Hallo,
für einen Versuch haben wir eine Vakuumkammer aufgebaut (inkl.
Turbomolekularpumpe, also starkes Vakuum). In dieser Vakuumkammer ist
ein Aufbau der Elektronen erzeugt und gerichtet abfeuert (kann man
messen - funktioniert). Eine Glasscheibe mit Leuchtpulver wie es auf
Fernsehröhren aufgebracht wird (wurde uns von einem entsprechenden
Leuchtpulverhersteller freundlicherweise zur Verfügung gestellt) wurde
im Vakuum vor den Elektronenstrahl gehalten. Und wie man sah sah man
nichts - also es hat nicht geleuchtet.
Anleuchten mit einer Schwarzlichtlampe bringt das Pulver zum Leuchten,
also funktionieren tut das Pulver.
Weis jemand was wir falsch gemacht haben?
Ich vermute das bei einer Fernsehröhre der Elektronenstrahl nicht das
Leuchtpulver direkt anregt sondern das der Elektronenstrahl etwas anregt
was dann selbst im UV Bereich leuchtet und so das Pulver erst anregt.
Erzeugt man Kurzschlussblitze in der Vakuumkammer leuchtet das Pulver
nämlich ebenfalls - auch hier vermute ich das es sich um das UV Licht
vom Kurzschluss handelt.
Danke!
Schonmal überlegt, dass die Elektronenstrahl-Intensität zu schwach ist?
Womit erzeugt ihr den euren Elektronenstrahl und welchen Radius hat denn
der Auftreffpunkt? Vielleicht seht ihr den leuchtenden PUNKT einfach nur
nicht?
Liegt das Leuchtpulver auf isolierender Unterlage: Dann lädt es sich
innerhalb kurzer Zeit elektrisch so auf, dass keine weitren Elektronen
auf dem Leuchtpulver landen können.
Natürlich bleibt dann jede Anregung des Leuchtstoffs aus.
Mechanismus: jedes auftreffende Elektron lädt das Leuchtpulver auf eine
negative Spannung auf, bis die soweit negativ ist, dass kein Elektron
mehr landet. (so etwa einige Volt Minus relativ zur Kathode)
Abhilfe: leitfähige Verbindung zwischen Leuchtstoff und leitfähiger
Unterlage, die wiederum mit einer positiven Spannung verbunden sein
muss.
Ausnahme: Wenn sich beim Auftreffen Sekundärelektronen mit Ausbeute
größer Eins bilden, wird der Leuchtstoff positiv aufgeladen.
Möglichst alle Teile des Kolbens, die ganze Umgebung sowie die Anode am
positiven Potential anschließen (Pluspol sozusagen als Masse). Wenn dann
der Strahl mit hoher Energie von der mit Minuspotential arbeitenden
Kathode kommt, treffen die Elektronen so energiestark auf, dass sie
Sekundärelektronen bilden. Dann könnte die leitfähige Verbindung wegen
der Sekundärelektronen entfallen.
Um was für Leuchtpulver es sich genau handelt wissen wir nicht. Es ist
von einem Leuchtpulverhersteller der diese Pulver für
Röhrenfernsehgeräte herstellt(e). Die genaue chemische Zusammensetzung
wurde uns nicht mitgeteilt.
Das Leuchtpulver ist als kleines Häufchen auf einem Glas aufgebracht.
Das es sich auflädt wussten wir. Wir dachten aber das man kurz etwas
sehen würde.
Als nächstes werden wir ein leitfähiges Glas austesten.
Viel wahrscheinlicher ist es aber das die Anzahl an schnellen Elektronen
nicht reicht um etwas wahrzunehmen. Das Piezoelektrikum macht übrigens
15 kV.
Piezokristall? Wird die Hochspannung deiner Elektronenquelle
(Feldelektronenquelle?) thermo-piezoelektrisch erzeugt?
...so ein Aufbau ist schon sehr sensibel, da gibt es viele Parameter die
eine zuverlässige Erzeugung eines Elektronenstrahls verhindern - auch
der Strom eines solchen Generators ist ja sehr gering, mit dem bloßen
Auge die Fluoreszenz von wenigen µA Elektronenstrom, eventuell noch
schlecht oder gar nicht fokussiert, ist vielleicht gar nicht möglich.
Am Pulver selbst liegt es sicher nicht, wenn es auf UV-Licht reagiert.
Ich habe mal zum testen selbstgebauter GEMs eine lange Leuchtstoffröhre
geschlachtet und das Pulver mit einem Skalpell vom Glas abgeschabt, in
Isopropanol aufgeschwemmt und auf ITO-Glas aufgetragen. Diese Prozedur
einige male wiederholt lieferte eine schöne, gleichmäßige Schicht aus
Fluoreszenzpulver auf dem leitfähigem Glasträger.
...lieferte gute Ergebnisse, nur die Abklingzeit war relativ lang.
Für 'erste Schritte' wäre es sicher besser eine alte Oszi-Röhre zu
schlachten und dessen Elektronenröhre zum Anregen des Pulvers zu
verwenden.
Geht es nicht um die Fluoreszenzerscheinung sondern um die
Elektronenquelle, wäre ein Faraday-Cup für erste Versuche besser
geeignet als ein Leuchtschirm. Dessen Potential lässt sich einstellen
und mit entsprechenden Messinstrumenten lassen sich auch sehr geringe
Ströme zuverlässig messen.
Also ich habe in meiner Jugend die eine oder andere Bildröhre "zerlegt"
und ich kann dir sagen, dass sich auf dem Bildschirm unter der
Leuchtschicht (also dem Betrachter zugewandt) noch ein dünner
mtallischer Film auf dem Glas befindet, um den Strahlstrom tatsächlich
fliessen zu lassen.
Natürlich ist die Helligkeit auf dem Schirm von der Spannung (und damit
vom Strom) abhängig, aber es gibt keinen besonders ausgeprägten
Schwellwert. Ich erinnere mich, dass Bildröhren, die nominal für eine
Anodenspannung von 15...20 kV ausgelegt sind, bereits bei 1...2kV einen
gut sichtbaren, etwas verwaschenen Lichtpunkt zeigten ...
Nur um etwas leuchten zulassen, ist so eine hohe Spannung gar nicht
nötig.
http://de.wikipedia.org/wiki/Fluoreszenzanzeige
Da werden "Beschleunigungsspannungen" von 10-50V zwischen Anode und
Kathode verwendet.
Also die Leuchtschicht in einer Bildröhre wird gegenüber den Kathoden
positiv vorgespannt. Bei einer TV Bildröhre je nach Größe mit bis zu
33kV. heißt wenn dein Pulver Leuchten soll muss das Substrat, auf dem es
aufgebracht ist, leitend sein und positiv vorgespannt. Vorsicht bei
"scharfen" Punkten oder schmalen Linien, die brennen sich sehr schnell
ein.
Gruß René
p.s. einfach mal bei Wikipedia nach Kathodenstrahlröhre suchen, dort ist
das Prinzip sehr gut beschrieben
Paul schrieb:> für einen Versuch haben wir eine Vakuumkammer aufgebaut (inkl.> Turbomolekularpumpe, also starkes Vakuum).
Naja, als "starkes Vacuum" würde ich das bei einer TMP nicht
bezeichnen. Ist diese denn ein- oder zweistufig? Für ein Raster-
elektronenmikroskop reichts eine TMP aber so oder so nicht
> In dieser Vakuumkammer ist> ein Aufbau der Elektronen erzeugt und gerichtet abfeuert
Mit welcher Beschleunigungsspannung (Anodenspannung) arbeitet
Ihr denn
> Eine Glasscheibe mit Leuchtpulver
Eine geerdete Metallplatte (bei negativer Beschleunigungsspannung)
wäre besser geeignet.
Gruss
Harald
War das Wochenende nicht da, habe aber gerade die letzten Beiträge
gelesen.
Metallplatte geht leider nicht, da ich durch das Glas hindurch gucken
muss um das Leuchten zu sehen.
Ich wollte als nächstes ein Glas mit ITO besputtern um es sowohl
leitfähig als auch transparent zu machen. Ich dachte an einen ITO Punkt
von etwa 2mm im Durchmesser mit einer ITO Leitung daran, die ich mit
Hilfe eines Drahtes mit der Rückseite des Piezo verbinde. Somit ist
sichergestellt das sich das ITO unter einer positiven Spannung befindet.
Die Idee mit dem Leuchtpulver aus einer geschlachteten Leuchtstoffröhre
gefällt mir ganz gut, ins Besondere gefällt mir das das Pulver
anscheinend etwas nachleuchtet.
Das Elektronen im Vakuum erzeugt werden haben wir mit einem Elektrometer
bereits gemessen - das funktioniert also grundlegend, nur das es eben
wahrscheinlich viel zu wenige Elektronen für die Anregung des
Leuchtpulvers sind.
Kann ich den Piezo auch mit Silberleitlack bepinseln und mit einer Seite
direkt an das Gate eines MOSFET hängen? Ich stell mir das so vor das an
Source und Drain eine Batterie inkl LED und Vorwiderstand hängt. Das LED
wird dann immer bei Bewegung am LED aufleuchten. Oder muss da ein
Darlingtontransistor dran weil ein MOSFET nicht empfindlich genug wäre?
Wie müsste denn eine passende Schaltung aussehen? Ich bin mir nämlich
nicht sicher ob es ausreicht den PIEZO direkt ans Gate zu schalten, weil
der PIEZO in unserem Fall bis zu 50 KV erzeugt.
Paul schrieb:> Metallplatte geht leider nicht, da ich durch das Glas hindurch gucken> muss um das Leuchten zu sehen.
Dann nimm eine beschichtete Glasscheibe, aus dem backplane eines
LCD-Display geschnitten, die dann am Rand mit einem federnden Kontakt
kontaktiert ist. Die Zinnoxidbeschichtung ist für die vorkommenden
Ströme bestens leitend.
Paul schrieb:> ins Besondere gefällt mir das das Pulver> anscheinend etwas nachleuchtet.
Wenns auf Nachleuchten ankommt, nimm einen Leuchtstoff für Uhren.
Stichwort lume- oder superlume-Leuchtstoff. Ob diese Mischungen aber für
Vakuum geeignet sind? Ausprobieren.
Beim schlachten von Leuchtstoffröhren sind allerdings einige
Sicherheitsvorkehrungen zu treffen!
Du darfst nicht vergessen, dass die ganzen Leuchtstofflampen Quecksilber
enthalten - von wegen Umweltfreundlichkeit und so... Aber das ist ein
anderes Thema.
Auf jeden Fall solltest Du keine gebrauchten oder gar defekten
Leuchtstoffröhren zur Gewinnung des Pulvers verwenden, sondern nur
unbenutzte.
Um die Quecksilberkontamination des gewonnene Pulvers zuindest zu
verringern, bietet es sich an dieses für einige Stunden aufzuheizen; auf
eine Temperatur welche den Dampfdruck des Quecksilbers soweit anhebt
dass möglichst viel davon verdampft, doch nicht so hoch, dass sich das
floureszierende Pulver nicht zersetzt - die eigentlichen Werte gilt es
wohl experimentell zu ermitteln.
Das sollte in einem geschlossenen System stattfinden, dass kein
gasförmiges Quecksilber in die Umluft und Umwelt gelangt - Das beheizte
Pulver also mit Luft oder Inertgas spülen und die Abgase durche eine
Gaswaschflasche leiten welche etwas enthält was das Quecksilber abfängt.
Eine Kryofalle mit passender Kältemischung sollte auch klappen, einen
ausreichend guten Gas-Wärmetauscher vorausgesetzt...
Die Glassplitter und sonstigen Reste der Leuchtstoffröhre sind gut in
einem geschlossenen Plastiksack verpackt z.B. ein einem Baumarkt
abzugeben, wie auch eine intakte Leuchtstoffröhre.
Quecksilberhaltige Abfälle sind über passende Entsorgungsstellen zu
entsorgen.
Bitte nimm das ernst, mit Quecksilber ist wirklich nicht zu spaßen.
Das ist eine andere Liga als z.B. Eisen(III)-Chlorid vom Platinenätzen
im Klo herunterzuspülen (obwohl natürlich auch keine tolle Sache).
Ganz zu schweigen von der Inhalation von gasförmigem Quecksilber oder
der Kontamination von Wohnräumen.
Ich weiß allerdings nicht wieviel Quecksilber überhaupt in den
Leuchtstofflampen steckt - da schon sehr geringe Mengen verdammt
unschöne Folgen haben, also auf jeden Fall Vorsicht walten lassen!
Auch ohne Quecksilber darft Du nicht vergessen, dass es sich bei dem
Floureszenspulver um eine unbekannte Verbindung handelt und somit stets
vom schlimmsten auszuegehn ist - die Substand ist als giftig zu
betrachten.
Entsprechende Vorkehrungen sollten beim Umgang getroffen werden und bei
Unfällen mit Exposition muss auch dementsprechend gehandelt werden.
Zu den Fragen bezüglich des Piezokristalls, dem Aufbau und dem FET kann
ich nichts sagen, ohne zumindest eine Skizze der Konstruktion zu sehen.
Außendem verstehe ich nicht was das alles jetzt mit einem FET zu tun
haben soll, bzw. was der für eine Aufgabe in dem Aufbau besitzt.
Wie wird der Piezo überhaupt angeregt?
Deinen Ausführungen zufolge scheinbar mechanisch, nicht thermisch?!
...unorthodox für Piezo-Elektronenquellen, sofern mir bekannt ist.
@Harald Wilhelms:
Was das Vakuum und die Turbopumpe angeht: Öhm, doch, das sollte schon so
passen. Eine Turbomolekularpumpe ist schon das richtige um eine
Ultrahochvakuum zu erzeugen, wobei natürlich das gesamte Aufbau dafür
ausgelegt sein muss, Stichwort: Ausheizbarkeit, Konduktivität, Gaslast,
...
Moderne Rasterelektronenmikroskope verfügen standardmäßig über eine
Turbopumpe - ältere Modelle zumeist sogar nur über eine Diffusionspumpe,
welche einen höheren Enddruck besitzt, in der Region von 1*10e-6mbar.
Mit Turbomolekularpumpen lassen sich dagegen Enddrücke im Bereich von
~5e-10mbar erzielen (entsprechender Aufbau vorausgesetzt), was für einen
REM völlig ausreichend ist - und für die vom Peter unternommenen
Experimente allemal.
Wobei davon auszugehen ist, dass trotz der Turbopumpe der Basisdruck von
Peters Aufbau weit über dem erwähnten Wert liegt, einfach weil es sehr
viel Kentnisse in Sachen Hochvakuumtechnik, als auf Aufwand bei der
Konstruktion, bedarf, um in den Ultrahochvakuum-Bereich vorzudringen.
Aber solange der Druck in Peters Experimentierkammer nicht weit über
~1*10e-5mbar liegt, sollte es damit keine Probleme geben - und ein
solcher Wert lässt sich auch bei mangelhaften und/oder flüchtigen
Aufbauten mit einer Turbopumpe mit etwas Gasdurchsatz leicht erzielen.
Getterpumpen zusammen mit Titan-Sublimationspumpen sind zwar in der Lage
noch geringere Drücke zu erzeugen, die Pumpleistung ist aber bei weitem
nicht so hoch wie bei einer Turbopumpe - bei Aufbauten mit Schleusen,
allgemein, wo Werkstücke öfters in/aus dem Vakuum befördert werden
müssen - also so wie Elektronenmikroskope - sind diese nicht angebracht.
Um Drücke jenseits der ~1e-10mbar zu erreichen sind nebst perfekter
Aufbauten sehr, sehr lange Pumpzeiten nötig, ich rede hier von Tagen bis
Wochen.
@Peter R.:
Beim Leuchtstoff für Uhren muss man auch sehr aufpassen, dass man sich
nicht unwissend Radium ins Haus holt! Das ist auch heute noch nicht
unwahrscheinlich, gerade auf Flohmärkten und dem digitalen Äquivalent
davon sind alte Uhren bemalt mit Radiumfarbe noch sehr oft anzutreffen.
Diese Radiumfarbe dann auch noch abzukraten kann sehr übel enden, wenn
man nicht weiß was man tut und entsprechend damit umgeht, siehe:
https://de.wikipedia.org/wiki/Radium_Girls
Sascha W. schrieb:> @Harald Wilhelms:> Was das Vakuum und die Turbopumpe angeht: Öhm, doch, das sollte schon so> passen. Eine Turbomolekularpumpe ist schon das richtige um eine> Ultrahochvakuum zu erzeugen,
Entschuldigung, ich hatte mich irgendwie verlesen
und hatte an eine normale Rotationspumpe gedacht,
die typisch nicht mehr als ca 1*10e-4mbar schafft.
Eine Turbomolekularpumpe (mit einer Rotationspumpe
als Vorpumpe) kommt da natürlich deutlich weiter.
> Mit Turbomolekularpumpen lassen sich dagegen Enddrücke im Bereich von> ~5e-10mbar erzielen (entsprechender Aufbau vorausgesetzt), was für einen> REM völlig ausreichend ist
ACK. Unser UHV-RTM-Gerät brauchte für 1*10e-12mbar allerdings
noch etwas mehr Aufwand.
> Aber solange der Druck in Peters Experimentierkammer nicht weit über> ~1*10e-5mbar liegt, sollte es damit keine Probleme geben
Das glaube ich auch.
Ich glaube übrigens nicht, das Leuchstoffe aus LLs für Paul unbedingt
sinnvoll sind. Diese sind ja auf Anregung durch UV-Licht optimiert
und nicht auf Anregung durch Elektronen. Da wäre das Schlachten einer
alten Fernsehbildröre besser, allerdings aus Sicherheitsgründen auch
nicht unbedingt ratsam. Ich vermute, das Problem kommt ganz einfach
durch falsche Auslegung des ganzen Elektronenerzeugungssystems zustande.
Gruss
Harald
