DE1069304B

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Info

Publication number: DE1069304B
Application number: DENDAT1069304D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-19

Description

Betatron für eine Endenergie unter 5 MeV Zum Betrieb von Betatrons im Spannungsbereich von 300 kV bis etwa 2 MV und darüber ist die Verwendung der bekannten »klassischen« Hochspannungsgeräte, wie z. B. Transformatoren mit Gleichrichtern mit und ohne Spannungsvervielfachung oder Van-de-Graff-Generatoren, infolge ihres großen Raumbedarfs und der erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen nur mit großem Kostenaufwand möglich. Die bisher üblichen Betratrone lassen sich für diesen Energiebereich aus Intensitätsgründen nur schlecht verwenden. Denn für die Stromstärke I und den Sollkreisradius r8 gilt die Beziehung I - 1/r,. Andererseits lohnen sich 50-Hz-Betatrone in kleiner Ausführung nicht, da die zu erwartende Abwanderung vom Momentankreis zum Sollkreis vermöge des geringen Energiezuwachses pro Umlauf (Größenordnung 1V) sehr gering ist. Der Einschuß der zu beschleunigenden Elektronen bereitet dadurch Schwierigkeiten. Außerdem beträgt der Weg der zu beschleunigenden Elektronen etwa 1500 km, so daß die große Zahl der unterwegs verlorengehenden Elektronen ein derartiges Gerät unwirtschaftlich machen würde. Das verhältnismäßig große Gewicht der Anlage würde ferner größere mechanische Aufwendungen erfordern.
Bei Verwendung von Luftspulenbetratrons können die obenerwähnten Nachteile der zu geringen Umfangsspannung durch Benutzung einer höheren Betriebsfrequenz beseitigt werden. Damit wird die Abwanderung vom (Einschuß-) Momentankreis zum Sollkreis größer. Weiterhin wird der Weg kürzer, den die Elektronen bis zum Erreichen der Endenergie durchlaufen müssen. Das bedingt wieder geringere Verluste an zu beschleunigenden Elektronen.
Um auch für den angegebenen Spannungsbereich zu einer technisch wirtschaftlichen Ausführungsform eines Betatrons zu kommen, wird gemäß der Erfindung bei einem derartigen Betatron als Betriebskreisfrequenz diejenige verwendet, die sich aus der (z. B. in MeV anzusetzenden) Endenergie E und der (dann in MV anzusetzenden) Betriebsspannung U aus der an sich bekannten Beziehung für die höchste zulässige Kreisfrequenz eines Betratrons (v - U/E (in Hz) ergibt. Dabei ist es möglich, entweder im Impuls- oder Impuls gruppenbetrieb zu arbeiten. Die Frequenzanpassung gemäß der Erfindung lädt sich für alle Betatrons mit einer Endenergie unter 5 MeV praktisch durchführen, da in jedem Fall eine dem Verwendungszweck (Therapie, Werkstoffprüfung) entsprechende Endenergie vorgegeben sein wird.
Aus der Endenergie lädt sich leicht der notwendige Sollkreisdurchmesser 2 r, bestimmen. Hieraus ergeben sich z. B. die Abmessungen der Helmholtzspulen, deren mittlerer Radius rin gleich dem Sollkreisdurchmesser 2 y, ist. Damit kann man die Induktivität der Helmholtzspulen bestimmen. Mit der Induktivität L der Helmholtzspulen und der Kapazität C des Kondensators (Blindströme!) ist die Frequenz des Kreises bekannt. Diese Betriebsfrequenz des Betatrons soll unter Berücksichtigung der auftretenden Spannungen und Ströme möglichst groß sein. Für jede Endenergie bei vorgegebener Sättigungsmagnetisierung der verwendeten Trafobleche gibt es einen bestimmten minimalen Sollkreisradius r,.
Es gilt die Beziehung in der E die Endenergie, K eine Konstruktionskonstante, U die Betriebsspannung, w die Windungszahl, r, der Sollkreisradius und co die Kreisfrequenz ist. Werden Windungszahl und Sollkreisradius als konstant angesehen, so folgen aus (1) die einfacheren Beziehungen: Die erreichbare Endenergie eines Beschleunigers ist also der Betriebsspannung direkt und der Kreisfrequenz umgekehrt proportional. Wird diese Bedingung erfüllt, so bekommt man gerade für die verhältnismäßig geringen Spannungen von 300 kV bis 2 MV (aber auch bis zu etwa 4 MV) Betatrone, die sich durch günstige Konstruktions-und Betriebswerte auszeichnen.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung aufgebautes Impulsbetatron für eine Endenergie von etwa 2 MeV hat

beispielsweise einen Sollkreisdurchmesser von etwa 5 cm

und eine Betriebsfrequenz von etwa 10 kHz. Bis zum

Erreichen der Endenergie legen die Elektronen hierbei

einen Weg von etwa 7 km (ger-"-, i 1500 km bei einer Be-

triebsfrequenz von 50 Hz) zurück. Das Gewicht des

Betatrons beträgt etwa 1 kg und sein Durchmesser etwa

15 cm.

Claims

PATENTANSPRUCH: Betatron für eine Endenergie unter 5 .VIeV, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsfrequenz diejenige verwendet wird, die sich aus der Endenergie E und der Betriebsspannung U am Schwingkreis aus der an sich bekannten Beziehung für die höchste zulässige Kreisfrequenz eines Betatrons e - U/E ergibt.