen ist die Grundlage aller Mikrowellenröhren. Deren Prinzip beruht auf der Umwandlung der kinetischen Energie von Elektronen in elektromagnetische Feldenergie durch phasenrichtiges Abbremsen der Elektronen in einem stehenden oder fortschreitenden HF-Feld.
Joseph Eichmeier

7. Teilchenbeschleuniger

Zusammenfassung
Für kernphysikalische Untersuchungen, Materialanalysen und therapeutische Anwendungen in der Medizin sind Elementarteilchen- und Ionenstrahlen sehr hoher Energie erforderlich. Anlagen, mit denen sich Teilchenenergien von etwa 100 keV bis einigen 100 GeV erzielen lassen, bezeichnet man als Teilchenbeschleuniger.
Joseph Eichmeier

8. Gasentladungsröhren

Zusammenfassung
Das Verhalten eines einzelnen Teilchens in Gasen oder Dämpfen und das daraus resultierende Verhalten des ganzen Teilchenkollektivs wird durch die Kinetische Gastheorie beschrieben. Sie besagt, daß die Gasteilchen sich zwischen zwei Zusammenstößen geradlinig in beliebige Richtungen bewegen (vgl. Abb. 3.13 b) und eine Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung nach Gl. (3.57) haben. Ihre wahrscheinlichste (vw), mittlere (vm) und effektive Geschwindigkeit (ve) folgen aus den Gln. (3.58) bis (3.60), wenn darin an Stelle der Elektronenmasse m die Molekülmasse M eingesetzt wird (vgl. Tabelle 25). Die Teilchen stoßen elastisch miteinander zusammen, d. h. sie tauschen Energie und Impuls aus, es findet aber keine Anregung oder Ionisierung statt. Die Gasmoleküle können dabei in guter Näherung als vollkommen elastische Kugeln aufgefaßt werden, die keine Kräfte aufeinander ausüben, solange sie sich nicht berühren.
Joseph Eichmeier

9. Vakuumtechnologie

Zusammenfassung
Voraussetzung für die in den vorhergehenden Kapiteln behandelten Vakuumröhren, -geräte und -verfahren ist die Erzeugung, Überwachung und Aufrechterhaltung eines für die jeweilige Gerätefunktion ausreichenden Vakuums. Mit den dazu notwendigen Einrichtungen befaßt sich die Vakuumtechnologie.
Joseph Eichmeier

10. Ergänzende und weiterführende Literatur

Ohne Zusammenfassung
Joseph Eichmeier

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