DE10040896B4 - Apparatus and method for ion beam acceleration and electron beam pulse shaping and amplification - Google Patents

Apparatus and method for ion beam acceleration and electron beam pulse shaping and amplification Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung, umfassend:
(A) einen Ionenbeschleunigertank (1) mit zentraler Behälterachse (2) zur Führung und Beschleunigung eines gepulsten Ionenstrahls (3) in der Behälterachse (2),
(B) eine Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung (4) mit Elektronenstrahlachse (5) zur Mikrostrukturierung und Verstärkung von Stromimpulsen für die Versorgung der Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung mit Hochfrequenzleistung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung (4) mit ihrer Elektronenstrahlachse (5) quer und versetzt zur Behälterachse (2) angeordnet ist und außerhalb des Ionenbeschleunigertanks (1)
(a) eine Elektronenkanone (6),
(b) einen Hochfrequenzdeflektor (7),
(c) einen Gleichspannungsdeflektor (8),
(d) einen Kollektor mit Gegenfeld (9) und
(e) einen Nachbeschleuniger (10) aufweist und innerhalb des Ionenbeschleunigertanks
(f) einen Leistungskoppler (11) zur Ankopplung der Leistung des Elektronenstrahls (14) an einen Verbraucher (12), wie dem gepulsten Ionsenstrahl (31) und
(g) einen Hauptkollektor (13) zur Aufnahme der Restleistung des Elektronenstrahls (14)
aufweist, wobei die Vorrichtungskomponenten (a)...Apparatus for ion beam acceleration, comprising:
(A) an ion accelerator tank (1) having a central container axis (2) for guiding and accelerating a pulsed ion beam (3) in the container axis (2),
(B) Electron beam pulse shaping and amplifying means (4) with electron beam axis (5) for microstructuring and amplifying current pulses for the supply of the device for ion beam acceleration with high-frequency power,
characterized in that
the electron beam pulse shaping and amplification device (4) is arranged with its electron beam axis (5) transversely offset relative to the container axis (2) and outside the ion accelerator tank (1)
(a) an electron gun (6),
(b) a high frequency deflector (7),
(c) a DC deflector (8),
(d) a collector with opposing field (9) and
(e) has a post-accelerator (10) and within the ion accelerator tank
(F) a power coupler (11) for coupling the power of the electron beam (14) to a consumer (12), such as the pulsed ion beam (31) and
(g) a main collector (13) for receiving the residual power of the electron beam (14)
having the device components (a) ...

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ionenstrahlbeschleunigung und zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.The The invention relates to an apparatus and method for ion beam acceleration and for electron beam pulse shaping and amplification according to the independent claims.

Für eine Ionenstrahlbeschleunigung von Schwerionen wie Kohlenstoffionen, Sauerstoffionen und dergleichen in Linearbeschleunigern und Cyclotronbeschleunigern werden Leistungen im Bereich von mehreren Megawatt bei Frequenzen um 300 MHz benötigt. Für derart hohe Leistungen und bei derartigen Frequenzen versagen die konventionellen Hochfrequenzleistungsverstärker wie Topfkreisverstärker, die im allgemeinen in einem Frequenzbereich von 50 bis 200 MHz und in einem Leistungsspektrum bis zu 50 kW einsetzbar sind. Für höhere Frequenzen und höhere Leistungen bietet sich das Prinzip der Klystron-Leistungsverstärkung an, das sich im Frequenzbereich von 350 MHz bis 20 GH durchgesetzt hat. Dabei handelt es sich wie bei Wanderfeldröhren um eine lineare Anordnung, wobei ein aus einer Elektronenkanone austretender Strahl mittels longitudinaler Geschwindigkeitsmodulation in Elektronenpakete gegliedert wird. Diese Mikrostruktur des Strahls wird in sogenannten Bunches-Kavitäten mittels gerichteter longitudinaler hochfrequenter elektrischer Felder erzeugt. Der derart strukturierte Elektronenstrahl erzeugt dann in der Ausgangskavität oder dem Ausgangskreis die gewünschte Hochfrequenzleistung. Nach Abzug dieser Hochfrequenzleistung wird seine Restenergie schließlich in einem Kollektor deponiert oder abgeleitet. Leistungsklystrons mit Betriebsfrequenzen von 200 MHz haben bereits eine Baulänge von 5 m. Für Betriebsfrequenzen darunter werden die Baulängen unhandlich und die Geräte unförmig und beanspruchen einen Raumbedarf, der mit erheblichen Kosten verbunden ist. Eine wesentliche Ursache für diesen enormen Raumbedarf liegt in der Formierung der Elektronenstrahlimpulse bzw. der Elektronenpakete in der Röhre, wozu langgestreckte, mehrere hundert Zentimeter lange Driftstrecken benötigt werden. Für wesentlich tiefere Frequenzen, wie unter 200 MHz, wird deshalb auf die Topfkreisverstärker in Form von Leistungsröhren zurückgegriffen, jedoch für den Frequenzbereich zwischen 200 und 350 MHz gibt es bisher keine wirtschaftliche Lösungen, die einen hohen Leistungspegel von mehreren Megawatt und eine entsprechende Betriebsfrequenz zulassen.For an ion beam acceleration of heavy ions such as carbon ions, oxygen ions and the like in linear accelerators and cyclotron accelerators are performances in the range of several megawatts at frequencies around 300 MHz needed. For such high powers and at such frequencies fail the conventional high frequency power amplifier as Cavity resonator amplifier generally in a frequency range of 50 to 200 MHz and can be used in a power spectrum up to 50 kW. For higher frequencies and higher Achievements is the principle of klystron power amplification, which has prevailed in the frequency range from 350 MHz to 20 GH. These are, like traveling-wave tubes, a linear arrangement, wherein a beam emerging from an electron gun by means of longitudinal velocity modulation into electron packets becomes. This microstructure of the beam is in so-called Bunches cavities means directed longitudinal high-frequency electric fields generated. The thus structured electron beam then generates in the Ausgangsskavität or Output circle the desired RF power. After deduction of this high frequency power is his residual energy finally deposited or derived in a collector. Leistungsklystrons with operating frequencies of 200 MHz already have a length of 5 m. For Operating frequencies including the lengths are unwieldy and the devices misshapen and require a space requirement, which is associated with significant costs is. A major cause for This enormous space requirement lies in the formation of the electron beam impulses or the electron packets in the tube, including elongated, several One hundred centimeters long drift paths are needed. For essential lower frequencies, such as below 200 MHz, is therefore due to the cup circuit amplifiers in Form of power tubes resorted however for the frequency range between 200 and 350 MHz does not exist so far economical solutions, a high power level of several megawatts and a corresponding operating frequency allow.

In den letzten Jahren hat sich ein Konzept durchgesetzt, das sich Klystrodenprinzip nennt. Bei diesem Prinzip handelt es sich um eine Kombination von Elementen des röhrengetriebenen Verstärkers und des Klystrons. Die Elektronenimpulse werden dabei mittels eines Steuergitters erzeugt und der gepulste Elektronenstrahl durchläuft dann nacheinander eine Ausgangskavität und einen Kollektor. Zwar kann diese Anordnung sehr kompakt gebaut werden, aber, soweit sich dieses Konzept durchgesetzt hat, wird es für Fernsehsender eingesetzt mit einer relativ geringen Sendeleistung von maximal 60 kW im UHF-Band, so daß diese Lösung in Konkurrenz zu den standardmäßigen Topfkreisverstärkern einsetzbar ist, jedoch nicht die hohen Leistungen bringt, die für eine Ionenstrahlbeschleunigung erforderlich sind.In In the last few years, a concept has become established, the Clystrodes principle is called. This principle is a combination of Elements of the tube-driven Amplifier and of the klystron. The electron pulses are thereby by means of a Control grid generated and the pulsed electron beam then passes through successively an exit cavity and a collector. Although this arrangement can be built very compact but, as far as this concept has prevailed, will become it for Television transmitter used with a relatively low transmission power of a maximum of 60 kW in the UHF band, so that this solution can be used in competition with the standard Topfkreisverstärkern However, it does not bring the high power required for ion beam acceleration required are.

Leistungsklystrons, die durchaus in der Lage wären, mehrere Megawattverstärkung zu liefern, verlieren jedoch bei Frequenzen von 100 MHz bis 400 MHz wegen des technischen Aufwands und besonders wegen ihrer Baugröße bei diesen tiefen Frequenzen ihre sonst vorhandenen Vorteile. Andererseits sind Klystroden, wie sie oben erwähnt werden, aufgrund der Verwendung eines Steuergitters bezüglich der maximal erzielbaren Hochfrequenzleistung sowie bezüglich der erzielbaren Wartungsintervalle äußerst begrenzt einsetzbar. Leistungsröhren wie die Topfkreisverstärker bleiben im betrachteten Frequenzbereich deutlich unter 1 MW Ausgangsleistung im Dauerbetrieb, und bei gepulstem Betrieb fällt die Maximalleistung von etwa 3 MW im unteren Frequenzbereich auf unter 1 MW im oberen Frequenzbereich ab, so daß auch diese für mehrere Megawatt nicht verwendet werden können. Der Gesamtwirkungsgrad fällt bei diesen Leistungsröhren auch dadurch ab, daß die Kathodenheizleistung von typisch 10 kW bei den erforderlichen Pulswiederholraten zur Verstärkung von Ionenstrahlimpulsen von mehreren Hertz bis zu 50 Hz kontinuierlich aufzubringen ist.Leistungsklystrons, who would be able to several megawatts gain but lose at frequencies of 100 MHz to 400 MHz because of the technical complexity and especially because of their size in these low frequencies their otherwise existing advantages. on the other hand are Klystroden, as mentioned above, due to the use of a control grid the maximum achievable high frequency power and with respect to the achievable maintenance intervals extremely limited used. power tubes like the cup circuit amplifiers remain well below 1 MW output power in the considered frequency range Continuous operation, and in pulsed operation, the maximum power of about 3 MW in the lower frequency range to less than 1 MW in the upper frequency range so that too this for several megawatts can not be used. The overall efficiency falls by these power tubes also by the fact that the Cathode heating power of typically 10 kW at the required pulse repetition rates for reinforcement of ion beam pulses of several hertz up to 50 Hz continuously is to raise.

Aus EP 0 587 481 A1 , DE 3 601 271 A1 und FR 2 684 512 A1 sind Vorrichtungen zur Ionenstrahlbeschleunigung bekannt. So betrifft EP 0 587 481 eine Vorrichtung zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung. Diese bekannte Vorrichtung weist eine Elektronenkanone 1, 2 und 6, einen Kollektor 10 und einen Leistungskoppler 8, 10 und 12 zur Ankopplung der Leistung des Ionenstrahls an einen Verbraucher auf. Ein Hochfrequenzdeflektor und ein Gleichspannungsdeflektor werden jedoch nicht vorgesehen.Out EP 0 587 481 A1 . DE 3 601 271 A1 and FR 2 684 512 A1 are known devices for ion beam acceleration. So concerns EP 0 587 481 a device for electron beam pulse shaping and amplification. This known device has an electron gun 1 . 2 and 6 , a collector 10 and a power coupler 8th . 10 and 12 for coupling the power of the ion beam to a consumer. However, a high frequency deflector and a DC deflector are not provided.

Ausgehend vom vorstehend geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen leistungsstarken Hochfrequenzverstärker im Frequenzbereich von 100 MHz bis etwa 400 MHz anzugeben, der im gepulsten Betrieb mit einer 1 ms Pulslänge und einer Wiederholrate von kleiner gleich 50 Hz Senderleistungen bis zu 10 MW erreicht. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine technische Lösung anzugeben, welche die aktuelle kritische Situation bei der Produktion von Hochfrequenzleistungsröhren überwindet, die darin liegt, daß immer weniger Anbieter derartige Leistungsröhren produzieren, so daß neben den oben genannten Einschränkungen dieses Verstärkertyps auch die Versorgungslage langfristig nicht gesichert erscheint.Based on the above-described prior art, it is an object of the invention to provide a high-performance high-frequency amplifier in the frequency range from 100 MHz to about 400 MHz, which reaches in pulsed operation with a 1 ms pulse length and a repetition rate of less than 50 Hz transmitter powers up to 10 MW , Moreover, it is an object of the invention to provide a technical solution that overcomes the current critical situation in the production of high-frequency power tubes, which is that in the Mer less providers produce such power tubes, so that in addition to the above limitations of this type of amplifier and the supply situation does not appear long-term secured.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den unabhängigen Ansprüchen, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Is solved this task with the independent ones claims, advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent Claims.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung angegeben, die eine Elektronenkanone, einen Hochfrequenzdeflektor, einen Gleichspannungsdeflektor, einen Kollektor mit Gegenfeld, einen Nachbeschleuniger einen Leistungskoppler zur Ankopplung der Leistung des Elektronenstrahls an einen Verbraucher und einen Hauptkollektor zur Aufnahme der Restleistung des Elektronenstrahls aufweist. Dazu sind die oben aufgelisteten Vorrichtungen nacheinander in Richtung des Elektronenstrahls angeordnet.According to the invention is a Device for electron beam pulse shaping and amplification indicated an electron gun, a high-frequency deflector, a DC deflector, a collector with opposing field, a post-accelerator a power coupler for coupling the power of the electron beam to a consumer and a main collector for receiving the residual power of the electron beam having. For this purpose, the devices listed above are sequential arranged in the direction of the electron beam.

Die Elektronenstrahlkanone erzeugt zunächst einen kontinuierlichen Elektronenstrahl, der in dem Hochfrequenzdeflektor, angeregt durch ein hochfrequentes Anregungssignal abgelenkt wird, so daß nur im Bereich der Nulldurchgänge dieses Signals der Elektronenstrahl periodisch in der Ionenstrahlachse weitergegeben werden kann. Durch den sich anschließenden Gleichspannungsdeflektor wird dieser Effekt verstärkt und der Anteil des abgelenkten Elektronenstrahls wird in einem Kollektor mit Gegenfeld gesammelt und dieser Strom zu der Kathode der Elektronenkanone zurückgekoppelt. Der in dieser Weise in Elektronenpakete aufgegliederte Elektronenstrahl wird in einem Nachbeschleuniger beschleunigt und einem Leistungskoppler zugeführt, der die Leistung des Elektronenstrahls an einen Verbrauchers ankoppeln kann. Die verbleibende nicht ausgekoppelte Restleistung des Elektronenstrahl wird einem Hauptkollektor zugeführt. Somit werden in vorteilhafter Weise statt der beim Klystron verwendeten longitudinalen Geschwindigkeitsmodulation bei der vorliegenden Erfindung transversale hochfrequente elektrische Felder im Hochfrequenzdeflektor und transversalgerichtete statische elektrische Felder im Gleichspannungsdeflektor verwendet, um Elektronenimpulse zu formen und vorzuverstärken.The Electron beam gun initially generates a continuous Electron beam, which in the high-frequency deflector, excited by a high frequency excitation signal is deflected so that only in Range of zero crossings This signal the electron beam periodically in the ion beam axis can be passed on. Through the adjoining DC voltage deflector this effect is amplified and the portion of the deflected electron beam becomes in a collector collected with opposing field and this current to the cathode of the electron gun fed back. The electron beam split up in this way into electron packets is accelerated in a post-accelerator and a power coupler fed, the couple the power of the electron beam to a consumer can. The remaining non-decoupled residual power of the electron beam is fed to a main collector. Thus, advantageously used instead of the klystron longitudinal velocity modulation in the present invention transversal high-frequency electric fields in the high frequency deflector and transversally directed static electric fields in the direct current deflector used to shape and pre-amplify electron pulses.

Innerhalb einer Hochfrequenzperiode werden somit etwa 80 % des kontinuierlich angelieferten Elektronenstrahls abgelenkt und in einem negativ vorgespannten Kollektor mit Gegenspannung aufgefangen. Die auf der Strahlachse weiterlaufenden verbleibenden Elektronenstrahlimpulse in Form von Elektronenpaketen durchlaufen dann die Hauptbeschleunigung mit mehreren hundert Kilovolt und erreichen derart beschleunigt die Ausgangskavität des Leistungskopplers, der die Leistung des Elektronenstrahls an einen Verbraucher ankoppelt. Die nicht ausgekoppelte Restleistung wird im Hauptkollektor gesammelt. Die reine Elektronenstrahlimpulsformierung kann bei diesem Konzept in einem Frequenzbereich zwischen 100 und 400 MHz innerhalb einer Baulänge von nur 0,5 m untergebracht werden. Dieses ist eine Verbesserung durch Verringerung der Baulänge um mehr als das Zehnfache, zumal ein Klystron für 350 MHz bei der geforderten Leistungsaufnahme bereits 5 m lang ist. Somit entfällt ein wesentlicher Hinderungsgrund, für tiefe Frequenzen das Klystron anzuwenden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der Wirkungsgrad des Klystrons für die Erzeugung von Hochfrequenzleistungen auf wesentlich kürzerer Baulänge erreicht.Within Thus, a high frequency period will be about 80% of the continuous deflected electron beam and in a negatively biased Collected collector with reverse voltage. The on the beam axis continuing remaining electron beam pulses in the form of electron packets then go through the main acceleration with several hundred kilovolts and thus speeding up the output cavity of the power coupler, which couples the power of the electron beam to a consumer. The undocked residual power is collected in the main collector. The pure electron beam pulse shaping can in this concept in a frequency range between 100 and 400 MHz within a length of only 0.5 m. This is an improvement Reduction in length by more than tenfold, especially as a klystron for 350 MHz at the required Power consumption is already 5 m long. Thus it is not necessary substantial obstacle, for low frequencies apply the klystron. In the solution according to the invention is the efficiency of the klystron for the Generation of high frequency power achieved on a much shorter length.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verbraucher eine Antenne eines Koaxialkabelendes, die in einen Resonator, der über einen den Elektronenstrahl umgebenden Ringspalt mit dem Elektronenstrahl gekoppelt ist, hineinragt. Diese Ausführungsform entzieht mit seiner Antenne einen wesentlichen Anteil der Resonanzenergie aus dem Resonator, und damit werden die Elektronen im Elektronenstrahl gebremst, so daß nur noch eine geringe verbleibende nicht ausgekoppelte Restleistung im Hauptkollektor gesammelt werden muß.In a preferred embodiment of the invention, the consumer is an antenna of a coaxial cable end, into a resonator that over an annular gap surrounding the electron beam with the electron beam coupled, protrudes. This embodiment withdraws with his Antenna a substantial portion of the resonant energy from the resonator, and thus the electrons are braked in the electron beam, so that only still a small remaining uncoupled residual power must be collected in the main collector.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verbraucher ein Antennenkoppler eines Hohlleiters, der als koaxiale Durchführung durch die Wandung des Resonatorraumes ausgeführt ist. Dazu ragt der Antennenkoppler in den Resonatorraum hinein, der den Elektronenstrahl mit einem Ringspalt umgibt, so daß Energie aus dem Elektronenstrahl in den Resonator gekoppelt werden kann und über die Antennenkopplerdurchführung dann weiter an den Hohlleiter abgeleitet wird.In a further preferred embodiment of the invention, the consumer is an antenna coupler of a waveguide, the as a coaxial implementation is carried out through the wall of the resonator. The antenna coupler protrudes for this purpose in the Resonatorraum inside, the electron beam with a Annular gap surrounds, so that energy can be coupled from the electron beam into the resonator and over the antenna coupler feedthrough then is further derived to the waveguide.

In einer weiteren bevorzugten Durchführung der Erfindung ist der Verbraucher ein Kopplungsfenster zu einem Hohlleiter, wobei das Kopplungsfenster sich zu dem Resonator hin öffnet. Auch in dieser Ausführungsform ist der Elektronenstrahl von dem Resonator mit einem Ringspalt umgeben.In Another preferred embodiment of the invention is the Consumer a coupling window to a waveguide, the Coupling window opens to the resonator. Also in this embodiment the electron beam is surrounded by the resonator with an annular gap.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht in einer Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung, die einen Ionenbeschleunigertank mit zentraler Behälterachse zur Führung und Beschleunigung eines gepulsten Ionenstrahl aus Schwerionen in der Behälterachse umfaßt. Diese Vorrichtung weist darüber hinaus eine Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung mit Elektronenstrahlachse zur Mikrostrukturierung und Verstärker von Stromimpulsen für die Versorgung der Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung mit Hochfrequenzleistung auf.A there is another solution according to the invention in an ion beam acceleration device that holds an ion accelerator with central tank axis to the leadership and accelerating a pulsed ion beam of heavy ions in the container axis includes. This device points above an electron beam pulse shaping and amplifying device with electron beam axis for microstructuring and amplification of current pulses for the Supply of the device for ion beam acceleration with high frequency power on.

Diese Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung mit ihrer Elektronenstrahlachse quer und versetzt zur Behälterachse angeordnet ist und außerhalb des Ionenbeschleunigertanks eine Elektronenkanone, einen Hochfrequenzdeflektor, einen Gleichspannungsdeflektor, einen Kollektor mit Gegenfeld und einen Nachbeschleuniger aufweist, während innerhalb des Ionenbeschleunigertanks die Vorrichtung einen Leistungskoppler zur Ankopplung der Leistung des Elektronenstrahls an einen Verbraucher und einen Hauptkollektor zur Aufnahme der Restleistung des Elektronenstrahls besitzt. Die aufgeführten Vorrichtungskomponenten der Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung sind hintereinander in Richtung des Elektronenstrahls angeordnet.This solution is characterized in that the Elektronenstrahlimpulsformungs- and -ver with its electron beam axis transverse to and offset from the container axis, and outside the ion accelerator tank comprises an electron gun, a high frequency deflector, a DC deflector, a counter field collector, and a post accelerator, while inside the ion accelerator tank the device comprises a power coupler for coupling the power of the electron beam to a load and has a main collector for receiving the residual power of the electron beam. The listed device components of the Elektronenstrahlimpulsformungs- and -verstärkungseinrichtung are arranged one behind the other in the direction of the electron beam.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß der Ionenbeschleunigertank selbst gleichzeitig als Ausgangskreis für die Leistungsverstärkungsstufe verwendet wird. Ein Leistungstransport vom Verstärker zum Tank entfällt. Eine Ankopplung der Leistungsstufe an das Tankvolumen ist damit möglich. Damit wird ein Aufbau zur Ionenstrahlbeschleunigung für Ionenstrahlen für Schwerionen erreicht, der äußerst überschaubar und äußerst kostengünstig hergestellt werden kann.These solution has the advantage that the Ion accelerator tank itself at the same time as the output circuit for the power amplification stage is used. A power transfer from the amplifier to the tank is eliminated. A Coupling of the power level to the tank volume is thus possible. In order to becomes a structure for ion beam acceleration for ion beams for heavy ions achieved, the extremely manageable and manufactured extremely cheaply can be.

Zur Kopplung zwischen treibendem Elektronenstrahl und Ionenbeschleunigertank wird eine im Potential passende Stelle entlang der Driftröhrenhalterung des Ionenstrahls eingesetzt. Ein transversales elektrisches Wechselfeld mit geeigneter Zeitstruktur lenkt dabei unmittelbar nach der Vorbeschleunigung des Elektronenstrahls zeitlich ungünstig liegende Elektronen ab, so daß nur Elektronenimpulse mit der gewünschten Frequenz zur Verstärkung der Ionenstrahlimpulse die Hauptbeschleunigung durchlaufen und anschließend im Feld des Ionenbeschleunigertanks abgebremst werden, weil ihre Energie an den Ionenstrahl angekoppelt ist.to Coupling between driving electron beam and ion accelerator tank becomes a potential fit spot along the drift tube mount of the ion beam used. A transverse alternating electric field with a suitable time structure directs it immediately after the pre-acceleration of the Electron beam temporally unfavorable lying electrons, so that only Electron pulses with the desired Frequency for amplification the ion beam pulses undergo the main acceleration and then in Field of the ion accelerator tanks are slowed down because their energy is coupled to the ion beam.

Somit ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Verbraucher unmittelbar der gepulste Ionenstrahl.Consequently is in a preferred embodiment the invention of the consumer directly the pulsed ion beam.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Leistungskoppler einen Resonator mit einem den Elektronenstrahl radial umgebenden oberen Ringspalt und und einem den Elektronenstrahl radial umgebenden unteren Ringspalt im Io nenbeschleunigertank auf. Ein Durchlaufen des Elektronenstrahls von zwei Ringspalten, nämlich einem oberen und einem unteren Ringspalt im Tank erscheint vorteilhaft, da der Elektronenstrahl den gekühlten Aufhänger erreichen muß, um seine Restenergie in dem Hauptkollektor abzugeben. Dazu wird vorteilhaft die Driftstrecke zwischen den Spalten möglichst kurz gehalten, um eine günstige Geometrie zu erreichen, welche die Spannungsverteilung über dem Driftröhrenfuß nicht wesentlich beeinträchtigt. Außerdem geben in vorteilhafter Weise die Elektronen unabhängig von ihrer Phasenlage im Impuls beim Durchlaufen der beiden Ringspalte die gleiche Energie an den Ionenstrahl ab, so daß die Restenergie in dem Hauptkollektor oder Auffänger kleiner als 10 % der Impulsenergie ist.In a further preferred embodiment According to the invention, the power coupler has a resonator with a the electron beam radially surrounding the upper annular gap and and a lower annular gap surrounding the electron beam in the ion accelerator tank on. Passing through the electron beam from two annular gaps, namely an upper and a lower annular gap in the tank appears advantageous, because the electron beam cooled hanger must reach to release its residual energy in the main collector. This will be beneficial the drift path between the columns kept as short as possible to a favorable To achieve geometry that the stress distribution over the Drift tube foot not significantly impaired. Besides, give Advantageously, the electrons regardless of their phase position in Momentum when passing through the two annular gaps the same energy to the ion beam, so that the Residual energy in the main collector or collector less than 10% of the pulse energy is.

Um derart angepaßte Ringspalte in dem Ionenbeschleunigertank anzuordnen, weist der Leistungskoppler darüber hinaus zwischen den Ringspalten eine Kopplungsstufe auf, die koaxial den Elektronenstrahl umgibt und radial versetzt und transversal zum Ionenstrahl innerhalb des Ionenbeschleunigertanks angeordnet ist, wobei die Kopplungsstufe an einer Driftröhrenhalterung des Ionenstrahls befestigt ist.Around so adapted To arrange annular gaps in the ion accelerator tank has the power coupler about that out between the annular gaps on a coupling stage, the coaxial surrounds the electron beam and offset radially and transversely to the Ion beam is disposed within the ion accelerator tank, wherein the coupling step on a drift tube holder of the ion beam is attached.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronenstrahlkanone eine Piercetyp-Elektronenstrahlkanone. Mit einer derartigen Kanone wird in vorteilhafter Weise ein hochperveanter Elektronenstrahl mit entsprechend hoher Raumladungskonstanten gemäß der Child-Langmuir-Gleichung bei Impulslängen von 1 ms erzeugt, der einen Strahlstrom von beispielsweise 40 A bei einer Beschleunigungsspannung von 40 kV erreicht.In a further preferred embodiment In the invention, the electron beam gun is a pierce type electron gun. With such a cannon is advantageously a hochperveanter Electron beam with correspondingly high space charge constants according to the Child Langmuir equation at pulse lengths of 1 ms, which produces a beam current of, for example, 40A reached at an acceleration voltage of 40 kV.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Hochfrequenzdeflektor ein homogenes transversal gerichtetes Wechselfeld auf, mit dem kurze Elektronenstrahlpakete im Bereich der Betriebsfrequenz von 100 bis 400 MHz geschaffen werden, während der Elektronenstrahl in den Impulspausen abgelenkt wird und einem Kollektor mit Gegenfeld zugeführt wird, der seinerseits den Strom der Kathode der Elektronenstrahlkanone zur Verfügung stellt.In a further preferred embodiment the high-frequency deflector has a homogeneous transversely directed Alternating field on, with the short electron beam packets in the area of Operating frequency of 100 to 400 MHz to be created during the Electron beam is deflected in the pulse intervals and a collector fed with opposing field which in turn is the current of the cathode of the electron gun provides.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Gleichspannungsdeflektor ein inhomogenes, zeitlich konstantes transversales elektrisches Feld auf, während der Elektronenstrahl mittels eines longitudinalen Magnetfeldes gleichzeitig transversal stabilisiert wird, so daß die Brillouin-Gleichgewichtsbedingung erfüllt bleibt.In a further preferred embodiment invention, the DC deflector has an inhomogeneous, temporally constant transverse electric field during, during Electron beam by means of a longitudinal magnetic field simultaneously is stabilized transversally, so that the Brillouin equilibrium condition Fulfills remains.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Leistungskoppler in seinem Ausgangskreis einen Resonator auf, der über einen Ringspalt mit dem Elektronenstrahl kommuniziert. Dem Resonator kann wiederum die Energie durch einen Verbraucher, der über eine Koaxialleitung, einen Hohlleiter oder unmittelbar angekoppelt ist, wie im Falle des Ionenstrahls, entzogen werden, so daß die Elektronenpakete im Elektronenstrahl abgebremst werden und nur noch mit geringer Energie, die teilweise unter 10 % der Gesamtelektronenstrahlenergie liegt, in dem Hauptkollektor gesammelt werden müssen.In a further preferred embodiment the power coupler has a resonator in its output circuit up, over an annular gap communicates with the electron beam. The resonator can turn the energy through a consumer who has one Coaxial line, a waveguide or is directly coupled, be removed as in the case of the ion beam, so that the electron packets be slowed down in the electron beam and only with lower Energy partially below 10% of the total electron beam energy is in the main collector must be collected.

Neben der für die unmittelbare Ankopplung an einen Ionenstrahlverbraucher gefundenen Lösung weist der Ausgangskreis auch eine einspaltige ringförmige Kavität als Resonator auf, wobei die Kavität den Ionenstrahl umgibt. Mit dieser Lösung ist es möglich, beliebige Verbraucher über Koaxialkabel oder Hohlleiter an die erfindungsgemäße leistungsverstärkende Vorrichtung anzuschließen.Next the for found the immediate coupling to an ion beam consumer Solution points the output circuit also has a single-column annular cavity as a resonator, wherein the cavity the Ion beam surrounds. With this solution Is it possible, any consumer over Coaxial cable or waveguide to the power amplifying device according to the invention to join.

Die Pulslänge und die Wiederholungsrate des Elektronenstrahls, die sogenannte Makrostruktur, sind bei der erfindungsgemäßen Lösung frei wählbar, so daß Impulslängen von einer Millisekunde bei Wiederholfrequenzen von unter 50 Hz und einer Leistung von 10 MW mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren verwirklicht werden können.The pulse length and the repetition rate of the electron beam, the so-called Macrostructure, are freely selectable in the inventive solution, so that pulse lengths of one millisecond at repetition rates below 50 Hz and one power of 10 MW with the device according to the invention and the method of the invention can be realized.

Da ein schmalbandiger HF-Resonator, wie er in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung als ringförmige Kavität mit Ringspalt angegeben ist, erst dann mit einem Elektronenstrahl wirkungsvoll angeregt werden kann, wenn der Strahl eine Intensitätsmodulation bei der entsprechenden Betriebsfrequenz aufweist, wird diese sogenannte Mikrostruktur des Elektronenstrahls mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt. Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung weist folgende Verfahrensschritte auf:
Erzeugen eines Elektronenstrahls mittels einer Elektronenstrahlkanone;
Beaufschlagen des Elektronenstrahls mit einem hochfrequenten Wechselfeld unter gleichzeitig hochfrequenter Auslenkung des Elektronenstrahls;
Hochfrequentes Ausblenden von bis zu 80 % der Elektronenstrahlenergie zu einem Kollektor mit Gegenfeld;
Nachbeschleunigen des hochfrequenzmodulierten Elektronenstrahls zu verstärkten Elektronenstrahlimpulsen;
Auskoppeln der Hochfrequenzenergie über einen Leistungskoppler.Since a narrow-band RF resonator, as indicated in the preferred embodiments of the invention as an annular cavity with annular gap can only be effectively excited with an electron beam when the beam has an intensity modulation at the corresponding operating frequency, this so-called microstructure of the electron beam generated by the method according to the invention. This method according to the invention for electron beam pulse shaping and amplification has the following method steps:
Generating an electron beam by means of an electron beam gun;
Impinging the electron beam with a high-frequency alternating field under simultaneous high-frequency deflection of the electron beam;
High frequency fading of up to 80% of the electron beam energy to a collector with opposing field;
Post accelerating the high frequency modulated electron beam to amplified electron beam pulses;
Decoupling the high-frequency energy via a power coupler.

Somit durchläuft der Strahl zunächst ein homogenes transversal gerichtetes elektrisches Wechselfeld, danach ein inhomogenes zeitlich konstantes transversales elektrisches Feld. Dabei werden etwa 80 % des Elektronenstrahls von der Strahlachse abge lenkt und bei nahezu konstanter Elektronenenergie von 40 keV in einem vorgespannten Kollektor mit z.B. U = –40 kV + x aufgefangen. Die Energie dieser Elektronen kann weitestgehend wieder an die Kathode der Elektronenkanone zurückgeführt werden und dient als Ladestrom.Consequently goes through the beam first a homogeneous transversally directed alternating electric field, then an inhomogeneous, temporally constant transverse electric Field. In this case, about 80% of the electron beam from the beam axis deflected and at nearly constant electron energy of 40 keV in a prestressed collector with e.g. U = -40 kV + x intercepted. The Energy of these electrons can largely return to the cathode the electron gun are returned and serves as charging current.

Der nichtabgelenkte Strahlanteil, der in Teilchen oder Elektronenpaketen im zeitlichen Abstand gemäß der Betriebsfrequenz vorliegt, bewegt sich entlang der Strahlachse weiter und durchläuft die Hauptbeschleunigungsspannung, die beispielsweise bei 300 kV liegen kann, und tritt dann in den Ausgangskreis des Resonators ein. Ein derartiger Resonator kann eine einspaltige ringförmige Kavität aufweisen, wie sie auch bei anderen Lösungen üblich ist. Ein derartiger Resonator wird durch die durchlaufenden Elektronenpakete angeregt, und die im Resonator entstehenden Hochfrequenzfelder bremsen die Elektronen und speisen gleichzeitig die Ausgangsleitung des Verstärkers, die vorzugsweise eine Koaxialleitung oder ein Hohlleiter mit entsprechenden Ankopplungsantennen oder einem entsprechenden Kopplungsfenster sein können. Schließlich wird die restliche Elektronenenergie im Hauptkollektor abgegeben, wobei insbesondere die erfindungsgemäße Formierung der Elektronenstrahlmikrostruktur für eine Verkürzung der Baulänge von sonst für höhere Betriebsfrequenzen üblichen Klystronleistungsverstärkern sorgt.Of the non-deflected beam portion, which is in particles or electron packets at intervals according to the operating frequency is present, moves along the beam axis and passes through the main acceleration voltage, for example, may be at 300 kV, and then enters the Output circuit of the resonator. Such a resonator can a single-column annular cavity have, as is common in other solutions. Such a resonator is excited by the passing electron packets, and the High-frequency fields generated in the resonator slow down the electrons and simultaneously feed the output line of the amplifier, the preferably a coaxial line or a waveguide with corresponding Coupling antennas or a corresponding coupling window can. After all the remaining electron energy is released in the main collector, wherein, in particular, the formation according to the invention of the electron beam microstructure for one shortening the length by otherwise for higher operating frequencies usual Klystronleistungsverstärkern provides.

Somit wird bei einem bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens die Hochfrequenzenergie über ein Koaxialkabel ausgekoppelt, das mit einer Antenne in einen Ringresonatorraum ragt, welcher über einen den Elektronenstrahl umgebenden Ringspalt mit dem hochfrequenten, energiereichen Elektronenstrahl kommuniziert.Consequently is in a preferred embodiment of the method the radio frequency energy over a coaxial cable coupled with an antenna into a ring resonator space protrudes, which over an annular gap surrounding the electron beam with the high-frequency, high-energy electron beam communicates.

In einem weiteren bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird das Auskoppeln der Hochfrequenzenergie über einen Hohlleiter erreicht, der mit einer Koppelantenne in einen Ringresonatorraum hineinragt, welcher über einen den Elektronenstrahl umgebenden Ringspalt mit dem hochfrequenten, energiereichen Elektronenstrahl kommuniziert.In a further preferred embodiment of the method the decoupling of the high-frequency energy is achieved via a waveguide, which projects into a ring resonator space with a coupling antenna, which over an annular gap surrounding the electron beam with the high-frequency, high-energy electron beam communicates.

Bei einem weiteren bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird das Auskoppeln der Hochfrequenzenergie über einen Hohlleiter erfolgen, der über ein Koppelfenster an einen Ringresonatorraum angeschlossen ist, wobei der Ringresonator über einen den Elektronenstrahl umgebenden Ringspalt mit dem Elektronenstrahl kommuniziert.at a further preferred embodiment of the method will the decoupling of the high-frequency energy take place via a waveguide, the over a coupling window is connected to a ring resonator space, the ring resonator over an annular gap surrounding the electron beam with the electron beam communicated.

Ein weiteres bevorzugtes Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, daß ein Elektronenstrahl mit hoher Raumladungskonstanten gemäß der Child-Langmuir-Gleichung von einer Elektronenstrahlkanone mit einem Strahlstrom von 20 A bis 60 A, vorzugsweise zwischen 30 bis 50 A, bei einer Beschleunigungsspannung (Uc) von 20 kV bis 60 kV, vorzugsweise von 30 kV bis 50 kV erzeugt wird.A further preferred embodiment of the method provides that a high space charge constant electron beam according to the Child Langmuir equation is obtained from an electron beam gun having a beam current of 20 A to 60 A, preferably between 30 to 50 A, at an acceleration voltage (U c ) of 20 kV to 60 kV, preferably from 30 kV to 50 kV is generated.

Ein weiteres bevorzugtes Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, daß der Elektronenstrahl mittels eines longitudinalen Magnetfeldes transversal im Brillouin-Gleichgewicht stabilisiert wird. Weiterhin ist vorgesehen, daß der intensitätsmodulierte Elektronenstrahl einen schmalbandigen Hochfrequenzresonator im Ausgangskreis bei einer Betriebsfrequenz anregt. Dazu durchläuft der Elektronenstrahl ein homogenes transversalgerichtetes elektrisches Wechselfeld, wobei zwischen 50 und 80 % der Elektronenstrahlenergie von der Strahlachse abgelenkt werden.A further preferred embodiment of the method provides that the electron beam is stabilized transversally in the Brillouin equilibrium by means of a longitudinal magnetic field. Furthermore, it is provided that the intensity-modulated electron beam has a narrowband High frequency resonator in the output circuit at an operating frequency excites. For this purpose, the electron beam passes through a homogeneous transversely directed alternating electric field, wherein between 50 and 80% of the electron beam energy are deflected by the beam axis.

In einem weiteren bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird bei näherungsweise konstanter Elektronenenergie von 30 keV bis 60 keV in einem vorgespannten Kollektor mit Gegen feld von –30 kV bis –40 kV der abgelenkte Anteil des Elektronenstrahls aufgefangen. Dabei wird die Energie der aufgefangenen Elektronen in dem Kollektor mit Gegenfeld gesammelt und als Ladestrom der Kathode der Elektronenkanone zugeführt.In a further preferred embodiment of the method is at approx constant electron energy of 30 keV to 60 keV in a preloaded Collector with counter-field of -30 kV to -40 kV the deflected portion of the electron beam is collected. there the energy of the trapped electrons in the collector is with Collected opposite field and as charging current of the cathode of the electron gun fed.

In einem weiteren bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens werden die nicht abgelenkten Elektronenpakete in zeitlichem Abstand einer Betriebsfrequenz entlang der Strahlachse bewegt und geführt und treten mit einer Hauptbeschleunigungsspannung zwischen 200 kV und 400 kV in einen Ausgangskreis der Vorrichtung, der als Resonator ausgebildet ist, ein. Dabei wird der Resonator im Ausgangskreis der Vorrichtung angeregt, hochfrequente Felder im Resonator die Energie der Elektronen aufnehmen, diese abbremsen und eine Ausgangsleitung, vorzugsweise ein Koaxialkabel und/oder einen Hohlleiter speisen.In a further preferred embodiment of the method become the undeflected electron packets at a time interval an operating frequency along the beam axis is moved and guided and occur with a main acceleration voltage between 200 kV and 400 kV in an output circuit of the device acting as a resonator is trained, one. The resonator is in the output circuit the device excited, high-frequency fields in the resonator Absorb energy of the electrons, decelerate them and an output line, preferably feed a coaxial cable and / or a waveguide.

Die verbleibende Restenergie der Elektronen wird vorzugsweise in einem Hauptkollektor abgegeben. Für eine elektrische Strahlablenkung in dem Hochfrequenzdeflektor wird in einem bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens für einem Betriebsfrequenz f das ansteuernde Hochfrequenzsignal aus einem Hauptbestandteil bei einer Frequenz von f/2 und einer Überlagerung mit der Frequenz 5f/2 in einem Amplitudenverhältnis von 5:1 eingestellt. Dabei liegt die Betriebsfrequenz zwischen 100 und 400 MHz und pro Periode werden etwa 20 % der Elektronenstrahlteilchen impulsweise weitergegeben, da durch die Überlagerung der beiden Frequenzen ein entsprechender Nulldurchgang für eine entsprechende Zeitspanne pro Periode erreicht wird.The remaining residual energy of the electrons is preferably in one Main collector delivered. For becomes an electric beam deflection in the high frequency deflector in a preferred embodiment of the procedure for an operating frequency f, the driving high frequency signal a major component at a frequency of f / 2 and an overlay set at the frequency 5f / 2 in an amplitude ratio of 5: 1. there the operating frequency is between 100 and 400 MHz and per period about 20% of the electron beam particles are passed in pulses, because of the overlay the two frequencies a corresponding zero crossing for a corresponding Time period per period is reached.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren näher erläutert.The Invention will now be explained in more detail with reference to figures.

1 zeigt eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of an apparatus for electron beam pulse shaping and amplification.

2 zeigt ein Diagramm einer Periode eines Hochfrequenzspannungssignals, das an einem Hochfrequenzdeflektor angelegt wird. 2 FIG. 12 is a diagram showing a period of a high frequency voltage signal applied to a high frequency deflector. FIG.

3 zeigt die Ablenkwirkung auf Elektronen in einem Hochfrequenzdeflektor. 3 shows the deflection effect on electrons in a high frequency deflector.

4a und 4b zeigen Prinzipskizzen möglicher elektrischer Felder in einem Gleichspannungsdeflektor. 4a and 4b show schematic diagrams of possible electric fields in a DC voltage deflector.

5 zeigt einen Querschnitt durch einen asymmetrischen Gleichspannungsdeflektor mit eingezeichneten Äquipotentiallinien. 5 shows a cross section through an asymmetrical DC deflector with drawn equipotential lines.

6 zeigt mehrere Intensitätsprofile entlang der Elektronenstrahlachse für unterschiedliche Blendenöffnungen des Kollektors mit Gegenfeld. 6 shows several intensity profiles along the electron beam axis for different apertures of the collector with opposing field.

7 zeigt eine Skizze der Elektronendichteverteilung nach Durchlaufen des Hochfrequenzdetektors. 7 shows a sketch of the electron density distribution after passing through the high frequency detector.

8 zeigt eine Skizze der Elektronendichteverteilung nach Durchlaufen des Hochfrequenzdeflektors und des Gleichspannungsdeflektors. 8th shows a sketch of the electron density distribution after passing through the high-frequency deflector and the DC deflector.

9 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung. 9 shows a schematic diagram of an apparatus for electron beam pulse shaping and amplification.

10 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung. 10 shows a schematic diagram of an apparatus for ion beam acceleration.

1 zeigt eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung. Diese besteht im wesentlichen aus einem vakuum dichten Gehäuse 28, in dem hintereinandergeschaltet eine Elektronenkanone 6, ein Hochfrequenzdeflektor 7, ein Gleichspannungsdeflektor 8, ein Kollektor mit Gegenfeld 9 und ein nichtgezeigter Nachbeschleuniger, der mit der Bezugsziffer 10 in 9 gezeigt wird, untergebracht sind. Die in 1 gezeigte Prinzipskizze dient im wesentlichen der Erläuterung des Funktionsprinzips der transversalen Ablenkeinheit zur Mikrostrukturformierung des Elektronenstrahls. Die entsprechenden Vielteilchenberechnungen zur Formierung von Elektronenpaketen in dieser Vorrichtung wurden mit Hilfe von geeigneten Softwareprogrammpaketen durchgeführt. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of an apparatus for electron beam pulse shaping and amplification. This consists essentially of a vacuum-tight housing 28 in which an electron gun is connected in series 6 , a high frequency deflector 7 , a DC deflector 8th , a collector with opposing field 9 and a post-accelerator, not shown, identified by the reference numeral 10 in 9 is shown housed. In the 1 The schematic diagram shown serves essentially to explain the functional principle of the transverse deflection unit for microstructuring the electron beam. The corresponding many particle calculations for forming electron packets in this device were performed by means of suitable software program packages.

Der in 1 gezeigte Abschnitt von der Elektronenkanone 6 bis zum Kollektor mit Gegenfeld 9, welcher die abgelenkten Elektronen, die im gezeigten Strahlquerschnitt in der x/z-Ebene schraffiert gezeigt werden, auffängt, enthält die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Elektronenstrahlformierungsvorrichtung. Es sind die beiden unmittelbar hintereinander angeordneten Ablenksysteme 7 und 8 deutlich zu erkennen, wobei die zweite elektrostatische Ablenkeinheit 8 durch das Kathodenpotential Uc versorgt werden kann. Die elektrische Feldrichtung Ey, die senkrecht zu der Darstellungsebene angeordnet ist, muß für x > 0 umgekehrt orientiert sein als für x < 0, um die Elektronenumlenkung der vorgeschalteten hochfrequenten Ablenkeinheit weiter zu verstärken. Die Umgebung der z-Achse, wie sie in der Darstellung verdeutlicht wird, wird im Gleichspannungsdeflektor 8 durch Überlappung der auf Masse liegenden Elektroden nahezu feldfrei gehalten, um die durchlaufenden Elektronenpakete möglichst wenig zu stören.The in 1 shown section of the electron gun 6 to the collector with opposing field 9 which captures the deflected electrons shown hatched in the beam cross section shown in the x / z plane, contains the essential parts of the electron beam shaping device according to the invention. These are the two deflection systems arranged directly behind one another 7 and 8th clearly visible, with the second electrostatic deflection unit 8th can be supplied by the cathode potential U c . The electric field direction E y , the angeord perpendicular to the display plane is net, must be oriented inversely for x> 0 than for x <0 in order to further increase the electron deflection of the upstream high-frequency deflection unit. The z-axis environment, as illustrated in the diagram, becomes the DC deflector 8th kept almost field-free by overlapping the electrodes lying on ground in order to disturb the passing electron packets as little as possible.

2 zeigt ein Diagramm einer Periode eines Hochfrequenzspannungssignals, das an den Hochfrequenzdeflektor 7 angelegt wird. Dazu ist auf der Abzisse die Zeit in Nanosekundeneinheiten eingetragen und auf der Ordinate die Hochfrequenzablenkspannung in kV. Innerhalb einer Hochfrequenzperiode bei einer Betriebsfrequenz f ergibt sich durch entsprechende Anregungsfrequenzen des Hochfrequenzdeflektors 7 ein wiederkehrendes Plateau 51 bei der Spannung 0V. Diese wiederkehrende Plateau 51 bei der Spannung 0V definiert den durchlaufenden Strahlanteil, der nicht abgelenkt wird. Ferner zeigt das Diagramm der 2 die steil ansteigenden Spannungsflanken 53 und 54 am Beginn und am Ende des Plateaus 51, wodurch eine starke Ablenkung des Elektronenstrahls ausgelöst wird, was wiederum die Impulspausen definiert. Das Plateau selbst entspricht etwa einem Strahlanteil von 20 % bzw. einer Phasenbreite von 70° in Einheiten der Betriebsfrequenz. Demnach besteht das ansteuernde HF-Signal aus einem Hauptbestandteil bei der Frequenz f/2 und einer Überlagerung mit der Frequenz 5f/2. Bei einem Amplitudenverhältnis von etwa 5:1 und der entsprechenden Phasenbeziehung entsteht diese in 2 gezeigte und gewünschte Signalform, die sich aus den Komponenten V = sin (πft) – 0,2 V·sin (5πft) zusammensetzt. 2 shows a diagram of a period of a high-frequency voltage signal, the high-frequency deflector 7 is created. For this, the time in nanosecond units is entered on the abscissa and the high frequency deflection voltage in kV on the ordinate. Within a high-frequency period at an operating frequency f results from corresponding excitation frequencies of the high-frequency deflector 7 a recurring plateau 51 at the voltage 0V. This recurring plateau 51 at the voltage 0V defines the passing beam, which is not deflected. Furthermore, the diagram of the 2 the steeply rising voltage edges 53 and 54 at the beginning and at the end of the plateau 51 , whereby a strong deflection of the electron beam is triggered, which in turn defines the pulse pauses. The plateau itself corresponds approximately to a beam component of 20% or a phase width of 70 ° in units of the operating frequency. Accordingly, the driving RF signal consists of a main component at the frequency f / 2 and a superposition with the frequency 5f / 2. At an amplitude ratio of about 5: 1 and the corresponding phase relationship, this arises in 2 shown and desired waveform, which is composed of the components V = sin (πft) - 0.2 V · sin (5πft).

3 zeigt die Ablenkwirkung auf die Elektronen in einem Hochfrequenzdeflektor 7. Dabei beschreiben die Elektronen in der x/y-Ebene unter dem Einfluß des elektrischen und magnetischen Feldes die dort gezeigten Bahnen. Der Vorteil gekreuzter elektrischer und magnetischer Felder ist dabei, daß die Auslenkung mittels der ExB-Drift im wesentlichen in der x/y-Ebene erfolgt, so daß die Deflektorplatten des Hochfrequenzdeflektors 7 keine Begrenzung darstellen, solange der Gyroradius rg geeignet gewählt ist. 3 shows the deflection effect on the electrons in a high frequency deflector 7 , In this case, the electrons in the x / y plane under the influence of the electric and magnetic field describe the paths shown there. The advantage of crossed electrical and magnetic fields is that the deflection by means of the ExB drift takes place essentially in the x / y plane, so that the deflector plates of the high-frequency deflector 7 represent no limitation as long as the gyroradius r g is suitably chosen.

Die 4a und 4b zeigen Prinzipskizzen möglicher elektrischer Felder in einem Gleichspannungsdeflektor 8. In dem hier diskutierten Ausführungsbeispiel wird der asymmetrische Gleichspannungsdeflektor der 4b in einer leicht modifizierten Form, wie sie die 5 zeigt, angewandt. Der unsymmetrische Gleichspannungsdeflektor 8 hat gegenüber dem symmetrischen Gleichspannungsdeflektor der 4a den Vorteil einer einfacheren Gestaltung durch lediglich vier Ablenkplatten 36 bis 38 gegenüber sechs Ablenkplatten 30 bis 35 der 4a.The 4a and 4b show schematic diagrams of possible electric fields in a DC voltage deflector 8th , In the embodiment discussed here, the asymmetric DC voltage deflector is the 4b in a slightly modified form as the 5 shows, applied. The unbalanced DC voltage deflector 8th has compared to the symmetrical DC deflector 4a the advantage of a simpler design with only four baffles 36 to 38 opposite six baffles 30 to 35 of the 4a ,

5 zeigt einen Querschnitt durch einen asymmetrischen Gleichspannungsdeflektor 8 mit eingezeichneten Äquipotentiallinien 29. Deutlich ist an dieser Darstellung zu erkennen, daß das Zentrum zwischen den Ablenkplatten 40 bis 43 feldfrei gehalten ist, so daß Elektronen, die diese Abdeckplatten im Zentrum durchfliegen, nicht oder nur geringfügig zusätzlich abgelenkt werden. Ferner besteht die Modifikation der Ausführungsform nach 5 gegenüber der Prinzipskizze nach 4b darin, daß die an Masse (0V) liegenden Ablenkplatten 41 und 42 gegenüber der Zentrumslinie 44 zunächst parallel und dann teilweise abgewinkelt sind und die mit einer negativen Spannung in dieser Ausführungsform von –40 kV beaufschlagten Ablenkplatten gegenüber der Zentrumslinie 44 vollständig abgewinkelt sind. 5 shows a cross section through an asymmetrical DC deflector 8th with drawn in equipotential lines 29 , It can be clearly seen from this illustration that the center between the baffles 40 to 43 is held field-free, so that electrons that fly through these cover plates in the center, not or only slightly distracted additional. Furthermore, the modification according to the embodiment 5 compared to the schematic diagram 4b in that the baffles at ground (0V) 41 and 42 opposite the center line 44 initially parallel and then partially angled, and the baffles loaded with a negative voltage in this embodiment of -40 kV with respect to the center line 44 completely angled.

6 zeigt mehrere Intensitätsprofile entlang der Elektronenstrahlachse in z-Richtung für unterschiedliche Blendenöffnungen eines Kollektors 9 mit Gegenfeld. Bei dieser Darstellung ist auf der Abszisse die z-Richtung in Zentimetern eingetragen, und auf der Ordinate ist in beliebigen Einheiten die Elektronenstrahldichte vergleichsweise aufgetragen. Die Kurven wurden für drei unterschiedliche Blendenöffnungen des Kollektors 9 mit Gegenfeld von ≤ 5 mm, ≤ 6 mm und ≤ 7 mm aufgenommen. Das Impulspaket oder Elektronenpaket, das durch diese Blende periodisch ausgegeben wird, hat eine Länge von nicht ganz 10 cm, wobei die Länge mit zunehmendem Durchmesser der Öffnung in dem Kollektor 9 mit Gegenfeld geringfügig zunimmt. Das Intensitätsmaximum hängt bei dieser Impulsbreite jedoch nicht von der Blendenöffnung ab, sondern das Intensitätsmaximum wird offensichtlich durch den Gleichspannungsdeflektor mit einer Beschleunigungs spannung Uc bestimmt und ist bei gleichbleibender Gleichspannung auch gleich intensiv. 6 shows several intensity profiles along the electron beam axis in the z-direction for different apertures of a collector 9 with opposing field. In this representation, the z-direction is entered in centimeters on the abscissa, and the electron beam density is comparatively plotted in arbitrary units on the ordinate. The curves were for three different apertures of the collector 9 recorded with opposing field of ≤ 5 mm, ≤ 6 mm and ≤ 7 mm. The pulse packet or electron packet emitted periodically through this aperture has a length of not quite 10 cm, the length increasing with the diameter of the opening in the collector 9 slightly increases with opposing field. However, the intensity maximum does not depend on this aperture width from the aperture, but the maximum intensity is obviously determined by the DC voltage deflector with an acceleration voltage U c and is equally intense at constant DC voltage.

7 zeigt eine Skizze der Verteilung der Elektronendichte nach Durchlaufen des Hochfrequenzdeflektors. Bei dieser Darstellung ist auf der Abszisse die x-Position in mm und auf der Ordinate die Elektronendichte in beliebigen Einheiten aufgetragen. Nach dem Durchlaufen des Hochfrequenzdeflektors 7 liegen noch 37 % der Elektroden im zentralen Durchlaßbereich der Elektronenstrahlformierungsvorrichtung, während große Anteile des Elektronenstrahls nach unten oder nach oben durch das hochfrequente Wechselfeld abgelenkt werden und für eine weitere Beschleunigung nicht zur Verfügung stehen. Der Gleichstromelektronenstrahl, wie er aus der Elektronenkanone 6 kommt, wird demnach bereits in Elektronenpakete zerschnitten. Noch deutlicher zeigt dieses die 8. 7 shows a sketch of the distribution of the electron density after passing through the high-frequency deflector. In this representation, the abscissa represents the x-position in mm and the ordinate the electron density in arbitrary units. After passing through the high frequency deflector 7 37% of the electrodes are still in the central pass band of the electron beam shaping device, while large portions of the electron beam are deflected downwards or upwards by the high frequency alternating field and are not available for further acceleration. The DC electron beam, as seen from the electron gun 6 comes, is therefore already cut into electron packets. Even more clearly shows this the 8th ,

8 zeigt eine Skizze der Elektronendichteverteilung nach Durchlaufen des Hochfrequenzdeflektors 7 und des Gleichspannungsdeflektors 8. Auf der Abszisse ist wiederum die x-Position in mm eingetragen, und auf der Ordinate die Elektronendichte in beliebigen vergleichenden Einheiten. Nach dem Gleichspannungsdeflektor konzentrieren sich die Maxima der abgelenkten Elektroden im deutlichen Abstand von der Strahlmitte, die bei 0,0 mm liegt. Lediglich 20 % der Elektronen verbleiben in der Strahlmitte und können in dem nachfolgenden Hochbeschleuniger weiter beschleunigt werden. Diese 20 % ergeben sich aus Elektronenpaketen bzw. Elektronenimpulsen, wie sie in räumlicher Erstreckung in 6 dargestellt wurden. Der Querschnitt der weiter zu transportierenden Teilchenpakete ergibt sich in seiner Dichteverteilung zu etwa 13 mm in x-Richtung und zu etwa 11 mm in y-Richtung. Aus diesem Querschnitt schneidet die Blendenöffnung des Kollektors mit Gegenfeld einen entsprechenden Elektronenimpulsstrahl aus. 8th shows a sketch of the electron dike Distribution after passing through the high-frequency deflector 7 and the DC deflector 8th , The x-position in mm is again plotted on the abscissa, and on the ordinate the electron density in any comparative units. After the DC deflector, the maxima of the deflected electrodes are concentrated at a significant distance from the center of the beam, which is 0.0 mm. Only 20% of the electrons remain in the center of the beam and can be further accelerated in the following high accelerator. These 20% result from electron packets or electron pulses, as in spatial extension in 6 were presented. The cross section of the particle packages to be transported results in its density distribution to about 13 mm in the x-direction and about 11 mm in the y-direction. From this cross section, the aperture of the collector with opposing field cuts out a corresponding electron pulse beam.

9 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung. In 9 definieren gleiche Bezugszeichen gleiche Vorrichtungskomponenten wie in 1. Eine Erörterung dieser Vorrichtungskomponenten wird deshalb weitestgehend weggelassen. In 9 ist zusätzlich zu den in 1 gezeigten Vorrichtungskomponenten ein Frequenzumsetzer f1 zu sehen, der bei der halben Betriebsfrequenz f schwingt und über einen Phasenschieber 45 einem Verstärker 48 zugeführt wird, der das Signal des Frequenzumsetzers f1 auf etwa 50 kW verstärkt. Diesem Signal wird ein Signal überlagert, das von einem zweiten Frequenzumsetzer f2 geliefert wird, der eine Frequenz von 5f/2 erzeugt und dieses Signal dem Signal des ersten Frequenzumsetzers am Koppelpunkt 50 überlagert. Dabei wird neben der richtigen Phase eine Amplitudenanpassung durch den Verstärker 49 eingestellt, so daß die Amplitude des Signals des Frequenzumsetzers f2 lediglich 1/5 der Amplitude des Frequenzumsetzers f1 beträgt. Dieses Signal, das für eine Periode die Form des in 2 gezeigten Diagramms annimmt, wird an die Platten des Hochfrequenzdeflektors 7 angelegt. Dem Signal überlagert ist ein Magnetfeld, das durch die Spule 47 innerhalb des Gehäuses 28 erzeugt wird. 9 shows a schematic diagram of an apparatus for electron beam pulse shaping and amplification. In 9 Like reference numerals define like device components as in FIG 1 , A discussion of these device components is therefore largely omitted. In 9 is in addition to the in 1 shown device components to see a frequency converter f 1 , which oscillates at half the operating frequency f and a phase shifter 45 an amplifier 48 is fed, which amplifies the signal of the frequency converter f 1 to about 50 kW. This signal is superimposed on a signal which is supplied by a second frequency converter f 2 , which generates a frequency of 5f / 2 and this signal to the signal of the first frequency converter at the crosspoint 50 superimposed. In addition to the right phase, an amplitude adjustment by the amplifier will take place 49 set so that the amplitude of the signal of the frequency converter f 2 is only 1/5 of the amplitude of the frequency converter f 1 . This signal, which for a period takes the form of in 2 shown diagram is applied to the plates of the high frequency deflector 7 created. Superimposed on the signal is a magnetic field passing through the coil 47 inside the case 28 is produced.

Zwischen den Platten wird ein Elektronenstrahl 14 in der Elektronenstrahlachse 5 von einer Elektronenstrahlkanone 6 erzeugt, die in dieser Ausführungsform eine Pierce-Typ-Elektronenstrahlkanone ist. Diese Elektronenkanone erzeugt einen hochperveanten Elektronenstrahl mit hoher Raumladungskonstanten gemäß der Child-Langmuir-Gleichung und wird mittels eines longitudinalen Magnetfeldes der Spule 47 transversal stabilisiert und im Brillouin-Gleichgewicht gehalten.Between the plates becomes an electron beam 14 in the electron beam axis 5 from an electron gun 6 which in this embodiment is a Pierce-type electron gun. This electron gun generates a high-energy electron beam with high space charge constant according to the Child-Langmuir equation and is generated by means of a longitudinal magnetic field of the coil 47 stabilized transversely and kept in Brillouin equilibrium.

Nach der Stückelung des Elektronenstrahls in dem Hochfrequenzdeflektor 7 werden sowohl die abgelenkten Elektronenpakete als auch die im Achszentrum verbleibenden Elektronenpakete durch den Gleichspannungsdeflektor 8 geführt. Dabei wird der zeitliche Abstand der Pakete durch die Betriebsfrequenz f, die zwischen 100 und 400 MHz liegt, bestimmt. Während die abgelenkten Elektronenstrahlpaketanteile von dem Kollektor 9 mit Gegenfeld aufgenommen und über eine Verbindungsleitung der Kathode der Elektronenstrahlkanone 6 zugeführt werden, erreichen die im Zentrum befindlichen etwa 20 % der Elektronen des Elektronenstrahls den Nachbeschleuniger 10, der mit einer Beschleunigungsspannung in dieser Ausführungsform von 300 kV die Elektronenstrahlimpulse oder Elektronenpakete energetisch verstärkt, so daß sie mit dem sich anschließenden ringförmigen Resonator 15 über den Ringspalt 25 in Wechselwirkung treten können.After the denomination of the electron beam in the high frequency deflector 7 Both the deflected electron packets and the electron packets remaining in the axis center are transmitted through the DC voltage deflector 8th guided. The time interval of the packets is determined by the operating frequency f, which is between 100 and 400 MHz. While the deflected electron beam packet portions of the collector 9 taken with opposing field and a connecting line of the cathode of the electron gun 6 are supplied to the center located about 20% of the electron of the electron beam reach the post accelerator 10 which energetically amplifies the electron beam pulses or packets of electrons with an acceleration voltage in this embodiment of 300 kV so as to interfere with the subsequent annular resonator 15 over the annular gap 25 can interact.

Dabei entzieht der Resonator angeregt durch die Frequenz des Elektronenstrahls den Elektronenpaketen Energie, die in dieser Ausführungsform über eine Antenne 23 einer Koaxialausgangsleitung 12 zugeführt wird. Dieses Koaxialkabel kann an einen Verbraucher angeschlossen sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der Verbraucher unmittelbar ein Ionenstrahl einer Beschleunigungskammer oder eines Ionenbeschleunigertanks, beispielsweise einer Ionenstrahltherapieanlage oder einer Ionenstrahlmaterialuntersuchungsanlage, die im wesentlichen mit Schwerionen wie Kohlenstoff- und Sauerstoffionen betrieben wird.In this case, the resonator, stimulated by the frequency of the electron beam, withdraws energy from the electron packets, which in this embodiment is via an antenna 23 a coaxial output line 12 is supplied. This coaxial cable can be connected to a consumer. In other embodiments of the invention, the load is directly an ion beam of an accelerating chamber or an ion accelerator tank, for example an ion beam therapy system or an ion beam material inspection system which is operated substantially with heavy ions such as carbon and oxygen ions.

Die Ausgangsleitung 12 kann auch ein Hohlleiter sein, der über ein Kopplungsfenster mit dem Resonator 15 kommuniziert oder über eine koaxiale Durchführung mit dem Resonator 15 in Verbindung steht. Die dem Resonator 15 und damit dem Elektronenstrahl 14 durch die Ausgangsleitung nicht entzogene Energie wird von dem Hauptkollektor 13 aufgenommen. Dieser Hauptkollektor 13 weist vorzugsweise wassergekühlte Wandungen auf, um die Restenergie abzuführen, die in dieser Ausführungsform unter 10 % liegt. Bei einer Maximalleistung von 10 MW ist dennoch eine hohe Kühlleistung erforderlich, um ein Schmelzen des Gehäuses des Hauptkollektors zu vermeiden.The output line 12 may also be a waveguide, via a coupling window with the resonator 15 communicates or via a coaxial implementation with the resonator 15 communicates. The resonator 15 and thus the electron beam 14 Energy not extracted by the output line is from the main collector 13 added. This main collector 13 preferably has water-cooled walls to dissipate the residual energy, which in this embodiment is less than 10%. At a maximum power of 10 MW, however, a high cooling capacity is required to prevent melting of the housing of the main collector.

10 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung. Das erfindungsgemäße Prinzip hat den Vorteil, daß es unmittelbar in eine Anlage zur Ionenstrahlbeschleunigung eingebracht werden kann. Entsprechend zeigt die 10 eine Vorrichtung 51 zur Ionenstrahlbeschleunigung, die einen Ionenbeschleunigertank 1 mit zentraler Behälterachse 2 zur Führung und Beschleunigung eines gepulsten Ionenstrahls 3 in der Behälterachse 2 aufweist. Dazu ist eine Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung 4 mit Elektronstrahlachse 5 zur Mikrostrukturierung und Verstärkung von Stromimpulsen für die Versorgung der Vorrichtung 51 zur Ionenstrahlbeschleunigung mit Hochfrequenzleistung derart angeordnet, daß die Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung 4 mit ihrer Elektronenstrahlachse 5 quer und versetzt zur Behälterachse 2 angeordnet ist und außerhalb des Ionenbeschleunigertanks 1 eine Elektronenstrahlkanone 6, einen Hochfrequenzdeflektor 7, einen Gleichspannungsdeflektor 8, einen Kollektor 9 mit Gegenfeld und einen Nachbeschleuniger 10 aufweist und innerhalb des Ionenbeschleunigertanks 1 einen Leistungskoppler 11 zur Ankopplung der Leistung des Elektronenstrahls 14 an einen Verbraucher 12, der in diesem Fall der gepulste Ionenstrahl 3 ist, wobei ein Hauptkollektor 13 die Restleistung des Elektronenstrahls 14 aufnimmt und die genannten Vorrichtungskomponenten nacheinander in Richtung des Ionenstrahls 14 angeordnet sind. 10 shows a schematic diagram of an apparatus for ion beam acceleration. The principle of the invention has the advantage that it can be introduced directly into a system for ion beam acceleration. Accordingly, the shows 10 a device 51 for ion beam acceleration, which stores an ion accelerator 1 with central tank axis 2 for guiding and accelerating a pulsed ion beam 3 in the container axis 2 having. This is an electron beam pulse forming and amplifying device 4 with electron beam axis 5 for microstructuring and Amplification of current pulses for the supply of the device 51 for high frequency power ion beam acceleration, arranged such that the electron beam pulse shaping and amplifying means 4 with its electron beam axis 5 transversely and offset to the container axis 2 is located and outside the ion accelerator tank 1 an electron gun 6 , a high frequency deflector 7 , a DC deflector 8th , a collector 9 with opposing field and a post accelerator 10 and within the ion accelerator tank 1 a power coupler 11 for coupling the power of the electron beam 14 to a consumer 12 , which in this case is the pulsed ion beam 3 is, being a main collector 13 the residual power of the electron beam 14 receives and said device components successively in the direction of the ion beam 14 are arranged.

Zur Auskopplung der Energie des Elektronenstrahls 14 aus der Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung 4 sind ein oberer Ringspalt 16 und ein unterer Ringspalt 17 mit dazwischen angeordneter den Ionenstrahl koaxial umgebenden Kopplungsstufe angeordnet. Die Kopplungsstufe 18 wird durch die Driftröhrenhalterung 19 gehalten, die gleichzeitig im Bereich des Zentrums des Ionenbeschleunigertanks 1 den Ionenstrahl 3 umgibt. Die Spaltgröße und der Spaltabstand sowie der Versetzungsabstand zwischen Elektronenstrahlachse und Ionenstrahlachse sind derart auf einander abgestimmt, daß das Volumen des Ionenbeschleunigertanks 1 als Resonator für den gepulsten Elektronenstrahl dienen kann, wobei der Resonator unmittelbar auf den im Zentrum geführten gepulsten Ionenstrahl wirkt.For decoupling the energy of the electron beam 14 from the electron beam pulse shaping and amplifying device 4 are an upper annular gap 16 and a lower annular gap 17 arranged with arranged therebetween the ion beam coaxially surrounding coupling stage. The coupling level 18 gets through the drift tube holder 19 held simultaneously in the area of the center of the ion accelerator tank 1 the ion beam 3 surrounds. The gap size and the gap distance as well as the offset distance between the electron beam axis and the ion beam axis are matched to one another such that the volume of the ion accelerator tank 1 can serve as a resonator for the pulsed electron beam, wherein the resonator acts directly on the pulsed ion beam guided in the center.

Die halbe Betriebsfrequenz f des Ionenstrahls 3 wird in dem Frequenzumsetzer f1 über einen Phasenschieber 45 und einen Verstärker 48 einem Koppelpunkt 50 zugeführt, an dem gleichzeitig die f5/2 Betriebsfrequenz f mit dem Frequenzumsetzer f2 über den Verstärker 49 anliegt. Mit diesen überlagerten Frequenzen wird der Hochfrequenzdeflektor 7 betrieben, der den Ionenstrahl aus der Elektronenstrahlkanone 6 moduliert.Half the operating frequency f of the ion beam 3 is in the frequency converter f 1 via a phase shifter 45 and an amplifier 48 a crosspoint 50 at the same time the f5 / 2 operating frequency f with the frequency converter f 2 via the amplifier 49 is applied. With these superimposed frequencies becomes the high frequency deflector 7 operated, the ion beam from the electron gun 6 modulated.

Anschließend wird in einem Gleichspannungsdeflektor 8 die Auslenkung und die Trennung zwischen ausgelenkten Ionenstrahlabschnitten und damit Impulspausen und im Zentrum weitergeführten Ionenstrahlabschnitten und damit Impulslängen verstärkt, so daß die abgelenkten Ionenstrahlabschnitte von dem Kollektor 9 mit dem Gegenfeld aufgenommen werden können. Die zentral auf der Ionenstrahlachse 5 fortgeführten Elektronenpakete werden in dem Nachbeschleuniger 10 auf eine entsprechend hohe Energie gebracht, so daß sie mit dem Raumvolumen des Ionenbeschleunigertanks 1 in Resonanz treten können. Dabei wird ein wesentlicher Teil der Elektronenstrahlenergie auf die Ionenstrahlimpulse übertragen, während eine geringe Restmenge von unter 10 % der Elektronenstrahlenergie dem Hauptkollektor 13 zugeführt wird. Im Gegensatz zur 9 weist diese erfindungsgemäße Lösung einen oberen Ringspalt 16 und einen unteren Ringspalt 17 auf, die den Elektronenstrahl umgeben, während dazwischen ein Koppelstück 18 angeordnet ist.Subsequently, in a DC voltage deflector 8th the deflection and the separation between deflected ion beam sections and thus pulse intervals and in the center continued ion beam sections and thus pulse lengths amplified, so that the deflected ion beam sections of the collector 9 can be recorded with the opposing field. The central on the ion beam axis 5 Continued electron packets are in the post accelerator 10 brought to a correspondingly high energy so that they match the volume of space of the ion accelerator tank 1 can resonate. In this case, a substantial part of the electron beam energy is transferred to the ion beam pulses, while a small residual amount of less than 10% of the electron beam energy to the main collector 13 is supplied. In contrast to 9 this solution according to the invention has an upper annular gap 16 and a lower annular gap 17 on, which surround the electron beam, while in between a coupling piece 18 is arranged.

11
IonenbeschleunigertankIon accelerator tank
22
ZentralbehälterCentral container
33
gepulster Ionenstrahlpulsed ion beam
44
Elektronenstrahlimpulsformungs- undElektronenstrahlimpulsformungs- and
-verstärkungseinrichtungamplifying means
55
Elektronenstrahlachseelectron beam axis
66
Elektronenkanoneelectron gun
77
HochfrequenzdeflektorHochfrequenzdeflektor
88th
GleichspannungsdeflektorGleichspannungsdeflektor
99
Kollektor mit Gegenfeldcollector with opposing field
1010
Nachbeschleunigerpost-accelerator
1111
Leistungskopplerpower coupler
1212
Verbraucherconsumer
1313
Hauptkollektormain collector
1414
Elektronenstrahlelectron beam
1515
Resonatorresonator
1616
oberer Ringspaltupper annular gap
1717
unterer Ringspaltlower annular gap
1818
Kopplungsstufecoupling stage
1919
Inhomogenes Feldinhomogeneous field
2020
Homogenes transversalgerichtetes Wechselfeldhomogeneous transversally directed alternating field
2121
Ausgangskreisoutput circuit
2222
ringförmige Kavitätannular cavity
2323
Antenneantenna
2424
Koaxialkabelcoaxial
2525
Ringspaltannular gap
2626
einspaltige Kavitätsingle column cavity
2727
RingresonatorraumRing resonator chamber
2828
Gehäusecasing
2929
Äquipotentiallinienequipotential
30-3530-35
Ablenkplatten des symmetrischen Gleichspannungsdeflekbaffles of the symmetrical DC voltage deflector
torstors
36-3936-39
Ablenkplatten des asymmetrischen Gleichspannungsdeflekbaffles of the asymmetric Gleichspannungsdeflek
torstors
40-4340-43
Ablenkplatten des Gleichspannungsdeflektorsbaffles of the DC deflector
4444
Zentrumsliniecenter line
4545
Phasenschieberphase shifter
4747
SpuleKitchen sink
4848
Verstärkeramplifier
4949
Verstärkeramplifier
f1 f 1
Frequenzumsetzerfrequency converter
f2 f 2
Frequenzumsetzerfrequency converter
5050
Koppelpunktcrosspoint
5151
Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigungcontraption for ion beam acceleration
5252
Plateauplateau
53-5453-54
Flankenflanks

Claims (39)

Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung, umfassend: (A) einen Ionenbeschleunigertank (1) mit zentraler Behälterachse (2) zur Führung und Beschleunigung eines gepulsten Ionenstrahls (3) in der Behälterachse (2), (B) eine Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung (4) mit Elektronenstrahlachse (5) zur Mikrostrukturierung und Verstärkung von Stromimpulsen für die Versorgung der Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung mit Hochfrequenzleistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung (4) mit ihrer Elektronenstrahlachse (5) quer und versetzt zur Behälterachse (2) angeordnet ist und außerhalb des Ionenbeschleunigertanks (1) (a) eine Elektronenkanone (6), (b) einen Hochfrequenzdeflektor (7), (c) einen Gleichspannungsdeflektor (8), (d) einen Kollektor mit Gegenfeld (9) und (e) einen Nachbeschleuniger (10) aufweist und innerhalb des Ionenbeschleunigertanks (f) einen Leistungskoppler (11) zur Ankopplung der Leistung des Elektronenstrahls (14) an einen Verbraucher (12), wie dem gepulsten Ionsenstrahl (31) und (g) einen Hauptkollektor (13) zur Aufnahme der Restleistung des Elektronenstrahls (14) aufweist, wobei die Vorrichtungskomponenten (a) bis (g) nacheinander in Richtung des Elektronenstrahls (14) angeordnet sind.Apparatus for ion beam acceleration, comprising: (A) an ion accelerator tank ( 1 ) with central container axis ( 2 ) for guiding and accelerating a pulsed ion beam ( 3 ) in the container axis ( 2 ), (B) electron beam pulse shaping and amplifying means (FIG. 4 ) with electron beam axis ( 5 ) for microstructuring and amplifying current pulses for the supply of the device for high-frequency-power ion beam acceleration, characterized in that the electron beam pulse shaping and amplification device ( 4 ) with its electron beam axis ( 5 ) transversely and offset to the container axis ( 2 ) and outside the ion accelerator tank ( 1 ) (a) an electron gun ( 6 ), (b) a high frequency deflector ( 7 ), (c) a DC deflector ( 8th ), (d) a collector with opposing field ( 9 ) and (e) a post-accelerator ( 10 ) and within the ion accelerator tank (f) a power coupler ( 11 ) for coupling the power of the electron beam ( 14 ) to a consumer ( 12 ), such as the pulsed ion beam ( 31 ) and (g) a main collector ( 13 ) for receiving the residual power of the electron beam ( 14 ), wherein the device components (a) to (g) successively in the direction of the electron beam ( 14 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungskoppler (11) einen Resonator (15) mit einem den Elektronenstrahl (14) radial umgebenden oberen Ringspalt (16) und einem den Elektronenstrahl (14) radial umgebenden unteren Ringspalt 17 in dem Ionenbeschleunigertank (1) aufweist.Device according to Claim 1, characterized in that the power coupler ( 11 ) a resonator ( 15 ) with an electron beam ( 14 ) radially surrounding upper annular gap ( 16 ) and one the electron beam ( 14 ) radially surrounding lower annular gap 17 in the ion accelerator tank ( 1 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungskoppler (11) eine zwischen Ringspalten (16, 17) angeordnete Kopplungsstufe (18) aufweist, die koaxial den Elektronenstrahl (14) umgibt und radial versetzt und transversal zum Ionenstrahl (3) innerhalb des Ionenbeschleunigertanks (1) angeordnet ist, wobei die Kopplungsstufe (18) an einer Driftröhrenhalterung (19) des Ionenstrahls (14) befestigt ist.Device according to one of Claims 1 and 2, characterized in that the power coupler ( 11 ) one between annular gaps ( 16 . 17 ) arranged coupling stage ( 18 ) coaxially the electron beam ( 14 ) and radially offset and transversely to the ion beam ( 3 ) within the ion accelerator tank ( 1 ), the coupling step ( 18 ) on a drift tube holder ( 19 ) of the ion beam ( 14 ) is attached. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (6) eine Pierce-Typ-Elektronenstrahlkanone ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electron gun ( 6 ) is a Pierce-type electron gun. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzdeflektor (7) derart aufgebaut ist, daß er ein homogenes transversal gerichtetes Wechselfeld (20) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-frequency deflector ( 7 ) is constructed such that it has a homogeneous transversely directed alternating field ( 20 ) having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsdeflektor (8) derart ausgebildet ist, daß er ein inhomogenes zeitlich konstantes transversales elektrischen Feld (19) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dc voltage deflector ( 8th ) is designed such that it has an inhomogeneous temporally constant transverse electric field ( 19 ) having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungskoppler (11) in seinem Ausgangskreis einen Resonator (15) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the power coupler ( 11 ) in its output circuit a resonator ( 15 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis (21) eine einspaltige ringförmige Kavität (22) als Resonator (15) aufweist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the output circuit ( 21 ) a single-column annular cavity ( 22 ) as a resonator ( 15 ) having. Vorrichtung zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung mit (a) einer Elektronenkanone (6), (b) einem Hochfrequenzdeflektor (7), (c) einem Gleichspannungsdeflektor (8), (d) einem Kollektor (9) mit Gegenfeld, (e) einem Leistungskoppler (11) zur Ankopplung der Leistung des Elektronenstrahls (14) an einen Verbraucher (12), und (f) einen Hauptkollektor (13) zur Aufnahme der Restleistung des Elektronenstrahls (14), wobei die Vorrichtungskomponenten (a) bis (g) nacheinander in Richtung des Elektronenstrahls (14) angeordnet sind.Electron beam pulse shaping and amplification apparatus comprising (a) an electron gun ( 6 ), (b) a high frequency deflector ( 7 ), (c) a DC deflector ( 8th ), (d) a collector ( 9 ) with opposing field, (e) a power coupler ( 11 ) for coupling the power of the electron beam ( 14 ) to a consumer ( 12 ), and (f) a main collector ( 13 ) for receiving the residual power of the electron beam ( 14 ), wherein the device components (a) to (g) successively in the direction of the electron beam ( 14 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (12) eine Antenne (23) eines Koaxialkabelendes (24) ist, die in einem Resonator (15), der über einem den Elektronenstrahl (14) umgebenden Ringspalt (25) mit dem Elektronenstrahl (14) gekoppelt ist, hineinragt.Device according to claim 9, characterized in that the consumer ( 12 ) an antenna ( 23 ) of a coaxial cable end ( 24 ), which is in a resonator ( 15 ) passing over the electron beam ( 14 ) surrounding annular gap ( 25 ) with the electron beam ( 14 ), protrudes. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (12) ein Antennenkoppler eines Hohlleiters ist, wobei der Antennenkoppler in einen Resonator (15) hinein ragt, der den Elektronenstrahl (14) mit einem Ringspalt (25) umgibt.Device according to claim 9, characterized in that the consumer ( 12 ) is an antenna coupler of a waveguide, wherein the antenna coupler in a resonator ( 15 ) protruding into the electron beam ( 14 ) with an annular gap ( 25 ) surrounds. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (12) ein Kopplungsfenster zu einem Hohlleiter ist, wobei das Kopplungsfenster sich zu einem Resonator (15) öffnet, der den Elektronenstrahl (14) mit einem Ringspalt (25) umgibt.Device according to claim 9, characterized in that the consumer ( 12 ) is a coupling window to a waveguide, wherein the coupling window to a resonator ( 15 ), which opens the electron beam ( 14 ) with an annular gap ( 25 ) surrounds. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlkanone (6) eine Pierce-Typ-Elektronenstrahlkanone ist.Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the electron beam gun ( 6 ) is a Pierce-type electron gun. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzdeflektor (7) derart ausgebildet ist, daß er ein homogenes transversal gerichtetes Wechselfeld (20) aufweist.Device according to one of Claims 9 to 13, characterized in that the high-frequency deflector ( 7 ) is designed such that it has a homogeneous transversely directed alternating field ( 20 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsdeflektor (8) derart ausgebildet ist, daß er ein inhomogenes zeitlich konstantes transversales elektrisches Feld (19) aufweist.Device according to one of Claims 9 to 14, characterized in that the DC deflector ( 8th ) is designed such that it has an inhomogeneous time-constant transverse electric field ( 19 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungskoppler (11) in seinem Ausgangskreis (21) einen Resonator (15) aufweist.Device according to one of Claims 9 to 15, characterized in that the power coupler ( 11 ) in its initial circle ( 21 ) a resonator ( 15 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis (21) eine einspaltige ringförmige Kavität (26) als Resonator (15) aufweist.Apparatus according to claim 16, characterized in that the output circuit ( 21 ) a single-column annular cavity ( 26 ) as a resonator ( 15 ) having. Verfahren zur Ionenstrahlbeschleunigung, das mit einer Vorrichtung durchgeführt wird, die einen Ionenbeschleunigertank (1) mit zentraler Behälterachse (2) zur Führung und Beschleunigung eines gepulsten Ionenstrahls (14) in der Behälterachse (2) und eine Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung (4) mit Elektronenstrahlachse (5) zur Mikrostrukturierung und Verstärkung von Stromimpulsen für die Versorgung der Vorrichtung zur Ionenstrahlbeschleunigung mit Hochfrequenzleistung aufweist, wobei die Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung (4) mit ihrer Elektronenstrahlachse (5) quer und versetzt zur Behälterachse (2) angeordnet ist und außerhalb des Ionenbeschleunigertanks (1) mit einer Elektronenkanone (6) einen Elektronenstrahl (14) erzeugt, und mittels eines Hochfrequenzdeflektors (7) und eines Gleichspannungsdeflektors (8) über 50 % des Elektronenstrahlstroms bei Frequenzen von 100 MHz bis 400 MHz taktweise zur Mikrostrukturierung des Elektronenstrahls (14) in einen Kollektor (9) mit Gegenfeld ablenkt und ein Nachbeschleuniger (10) unter einer Beschleunigerspannung von mehreren 100 Kilovolt vorzugsweise 200 bis 400 Kilovolt den Elektronenstrahl (14) in den Ionenbeschleunigertank (1) einführt und über einen Leistungskoppler (11) den Ionenstrahl (3) beschleunigt.Method for ion beam acceleration, which is carried out with a device that holds an ion accelerator ( 1 ) with central container axis ( 2 ) for guiding and accelerating a pulsed ion beam ( 14 ) in the container axis ( 2 ) and an electron beam pulse shaping and amplifying device ( 4 ) with electron beam axis ( 5 ) for microstructuring and amplifying current pulses for the supply of the device for ion beam acceleration with high-frequency power, wherein the electron beam pulse-shaping and amplification device ( 4 ) with its electron beam axis ( 5 ) transversely and offset to the container axis ( 2 ) and outside the ion accelerator tank ( 1 ) with an electron gun ( 6 ) an electron beam ( 14 ), and by means of a high-frequency deflector ( 7 ) and a DC deflector ( 8th ) over 50% of the electron beam current at frequencies of 100 MHz to 400 MHz in cycles for microstructuring the electron beam ( 14 ) into a collector ( 9 ) with opposing field and a post-accelerator ( 10 ) under an accelerator voltage of several 100 kilovolts, preferably 200 to 400 kilovolts, the electron beam ( 14 ) into the ion accelerator tank ( 1 ) and via a power coupler ( 11 ) the ion beam ( 3 ) speeds up. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (14) einer Intensitätsmodulation unterwor fen wird, die der Betriebsfrequenz (f) des Ionenstrahls (3) entspricht.Method according to claim 18, characterized in that the electron beam ( 14 ) is subjected to an intensity modulation which corresponds to the operating frequency (f) of the ion beam ( 3 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (9) mit Gegenfeld bis zu 80 % der Elektronenstrahlenergie aufnimmt.Process according to Claim 18 or 19, characterized in that the collector ( 9 ) with opposing field absorbs up to 80% of the electron beam energy. Verfahren zur Elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung, das folgende Verfahrensschritte aufweist: Erzeugen eines Elektronenstrahls (14) mittels einer Elektronenstrahlkanone (5), Beaufschlagen des Elektronenstrahls (14) mit einem hochfrequenten Wechselfeld (20) unter gleichzeitiger hochfrequenter Auslenkung des Elektronenstrahls (14), Hochfrequentes Ausblenden von bis zu 80 % der Elektronenstrahlenergie zu einem Kollektor (9) mit Gegenfeld, Nachbeschleunigen des hochfrequenzmodulierten Elektronenstrahls (14) zu Elektronenstrahlimpulsen, Auskoppeln der Hochfrequenzenergie über einen Leistungskoppler (11).A method of electron beam pulse shaping and amplification, comprising the steps of: generating an electron beam ( 14 ) by means of an electron beam gun ( 5 ), Applying the electron beam ( 14 ) with a high-frequency alternating field ( 20 ) with simultaneous high-frequency deflection of the electron beam ( 14 ), High-frequency hiding of up to 80% of the electron beam energy to a collector ( 9 ) with opposing field, Nachbeschleunigen the high-frequency modulated electron beam ( 14 ) to electron beam pulses, decoupling the high frequency energy via a power coupler ( 11 ). Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskoppeln der Hochfrequenzenergie über ein Koaxialkabelende (24) erfolgt, das mit einer Antenne (23) in einen Ringresonatorraum (27) ragt, welcher über einen den Elektronenstrahl (14) umgebenden Ringspalt (25) mit dem hochfrequenten energiereichen Elektronenstrahl (14) kommuniziert.Method according to Claim 21, characterized in that the decoupling of the high-frequency energy via a coaxial cable end ( 24 ), which is connected to an antenna ( 23 ) into a ring resonator space ( 27 ), which via one the electron beam ( 14 ) surrounding annular gap ( 25 ) with the high-frequency high-energy electron beam ( 14 ) communicates. Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskoppeln der Hochfrequenzenergie über einen Hohlleiter erfolgt, der mit einer Koppelantenne in einen Ringresonatorraum (27) ragt, welcher über einen den Elektronenstrahl (14) umgebenden Ringspalt (25) mit dem hochfrequenten, energiereichen Elektronenstrahl (14) kommuniziert.Method according to Claim 21 or Claim 22, characterized in that the coupling-out of the high-frequency energy takes place via a waveguide which is connected to a coupling antenna in a ring resonator space ( 27 ), which via one the electron beam ( 14 ) surrounding annular gap ( 25 ) with the high-frequency, high-energy electron beam ( 14 ) communicates. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskoppeln der Hochfrequenzenergie über einen Hohlleiter erfolgt, der über ein Koppelfenster an einen Ringresonator (27) angeschlossen ist, wobei der Resonator (15) über einen den Elektronenstrahl (14) umgebenden Ringspalt (25) mit dem Elektronenstrahl (14) kommuniziert.Method according to one of claims 21 to 23, characterized in that the decoupling of the high-frequency energy via a waveguide takes place via a coupling window to a ring resonator ( 27 ) is connected, wherein the resonator ( 15 ) via an electron beam ( 14 ) surrounding annular gap ( 25 ) with the electron beam ( 14 ) communicates. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahl (14) mit hoher Raumladungskonstanten gemäß der Child-Langmuir-Gleichung von einer Elektronenstrahlkanone (6) mit einem Elektronenstrahl von 20 A bis 60 A, vorzugsweise 30 A bis 50 A, bei einer Beschleunigungsspannung (Uc) von 20 kV bis 60 kV, vorzugsweise 30 kV bis 50 kV, erzeugt wird.Method according to one of Claims 21 to 24, characterized in that an electron beam ( 14 ) with high space charge constants according to the Child-Langmuir equation of an electron gun ( 6 ) with an electron beam of 20 A to 60 A, preferably 30 A to 50 A, at an acceleration voltage (U c ) of 20 kV to 60 kV, preferably 30 kV to 50 kV is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (14) mittels eines longitudinalen Magnetfeldes transversal im Brillouin-Gleichgewicht stabilisiert wird.Method according to one of Claims 21 to 25, characterized in that the electron beam ( 14 ) is stabilized transversally in the Brillouin equilibrium by means of a longitudinal magnetic field. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der intensitätsmodulierte Elektronenstrahl (14) einen schmalbandigen HF-Resonator im Ausgangskreis bei einer Betriebsfrequenz (f) anregt.Method according to one of Claims 21 to 26, characterized in that the intensity-modulated electron beam ( 14 ) excites a narrow band RF resonator in the output circuit at an operating frequency (f). Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (14) ein homogenes transversal gerichtetes elektrisches Wechselfeld (20) durchläuft.Method according to one of Claims 21 to 27, characterized in that the electron beam ( 14 ) a homogeneous transversely directed alternating electric field ( 20 ) goes through. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 50 % und 80 % der Elektronenstrahlenergie von der Elektronenstrahlachse (5) abgelenkt werden.Method according to one of claims 21 to 24, characterized in that between 50% and 80% of the electron beam energy from the electron beam axis ( 5 ) to get distracted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß bei näherungsweise konstanter Elektronenenergie von 30 keV bis 50 keV in einem vorgespannten Kollektor (9) mit Gegenfeld von –30 kV bis –40 kV der abgelenkte Anteil des Elektronenstrahls aufgefangen wird.Method according to one of the preceding claims 21 to 29, characterized in that, with approximately constant electron energy of 30 keV to 50 keV in a prestressed collector ( 9 ) with counter-field of -30 kV to -40 kV the deflected portion of the electron beam is collected. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie aufgefangener Elektronen in einem Kollektor (9) mit Gegenfeld gesammelt und als Ladestrom der Kathode der Elektronenstrahlkanone (6) zugeführt werden.Method according to one of Claims 21 to 30, characterized in that the energy of intercepted electrons in a collector ( 9 ) is collected with opposing field and as charge current of the cathode of the electron gun ( 6 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht abgelenkten Elektronenpakete im zeitlichen Abstand einer Betriebsfrequenz (f) entlang der Elektronenstrahlachse (14) bewegt und mit einer Hauptbeschleunigungsspannung zwischen 200 und 400 kV in einen Ausgangskreis (21) der Vorrichtung, der als Resonator (15) ausgebildet ist, eintreten.Method according to one of claims 21 to 31, characterized in that the undeflected electron packets are separated by an operating frequency (f) along the electron beam axis ( 14 ) and with a main acceleration voltage between 200 and 400 kV in an output circuit ( 21 ) of the device, which can be used as a resonator ( 15 ) is formed, enter. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Resonator (15) im Ausgangskreis (21) der Vorrichtung angeregt wird, wobei hochfrequente Felder im Resonator (15) die Energie der Elektronen aufnehmen, diese abbremsen und eine Ausgangsleitung, vorzugsweise ein Koaxialkabelende (24) und/oder einen Hohlleiter speisen.Method according to one of Claims 21 to 22, characterized in that a resonator ( 15 ) in the output circuit ( 21 ) of the device is excited, wherein high-frequency fields in the resonator ( 15 ) absorb the energy of the electrons, decelerate them and an output line, preferably a coaxial cable end ( 24 ) and / or feed a waveguide. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Restenergie der Elektronen in einem Hauptkollektor (13) abgegeben wird.Process according to one of Claims 21 to 33, characterized in that a residual energy of the electrons in a main collector ( 13 ) is delivered. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß für eine elektronische Ablenkung in dem Hochfrequenzdeflektor (7) für eine Betriebsfrequenz (f) das angesteuerte Hochfrequenzsignal aus einem Hauptbestandteil bei der Frequenz (f/2) und einer Überlagerung der Frequenz (5f/2) mit einem Amplitudenverhältni 5:1 besteht.Method according to one of Claims 21 to 34, characterized in that, for an electronic deflection in the high-frequency deflector ( 7 ) for an operating frequency (f) the controlled high-frequency signal consists of a main component at the frequency (f / 2) and a superimposition of the frequency (5f / 2) with an amplitude ratio of 5: 1. Vorrichtung zur Hochfrequenzleistungsverstärkung, insbesondere zur Versorgung einer Vorrichtung mit einer Kavität zur Ionnenstrahlbeschleunigung mit Hochfrequenzleistung, umfassend: einen Vakuumtank mit zentraler Tankachse zur Erzeugung und Beschleunigung eines gepulsten Elektronenstrahls (14) längs der Tankachse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenstrahlimpulsformungs- und -verstärkungseinrichtung (4) mit ihrer Elektronenstrahlachse (5) quer und versetzt zu einer Behälterachse (2) eines Ionenbeschleunigertanks (1) angeordnet ist und außerhalb des Ionenbeschleunigertanks (1) (a) eine Elektronenkanone (6), (b) einen Hochfrequenzdeflektor (7), (c) einen Gleichspannungsdeflektor (8), (d) einen Kollektor (9) mit Gegenfeld und (e) einen Nachbeschleuniger (10) aufweist und innerhalb des Ionenbeschleunigertanks (f) einen ersten sowie einen zweiten Spalt zur Ankopplung der Leistung des Elektronenstrahls (14) an den Ionenstrahl (3) (g) einen Hauptkollektor (13) zur Aufnahme der Restleistung des Elektronenstrahls (14) aufweist, wobei die Vorrichtungskomponenten (a) bis (g) nacheinander in Richtung des Elektronenstrahls (14) angeordnet sind.Device for high-frequency power amplification, in particular for supplying a device with a cavity for jet-beam acceleration with high-frequency power, comprising: a vacuum tank having a central tank axis for generating and accelerating a pulsed electron beam ( 14 ) along the tank axis, characterized in that a Elektronenstrahlimpulsformungs- and -verstärkungseinrichtung ( 4 ) with its electron beam axis ( 5 ) transversely and offset to a container axis ( 2 ) of an ion accelerator tank ( 1 ) and outside the ion accelerator tank ( 1 ) (a) an electron gun ( 6 ), (b) a high frequency deflector ( 7 ), (c) a DC deflector ( 8th ), (d) a collector ( 9 ) with opposing field and (e) a post-accelerator ( 10 ) and within the ion accelerator tank (f) have a first and a second gap for coupling the power of the electron beam ( 14 ) to the ion beam ( 3 ) (g) a main collector ( 13 ) for receiving the residual power of the electron beam ( 14 ), wherein the device components (a) to (g) successively in the direction of the electron beam ( 14 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangskreis einen Leistungskoppler zur Einspeisung in einen Wellenleiter aufweist.Device according to Claim 36, characterized the existence Output circuit has a power coupler for feeding into a waveguide. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis als einspaltige Kavität ausgeführt ist.Device according to claim 37, characterized in that that the Output circuit is designed as a single-column cavity. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Elektronenstrahlenergie ohne Nachbeschleunigung in der Elektronenstrahlkanone erzeugbar ist.Device according to claim 37, characterized in that that the total electron beam energy without post-acceleration in the electron beam gun can be generated.
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