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Die Wolfram-Haarnadelkathode besteht aus einem gebogenen Wolframdraht, welcher einen Durchmesser von ca. 100 µm besitzt und auf einem Sockel aus Keramik montiert ist (Abbildung 1). Die Kathode wird mit Hilfe eines elektrischen Heizstroms von ca. 2,7 A auf ca. 2400 – 2600 °C aufgeheizt. Damit wird die Geschwindigkeit der freien Elektronen so stark erhöht, dass sie genügend Energie besitzen den Draht zu verlassen und vor der Kathodenspitze eine Raumladung bilden können.
Abb. 1 Wolfram-Haarnadelkathode
Des Weiteren besteht die Elektronenkanone aus einem Wehneltzylinder und einer Anode (Abbildung 2). Hierbei sitzt die Anode in ca. 10 mm Abstand gegenüber der Kathode, welche sich auf Erdpotential befindet. Zwischen Kathode und Anode wird eine Beschleunigungsspannung angelegt. Sie erzeugt ein elektrisches Feld, welches die Elektronen aus der Raumladung in Richtung Anode beschleunigt. Der zwischen Kathode und Anode sitzende Wehneltzylinder, an dem eine negative Spannung (Biasspannung) anliegt, bündelt die Elektronen zu einem Strahl.
Abb. 2 Elektronenkanone
Elektronische Strahljustierung
Mit Hilfe der elektronischen Strahljustierung wird der Elektronenstrahl optimal in die elektronenoptische Achse gebracht. Die Zentrierung des Strahls wird mittels elektromagnetische Ablenkspulen vorgenommen, die unterhalb der Anode liegen. Mit ihrer Hilfe findet eine Verschiebung des Strahls in X-/Y- Richtung und in der Kippachse statt. Die Kanone ist richtig zentriert, wenn die resultierende Bildhelligkeit am größten ist.
Aufheizen der Kathode
Das Aufheizen der Kathode geschieht automatisch, sollte aber dennoch kontrolliert werden. Bei Erhöhung des Heizstroms werden zwei Intensitätsmaxima (Abbildung 3) durchlaufen. Das 1. Maximum ist eine Unterheizung der Kathode und führt zu einem Hohlstrahl. Hierbei ist die Elektronenintensität im Randbereich höher als im Zentrum. Erst das 2. Maximum bietet eine optimale Sättigung des Strahls. Unter zu Hilfenahme der Bildintensität kann kontrolliert werden, ob das 2. Maximum gefunden wurde.
Abbildung 3 Heizkurve beim thermischen W-Emitter