DE1010664B - Zweistrahl-Betatron - Google Patents

Description

Die im Betatron durch Beschießen einer Antikathode mit schnellen Elektronen erzeugten Röntgenstrahlen eignen sich bekanntlich besonders gut zur Materialuntersuchung. Unter Verwendung einer 30-MeV-Strahlung lassen sich Fehlerstellen von etwa 1 % der durchstrahlten Dicke noch gut erkennen; beispielsweise also ein Lufteinschluß von etwa 1 mm Durchmesser in einem Eisenkörper von 10 cm Dicke.

Bei derartigen Untersuchungen ist nun im allgemeinen die jeweils für die Aufstellung der Objekte, Anbringung der strahlungsempfindlichen Schichten (Platten oder Filme) usw. benötigte Zeit wesentlich größer als die Bestrahlungszeit. Diese letztere liegt für metallische Objekte von 10 cm Dicke in der Größenordnung von 1 Minute, wenn der Abstand zwischen Objekt und Antikathode 1 m beträgt.

Die Untersuchung ausgedehnter Objekte, die nur abschnittsweise erfolgen kann, erfordert daher einen beträchtlichen Zeitaufwand, welcher auch durch Anwendung energiereicherer Strahlung nur unwesentlich vermindert werden kann.

Ferner ist es bei der Verwendung einer einzigen Strahlenquelle zwar leicht möglich, das Vorhandensein von Fehlern im Objekt festzustellen. Die genaue Lokalisierung, d. h. die Bestimmung der Tiefenlage des Fehlers im Objekt, läßt sich jedoch nur mit mehreren aus verschiedenen Richtungen gewonnenen Aufnahmen durchführen. Dieses Verfahren ist nach dem weiter oben gesagten zeitraubend.

Eine Beschleunigung des Untersuchungsverfahrens wird unter Verwendung einer bekannten Einrichtung dadurch ermöglicht, daß das zu untersuchende Objekt gleichzeitig mit zwei Röntgenstrahlenbündeln durchstrahlt wird, deren Achsen sich schneiden. Dazu sind in der toroidförmigen Beschleunigungsröhre eines Betatrons zwei Antikathoden angeordnet, und es sind Mittel vorhanden, welche die abwechselnd in verschiedenen Umlaufrichtungen beschleunigten Elektronen abwechselnd auf die beiden Antikathoden lenken.

Eine zweckmäßige Verwendungsart der beschriebenen Einrichtung geht aus Fig. 1 hervor. Sie zeigt die beiden Antikathoden 1 und 2 des Betatrons, welche je ein Röntgenstrahlenbündel erzeugen, deren Achsen 3 bzw. 4 sich beim Punkt 5 unter einem Winkel α schneiden. Die in der Fig. 1 als Beispiel eingetragenen Maße beziehen sich auf ein 30-MeV-Betatron. Die durch dieses erzeugten Röntgenstrahlenbündel können erfahrungsgemäß innerhalb von Öffnungswinkeln γ von etwa 15° für Materialuntersuchungen verwendet werden. Mit größerem Öffnungswinkel austretende Strahlen werden zweckmäßig durch geeignete Blenden absorbiert. Der Winkel α soll mit Vorteil nicht größer als etwa 20° gewählt werden. In einem Abstand von etwa 1 m von den Antikathoden beginnen sich die beiden Bündel zu durchsetzen. Wird

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie._r Baden (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 14. Mai 1952;

Dr.-Ing. Rolf Wideröe, Nussbaumen, Baden (Schweiz), ist als Erfinder genannt worden

das Objekt 7 in diesem Abstand angeordnet, so läßt sich also in einer Aufstellung und mit einer Bestrahlung ein Abschnitt von etwa SO cm Länge auf das Vorhandensein von Fehlern untersuchen (gekreuzt schraifiert), d. h., die Anzahl der zur Untersuchung eines Abschnittes notwendigen Aufnahmen wird auf die Hälfte der bei Benutzung eines einzigen Strahlenbündels notwendigen Zahl verringert. Für diese Aufnahmen dieser Art wird die strahlungsempfindliche Schicht 8 zweckmäßig unmittelbar hinter dem Objekt 7 angebracht.

Wird das Objekt in 2 m Entfernung von der Antikathode aufgestellt, so liegt es im Schnittpunkt 5 der Bündelachsen. Ein im bestrahlten Abschnitt liegender Fehler wird daher auf einer hinter dem Objekt angebrachten strahlungsempfindlichen Schicht 9 doppelt abgebildet; der Abstand der Bilder läßt auf sehr einfache Weise die Tiefenlage des Fehlers ermitteln.

Weist die Fehlerstelle komplizierte Formen auf, oder ist sie sehr ausgedehnt, so kann das Bild unübersichtlich und die Bestimmung der Tiefenlage unmöglich werden. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, die strahlungsempfindliche Schicht in einem geeigneten Abstand (z. B. 1 m) hinter dem Objekt anzuordnen, so daß auf ihr gleichzeitig zwei nebeneinanderliegende vergrößerte Bilder 10 entstehen, die von zwei verschiedenen Punkten aus projiziert sind. Es ist vorteilhaft, die Öffnungswinkel der Röntgenstrahlenbündel durch passende Blenden auf den notwendigen Wert zu begrenzen. Die entstehenden Bilder lassen sich stereoskopisch auswerten. Oft ist es einfacher, an Stelle dieser zuletzt genannten Lösung, zwei strahlungsempfindliche Schichten nacheinander auf der Rückseite des Objekts anzubringen (bei 9) und die Bestrahlung mit jeweils einem Bündel vorzunehmen. Auch so ergibt sich ein stereoskopisch auszuwertendes

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Bildpaar, welches die Fehlerstelle etwa in natürlicher leitend bleibende zweite Thyratron auf den andern

Größe zeigt. ' Spitzenwert der induzierten Spannung aufgeladen wird.

Praktische Erfahrung lehrt, daß der Winkel α die oben Gemäß vorliegender Erfindung werden die der Hebung

angegebene Größe nicht überschreiten darf, wenn bei bzw. Senkung des Bahnkreises dienenden Windungen 19 Objekten von 10 bis 20 cm Dicke die stereoskopische Aus- 5 also durch die Entladeströme der beiden Thyratrons der Wertung zuverlässig sein soll; Als besonders günstig hat an sich bekannten Anordnung gespeist. Zufolge der in sich ein Schnittwinkel von 15° zwischen den beiden Fig. 3 angegebenen Schaltung entstehen in den Windun-Bündelachsen erwiesen. Der zugehörige Winkel β beträgt gen 19 Impulse von stets gleichbleibender Polarität, dann also 165°. welche, da die Elektronen ihre Umlaufrichtung wechseln,

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Zweistrahl- io abwechselnd Hebungen und Senkungen des Bahnkreises Betatron, das besonders für die Durchführung solcher bewirken. Dagegen fließen in der Spule 25 Impulse ab-Materialuntersuchungen geeignet ist. Es enthält eine wechselnder Polarität, so daß mit jeder Parallelverschie-Expansionsspule, die über zwei mit entgegengesetzten bung der Bahnebene eine Expansion verbunden ist. Durchlaßrichtungen parallel geschalteten ■ Steuerröhren Um in allen vorkommenden Fällen mit einem jeweils

mit einem Kondensator verbunden ist, der als Energie- 15 günstigsten Schnittwinkel α der beiden Röntgenstrahlen quelle für die Expansionsspulen dient. . Das erfindungs- arbeiten zu können, ist gemäß einer Weiterausbildung der gemäße Betatron ist dadurch gekennzeichnet, daß es Erfindung vorgesehen, jeweils zwei aus einer Mehrzahl mindestens ein Paar von außerhalb der Ebene des Gleich- von sich unter verschiedenen Winkeln schneidenden gewichtskreises liegenden Antikathoden enthält und daß Röntgenstrahlenbündeln zu verwenden. Es werden dazu mindestens eine zusätzliche Spule vorhanden ist, die eben- 20 mehrere Paare von Antikathoden vorgesehen, welche falls aus dem Kondensator gespeist wird und die Elek- Paare von Röntgenstrahlenbündeln mit verschiedenen tronen senkrecht zur Bahnebene derart ablenkt, daß die Schnittwinkeln erzeugen und wobei die Auswahl des zu abwechselnd in verschiedenen Umlaufrichtungen be- benutzenden Paares durch einfache Umschaltung geschleunigten Elektronen abwechselnd auf eine Anti- troffen werden kann.

kathode des Paares auftreffen. 25 Ein Ausführungsbeispiel dazu zeigt die Fig. 4. Die dort

Ein Ausführungsbeispiel sei an Hand der Fig. 2 und 3 dargestellte Beschleunigungsröhre 11 enthält vier Antibeschrieben: Die Fig. 2 zeigt einen die Achse 6 des Beta- kathoden 26, 27, 28, 29, wobei die oberhalb des Gleichtrons enthaltenden Schnitt durch die toroidförmige gewichtskreises 18 befindlichen Antikathoden 26 und 27 Röhre 11. Die beiden Antikathoden 12 und 13 sind zur Röntgenstrahlenbündel mit einem Schnittwinkel von beiVereinfachung' der Figur einander diametral gegenüber- 30 spielsweise 15° erzeugen, während der Schnittwinkel liegend dargestellt. Dies ist in Wirklichkeit meist nur an- zwischen den von den unterhalb des Gleichgewichtsgenähert der Fall, indem sie um mindestens 160° ausein- kreises befindlichen Antikathoden 28, 29 erzeugten Röntanderliegen. Jede Antikathode ist auf einem Gehäuse 14 genstrahlenbündel beispielsweise 7,5° oder auch Null befestigt, welches eine Elektronenquelle enthält. Die beträgt. Der Bahnkreis der Elektronen muß nun nach Befestigungsmittel sind die dünnen Träger 15 und 16, 35 jeder Beschleunigung um die Punkte 30 bzw. 31 gekippt wobei der letztere sich auf den dickeren Träger 17 ab- werden. Dazu sind beispielsweise zwei Spulen vorzustützt. Während der Beschleunigung durchlaufen die sehen, welche ein in radialer Richtung verlaufendes Feld Elektronen einen relativ engen toroidförmigen Raum um erzeugen, das bei den Punkten 30 bzw. 31 den Wert Null den Gleichgewichtskreis 18. aufweist und seinen Maximalwert H_max jeweils an der

Zur Hebung bzw. Senkung der Bahnebene nach 40 diametral gegenüberliegenden Stelle erreicht. Dazwischen erfolgter Beschleunigung wird durch die Windungen 19 soll, wenn mit ω der vom Punkt 30 bzw. 31 aus gemessene ein in radialer Richtung verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Zentriwinkel auf der Achse des Betatrons bezeichnet ist, Die Form dieser Windungen sowie eine Schaltung zur das Feld den Verlauf Erzeugung der in ihnen fließenden impulsförmigen Ströme *

sind aus der Fig. 3 zu entnehmen. Die Speisung der 45 H (cw) = — H_max ■ (1 — cos co)

Windungen 19 erfolgt aus der Sekundärseite des Transfor- 2

mators 20, dessen Primärwicklungshälften im Stromkreis aufweisen. Die eine der vorzusehenden Spulen bewirkt je eines der Thyratrons 21 bzw. 22 liegen. Diese Thyra- dann eine Kippung um den Punkt 30, die andere eine trons bilden zusammen mit dem Kondensator 23 und solche um den Punkt 31. Zum Arbeiten mit den oberen der vom magnetischen Fluß 24 im zentralen Kern des 50 Antikathoden sind impulsförmige Ströme mit der einen Betatrons durchsetzten Spulen 25 die in der deutschen Polarität durch die Spulen zu senden, zum Arbeiten mit Patentschrift 933 470 beschriebene Anordnung zur Erzeu- den unteren Antikathoden Ströme mit der andern PoIagung von Expansionsimpulsen. rität.

Zum besseren Verständnis sei die Wirkungsweise dieser Die Form dieser Spulen sowie eine Einrichtung zur

Anordnung hier kurz erläutert. In der Spule 25 wird 55 Erzeugung der zu ihrer Speisung benötigten impulsfördurch den magnetischen Fluß im zentralen Kern des migen Ströme sind aus der Fig. 5 ersichtlich. Die Fig. 5 b Betatrons eine sinusförmig verlaufende Spannung indu- zeigt eine der Spulen in abgewickeltem Zustande. Die ziert. Der Kondensator 23 wird über eines der Thyratrons Stellen 32 und 33 fallen in Wirklichkeit zusammen und auf den spitzen Wert der induzierten Spannung aufge- liegen an der Stelle, wo das radiale Feld den Wert Null laden. Im Moment der Expansion, d. h. beim Nulldurch- 60 aufweisen soll (für die eine Spule beim Punkt 30), die gang der induzierten Spannung, wird durch Anlegen einer Stelle 34 liegt bei den zugeordneten Antikathoden 27 passenden Gitterspannung das zweite Thyratron gezün- und 29.

det. Die im Kondensator gespeicherte Energie entlädt Die Fig. 5 a zeigt eine Schaltung zur Erzeugung der

sich über dieses Thyratron und über die Spule 25; infolge impulsförmigen Ströme in den Spulen 35. Die aus den der geringen Verluste wird der Kondensator bei umge- 65 Thyratrons 36 und 37, dem Kondensator 38 und der kehrtem Potential auf nahezu denselben Spannungswert Expansionsspule 39 bestehende Einrichtung entspricht aufgeladen, wie er vor der Zündung des zweiten Thyra- der weiter oben beschriebenen Einrichtung zur Erzeugung trons herrschte. Dieser Umladevorgang erzeugt in der von Expansionsimpulsen. Im Entladekreis jedes Thyra-Spule 25 den Expansionsimpuls. Die Verluste werden trons befindet sich ein Transformator 40 bzw. 41, dessen gedeckt, indem der Kondensator durch das solange 70 Sekundärwicklung eine der Spulen 35 speist. DieseSpulen

werden also abwechselnd von impulsförmigen Strömen durchflossen und bewirken daher ein abwechselndes Kippen des Bahnkreises um die Punkte 30 bzw. 31 der Fig. 4, beispielsweise nach oben. Unter der Wirkung der gleichzeitig stattfindenden Expansion gelangen die beschleunigten Elektronen daher abwechselnd auf die Antikathoden 27 bzw. 26. Soll mit den Antikathoden 28 bzw. 29 gearbeitet werden, so muß der Bahnkreis um die Punkte 31 bzw. 30 nach unten gekippt werden. Dazu ist es nur notwendig, die Polarität der in den Spulen 35 (Fig. 5) fließenden impulsförmigen Ströme mittels der symbolisch dargestellten Umschaltvorrichtung 42 zu wechseln.

Es ist natürlich auch möglich, unter sinngemäßer Anwendung der beschriebenen oder ähnlich wirkender Mittel beispielsweise drei Antikathoden vorzusehen, wobei dann die eine beiden zu verwendenden Paaren gemeinsam ist.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: 20

1. Zweistrahl-Betatron, insbesondere zur Materialuntersuchung, mit einer Expansionsspule, die über zwei mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen parallel geschaltete Steuerröhren mit einem Kondensator verbunden ist, der als Energiequelle für die Expansionsimpulse dient, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein Paar von außerhalb der Ebene des Gleichgewichtskreises liegenden Antikathoden enthält und daß mindestens eine zusätzliche Spule vorhanden ist, die ebenfalls aus dem Kondensator gespeist wird und die Elektronen senkrecht zur Bahnebene derart ablenkt, daß die abwechselnd in verschiedenen Umlaufrichtungen beschleunigten Elektronen abwechselnd auf eine Antikathode des Paares auftreffen.

2. Zweistrahl-Betatron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Antikathoden enthält, welche außerhalb des Gleichgewichtskreises und auf verschiedenen Seiten der den Gleichgewichtskreis enthaltenden Ebene liegen und daß die zusätzliche Spule den Bahnkreis der abwechselnd in verschiedene Umlaufrichtungen beschleunigten Elektronen abwechselnd hebt und senkt, derart, daß infolge der jeweils gleichzeitig bewirkten Expansion des Bahnkreises die beiden Antikathoden abwechselnd von den Elektronen getroffen werden.

3. Zweistrahl-Betatron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis jeder Steuerröhre jeweils die Hälfte der Primärwicklung eines Transformators eingeschaltet ist, dessen Sekundärwicklung die zusätzliche Spule speist.

4. Zweistrahl-Betatron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Paare von Antikathoden enthält.

5. Zweistrahl-Betatron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antikathoden des einen Paares auf Radien liegen, welche in der Achse des Betatrons einen Winkel von 165° einschließen, und daß die Antikathoden des andern Paares auf Radien liegen, welche in der Achse des Betatrons einen größeren Winkel einschließen.

6. Zweistrahl-Betatron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antikathode beiden Paaren angehört.

7. Zweistrahl-Betatron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis jeder Steuerröhre jeweils die Primärwicklung eines Transformators eingeschaltet ist und daß die Sekundärwicklung jedes Transformators über je einen Polumschalter mit je einer zusätzlichen Spule verbunden ist, welche eine Kippung der Bahnebene bewirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 384406, 463 914,
596;
USA.-Patentschrift Nr. 2 473 956.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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