DE102006050953A1

DE102006050953A1 - Betatron mit Contraction- und Expansion-Spule

Info

Publication number: DE102006050953A1
Application number: DE102006050953A
Authority: DE
Inventors: Jörg BERMUTH; Georg Geus; Gregor Hess; Urs VIEHBÖCK
Original assignee: Smiths Heimann GmbH
Current assignee: Smiths Heimann GmbH
Priority date: 2006-10-28
Filing date: 2006-10-28
Publication date: 2008-04-30
Also published as: CA2668049A1; CA2668049C; EP2082625B1; CN101530001B; WO2008052614A1; HK1133988A1; CN101530001A; US20090268872A1; RU2516293C2; US8073107B2; EP2082625A1; RU2009119594A

Abstract

Betatron (1), insbesondere in einer Röntgenprüfanlage, mit einem rotationssymmetrischen Innenjoch aus zwei beabstandet angeordneten Teilen (2a, 2b), einem die beiden Innenjochteile (2a, 2b) verbindenden Außenjoch (4), mindestens einer Hauptfeldspule (6a, 6b), einer zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Innenjochteile (2a, 2b) angeordneten, Torus-förmigen Betatronröhre (5) mindestens eine Contraction- und Expansion-Spule (CE-Spule; 7a, 7b), wobei jeweils genau eine CE-Spule /7a, 7b) zwischen der Stirnseite eines Innenjochteils (2a, 2b) und der Betatronröhre (5) angeordnet ist und der Radius der CE-Spule (7a, 7b) im Wesentlichen gleich dem Sollbahnradius der Elektronen in der Betatronröhre (5) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betatron mit einer Contraction- und Expansionseule, insbesondere zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in einer Röntgenprüfanlage.
Bei der Überprüfung von großvolumigen Gegenständen wie Containern und Fahrzeugen auf unzulässige Inhalte wie Waffen, Sprengstoff oder Schmuggelware werden bekannterweise Röntgenprüfanlagen eingesetzt. Dabei wird Röntgenstrahlung erzeugt und auf den Gegenstand gerichtet. Die von dem Gegenstand abgeschwächte Röntgenstrahlung wird mittels eines Detektors gemessen und von einer Auswerteeinheit analysiert. Somit kann auf die Beschaffenheit des Gegenstandes geschlossen werden. Eine solche Röntgenprüfanlage ist beispielsweise aus der Europäischen Patentschrift EP 0 412 190 B1 bekannt.
Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit der für die Überprüfung notwendigen Energie von mehr als 1 MeV werden Betatrons eingesetzt. Dabei handelt es sich um Kreisbeschleuniger, in denen Elektronen auf einer Kreisbahn beschleunigt werden. Die beschleunigten Elektronen werden auf ein Target gelenkt, wo sie beim Auftreffen eine Bremsstrahlung erzeugen, deren Spektrum unter anderem abhängig ist von der Energie der Elektronen.
Ein aus der Offenlegungsschrift DE 23 57 126 A1 bekanntes Betatron besteht aus einem zweiteiligen Innenjoch, bei dem sich die Stirnseiten der beiden Innenjochteile beabstandet gegenüberstehen. Mittels zweier Hauptfeldspulen wird ein magnetisches Feld im Innenjoch erzeugt. Ein Außenjoch verbindet die beiden voneinander entfernten Enden der Innenjochteile und schließt den magnetischen Kreis.
Zwischen den Stirnseiten der beiden Innenjochteile ist eine evakuierte Betatronröhre angeordnet, in der die zu beschleunigenden Elektronen kreisen. Die Stirnseiten der Innenjochteile sind derart ausgeformt, dass das von der Haupffeldspule erzeugte Magnetfeld die Elektronen auf eine Kreisbahn zwingt und sie darüber hinaus auf die Ebene, in der diese Kreisbahn liegt, fokussiert. Zur Steuerung des magnetischen Flusses ist es bekannt, zwischen den Stirnseiten der Innenjochteile innerhalb der Betatronröhre einen ferromagnetischen Einsatz anzuordnen.
Die Elektronen werden beispielsweise mittels einer Elektronenkanone in die Betatronröhre injiziert und der Strom durch die Haupffeldspule und damit die Stärke des Magnetfeldes erhöht. Durch das sich verändernde Magnetfeld wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Elektronen auf ihrer Kreisbahn beschleunigt. Gleichzeitig erhöht sich mit der Magnetfeldstärke gleichermaßen die Lorentzkraft auf die Elektronen. Dadurch werden die Elektronen auf dem gleichen Bahnradius gehalten. Ein Elektron bewegt sich auf einer Kreisbahn, wenn sich die zum Mittelpunkt der Kreisbahn gerichtete Lorentzkraft und die entgegengesetzte Zentripetalkraft aufheben. Daraus folgt die Wideröe'sche Bedingung
Dabei ist r_S der Sollbahnradius des Elektrons, A die vom Sollbahnradius r_S begrenzte Fläche und <B(r_S)> die über die Fläche A gemittelte Magnetfeldstärke.
Der Nachteil des bekannten Betatrons ist die Tatsache, dass beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen oder der Streuung der Elektronenkanone nur ein geringer Teil der in die Betatronröhre injizierten Elektronen auf die gewünschte Kreisbahn fokussiert und damit auf die Endenergie beschleunigt wird. Dadurch ergibt sich ein verminderter Wirkungsgrad. Außerdem stellt sich das Problem, die beschleunigten Elektronen auszuschleusen, also von der Sollbahn auf das Target zu lenken.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betatron bereitzustellen, das die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9 zu entnehmen. Patentanspruch 10 betrifft eine Röntgenprüfanlage unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Betatrons.
Ein Betatron nach der vorliegenden Erfindung weist ein rotationssymmetrisches Innenjoch aus zwei beabstandet angeordneten Teilen, ein die beiden Innenjochteile verbindendes Außenjoch, mindestens eine Hauptfeldspule, eine zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Innenjochteilen angeordnete, Torus-förmige Betatronröhre und mindestens eine Contraction- und Expansion-Spule (CE-Spule) auf, wobei jeweils genau eine CE-Spule zwischen der Stirnseite eines Innenjochteils und der Betatronröhre angeordnet ist und der Radius der CE-Spule im Wesentlichen gleich dem Sollbahnradius der Elektronen in der Betatronröhre ist. Bevorzugt weist das Betatron zusätzlich mindestens eine Ronde zwischen den Innenjochteilen auf, wobei die Ronde so angeordnet ist, dass ihre Längsachse mit der Rotationssymmetrieachse des Innenjochs zusammenfällt.
Während der Injektionsphase, in der sich die Elektronen noch nicht auf der gewünschten Sollkreisbahn bewegen, wird die CE-Spule bestromt. Dieser Stromfluss wird auch als Contraction-Puls bezeichnet. Das dadurch erzeugte Magnetfeld verändert das Magnetfeld zwischen den Innenjochteilen derart, dass die Wideröe-Bedingung gestört wird und sich zeitweilig ein veränderter Sollbahnradius ergibt. Dabei liegt bevorzugt der gewünschte Sollbahnradius zwischen dem Injektionsradius und dem veränderten Sollbahnradius. Die Elektronen bewegen sich auf einer spiralförmigen Bahn in Richtung des veränderten Sollbahnradius, bis sie sich auf dem oder in der Nähe des gewünschten Sollbahnradius befinden. Zu diesem Zeitpunkt endet der Contraction-Puls und die Elektronen werden auf der stabilen Kreisbahn mit dem gewünschten Sollbahnradius gehalten und beschleunigt.
Die Elektronenkanone, die die Elektronen in die Betatronröhre injiziert, gibt die Elektronen in einem trichterförmigen Raumwinkelbereich mit einer bestimmten Häufigkeitsverteilung ab. Über die Dauer des Contraction-Pulses lässt sich einstellen, aus welchem Teil dieses Raumwinkelbereichs die Elektronen auf die Sollkreisbahn fokussiert werden. Darüber hinaus lassen sich gleichzeitig Einbautoleranzen der Elektronenkanone ausgleichen.
Ist der Einschussradius der Elektronen in die Betatronrähre größer als der Sollbahnradius während der Beschleunigung, so erfüllt durch das Magnetfeld der CE-Spule ein kleinerer Sollbahnradius die Wideröe-Bedingung. Dies führt dazu, dass sich die Elektronen für die Dauer des Contracion-Pulses auf einer Bahn bewegen, die zum gewünschten Sollbahnradius tendiert.
Am Ende des Beschleunigungsvorgangs werden die Elektronen in der Ausschleusephase auf das Target gelenkt. Dazu wird die Contraction- und Expansion-Spule wieder bestromt. Der Stromfluss durch die CE-Spule während der Ausschleusens der Elektronen wird auch als Expansion-Puls bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt erzeugen die Hauptfeldspulen ein stärkeres Magnetfeld als während der Injektionsphase. Der Werkstoff der Joche und der Ronden befindet sich in einem nichtlinearen Bereich der Hysteresekurve, die den Zusammenhang zwischen dem erregenden magnetischen Fluss und dem magnetischen Fluss im Werkstoff beschreibt. Der magnetische Fluss im Werkstoff wird im Verhältnis zum magnetischen Fluss in der Luft zwischen den Innenjochteilen daher durch die Contraction- und Expansion-Spule anders beeinflusst als während der Injektionsphase. Dies führt zu einer Störung der Wideröe-Bedingung, die nun wieder von einem veränderten Sollbahnradius erfüllt wird. Die Elektronen bewegen sich auf einer spiralförmigen Bahn auf den veränderten Sollbahnradius zu und treffen bei dieser Bewegung auf das Target.
Befindet sich das Target beispielsweise außerhalb des Sollbahnradius, so verändert das Magnetfeld der CE-Spule den magnetischen Fluss derart, dass ein größerer Radius die Wideröe-Bedingung erfüllt. Die Elektronen driften dadurch nach Außen, bis sie auf das Target treffen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Anschlüsse einer CE-Spule mit einer Strom- oder Spannungsquelle verbunden und in zumindest einer Leitung zwischen der CE-Spule und der Strom- oder Spannungsquelle ist ein durch eine Steuerelektronik betätigbarer Schalter angeordnet. Bei dem Schalter handelt es sich beispielsweise um einen Hochleistungs-Halbleiterschalter wie einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Durch den Schalter wird sowohl der Zeitpunkt als auch die Dauer des Stromflusses durch die Spule bestimmt. Mittels der Variation der Dauer des Contraction- und/oder Expansion-Pulses wird die Amplitude des maximalen Spulenstroms und dadurch die maximale Änderung des Magnetfeldes eingestellt. Dazu ist die Steuerelektronik bevorzugt derart ausgestaltet, dass der Einschaltzeitpunkt und die Einschaltdauer des Schalters, also der Beginn und die Dauer des Contraction- oder Expansion-Pulses, variabel sind.
Erfindungsgemäß wird die gleiche Contraction- und Expansion-Spule sowohl für das Fokussieren der Elektronen auf die Sollkreisbahn während der Injektionsphase als auch für das Ausschleusen der Elektronen auf das Target verwendet. Somit wird der Platzbedarf im Vergleich zu zwei separaten Spulen minimiert, wodurch eine bessere Isolation des Spulendrahtes verwendet werden kann. Außerdem kann eine Leistungselektronik zur Versorgung der Spulen eingespart werden.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Betatron einen Detektor zur Ermittlung der Intensität der generierten Röntgenstrahlung auf. Der Detektor ist bevorzugt mit der Steuerungselektronik verbunden, damit der Einschaltzeitpunkt und die Einschaltdauer des Schalters mittels der Steuerelektronik aus dem Ausgangssignal des Detektors ermittelbar sind. Es ergibt sich ein Regelsystem, dass den Contraction-Puls so wählt, dass die gewünschte Strahlungsintensität erreicht wird.
Bevorzugt sind die gegenüberliegenden Stirnseiten der Innenjochteile zueinander spiegelsymmetrisch ausgestaltet und angeordnet. Die Symmetrieebene ist dabei vorteilhaft so orientiert, dass die Rotationssymmetrieachse des Innenjochs senkrecht auf ihr steht. Dies führt zu einer vorteilhaften Feldverteilung im Luftspalt zwischen den Stirnseiten, durch die die Elektronen in der Betatronröhre auf einer Kreisbahn gehalten werden.
Weiterhin bevorzugt ist mindestens eine Haupffeldspule auf dem Innenjoch angeordnet, insbesondere auf einer Verjüngung oder einem Absatz des Innenjochs. Dies führt dazu, dass im Wesentlichen der gesamte von der Haupffeldspule erzeugte magnetische Fluss durch das Innenjoch geführt wird. In vorteilhafter Weise weist das Betatron zwei Haupffeldspulen auf, wobei auf jedem der Innenjochteile eine Haupffeldspule angeordnet ist. Dies führt zu einer vorteilhaften Verteilung des magnetischen Flusses auf die Innenjochteile.
Das erfindungsgemäße Betatron wird vorteilhaft in einer Röntgenprüfanlage zur Sicherheitsüberprüfung von Objekten eingesetzt. Es werden Elektronen in das Betatron injiziert und beschleunigt, bevor sie auf ein beispielsweise aus Tantal bestehendes Target gelenkt werden. Dort erzeugen die Elektronen Röntgenstrahlung mit einem bekannten Spektrum. Die Röntgenstrahlung wird auf das Objekt, vorzugsweise einen Container und/oder ein Fahrzeug, gerichtet und dort beispielsweise durch Streuung oder Transmissionsdämpfung modifiziert. Die modifizierte Röntgenstrahlung wird von einem Röntgendetektor gemessen und mittels einer Auswerteeinheit analysiert. Aus dem Ergebnis wird auf die Beschaffenheit oder den Inhalt des Objekts geschlossen.
Die vorliegende Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen
1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Betatron,
2 einen qualitativen Verlauf der Magnetfeldstärke über dem Radius während der Injektionsphase,
3 einen qualitativen Verlauf der Magnetfeldstärke über dem Radius während der Ausschleusephase und
4 einen Stromkreis zur Ansteuerung einer CE-Spule.
1 zeigt den schematischen Aufbau eines bevorzugten Betatrons 1 im Querschnitt. Es besteht unter anderem aus einem rotationssymmetrischen Innenjoch aus zwei beabstandet angeordneten Teilen 2a, 2b, vier optionalen Ronden 3 zwischen den Innenjochteilen 2a, 2b, wobei die Längsachse der Ronden 3 der Rotationssymmetrieachse des Innenjochs entspricht, einem die beiden Innenjochteile 2a, 2b verbindenden Außenjoch 4, einer zwischen den Innenjochteilen 2a, 2b angeordneten, Torus-förmigen Betatronröhre 5, zwei Hauptfeldspulen 6a und 6b sowie einer in 1 nicht dargestellten Steuerelektronik 8. Die Hauptfeldspulen 6a und 6b sind auf Absätzen der Innenjochteile 2a beziehungsweise 2b angeordnet. Das von ihnen erzeugte Magnetfeld durchsetzt die Innenjochteile 2a und 2b sowie den Bereich zwischen ihren gegenüberliegenden Stirnseiten, wobei der magnetische Kreis durch das Außenjoch 4 geschlossen wird. Die Form des Innen- und/oder Außenjochs kann vom Fachmann je nach Anwendungsfall gewählt werden und von der in 1 angegeben Form abweichen. Auch können nur eine oder mehr als zwei Hauptfeldspulen vorhanden sein. Eine andere Anzahl und/oder Form der Ronden ist ebenfalls möglich.
Zwischen den Stirnseiten der Innenjochteile 2a und 2b verläuft das Magnetfeld teilweise durch die Ronden 3 und ansonsten durch einen Luftspalt. In diesem Luftspalt ist die Betatronröhre 5 angeordnet. Dabei handelt es sich um eine evakuierte Röhre, in der die Elektronen beschleunigt werden. Die Stirnseiten der Innenjochteile 2a und 2b weisen eine Form auf, die so gewählt ist, dass das Magnetfeld zwischen ihnen die Elektronen auf eine Kreisbahn fokussiert. Die Ausgestaltung der Stirnflächen ist dem Fachmann bekannt und wird daher nicht näher erläutert. Die Elektronen treffen am Ende des Beschleunigungsvorgangs auf ein Target und erzeugen dadurch eine Röntgenstrahlung, deren Spektrum unter anderem von der Endenergie der Elektronen und dem Material des Targets abhängt.
Zur Beschleunigung werden die Elektronen mit einer Anfangsenergie in die Betatronröhre 5 eingeschossen. Während der Beschleunigungsphase wird das Magnetfeld im Betatron 1 durch die Hauptfeldspulen 6a und 6b fortlaufend erhöht. Dadurch wird ein elektrisches Feld erzeugt, das eine beschleunigende Kraft auf die Elektronen ausübt. Gleichzeitig werden die Elektronen auf Grund der Lorentzkraft auf eine Sollkreisbahn innerhalb der Betatronröhre 5 gezwungen.
Die Beschleunigung der Elektronen erfolgt periodisch wiederholt, wodurch sich eine gepulste Röntgenstrahlung ergibt. In jeder Periode werden in einem ersten Schritt die Elektronen in die Betatronröhre 5 injiziert. In einem zweiten Schritt werden die Elektronen durch einen steigenden Strom in den Hauptfeldspule 6a und 6b und somit ein ansteigendes Magnetfeld im Luftspalt zwischen den Innenjochteilen 2a und 2b in Umfangsrichtung ihrer Kreisbahn beschleunigt. In einem dritten Schritt werden die beschleunigten Elektronen zur Erzeugung der Röntgenstrahlung auf das Target ausgeschleust. Anschließend erfolgt eine optionale Pause, bevor erneut Elektronen in die Betatronröhre 5 injiziert werden.
Für die Bahn der Elektronen in der Betatronröhre 5 gilt die oben angegebene Wideröe'sche Bedingung, die daraus resultiert, dass die Zentripetalkraft die Lorentzkraft aufwiegt. Derjenige Radius r_S, der die Gleichung
erfüllt, ist der stabile Sollbahnradius, auf dem die Elektronen umlaufen.
Die Elektronenkanone emittiert die Elektronen mit einem bekannten Öffnungswinkel, wobei die Verteilung der Elektronen über diesen Öffnungswinkel üblicherweise nicht konstant ist. Darüber hinaus injiziert die Elektronenkanone die Elektronen auf einem vom Sollbahnradius r_S abweichenden Injektionsradius r_I. Es ist daher notwendig, zunächst die Elektronen vom Injektionsradius r_I auf den Sollbahnradius r_S zu überführen. Dazu dienen die beiden Contraction- und Expansion-Spulen 7a und 7b, die zwischen den Stirnseiten der Innenjochteile 2a beziehungsweise 2b und der Betatronröhre 5 angeordnet sind. Die CE-Spulen sind in 1 durch drei spiralförmige Windungen angedeutet, wobei jedoch jede andere Ausgestaltung möglich ist. Der Radius der CE-Spulen 7a und 7b ist im Wesentlichen gleich dem Sollbahnradius r_S der Elektronen in der Betatronröhre 5. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der CE-Spulen 7a und 7b erstrecken sich deren äußere Ränder geringfügig über dem Sollbahnradius r_S hinaus. Die exakte Größe und Positionierung der CE-Spulen ist dem ausführenden Fachmann überlassen. Es ist jedoch die Bedingung einzuhalten, dass der Innenradius der CE-Spulen 7a und 7b größer ist als der Außenradius der Ronden 3, damit das von ihnen erzeugt Magnetfeld auch Teile des Bereichs außerhalb der Ronden 3 durchsetzt.
Die Mittelachsen der CE-Spulen 7a und 7b fallen mit der Rotationssymmetrieachse des Innenjochs zusammen. Auf Grund dieser Anordnung und der Größe der CE-Spulen 7a und 7b durchsetzt das von ihnen erzeugte Magnetfeld eine Kreisfläche, deren Radius größer ist als der Radius der Ronden 3 und etwa im Bereich des Sollbahnradius r_S liegt.
2 zeigt qualitativ den Verlauf des durchgezogen dargestellten Magnetfeldes B über dem Radius, ausgehend von der Rotationssymmetrieachse des Innenjochs, sowie den Injektionsradius r_I der Elektronen. Auf Grund des magnetisch aktiven Werkstoffs der Ronden 3 ergibt sich ein annähernd konstantes Magnetfeld innerhalb der Ronden 3. Das Magnetfeld ist in der Luft außerhalb der Ronden deutlich geringer und fällt darüber hinaus mit zunehmendem Radius ab. Bei dem dargestellten Magnetfeld erfüllt der in 2 eingezeichnete Sollbahnradius r_S die Wiederöe-Bedingung.
Wird ein Strom, der so genannte Contraction-Puls, in die CE-Spulen 7a und 7b eingeprägt, so ergibt sich qualitativ der in 2 gestrichelt dargestellte Verlauf B'(r) der Magnetfeldstärke über dem Radius als Überlagerung der Magnetfelder der Hauptfeldspulen 6a, 6b und der CE-Spulen 7a, 7b. Bei diesem resultierenden Magnetfeld erfüllt der veränderte Sollbahnradius r_S' die Wiederöe-Bedingung. Daraus folgt, dass die Elektronen in einer spiralförmigen Bahn vom Injektionsradius r_I auf den veränderten Sollbahnradius r_S' gezogen werden. Dabei passieren die Elektronen beispielsweise in Abhängigkeit von ihrem Einschusswinkel in die Betatronröhre 5 den gewünschten Sollbahnradius r_S zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Die Elektronen, die sich am Ende des Contraction-Pulses auf oder in der Nähe des gewünschten Sollbahnradius r_S befinden, werden im Folgenden auf diesem Radius beschleunigt.
Durch die Wahl des Endzeitpunktes des Contraction-Pulses lässt sich somit auswählen, aus welchem Teil des Öffnungswinkels der Elektronenkanone die Elektronen stammen, die auf die gewünschte Endenergie beschleunigt werden.
Damit ist die Intensität der durch das Betatron 1 erzeugten Röntgenstrahlung maximierbar und regelbar.
Am Ende des Beschleunigungsvorgangs erzeugen die Hauptfeldspulen 6a und 6b das qualitativ in 3 durchgezogen dargestellte Magnetfeld B(r), dessen Verlauf im Wesentlichen dem Magnetfeld aus 2 entspricht. Auf Grund des höheren Stroms durch die Hauptfeldspulen 6a und 6b ist das Magnetfeld jedoch deutlich stärker. Darüber hinaus befindet sich das Material der Joche und/oder der Ronden in einem nichtlinearen Bereich der Hysteresekurve. Bei einer Bestromung der CE-Spulen 7a und 7b mit den sogenannten Expansion-Puls ergibt sich demnach das in 3 gestrichelt dargestellte überlagerte Magnetfeld B''(r). Ausgehend von diesem überlagerten Magnetfeld erfüllt der veränderte Sollbahnradius r_S'' die Wiederöe-Bedingung. Daraus folgt, dass die Elektronen auf einer spiralförmigen Bahn vom während der Beschleunigung gültigen Sollbahnradius r_S in Richtung des veränderten Sollbahnradius r_S'' driften. Während dieser Driftbewegung treffen die Elektronen auf das Target und erzeugen dabei Röntgenstrahlung.
Ein in den Figuren nicht eingezeichneter Röntgendetektor detektiert die Intensität der erzeugten Röntgenstrahlung und überträgt regelmäßig eine Information über die Intensität an die Steuerelektronik 8. Diese wertet die Intensität aus und bestimmt daraus die Dauer sowie den Zeitpunkt der Contraction- und Expansion-Pulse für die nächste Periode der Elektronenbeschleunigung.
Die 4 zeigt beispielhaft einen Stromkreis zur Bestromung der CE-Spule 7a, der identisch auf die CE-Spule 7b übertragbar ist. Die CE-Spule 7a wird über einen von der Steuerelektronik 8 ansteuerbaren Schalter 9 mit einer Spannungsquelle 11 verbunden. Wahlweise werden mehrere CE-Spulen über einen oder mehrere Schalter mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden. Weiterhin alternativ wird jede CE-Spule über einen separaten Schalter mit einer der CE-Spule zugeordneten Spannungsquelle verbunden.

Claims

Betatron (1), insbesondere in einer Röntgenprüfanlage, mit – einem rotationssymmetrischen Innenjoch aus zwei beabstandet angeordneten Teilen (2a, 2b), – einem die beiden Innenjochteile (2a, 2b) verbindenden Außenjoch (4), – mindestens einer Haupffeldspule (6a, 6b), – einer zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten der Innenjochteile (2a, 2b) angeordneten, Torus-förmigen Betatronröhre (5) gekennzeichnet durch mindestens eine Contraction- und Expansion-Spule (CE-Spule; 7a, 7b), wobei jeweils genau eine CE-Spule (7a, 7b) zwischen der Stirnseite eines Innenjochteils (2a, 2b) und der Betatronröhre (5) angeordnet ist und der Radius der CE-Spule (7a, 7b) im Wesentlichen gleich dem Sollbahnradius der Elektronen in der Betatronröhre (5) ist.
Betatron (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Stirnseiten der Innenjochteile (2a, 2b) zueinander spiegelsymmetrisch ausgestaltet und angeordnet sind.
Betatron (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Haupffeldspule (6a, 6b) auf dem Innenjoch angeordnet ist, insbesondere auf einer Verjüngung oder einem Absatz des Innenjochs.
Betatron (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Hauptfeldspulen (6a, 6b), wobei auf jedem der Innenjochteile (2a, 2b) eine Haupffeldspule (6a, 6b) angeordnet ist.
Betatron nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens eine Ronde (3) zwischen den Innenjochteilen (2a, 2b), wobei die Ronde (3) so angeordnet ist, dass ihre Längsachse mit der Rotationssymmetrieachse des Innenjochs zusammenfällt.
Betatron (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse einer CE-Spule (7a, 7b) mit einer Strom- oder Spannungsquelle (11) verbunden sind und in zumindest einer Leitung zwischen der CE-Spule (7a, 7b) und der Strom- oder Spannungsquelle (11) ein durch eine Steuerelektronik (8) betätigbarer Schalter (9), insbesondere ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), angeordnet ist.
Betatron (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (8) derart ausgestaltet ist, dass der Einschaltzeitpunkt und die Einschaltdauer des Schalters (9) variabel sind.
Betatron (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Detektor zur Ermittlung der vom Betatron (1) generierten Strahlungsintensität.
Betatron (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor mit der Steuerelektronik (8) verbunden ist und der Einschaltzeitpunkt sowie die Einschaltdauer des Schalters (9) mittels der Steuerelektronik (8) aus dem Ausgangssignal des Detektors ermittelbar ist.
Röntgenprüfanlage zur Sicherheitsüberprüfung von Objekten, aufweisend ein Betatron (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und ein Target zur Erzeugung von Röntgenstrahlung sowie einen Röntgendetektor und eine Auswerteeinheit.