用于生成等離子體和使電子束指向靶的設備的制作方法與工藝

本發明涉及用于生成等離子體和使電子束指向靶的設備，以及所述設備的應用。具體而言，提供了用于在支撐物上涂布一層材料的一種裝置和方法以及用于焊接的一種裝置和方法。

背景技術：
存在被設計用來擔當電子的源和等離子體的源的各種設備。一些這種設備使用由強電場或者加熱管線的熱發射引起的電子發射(這些源可被認定為是“場發射”或者“熱發射”類型的)。電子束的生成和傳輸經常在具有極高真空的環境中發生。在這種情況下，電子不與殘余氣體的原子撞擊并且具有極窄的能譜。然而，束的密度必須被保持相對低，這是因為空間放電效應必須低到足以避免電子包(electronpacket)的空間和能量分散，結果降低了密度和單色性。電子源的另一家族使用基于等離子體的存在的“虛”陰極，電子被從其表面發射。該等離子體陰極的形成需要相對高的(上至0.1毫巴)的殘余氣體壓力。在這種情況下，電子束的傳播伴隨有由電子碰撞殘余氣體的原子而引起的次級等離子體的生成。這種碰撞一方面引起來自電子的能量分散，另一方面通過來自氣體原子的電子的次級發射而引起電子束的強化。次級等離子體的存在還造成靜電屏蔽效應，該效應允許電子包以緊湊而沒有空間分散的方式行進。因此，電子束即使在能量方面是多分散(polydisperse)的也可以具有毫無疑問比“場發射”或“熱發射”源更高的充電密度。存在用于生成作為電子源的等離子體陰極的許多方法：“輝光放電”(例如在US7183564中描述)、“穩態直流放電”(例如在以下各項中描述的：H.Goktas、HulyaKirkici、G.Oke和M.V.Udrea,Ieee等離子體學期刊，Vol.30,No.5,(2002),1837；以及EfimM.Oks和PeterM.Schanin；Phys.Plasmas6,(1999),1649)、弧放電(例如在WO2010/109297A2中描述)，乃至一種類型的潘寧(Penning)放電(例如在G.E.Ozur、S.A.Popov、V.F.Fedushchak和A.V.Saushkin；技術物理快報(TechnicalPhysicsLetters),第32卷,(2006),第928-931頁中描述)，從而至少涵蓋基本工作原理。甚至從陰極到陽極并且超過遠到靶的電子束的傳播和增加也可以以各種方式執行，從而創建兩種主要類的電子源。在第一類中，電子束在靜止殘余氣體的“背景”下在自由空間中傳播，其中在包含電子源的真空室的整個空間中壓力是平衡的(H.Goktas、HulyaKirkici、G.Oke和M.V.Udrea,Ieee等離子體學期刊,第30卷,第5期,(2002),1837；以及在EfimM.Oks和PeterM.Schanin中；Phys.Plasmas6,(1999),1649)。相比之下，在第二類中，由介電材料制成的毛細管被用來引導電子束(在該部分中術語“毛細管”指代直徑在1.5與4mm之間的管。在所述尺寸范圍之外，系統不再工作，這是因為直徑小于1.5mm的毛細管具有過大的阻抗，這不允許等離子體在其內部傳播，同時直徑大于4mm的毛細管不允許足夠的等離子體密度被維持，結果是所生成的電子數量的(以及因而所述用途的消融(ablation)效率的)減少。所述毛細管經常以高于剩余真空室的壓力被殘余氣體流填充，從而形成壓力和密度梯度。這種技術經常被稱作“通道火花放電”(US7183564；WO2010/109297A2；以及G.E.Ozur、S.A.Popov、V.F.Fedushchak和A.V.Saushkin；技術物理快報,第32卷,(2006),第928-931頁)。第一類的源可以以連續發射工作，或者在脈沖模式下工作。使用毛細管的第二類幾乎總是在脈沖模式下工作以避免過熱的潛在問題。事實上，作用于脈沖的占空比，可以將毛細管發射的平均功率保持相對低，以避免因過熱而損壞其內表面。束自由傳播的電子源遭受電子包的引導和分散問題。相比之下，配備有毛細管的源由于毛細管的內部消融而在電子的平均能量方面受限，毛細管的內部消融繼而導致靶材料的污染。另外，因為毛細管對源的形狀施加了嚴格幾何條件，因此毛細管本身構成了系統的工業“放大”的障礙。還應當注意到，當毛細管被使用時，電子束包含(源自毛細管的)雜質并且這些組件的常規維護和替換即使對于極短暫的動作時段(從幾小時到幾天)也是必要的(它們傾向于變臟并且抑制設備生成電子束的能力)。

技術實現要素：
本發明旨在提供用于生成等離子體的設備、包括所述設備的裝置以及使用所述設備的方法，它們允許現有技術的缺點被至少部分地克服并且同時制造和實現起來容易且便宜。該發明還旨在提供用于生成等離子體的設備、包括所述設備的裝置以及使用所述設備的方法，它們具有每一種現有技術替代者的盡可能多的優點以及盡可能少的缺點。因此，本發明提供了用于生成等離子體的設備、包括所述設備的裝置以及使用所述設備的方法，如在下面的獨立權利要求中以及優選地在直接或者間接地引用獨立權利要求的權利要求中的任一個中描述的。附圖說明下面參考附圖描述了本發明，附圖示出了若干非限制性實施例，其中：圖1是按照可以在根據本發明的一種方法中使用的裝置的部分橫截面的示意圖；圖2至圖8是部分按照圖1中的裝置的另外實施例的橫截面的示意圖。具體實施方式以下是對本發明的各種實施例的描述，它們必須被理解為全部適用于甚至通過提交任何單獨的專利申請的方式獨立保護。關于圖7和圖8中的實施例，應當明白沒有加速通道的變形也可以是可能的獨立保護的對象。在圖1中，數字1整體表示用于沉積預定材料的裝置。裝置1包括用于生成等離子體(就是說，稀薄氣體的至少部分電離)并且用于使電子束指向靶3的設備2，該靶3以至少部分預定材料與靶3分離并且被沉積在支撐物4上的方式包括預定材料(具體而言由預定材料構成)。根據替代實施例，預定材料可以由單種均質材料組成或者由兩種或更多種不同材料組成。有利地，靶3被接地。這樣，靶3即使當電子已經撞上靶3時也不排斥(而是吸引)電子束。設備2包括中空元件5，中空元件5被設計為擔當陰極并且包括(外部地界定)內腔6。設備1還包括觸發電極7，觸發電極7包括(具體而言，由之組成)導電材料(具體而言，金屬)。觸發電極7位于(由中空元件5界定的)腔6內部。具體而言，中空元件5包括(更具體地說，由之組成)導電材料(更具體地說，金屬材料)。觸發電極7包括(更具體地說，由之組成)導電材料(更具體地說，金屬材料)。具體而言，術語導電材料指代(在20℃測量的)電阻率小于10-1歐姆米(Ohmm)的材料。有利地，導電材料具有小于10-3歐姆米的(在20℃測量的)電阻率。在一些實施例中，中空元件5包括(具體而言，由之組成)從由鎢、鉬、熱解石墨(及其組合)組成的組中選擇的材料。在一些實施例中，觸發電極7包括(具體而言，由之組成)從由鎢、鉬、不銹鋼、銅、熱解石墨(及其組合)組成的組中選擇的材料。根據圖1中示出的實施例，觸發電極7貫穿中空元件5的壁8。插入在觸發電極7與壁8之間的是基本電絕緣的材料(具體而言，特氟龍、玻璃、石英、陶瓷)的環(未示出)。具體而言，術語基本電絕緣的材料指代(在20℃測量的)電阻率大于103歐姆米的材料。有利地，不導電的材料具有大于107歐姆米的(在20℃測量的)電阻率(更有利地，大于109歐姆米)。根據一些實施例，基本電絕緣的材料是介電材料。設備2還包括電阻器10，電阻器10將觸發電極7接地并且具有至少100歐姆(Ohm)的電阻，有利地具有至少1千歐姆的電阻。具體而言，電阻器10具有約20千歐姆的電阻。在其他實施例中，具有等價功能的另一電子設備被用來代替電阻器10。有利地，電容器10a位于觸發電極7與地之間(與電阻器10并聯)。電容器10a具有0.5納法(nF)與10納法之間的電容，有利地具有1納法與5納法之間的電容。根據特定實施例，電容器19具有約3納法的電容。在腔6內部存在稀薄氣體。根據一些實施例，腔6包含壓力小于或者等于5x10-2毫巴(具體而言，小于10-2毫巴)的稀薄氣體。具體而言，腔6中包含的稀薄氣體具有大于或者等于10-5毫巴(更具體地說，大于或者等于10-4毫巴)的壓力。與此相關，應當注意到設備2包括被設計為將上面提到的壓力限定(保持)在腔6內部的壓力調節系統P。有利地，壓力調節系統P被設計為在腔6內部限定(保持)大于外部(外室45)壓力的壓力。具體而言，壓力調節系統P被設計為在腔6內部限定(保持)比外部壓力大至少10倍(在一些情況下為至少15倍)的壓力。更準確的說，在外部(其中存在稀薄氣體—根據一些實施例，無水的氣體)，大于或者等于10-6毫巴的壓力被保持。在一些情況下，在外部，小于或者等于10-5毫巴的壓力被保持。壓力調節系統P包括用于在腔6內部提供氣體(有利地為無水的)的氣體提供單元(以與在任何情況下總是在沉積室內部的設備外部相比增加其壓力)。具體而言，氣體提供單元包括進入腔6的導管7'以及壓力源P'(例如泵)。應當注意到，在示出的實施例中，在圖1中導管7'還擔當(如上所述的)觸發電極7。換言之，導管7'和觸發電極7重合。在一些實施例中，調節系統P包括快速開閉閥，通常為能夠在小于100毫秒內(尤其在小于500納秒內)打開和/或關閉的閥。這樣，可以在脈沖模式下產生等離子體，而無需管理下面描述的電勢差的應用中的快速脈沖。存在于腔6內和外部(在外室45中)的氣體基本上相同。氣體有利地是無水的。在一些實施例中，氣體基本上是惰性的。在一些情況下，氣體是從由氧氣、氮氣、氬氣、一氧化氮、氦氣、氙氣、氫氣(及其組合)組成的組中選擇的。根據一些實施例，氣體是氬氣以及必要情況下的0％到10％數量(按體積與氣體總體積之比計)的氧氣。可替代地，氣體是氬氣以及上至1％(按體積與氣體總體積之比計)的從由H2、He、N2組成的組中選擇的另一元素。中空元件5包括用于使腔6與外部流體連通的開口11。設備2還包括用于使腔6中包含之物通過開口11朝外部的移動加速的加速通道12。更準確的說，加速通道被設計為使腔6中包含之物朝靶3(具體而言，朝交互元件18)加速。加速通道12包括至少一個(連續的)漸細部分13。具體而言，部分13朝外部逐漸變細。加速通道12還包括相對于腔6(并且相對于開口11)位于部分13下游的部分14。有利地，所述部分14朝部分13(連續地)逐漸變細。換言之，加速通道12構成拉伐爾噴嘴(deLavalnozzle)。根據示出的實施例，部分13大致具有截頭圓錐形。部分14大致具有截頭圓錐形。具體而言，部分13包括具有至少大約14mm2通路面積(即管道或者自由截面)的面向外部(并且因而面向部分14)的末端15。所述通路面積上至大約25mm2。更準確的說，所述通路面積是從大約17mm2到大約22mm2(具體而言為大約20mm2)。部分13包括具有至少300mm2(具體而言為至少350mm2)通路面積的面向腔6的末端16。所述通路面積上至大約2000mm2。加速通道12位于腔6與外部之間。具體而言，腔6通過加速通道12與外部流體連通。應當注意到加速通道12包括面向開口11的末端(具體而言為末端16)。設備2還包括穩定單元17，穩定單元17繼而包括位于中空元件5外部的交互元件18。交互元件18包括(具體而言，由之組成)導電材料(金屬)。有利地，所述材料具有高于1300℃的熔點。根據一些實施例，所述材料是從由鐵(尤其是不銹鋼)、鎢、鉬、鉻、熱解石墨(及其組合)組成的組中選擇的。具體而言，交互元件18包括(由之組成)從由鎢、鉬、熱解石墨(及其組合)組成的組中選擇的材料。穩定單元17還包括與交互元件18電連接并且接地的電容器19。漸細部分13朝交互元件18逐漸變細(并且被設計為使腔中包含之物朝交互元件18的移動加速)。有利地，電容器19具有比與中空元件5相(電)連接的電容器的電容更小的電容。具體而言，所述電容器具有至少為電容器19的電容兩倍的電容。更具體地說，電容器19具有0.5納法與10納法之間的電容，有利地具有1納法與5納法之間的電容。根據特定實施例，電容器19具有約3納法的電容。相比之下，在其他實施例中，具有等價功能并且在可能情況下具有相同電容的另一電子設備被用來代替電容器19。穩定單元還包括電阻器20，電阻器20將交互元件18接地。具體而言，電阻器20與電容器19并聯放置。根據一些實施例，電阻器20具有至少1千歐姆的電阻，并且有利地具有上至1百萬歐姆的電阻。具體而言，電阻器20具有從大約5千歐姆到大約10千歐姆的電阻。相比之下，在另外的實施例中，具有等價功能并且在可能情況下具有相同電阻的另一電子設備被用來代替電阻器20。交互元件18包括通路通道18a，其通路面積大于(或者等于)加速通道12與腔6相反(即與開口11相反)的(具體而言為部分14的)一端26的通路面積。設備2還包括激活組21，激活組21被設計為在中空元件5與交互元件18之間施加電勢差。激活組21(還)被設計為在中空元件5與觸發電極7之間施加電勢差。在一些實施例中，激活組21與在公開號為WO2010/109297、WO2011/148251的專利申請中和/或在申請PCTIT2011000301、PCTIB2011054182中描述的激活組(具體見這些專利申請中描述的激活組11)相似。具體而言，激活組21被設計為引起中空元件5的至少為2kV(具體而言為至少6kV)的電勢降低(具體而言從大體等于零的電勢開始)。更準確的說，激活組21引起中空元件5的至少為12kV(具體而言為至少18kV)的電勢降低。激活組21引起中空元件5的上至25kV(具體而言為上至24kV；更準確的說上至20kV)的電勢降低。中空元件5的電勢降低在小于1000ns內發生，具體在小于20ns內發生。具體而言，這是通過使至少為0.16mC(上至0.5mC)的電荷脈沖指向中空元件5來完成的。有利地，激活組21被設計為在小于15ns內(更準確的說在小于10ns內)對中空元件5施加勢降低；在一些情況下在小于約4ns內對中空元件5施加勢降低。這樣，等離子體(在中空元件5內部)被創建。應當注意到在下文中其中形成等離子體的整個空間(其在剛描述的情況下至少對應于腔6)將被整體稱作生成空間。因此，在使用中，激活組21根據上面描述的參數在中空元件5與觸發電極7之間施加電勢差。結果，等離子體在腔6內被生成(就是說，存在稀薄氣體的至少部分電離)。當腔6中形成的電子進入加速通道12時，利用交互元件18建立的電勢差允許電子被沿著加速通道12朝靶3加速。在它們的移動期間，這些電子撞擊氣體的另外分子并且因而引起次級電子的發射，次級電子繼而被朝靶3加速。除此之外，應當注意到腔6中包含的氣體進入加速通道12(拉伐爾(deLaval)噴嘴)并且將其填充。此時，穿過加速通道12的所述氣體(由于加速通道12的特殊幾何配置)被加速。氣體的分子的橫向自由度被轉化為與加速通道12的軸平行的運動。分子(沿著通路通道18a)穿過交互元件18并且繼續其朝靶3的旅程。作為一個整體，系統以這種方式被有利地構造：其在帕邢曲線(Paschencurve)的最小值的左側的條件下(F.Paschen,Wied.Ann.,37(1889)69)，以使得(在加速通道12中)被加速的氣體噴射中的氣體相對于鄰近空間的更大密度引起噴射自身內部的中空元件5(其擔當陰極)與交互元件18(其擔當陽極)之間的優選放電，從而避免了系統的其他部件之間的放電。這樣，系統的部件被更少磨損并且電子束具有相對少量的雜質。另外，這樣，放電在設備1外部(即在加速通道12外部)不被觸發。噴射的氣體被中空元件5與交互元件18之間的放電所電離，電子和等離子體在該區域中傳播并且越過交互元件18朝靶3傳播(因此，整個等離子體形成區是稱為生成空間者的一部分)。此時，交互元件18改變角色，從而擔當陰極(因為同時其雜散電容被完全充電為電離前端所攜帶的陰極電勢)并且靶3擔當陽極。等離子體中的電子由交互元件18與靶3之間的電勢差而被加速。所述電子撞擊靶3，從而使其融化或者引起其消融。因為靶3擔當陽極，因此靶3被(利用適合于承受大于或者等于1kA的高電流脈沖的導線)接地是有利的。這樣，靶3即使當電子已經撞上靶3時也不排斥(而是吸引)電子束。另外，在該實施例中，靶3無需由導電材料制成，就是說，靶3可以由絕緣材料和/或介電材料制成。有利地，靶3被在沒有插入電阻器的狀態下接地。換言之，靶3以最小可能電阻被接地。被加速到靶上的電子脈沖的密度和效率可以通過改變被提供給中空元件5的電勢的脈沖來控制，或者通過修改電容器19的電容、加速通道12與靶3之間的氣體壓力、距離來控制。設備2還包括由基本絕緣材料(如上面定義的—通常為玻璃)制成的管狀元件22(套筒)。所述管狀元件22允許在中空元件5與交互元件18之間實現結構穩定性。根據未示出的一些實施例，管狀元件22不存在。管狀元件22由(如上面定義的)基本絕緣材料制成。根據一些實施例，管狀元件22由介電材料制成，有利地由玻璃或者陶瓷制成。設備2還包括操作者接口單元(已知類型的并且未被示出)，其允許操作者調節設備2的操作(例如工作參數的用途和/或編輯)。當以為了創建電子脈沖序列的方式工作時，脈沖的頻率必須基于包括預期用途(例如如果旨在執行消融或焊接)和靶3的類型(例如考慮到用于制造靶3的材料的類型)在內的各種要素來選擇。在一些情形下，(等離子體被生成并且)電子束被以至少為2Hz(在一些情況下至少為30Hz；更準確的說至少為100Hz)的頻率指向靶3。圖2示出了被標記為2’的設備2的另一實施例。設備2'與設備2在幾何方面不同(相同元件但是具有不同形狀)。設備2'還包括作為不同部件的觸發電極7和導管7'(就是說它們不重合)。另外，設備2'沒有交互元件18。更準確的說，在這種情況下，交互元件18所履行的功能被靶3執行。換言之，靶3和交互元件18重合。同時(相比之下)，在設備2中，交互元件18和靶是不同的部件(就是說，它們不重合)。有利地(在設備2'中)，靶3被電連接到地。靶3(另外)由導電材料(諸如上面針對交互元件7定義的)制成。有利地，靶3被在沒有插入電阻器的狀態下接地。換言之，靶3以最小可能電阻被接地。靶3和與地的連接應當有利地以它們可以承受(1kA或者以上的)高電流脈沖的方式來選擇。設備2'允許在使電子束指向靶3的特定點時的特定精度。具體而言，應當注意到存在極少的電子束的分散(橫向地—變寬)。人們認為這是由于電子在由加速元件23與靶3之間的正離子界定的一種通道中移動的事實。設備2'在希望執行焊接(而非消融)的情況下特別有用。圖3示出了被標記為2”的設備2的另一實施例。設備2”基本上由于在加速通道12(具體而言為加速元件23)與中空元件5之間存在管狀元件24的事實而與設備2’不同。管狀元件24被設計為使腔6與加速通道12流體連通。管狀元件24包括兩個開口端24a和24b以及內部管道24c(其使腔6與加速通道12流體連通)。管狀元件24和相關內部管道24c具有相應的大體圓形的橫截面。管狀元件24由(如在上面定義的)電絕緣材料制成。根據一些實施例，管狀元件24由介電材料制成，介電材料有利地為玻璃、石英或者陶瓷。在實驗期間曾觀察到在中空元件5—加速元件23系統內部生成并且被氣體噴射(jetofgas)朝靶3傳輸的電子的密度取決于在中空元件5內部創建的等離子體的密度。所述密度受各種參數(例如：腔6內部的氣體壓力、被提供給所生成的等離子體的電流、生成等離子體的電勢差，等等)控制，但是其還可能受設備自身內部的等離子體柱(column)的幾何結構控制。在引入管狀元件24的情況下，等離子體柱的幾何結構(長度和橫截面)限定了等離子體的電感，并因而限定了在等離子體的源內部攜帶的電流的最大值。相比之下，電流限定了等離子體的溫度和密度，由之得出從等離子體中提取并且由源提供的電子數量。因此，通過修改管狀元件24(更準確的說是相關管道24c)的長度和橫截面(直徑)，可以調節離開加速通道12的電流(換言之，電子束；就是說，每時間單位的電子數目)。更準確的說，管狀元件24內部的通路面積越小(就是說，管道24c的橫截面越小)，電流越小(電阻和電感越大)；管狀元件24越短，電流越大(電阻和電感越小)。以簡單方式(通過改變管狀元件24的尺寸)調節(具體而言為增加)離開加速通道12的電流的可能性較之現有技術是顯著優點。圖4示出了被標記為2IV的設備2的另一實施例。設備2IV(因為以下事實而與設備2'不同)包括交互元件18(除了靶3之外)。交互元件18包括通路通道18a并且與加速通道12流體連通。通路通道18a包括面向加速通道12的出口端26的入口端25。端26與端16相反。交互元件18還包括內室27，內室27與通路通道18a流體連通并且橫向地由至少一個壁28界定。內室27包括兩個開口端29和30。具體而言，內室27在橫向于通路通道18a延伸方向的方向上在端29和30之間延伸。應當注意到靶3面向交互元件18的表面大體垂直于室27在端29和30之間延伸的方向。在一些實施例中，內室27具有大體圓柱形形狀。根據示出的實施例，設備2IV還包括附加電極31。有利地，附加電極31被接地。具體而言，附加電極通過電阻器R被接地。通常該電阻器R具有至少100歐姆的電阻，有利地具有至少1千歐姆的電阻。具體而言，電阻器R具有大約20千歐姆的電阻。有利地，附加電極31包括被橫向地界定的內部通路31'。在使用中，電子束通過內部通路31'移動。具體而言，附加電極具有大體環形形狀。具體而言，靶3通過具有最低可能電阻的導線而被直接接地。有利地，在示出的所有實施例中，靶3被在沒有插入電阻器的狀態下接地。換言之，靶3被以最小可能電阻接地。根據未示出的實施例，附加電極31不存在。在這些情況下，靶3被(直接)接地(而沒有插入電阻器)。根據一些實施例，交互元件18被接地。具體而言，交互元件18通過電阻器32(或者等價裝置)被接地。該電阻器32通常具有至少100歐姆的電阻，有利地具有至少1千歐姆的電阻。具體而言，電阻器32具有大約20千歐姆的電阻。有利地，電容性裝置33也存在(具體而言為電容器)。所述電容性裝置33與電阻器32并聯。電容性裝置33通常具有0.5納法與10納法之間的電容，有利地具有1納法與5納法之間的電容。根據特定實施例，電容性裝置33具有約3納法的電容。有利地(具體而言，為了保證機械穩定性)，加速元件23和交互元件18通過如在上面定義的管狀元件22(盡管在這種情況下其被安裝在加速元件下游)而相互連接。根據一些實施例，所述管狀元件22不存在。在使用中，等離子體和電子通過中空元件5(其電勢被突然使得下降，如先前針對設備2說明的)與觸發電極7的交互而被產生。等離子體和電子(還)由于加速通道12而被朝交互元件18傳送。此時，由交互元件18和附加電極31(和/或靶3)構成的系統擔當使電子加速并且將其朝靶傳送的電子提取器和加速器。室27在橫向于來自腔6的電子(和等離子體)的出料(outfeed)方向的方向上延伸的事實允許電子束被使得以相對于靶3的最佳方向(通常為垂直)撞擊。基于上面所指出的，電子束對靶3的撞擊效率被提高。另外，在使用中，由消融材料組成的羽狀物(plume)36(羽狀物36在圖5至圖10中被示意性地示出)在垂直于靶3表面的方向上傳播，所述方向貫穿開口端29和30，朝著支撐物4。再一次，在這種情況下，沉積的質量和效率被顯著提高。這樣，傳播通過交互元件18的室的羽狀物的材料被存在于所述室中的等離子體重新處理。該效果對沉積的質量具有正面影響，從而精確地影響所沉積的材料的顆粒尺寸(減少其值)。由于上面指出的優點，其中通路通道18a橫向于室27的延伸的交互元件18的所述特殊形狀在沒有加速元件的實施例中也可以是有利的。因此，其應當被認為是通過單獨申請進行獨立保護的可能對象。圖5示出了被標記為2V的設備2的另一實施例。設備2V(由于以下事實而與設備2IV不同)包括與交互元件18相連的另一激活組21'。激活組21'的結構和操作類似于激活組21的那些并且被設計為放大整體效果。然而，激活組21'被設計為對交互元件18施加負電勢，其在絕對值上比激活組21'被設計為對中空元件5施加的負電勢更低。在使用中，連續地或者使用脈沖(在脈沖的情況下，提供給交互元件18的脈沖必須與提供給中空元件5的脈沖同步；在這種情況下，電容性裝置33可被省略)使交互元件18達到負電勢(上面參考關于圖1中的實施例的中空元件5而被描述)。系統在帕邢曲線的最小值左側的區域中工作，因此，系統相對于主放電的自發火花是穩定的。中空元件5上的絕對值更大的負電勢的脈沖通過管狀元件22(管狀元件22主要支撐系統的機械剛度并且可被自由空間替代)激發陰極與交互元件18之間的放電(由于加速通道12的存在)。腔6中創建的等離子體朝交互元件18傳播并且用作交互元件18內部的等離子體的創建過程的發起者。所述等離子體中包含的電子通過交互元件18與附加電極31之間的電勢差而被提取。附加電極31與地面(地)電勢之間的電阻限制了被附加電極31指向靶3的電子束所轉移的電流。所述電阻在交互元件18與靶3之間的放電期間引起附加電極31上的負電勢的增加。因此，附加電極31變成由附加電極31和靶3組成的系統的虛陰極。電子的加速在附加電極31與靶3之間的間隙中發生。高能電子使靶的材料消融并且生成等離子體的爆炸性噴射以及朝交互元件18傳播的靶的中性材料的顆粒的爆炸性噴射，它們在交互元件18處遇到主放電的等離子體。兩個等離子體之間的交互作用引起靶3的等離子體的進一步電離以及靶3(其被直接接地—在沒有插入的電阻器的狀態下)的中性材料的顆粒的電離。圖6示出了被標記為2VI的設備2的另一實施例。設備2VI(因為以下事實而與設備2v不同)不包括與中空元件5相連的激活組21。中空元件5被接地。具體而言，中空元件5通過電阻器34(或者等價裝置)而被接地。該電阻器34通常具有至少100歐姆的電阻，有利地具有至少1千歐姆的電阻。具體而言，電阻器34具有大約20千歐姆的電阻。有利地，還存在電容性裝置35(具體而言為電容器)。所述電容性裝置35與電阻器34并聯。電容性裝置35通常具有0.5納法與10納法之間的電容，有利地具有1納法與5納法之間的電容。根據特定實施例，電容器19具有約3納法的電容。另外，設備2VI沒有電阻器32和電容性裝置33。在這種情況下，在使用中，生成等離子體和電子束的過程以負電勢的脈沖到達交互元件18開始。加速通道12以及交互元件18與中空元件5之間的電勢差將電子從內室27推向中空元件5并且快速地給電容性裝置35充電。此時，在交互元件18內部(在室27中)，相對于壁28的正電勢被創建并且空心陰極效應被引發，從而使存在的電子數目放大(電容性裝置35已被充電為交互元件的電勢，因而電子不再被從中空元件5中移開)。交互元件18與附加電極31之間的電勢差(要記得，如關于圖4的實施例所述，附加電極31通過如在上面定義的電阻器而被以電方式接地)使在交互元件18內部生成的電子移開并且朝靶3(其被直接接地)加速。應當注意到交互元件18和中空元件5在圖6的實施例中擔當觸發電極。圖7示出了被標記為2VII的設備2的另一實施例。設備2VII(因為以下事實而與設備2不同)包括在觸發電極7內的中空元件5。中空元件5包括兩個開口端5a和5b。中空元件5還包括橫向地界定腔6的側壁5c。觸發電極7包括兩個開口端7a和7b。觸發電極7還包括限定通路7d的側壁7c。中空元件5(具體而言為側壁5c)包括至少一個(在討論中的情況下為四個—其中的三個被示出)開口37。開口37使通路7d與腔6流體連通。具體而言，在使用中，電子束穿過開口37。在中空元件5與觸發電極7之間引起的電勢差決定了離開加速通道12(其具有更高壓力—考慮到帕邢曲線)的加速氣體流中的等離子體的形成。在示出的實施例中，中空元件5具有大體環形形狀(具有圓形橫截面)。觸發電極7具有大體環形形狀(具有圓形橫截面)。有利地，中空元件5和觸發電極7大體上是同軸的。具體而言，開口端5a和5b分別面朝與開口7a和7b相同的方向。另外，加速通道12(并且因而加速元件23)被插入在氣體提供單元(具體而言為導管7')與中空元件5之間。具體而言，加速通道12(并且因而加速元件23)被插入在氣體提供單元(具體而言為導管7')與觸發電極7之間。設備2VII還包括交互元件18。根據一些實施例，交互元件18被接地。具體而言，交互元件18通過電阻器41(或者等價裝置)而被接地。設備2VII的操作類似于針對設備2描述的操作并且基本由于從中空元件5到靶3的電子束不穿過加速通道12的事實而與設備2區分開(除了上面所述內容之外)。應當注意到，在任何情況下，電子束都穿過交互元件18。雖然設備2VII即使沒有加速元件23也可以工作，但是實驗已經表明加速通道12顯著地改善了設備2VII的工作。圖8示出了被標記為2VIII的設備2的另一實施例。設備2VIII(因為以下事實而與設備2VII不同)不包括觸發電極7并且其不包括開口37。設備2VIII包括具有腔6以及兩個開口端5a和5b的中空元件5。腔6被側壁5c橫向地界定。中空元件5具有大體圓柱形(中空)形狀。具體而言，中空元件5具有大體環形形狀。中空元件5被電連接到激活組21(如在上面定義的)。設備2VIII還包括管狀元件38(被設計為擔當潘寧陽極，E.H.Hirsch、Br.J.Appl.Phys.15(1964)1535)。根據一些實施例，管狀元件38被接地。具體而言，管狀元件38通過電阻器39(或者等價裝置)而被接地。該電阻器39具有至少100歐姆的電阻，并且有利地具有至少1千歐姆的電阻。具體而言，電阻器34具有大約20千歐姆的電阻。有利地，還存在電容性裝置40(具體而言為電容器)。所述電容性裝置40與電阻器39并聯。電容性裝置40通常具有0.5納法與10納法之間的電容，有利地具有1納法與5納法之間的電容。根據特定實施例，電容器19具有約3納法的電容。管狀元件38位于中空元件5內部(具體而言在腔6中)。具體而言，管狀元件38與中空元件5大體上是同軸的。設備2VIII還包括交互元件18。根據一些實施例，交互元件18被接地。具體而言，交互元件18通過電阻器41(或者等價裝置)而被接地。該電阻器41通常具有至少100歐姆的電阻，并且有利地具有至少1千歐姆的電阻。具體而言，電阻器34具有大約20千歐姆的電阻。有利地，還存在電容性裝置42(具體而言為電容器)。所述電容性裝置42與電阻器41并聯。電容性裝置42通常具有0.5納法與10納法之間的電容，有利地具有1納法與5納法之間的電容。根據特定實施例，電容器19具有約3納法的電容。設備2VIII還包括加速通道12(具體而言為加速元件23)。加速通道12(如在上面定義)被設計為將無水氣體推送到管狀元件38中。加速通道12(并且因而加速元件23)被插入在氣體提供單元(具體而言為導管7')與中空元件5(具體而言為管狀元件38)之間。設備2VIII還包括至少一個(在討論的情況下為兩個)磁場源44。具體而言，源44被設計為在通過開口端5a和5b的通路的方向上創建磁場。具體而言，磁場應當與交互元件18的軸大體平行。源44可以是永磁體或者電磁源(包括線圈，可變電流沿著該線圈通過)。源44產生與中空元件5的軸平行的磁場。在負電勢脈沖通過激活組21到達中空元件5的情況下，大量等離子體在管狀元件38(潘寧陽極)內部被創建，這些等離子體處于比中空元件5的電勢略微更加正(positive)但是比潘寧陽極的電勢明顯更加負(negative)的電勢，從而創建電勢梯度并且因而創建徑向電場(垂直于中空元件5的軸)。源44產生與中空元件5的軸平行的磁場。在交叉的場中，電子被從系統的中央朝潘寧陽極快速地加速，從而圍繞磁場的線執行進動(precession)并且產生存在氣體的強電離。交互元件18被用來使用上面提到的處理從所創建的等離子體中移開電子。雖然設備2VIII即使沒有加速元件23也可以工作，但是實驗已經表明加速通道12顯著地改善了設備2VIII的工作。裝置1因而包括設備2-2VIII中的至少一個設備以及一個外室45，靶3和支撐物4位于外室45中。外室45中存在的條件(例如所包含的氣體的壓力和類型)是上面參照(設備2的)外部描述的那些。應當注意到，根據本發明的一個方面，一種方法被提供用于在支撐物4上涂布預定材料。該方法包括發射步驟，在發射步驟期間設備2-2VIII中的至少一個以從靶3中移開至少部分預定材料并且使其指向支撐物4的方式使電子束指向包括預定材料的靶3。除了上面描述的優點之外，所有實施例都具有作為現有技術的改進的各種方面。尤其應當注意到，所獲得的電子束具有極低的分散(其相對于行進方向極少橫向地傳播)。這不僅提高了精度，而且允許預定點處的更大能量集中(增加的密度)。另外，還應當強調，盡管在一些實施例中由介電材料(通常為玻璃)制成的管狀元件的存在仍被提議，但是所述管狀元件的存在不是必要的。沒有玻璃毛細管的所提議設備(2-2VIII)可以實現(乃至超過)當前配備有這種毛細管的設備的性能。換言之，根據所描述的，可以避免玻璃毛細管的使用。這允許：-制造成本的降低(迄今為止使用的毛細管具有相當大的成本)；-維護需求的下降(玻璃毛細管必須被定期替換，這是因為它們變臟并且因為由相對易碎材料制成的它們變得磨損并且/或者損壞)；-脈沖頻率的增大(以及因而在單位時間內提供給靶3的能量的增大—對于玻璃毛細管，高頻率無法被達到，這是因為毛細管將融化)。如在上面指出，附圖中示出之物與用于沉積預定材料的裝置有關。然而，應當注意到設備2-2VIII(部分由于上面指出的其相對于現有技術的優點)也適用于其他類型的應用。對此，重要的是強調設備2-2VIII也可以被用于焊接。因此，根據本發明的另一方面，提供了一種焊接裝置。在這種情況下，裝置與裝置1大體相同并且在結構上與之不同之處僅在于支撐物4的不存在以及不同類型的靶3。具體而言，焊接裝置包括設備2-2VIII中的至少一個、外室45以及靶3，其該靶位于外室45中(并且焊接被在其上執行)。根據本發明的另一方面，一種用于在靶3上焊接的方法也被提供。該方法包括發射步驟，在發射步驟期間，設備2-2VIII中的至少一個以執行焊接的方式使電子束對準(包括預定材料的)靶3。除非另外明確指出，否則本文中指出的參考文獻(文章、書、專利申請等)的內容被整體引用。具體而言，提到的參考文獻通過引用而被結合于此。