DE1117794B - Electron accelerator working with traveling field linear acceleration - Google Patents
Electron accelerator working with traveling field linear accelerationInfo
- Publication number
- DE1117794B DE1117794B DEP17634A DEP0017634A DE1117794B DE 1117794 B DE1117794 B DE 1117794B DE P17634 A DEP17634 A DE P17634A DE P0017634 A DEP0017634 A DE P0017634A DE 1117794 B DE1117794 B DE 1117794B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electron
- tube
- electrons
- coupling device
- accelerator according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H9/00—Linear accelerators
- H05H9/02—Travelling-wave linear accelerators
Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
P 17634 Vmc/21gP 17634 Vmc / 21g
ANMELDETAG: 15. DEZEMBER 1956REGISTRATION DATE: DECEMBER 15, 1956
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 23. NOVEMBER 1961 NOTIFICATION OF REGISTRATION AND ISSUE OF
EDITORIAL: NOVEMBER 23, 1961
Die Erfindung betrifft einen mit Wanderfeldlinearbeschleunigung arbeitenden Elektronenbeschleuniger, der aus einer Elektronenquelle in Gestalt einer geschwindigkeitsmodulierenden Elektronenröhre, welche einen gebündelten, dichtemodulierten Elektronenstrahl 5 liefert, und aus einem Wanderfeldlinearbeschleuniger sowie aus einer diese beiden Teile in Zusammenwirkung bringenden Kopplungsvorrichtung besteht.The invention relates to an electron accelerator operating with traveling field linear acceleration, from an electron source in the form of a speed-modulating electron tube, which supplies a focused, density-modulated electron beam 5, and from a traveling-field linear accelerator as well as a coupling device bringing these two parts into cooperation.
Die üblichen Wanderfeldelektronenbeschleuniger, die einen Wellenleiter mit in Abstand angeordneten Wänden, welche im wesentlichen aufeinanderfolgende Resonanzhohlräume begrenzen, aufweisen, werden normalerweise von einer Hochfrequenzvakuumröhre erregt, beispielsweise einer geschwindigkeitsmodulierten Elektronenröhre, die mit einer einen Elektronenstrahl in den Wellenleiter einführenden Elektronenstrahlquelle ausgestattet ist.The usual traveling-field electron accelerators that use a waveguide spaced apart Walls, which essentially delimit successive resonance cavities, will have normally excited by a high frequency vacuum tube such as a speed modulated one Electron tube that uses an electron beam source that introduces an electron beam into the waveguide Is provided.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Erregen eines Beschleunigungswellenleiters und zum Aufdrücken von Hochspannungselektronen in einem einzigen Betriebsvorgang.The object of the invention is to create a device for exciting an acceleration waveguide and for pushing high voltage electrons in a single operation.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kopplungsvorrichtung sowohl Hochfrequenzenergie als auch Elektronen hoher Energie erzeugt, wobei die Hochfrequenzenergie als Spannungswandlerwelle weitere Beschleunigungen der Elektronen im Wanderfeldlinearbeschleuniger herbeiführt.This is achieved according to the invention in that the coupling device uses both high-frequency energy as well as electrons of high energy are generated, with the high frequency energy as a voltage converter wave brings about further accelerations of the electrons in the traveling field linear accelerator.
Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt: The invention is illustrated by means of exemplary embodiments in the drawing. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Elektronenbeschleunigungsvorrichtung nach der Erfindung,1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the electron accelerating device according to the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sammelelektrodenkopplungsvorrichtung, 2 shows a schematic representation of a collecting electrode coupling device,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 undFig. 3 is a section along the line 3-3 of Fig. 2 and
Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Sammelelektrodenkopplers. 4 shows another embodiment of the collecting electrode coupler.
Es wird ein gebündelter Elektronenstrahl erzeugt. Diese Elektronen können kontinuierlich von einem geeigneten Elektronenerzeuger, beispielsweise einem Heizdraht, emittiert werden. Die Elektronen werden durch geeignete elektrische Felder auf ein verhältnismäßig hohes Potential beschleunigt und zu einem Strahl parallelisiert. Dieser Elektronenstrahl wird dann geschwindigkeitsmoduliert, beispielsweise durch .zeitliche Änderung der elektrischen Felder, um einen zusammengeballten oder gebündelten Elektronenstrahl zu erzeugen, der periodische Elektronendichteänderungen hat. Der gebündelte Elektronenstrahl wird dann zur Erzeugung elektromagnetischer Energie benutzt, etwa in der Weise, daß der Strahl nachein-Mit Wanderfeldlinearbeschleunigung arbeitender ElektronenbeschleunigerA focused electron beam is generated. These electrons can continuously from one suitable electron generator, for example a heating wire, are emitted. The electrons will accelerated by suitable electric fields to a relatively high potential and to a Beam parallelized. This electron beam is then speed-modulated, for example by Change in electric fields to create a clumped or collimated electron beam which has periodic electron density changes. The bundled electron beam is then used to generate electromagnetic energy, for example in such a way that the beam moves in-with Traveling field linear acceleration of working electron accelerators
Anmelder:Applicant:
Richard F. Post,Richard F. Post,
Walnut Creek, Calif. (V. St. A.)Walnut Creek, Calif. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,and Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, PatentanwälteMunich 27, patent attorneys
Richard F. Post, Walnut Creek, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt wordenRichard F. Post, Walnut Creek, Calif. (V. St. Α.), Has been named as the inventor
ander durch einen oder mehrere Auffangresonanzhohlräume geschickt wird, wodurch diese erregt werden. Die elektromagnetische Strahlung wird benutzt, um einen kleinen Teil des gebündelten Strahles nachzubeschleunigen und Energie darauf zurückzubringen, so daß ein resultierender Hochspannungselektronenstrahl erzeugt wird.other is sent through one or more trapping resonance cavities, thereby exciting them will. The electromagnetic radiation is used to deflect a small part of the collimated beam to accelerate and bring back energy to it, so that a resulting high-voltage electron beam is produced.
In den ersten Teilen des obigen Vorgangs wird eine Spannungsverdoppelungswirkung erzeugt, wodurch bestimmte verhältnismäßig wenige Elektronen in dem gebündelten Strahl im wesentlichen die doppelte Geschwindigkeit oder Spannung der übrigen Elektronen erreichen, und zwar dadurch, daß sie durch den Auffanghohlraum um 180° phasenverschoben gegen die Phase der in dem Hohlraum angetriebenen Schwingungen verlaufen. Diese Spannungsverdoppelungselektronen werden hierbei zur Nachbeschleunigung gewählt. Nach der Erzeugung der elektromagnetischen Energie durch den gebündelten Strahl wird der Strahl so beeinflußt, daß sein Strahlstromquerschnitt wesentlich herabgesetzt wird. Da der Hauptteil des Strahles sich in dem Verfahren zur Herstellung der elektromagnetischen Energie zu entbündeln sucht, unterscheidet die Kollimation des Strahles zugunsten der spannungsverdoppelten Elektronen.In the first parts of the above process a stress doubling effect is created, whereby determined relatively few electrons in the collimated beam, essentially twice the speed or voltage of the remaining electrons by passing them through the collecting cavity 180 ° out of phase with the phase of the vibrations driven in the cavity get lost. These voltage doubling electrons are used for post-acceleration chosen. After the electromagnetic energy is generated by the bundled beam, the The beam is influenced in such a way that its beam flow cross-section is significantly reduced. Since the main part of the Tries to unbundle itself in the process of producing electromagnetic energy, distinguishes the collimation of the beam in favor of the voltage-doubled electrons.
Außer dem Parallelisieren des Strahles werden die elektromagnetischen Energiewellen entlang der Strahlbahn gerichtet, um Energie zu dem Strahl zurückzubringen. Damit der Strahl von den elektromagnetischen Wellen beschleunigt wird, wird deren PhaseBesides parallelizing the beam, the electromagnetic energy waves are along the beam path directed to bring energy back to the ray. So that the beam from the electromagnetic Waves is accelerated, becomes their phase
103 740/464103 740/464
mit Bezug auf die spannungsverdoppelten Elektronen- Elektronenerzeuger 16 und Anode 17 gelegt, daß der strahlimpulse geändert oder umgekehrt, wobei in Elektronenerzeuger in bezug auf die Anode negativ diesem Zusammenhang gewisse verschiedenartige Ver- ist. Durch die Beschleunigung von Elektronen aus fahrensschritte möglich sind. Zur Erzielung der rieh- dem Erzeuger wird ein kontinuierlicher Elektronentigen Phasenbeziehung kann entweder die Phase der 5 strahl gebildet. Dieser Strahl verläuft durch die elektromagnetischen Wellen gegen die Strahlimpulse Anodenöffnung und somit durch einen Zusammenvoroder nacheilen. Das Voreilen der Phase der ballungs- oder Bündelungshohlraum 18, der mit dem magnetischen Wellen kann dadurch erreicht werden, Erzeuger ausgerichtet und beispielsweise zur Erregung daß die Energiewellen und der Elektronenstrahl durch durch eine außen angelegte zeitveränderliche Hocheine Hohlleitung geschickt werden, wobei die Wellen- io frequenzspannung geeignet ist. Der Elektronenstrahl geschwindigkeit im wesentlichen gleich oder größer wird durch diese Spannung in dem Bündelungshohlals die Lichtgeschwindigkeit ist, während die Elek- raum 18 in üblicher Weise geschwindigkeitsmoduliert, tronenstrahlgeschwindigkeit viel kleiner ist, so daß in so daß der Elektronenstrahl nach Durchqueren eines einem vorbestimmten Abstand eine gewünschte jenseits des Hohlraums 18 liegenden verhältnismäßig Phasenvoreilung erreicht wird. Die Nacheilung der 15 feldfreien Raumes mit periodischen Änderungen der Energiewellenphase kann dadurch erzielt werden, daß Elektronendichte gebündelt wird. Hinter dem Bündedie Energiewellen und der Strahl durch eine Wellen- lungshohlraum 18 folgt ein zweiter Hohlraum 21, der verzögerungsvorrichtung gelenkt werden, in der die mit dem ersten durch einen langgestreckten Durch-Wellengeschwindigkeit auf weniger als die Strahl- gang 19 verbunden ist, durch den der Elektronenstrahl geschwindigkeit reduziert wird und in der eine be- 20 verläuft. Der zweite Hohlraum 21 ist so ausgebildet, stimmte Bahnentfernung die relative Phase auf die daß er bei der Frequenz des gebündelten Strahles in gewünschte Beziehung verschiebt. Obgleich beide Resonanz gelangt, so daß in üblicher Weise ein Resoobigen Möglichkeiten durchführbar sind, ergibt sich nanzenergieaustausch innerhalb des Hohlraumes 21 eine kleinste Bahnlänge des Strahles und der Welle erfolgt, wodurch in ihm elektromagnetische Energie entweder aus der langsamen Wellenfortpflanzung oder 25 entsteht.with reference to the voltage-doubled electron electron generator 16 and anode 17 placed that the beam pulses changed or vice versa, being negative in electron generator with respect to the anode this connection is certain of various kinds. Made by accelerating electrons driving steps are possible. A continuous electron tigen is used to achieve the righteous generator Phase relationship can either be the phase of the 5 ray formed. This ray passes through the electromagnetic waves against the beam impulses anode opening and thus through a pre-or lag behind. Advancing the phase of the bulging or bundling cavity 18 associated with the Magnetic waves can be achieved by aligning generators and, for example, for excitation that the energy waves and the electron beam through an externally applied time-varying high one Hollow line can be sent, the wave frequency voltage being suitable. The electron beam speed is substantially equal to or greater by this tension in the bundling cavity is the speed of light, while the Elekraum 18 modulates the speed in the usual way, electron beam speed is much smaller, so that in so that the electron beam after traversing a a predetermined distance a desired distance beyond the cavity 18 relatively Phase lead is reached. The lag of the 15 field-free space with periodic changes in the Energy wave phase can be achieved by bundling electron density. Behind the Bündedie Energy waves and the beam through a corrugation cavity 18 is followed by a second cavity 21, the deceleration device be steered, in which the first by an elongated through-shaft speed is connected to less than the beam path 19 through which the electron beam speed is reduced and in which one runs 20. The second cavity 21 is designed so that Orbit Distance adjusted the relative phase to that that it was in at the frequency of the collimated beam desired relationship shifts. Although both resonate, so that in the usual way a Resoobigen Possibilities can be carried out, there is an exchange of energy within the cavity 21 a smallest path length of the beam and the wave takes place, whereby electromagnetic energy in it either from slow wave propagation or 25 arises.
der Fortpflanzung der Welle mit einer Geschwindig- Die oben beschriebenen Elemente und die Arbeits-the propagation of the wave at a speed. The elements described above and the working
keit, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, da in weise sind in solchen Röhren wie einem Klystronspeed greater than the speed of light, as there are wise in such tubes as a klystron
beiden Fällen ein auf das Maximum gebrachter Ge- üblich, jedoch wird der Elektronenstrahl üblicherweisein both cases a common practice brought to the maximum, but the electron beam is common
schwindigkeitsunterschied zwischen der Welle und durch eine Sammelelektrode jenseits des Ausgangs-speed difference between the shaft and through a collecting electrode beyond the output
dem Strahl erreicht wird. Um diesen Verfahrens- 30 hohlraums21 aufgefangen, wobei die in der Röhrethe beam is reached. Around this process- 30 hollow space 21 collected, the inside of the tube
schritt durchzuführen, ist es erforderlich, daß man entwickelte Hochfrequenzenergie anderen Geräten,step, it is necessary that one developed high frequency energy other devices,
sich der Erzielung des Abstandsminimums bedient. beispielsweise durch Kopplungsschleifen od. dgl., zurmakes use of the achievement of the minimum distance. for example by coupling loops or the like., for
Hierbei treten noch gewisse Vorteile auf. Verwendung in diesen zugeführt wird. Die EinrichtungThere are still certain advantages here. Use in these is fed. The establishment
Die Beschleunigung des spannungsverdoppelten nach der Erfindung transportiert den ElektronenstrahlThe acceleration of the voltage-doubled according to the invention transports the electron beam
Teiles des gebündelten Strahles wird dadurch erreicht, 35 und die Hochfrequenzenergie aus der Röhre undPart of the bundled beam is thereby reached, 35 and the high-frequency energy from the tube and
daß Wanderspannungswellen durch die ursprünglich weist für diesen Zweck einen Sammelelektroden-that traveling voltage waves through the originally has a collecting electrode for this purpose
von dem Strahl erzeugten elektromagnetischen Wellen koppler 22 in axialer Ausrichtung mit der Röhre 11electromagnetic wave coupler 22 generated by the beam in axial alignment with tube 11
hergestellt werden und der Strahl diese in geeigneter auf, der mit dem Ausgangshohlraum 21 in Verbindungare produced and the beam this in a suitable manner, which is connected to the output cavity 21 in connection
Phase durchläuft. Die geeignete Phasenbeziehung steht. Der Sammelelektrodenkoppler 22 enthält denPhase goes through. The appropriate phase relationship is in place. The collecting electrode coupler 22 includes the
wird in der obenerwähnten Weise erzeugt, so daß die 40 Zylinder 14 und ein inneres Element 23, das alsis generated in the above-mentioned manner so that the 40 cylinders 14 and an inner member 23, which as
hergestellten Spannungswellen die spannungsverdop- Zylinder oder fester Umdrehungskörper dargestelltproduced tension waves the tension doubling cylinder or solid body of revolution shown
pelten Elektronen des Strahles beschleunigen. ist, der, wie dargestellt ist, einen axialen Durchgang,accelerate the electrons of the beam. which, as shown, has an axial passage,
Mit dem obigen Verfahren wird ein Hochspan- ähnlich einem umgekehrten Venturirohr, mit einemWith the above procedure, a high voltage becomes similar to an inverted venturi, with a
nungselektronenstrahl mit sich periodisch ändernder Durchmesser aufweist, der sich mit der EntfernungElectron beam with periodically changing diameter, which changes with distance
Elektronendichte erzeugt. Der in dem Verfahren er- 45 von dem Hohlraum 21 verkleinert und eine vergrö-Generated electron density. The 45 of the cavity 21 reduced in the process and an enlarged
zeugte ursprüngliche Elektronenstrahl verwendet einen ßerte Öffnung an seinem Ausgang hat. Das Element 23The original electron beam used has a large opening at its exit. The element 23
kleinen Teil der tatsächlich zugeführten Energie, um kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, beispielsweise durchsmall part of the energy actually supplied in order to, as shown in Fig. 1, for example by
diese auf eine hohe Spannung zu treiben. Dies wird ein Paar Viertelwellenstichleitungen 24 innerhalb desto drive them to a high voltage. This will be a pair of quarter wave stubs 24 within the
durch die Erzeugung elektromagnetischer Energie aus Zylinders 14 montiert werden, um die Isolations-by generating electromagnetic energy from cylinder 14 to ensure the insulation
dem Strahl und dann durch deren Rückführung in 50 probleme soweit wie möglich zu verringern. Einethe beam and then by returning them to 50 problems as much as possible. One
einen ausgewählten Teil des Strahles erreicht. kleine hindurchgehende Öffnung dient zum Auffangenreaches a selected part of the beam. small opening through it serves to catch
Verschiedene konstruktive Anordnungen können und Sammeln eines großen Teiles des von der Elekzur
Ausführung des beschriebenen Verfahrens benutzt tronenröhre 11 kommenden Elektronenstrahles. Innerwerden;
in Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung halb der Röhre 11 erfährt ein bestimmter kleiner Teil
dargestellt. Eine geschwindigkeitsmodulierende Elek- 55 der Elektronen in dem Strahl eine zusätzliche Betronenröhre
11 ist mit dem Wellenleiter eines Wander- schleunigung auf im wesentlichen die doppelte Spanfeldlinearbeschleunigers
13 axial ausgerichtet und steht nung des Restes der Strahlelektronen, und zwar damit durch einen dazwischen angeordneten Zylinder deshalb, weil ihre Phase derart ist, daß sie in dem
in Verbindung. Die Elektronenröhre 11 kann aus Ausgangshohlraum 21 beschleunigt und nicht vereiner
üblichen Elektronenstrahlhochfrequenzröhre, 60 zögert werden. Diese Elektronen werden Elektronen
beispielsweise einem Klystron, bestehen und ein Elek- mit doppelter Geschwindigkeit genannt. Die spantronenstrahlsystem
16 mit einem Heizfaden und einer nungsverdoppelten Elektronen werden vorzugsweise
Heizvorrichtung für diesen aufweisen, um freie Elek- zur zusätzlichen Beschleunigung gewählt, da gezeigt
tronen innerhalb der Röhre zu erzeugen. Die Elek- werden kann, daß eine Vergrößerung der Aufdrücktronen
von dem Elektronenerzeuger 16 werden durch 65 spannung den Wirkungsgrad von Wanderfeldbeschleueine
Anode 17 beschleunigt, die als Querröhrenwand nigern vergrößert und deren Aufbau vereinfacht,
mit einer Öffnung für den Elektronendurchgang aus- Innerhalb des Sammelelektrodenkopplers 22 nach
gebildet ist. Es wird eine derartige Spannung zwischen Fig. 1 wandert die Hochfrequenzenergie von derVarious structural arrangements can and collect a large part of the electron tube 11 coming from the electron tube used to carry out the described method. Getting inside; In Fig. 1, a preferred device half of the tube 11 experiences a certain small part is shown. A velocity-modulating electrode 55 of the electrons in the beam of an additional electron tube 11 is axially aligned with the waveguide of a traveling acceleration on essentially the double chip field linear accelerator 13 and is connected to the rest of the beam electrons, namely through an intermediate cylinder because their phase is such that they are related to the. The electron tube 11 can be accelerated out of the output cavity 21 and not hesitated with a conventional high-frequency electron beam tube 60. These electrons are made up of a klystron, for example, and are called an elec- tron with double speed. The particle electron beam system 16 with a filament and a voltage-doubled electrons will preferably have heating devices for this in order to generate free electrons for additional acceleration, since electrons are shown inside the tube. The elec- tron can be that an enlargement of the push-on tron from the electron generator 16 is accelerated by voltage the efficiency of the traveling field accelerator anode 17, which increases as a transverse tube wall and simplifies its structure,
is formed with an opening for the passage of electrons from within the collecting electrode coupler 22 according to. There will be such a voltage between Fig. 1, the radio frequency energy migrates from the
Röhre 11 mit Lichtgeschwindigkeit zwischen dem Löst man die Beziehung (1) nach L auf, so ergibtTube 11 with the speed of light between the solving the relationship (1) for L , then results
Zylinder 14 und dem Element 23, während sogar sich:Cylinder 14 and element 23, while even:
Elektronen mit doppelter Geschwindigkeit, die durch χ d . ηElectrons at double the speed driven by χ d. η
den axialen Durchgang des Elements 23 verlaufen, L = — . (2)run the axial passage of the element 23, L = -. (2)
eine viel geringere Geschwindigkeit haben, so daß die 5 2 Bg — Be have a much slower speed so that the 5 2 B g - B e
Energiewellen in ihrer Phase mit Bezug auf die zusammengeballten Elektronen des Strahles voreilen, Die Phasengeschwindigkeit der Welle ist im wesentwenn sie durch den Sammelelektrodenkoppler ver- liehen gleich der Lichtgeschwindigkeit im freien Raum, laufen. Durch geeignete Wahl der Kopplungswelle so daß Bg = 1 ist; in einem typischen Fall von eilen die Energiewellen in der Phase genau um den io 300 000 Elektronenvolt ist Be = 0,8, so daß aus der geeigneten Wert mit Bezug auf die Zusammen- obigen Beziehung folgt L = 2 A0; in einer typischen ballungen der spannungsverdoppelten Elektronen vor, geschwindigkeitsmodulierenden Elektronenröhre, wie wie unten dargelegt ist. Innerhalb des Beschleuniger- einem Klystron, bei dem die Wellenlänge 10,5 cm Wellenleiters 13 ist eine Anzahl Quertrennwände 26 beträgt, ist vorgesehen, welche öffnungen auf der Wellenleiter- 15 L = 21 cm. achse haben und einen belasteten Wellenleiter begrenzen, der aus einer Anzahl aufeinanderfolgender Obgleich die oben bestimmte Länge des Sammel-Hohlräume 27 geeigneter Abmessungen besteht, um elektrodenkopplers nicht unerwünscht groß ist, kann eine elektromagnetische Welle mit der genauen sie durch eine andere Konstruktion verkleinert werden, Phasengeschwindigkeit fortzupflanzen und auf diese 20 wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Weise die aufgedrückten Elektronen mit der Frequenz Die abgeänderte Ausführungsform nach Fig. 2 der Energie zu beschleunigen, die daran von der und 3 veranschaulicht einen Sammelelektrodenkopp-Röhre 11 über den Sammelelektrodenkoppler 22 ge- ler 31, der einen Zylinder 14 aufweist, der die Verbinkoppelt ist. Auf diese Weise wird in dem Beschleu- dung zwischen dem Ausgangshohlraum 21 einer niger 12 eine Wanderwelle hervorgerufen, die ihre 25 Röhre 11 und dem Wellenleiter 12 des Beschleuni-Energie von der Röhre 11 aufnimmt und Energie an gers 13 herstellt. Koaxial innerhalb dieses Zylinders 14 Elektronen abgibt, die in geeigneter Phasenbeziehung ist ein zylindrisches Element 23 angeordnet, das im dazu hindurchverlaufen. Wie oben bemerkt wurde, Aufbau dem mit gleichem Bezugszeichen bezeichbringt die geeignete Wahl der Länge des Sammel- neten Element in Fig. 1 entspricht, aber kürzer ist, elektrodenkopplers 22 die Elektronen mit doppelter 30 wie unten erörtert wird. In dieser Ausführungsform Geschwindigkeit in geeignete Phasenbeziehung zu der wird eine koaxiale Grundschwingungsart an jedem Hohlraumerregung, so daß nur Zusammenballungen Ende des Kopplers auf eine besondere Hohlleiterspannungsverdoppelter Elektronen dadurch beschleu- schwingungsart im Mittelteil des Kopplers umgenigt werden. Der Sammelelektrodenkoppler 22 wirkt formt. Somit sind an jedem Ende der Koppler 31 und somit für einen Teil der Elektronen als Auffang- 35 der umgebende Zylinder 14 symmetrisch, so daß das element in der Röhre 11, während er gleichzeitig den elektrische Feld der ausgesandten elektromagne-Durchgang eines Teiles des Strahles zuläßt und auch tischen Wellen radial nach außen von der Kopplerdie Röhrenenergie in den Wellenleiter 13 koppelt, um achse und gleichmäßig über das Element 23 gerichtet deren Hohlräume 27 zu erregen. wird. Diese koaxiale Arbeitsweise der Übertragung ist Der in dem Wellenleiter 12 beschleunigte Teil des 40 infolge ihrer axialen Symmetrie für Auskopplung aus Elektronenstrahles kann außerhalb der Vorrichtung dem Hohlraum 21 und Einkopplung in den Beschleudurch die Schaffung eines Fensters 28 an dem ge- niger 13 besonders zweckmäßig. Der Mittelteil des schlossenen Ende des Wellenleiters an dessen Achse Kopplers 31 wird von einer Wand oder einem senkverwendet werden. Das Fenster dichtet trotz seiner rechten Element getragen (wie in Fig. 2 und 3 dar-Durchlässigkeit für den beschleunigten Elektronen- 45 gestellt ist), das parallel zu der Achse und unterhalb strahl das System vakuumdicht ab, was für die Ar- der Wellen zwischen dem Zylinder 14 und dem EIebeitsweise notwendig ist. ment 23 verläuft. Diese Wand 32 umfaßt tatsächlich Mit Bezug auf die Phasenänderung der elektro- einen Teil des Kopplers 31, der von dem Zylinder 14, magnetischen Wellen und der Elektronen mit dop- dem Element 23 und der Wand 32 gebildet wird, insopelter Geschwindigkeit des Strahles ist es in der Vor- 50 fern, als die übertragenen elektromagnetischen Wellen richtung der oben beschriebenen Art erwünscht, daß betroffen sind, da die Grundschwingungsart der die Phase der Energiewellen um 180° (π Radiant) mit Wellenübertragung dadurch so geändert wird, daß Bezug auf die Phase der Elektronen mit doppelter diese am Umfang erfolgt, wobei die Wellengeschwin-Geschwindigkeit verschoben ist. Mit dem oben be- digkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreitet. Kleine schriebenen koaxialen Sammelelektrodenkoppler nach 55 senkrechte Bolzen oder Stäbe 33 sind an dem Zy-Fig. 1, der eine Länge L hat, gilt die folgende Bezie- linder 14 unterhalb des Elementes 23 an jedem Ende hung für 180° Phasenverschiebung: seiner Wand 32 zur Impedanzanpassung zwischen derEnergy waves lead in phase with respect to the clustered electrons of the beam. The phase velocity of the wave is essentially the same as the speed of light in free space when given by the collecting electrode coupler. By suitable choice of the coupling wave so that B g = 1; in a typical case of the energy waves rushing in phase exactly around the io 300,000 electron volts, B e = 0.8, so that from the appropriate value with reference to the above relationship it follows that L = 2 A 0 ; in a typical clusters of voltage-doubled electrons, velocity-modulating electron tube, as set out below. Inside the accelerator - a klystron, in which the wavelength is 10.5 cm waveguide 13 is a number of transverse partition walls 26, which openings on the waveguide 15 L = 21 cm. axis and limit a loaded waveguide, which consists of a number of successive Although the above determined length of the collecting cavities 27 of suitable dimensions is not undesirably large around the electrode coupler, an electromagnetic wave can be reduced with the exact same construction, phase velocity to propagate and on this 20 as shown in Fig. 2 and 3 is shown. Way to accelerate the pressed electrons with the frequency. The modified embodiment according to FIG. 2 of the energy, which is transferred to it by the and 3 illustrates a collecting electrode coupling tube 11 via the collecting electrode coupler 22 and 31, which has a cylinder 14 to which the coupling is coupled . In this way, a traveling wave is produced in the acceleration between the output cavity 21 of a niger 12, which its tube 11 and the waveguide 12 of the niger absorbs energy from the tube 11 and produces energy at gers 13. Coaxially within this cylinder 14 emits electrons, a cylindrical element 23 is arranged in a suitable phase relationship, which extends through it. As noted above, structure denoted by the same reference number corresponds to the appropriate choice of the length of the collecting element in FIG. 1, but being shorter, electrode coupler 22 having electrons with double 30 as discussed below. In this embodiment, a coaxial fundamental mode of oscillation at each cavity is excited so that only clusters of electrons at the end of the coupler due to a special waveguide voltage doubled electrons are reversed in the middle part of the coupler. The collecting electrode coupler 22 acts in a shaping manner. Thus, at each end of the coupler 31, and thus for part of the electrons as trapping 35, the surrounding cylinder 14 are symmetrical, so that the element in the tube 11, while at the same time allowing the electric field of the emitted electromagnetic passage of part of the beam and also table waves radially outward from the coupler coupling the tube energy into the waveguide 13 in order to excite the cavities 27 thereof axially and uniformly across the element 23. will. This coaxial mode of operation of the transmission is the part of the 40 accelerated in the waveguide 12 due to its axial symmetry for coupling out of the electron beam outside the device into the cavity 21 and coupling into the acceleration by creating a window 28 on the lower 13 particularly useful. The middle part of the closed end of the waveguide at its axis coupler 31 will be used by a wall or a sink. The window seals in spite of its right element carried (as in Fig. 2 and 3 represents the permeability for the accelerated electron 45), which radiates parallel to the axis and below the system vacuum-tight, which for the ar- the waves between the cylinder 14 and the EIebeitweise is necessary. ment 23 runs. This wall 32 actually comprises, with respect to the phase change of the electrical part of the coupler 31 formed by the cylinder 14, magnetic waves and the electrons with double element 23 and the wall 32, insopelter velocity of the beam it is in the prior 50, as the transmitted electromagnetic waves direction of the type described above are desired that are affected, since the fundamental mode of the phase of the energy waves is changed by 180 ° (π radians) with wave transmission so that reference to the phase of the Electrons with double this takes place at the circumference, whereby the wave speed is shifted. With the above speed the speed of light exceeds. Small written coaxial collecting electrode couplers according to 55 vertical bolts or rods 33 are on the Zy-Fig. 1, which has a length L , the following relation applies below the element 23 at each end for 180 ° phase shift: its wall 32 for impedance matching between the
koaxialen Grundschwingungsart und der Hohlleiter-coaxial fundamental mode and the waveguide
-Z^. = π. (1) schwingungsart angeordnet und werden üblicherweise -Z ^. = π. (1) vibration type arranged and are usually
Be A0 Bg A0 6o als Anpaßbolzen bezeichnet. Obgleich die Anpaß Be A 0 Bg A 0 6o referred to as adapter bolt. Although the adapt
bolzen dazu dienen, eine Ausführungsform der Erfin-bolts serve an embodiment of the invention
A0 = Wellenlänge der erzeugten Schwingung im dung zu veranschaulichen, werden den Fachleuten freien Raum bei Betriebsfrequenz verschiedene andere Mittel zum Erzielen der gleichenA 0 = wavelength of vibration generated in the manure, those skilled in the art will free space at operating frequency various other means of achieving the same
Be = Geschwindigkeit des Elektronenstrahles, be- Ergebnisse geläufig sein. B e = speed of the electron beam, results must be familiar.
zogen auf die Lichtgeschwindigkeit (c) im 65 In der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3, bei derdrew on the speed of light (c) in the 65 In the embodiment of Figs. 2 and 3, in the
freien Raum die Wellengeschwindigkeit in dem Mittelabschnitt-free space the wave speed in the middle section
Bg = Phasengeschwindigkeit der Welle, bezogen auf koppler die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, kann die Lichtgeschwindigkeit (c) im freien Raum. die Länge L des Mittelabschnitts, an dem die Wand 32 Bg = phase velocity of the wave, related to coupler which exceeds the speed of light, can be the speed of light (c) in free space. is the length L of the central portion where the wall 32
angebracht ist, aus der folgenden Beziehung bestimmt werden:appropriate to be determined from the following relationship:
2nL 2nL _ 2nL 2nL _
Be A0 Be A 0 Bg A0 Bg A 0
wobei alle Symbole den oben definierten entsprechen. Somit istwhere all symbols correspond to those defined above. So is
A^ (4)A ^ (4)
2 Bg — Be 2 Bg - Be
wie bei der Ausführungsform in Fig. 1. Jedoch wird in diesem Falle die Phasengeschwindigkeit der Welle in dem Mittelabschnitt durch Grenzbedingungen für die Übertragungsgrundschwingungsart bestimmt, die folgendermaßen ausgedrückt werden können:as in the embodiment in Fig. 1. However, in this case, the phase velocity of the wave determined in the middle section by boundary conditions for the fundamental transmission mode, the can be expressed as follows:
γ Λ) γ Λ)
wieder gleich der Phasengeschwindigkeit der Welle, bezogen auf die Lichtgeschwindigkeit, ist, mit einem Verhältnis des Scheibendurchmessers zu dem Durchmesser des Elementes 23 von etwa 1,5 bis 1 und einem Verhältnis des Zylinderdurchmessers zu dem Durchmesser des Elementes 23 von etwa 1,7 bis 1 erreicht werden. Die mit Bezug auf Fig. 1 und 2 angegebene Beziehung ist hier wieder mit einem Unterschied des Vorzeichens, da Be größer ist als Bg, anwendbar, so daßis again equal to the phase velocity of the wave, based on the speed of light, with a ratio of the disk diameter to the diameter of the element 23 of about 1.5 to 1 and a ratio of the cylinder diameter to the diameter of the element 23 of about 1.7 to 1 can be achieved. The relationship given with reference to FIGS. 1 and 2 can be used here again with a difference in sign, since B e is greater than B g , so that
2nL2nL
Bg A0 Bg A 0 Be A0 B e A 0
= π= π
undand
sin (K2P) = 0 oder Jf2 =sin (K 2 P) = 0 or Jf 2 =
Be 'BgB e 'Bg
Be — Ba Be - Ba
(5; 5a)(5; 5a)
wobei P den mittleren Umfangsabmessungen und
Κι + KS = Kz (6) where P is the mean circumferential dimensions and
Κι + KS = K z (6)
bedeutet, worin K = -^- und K1 =
Löst man (6) für B9 auf, ergibt sichmeans where K = - ^ - and K 1 =
Solving (6) for B 9 results
2Λ2Λ
sind.are.
2p2p
und in einem typischen Falle, in dem der Durchmesser des Elementes 23 2,5 cm, der Zylinderdurchmesser 3,5 cm unap = 7,0 cm betragen, wird mit X0 = 10,5 cm und Be = 0,8, wie oben, B9 = 1,60.and in a typical case where the diameter of the element 23 is 2.5 cm, the cylinder diameter 3.5 cm unap = 7.0 cm, with X 0 = 10.5 cm and B e = 0.8, such as above, B 9 = 1.60.
Setzt man dies in die Gleichung (4) für L ein, so ergibt sich der Wert 0,8 oder 8,4 cm. Diese Abmessung von 8,4 erweist sich als wesentlich geringer als die oben für eine typische Konstruktion der Ausführungsform nach Fig. 1 errechnete Länge von 21 cm, und auch mit Zusatz der Endabschnitte des Kopplers ist die resultierende Kopplung wesentlich kleiner als die des Kopplers der Fig. 1.Inserting this into equation (4) for L results in the value 0.8 or 8.4 cm. This dimension of 8.4 turns out to be much smaller than the length of 21 cm calculated above for a typical construction of the embodiment according to FIG . 1.
Eine weitere Ausführungsform des Kopplers ist hierbei in Fig. 4 veranschaulicht. In dieser ist ein Element 23, das im wesentlichen identisch mit dem Element in Fig. 1 abgesehen von der Größe ist, etwa durch Viertelwellenlängenstichleitungen24 in einem Zylinder 14 zwischen der Röhre 11 und dem Beschleuniger 13 angeordnet. In diesem Beispiel ist eine besondere Konstruktion innerhalb des von den oben erwähnten Elementen gebildeten Kopplers 34 vorgesehen, um einen periodisch belasteten koaxialen Abschnitt zu erzeugen und auf diese Weise die Phase der Welle mit Bezug auf die Elektronen zu verzögern. Eine solche Konstruktion ist hinsichtlich ihrer Eigenschäften einer langsamen Wellenfortpflanzung gut bekannt, und in der veranschaulichten Ausführungsform sind an dem Koppler eine Anzahl radiale Flansche oder Scheiben 36 vorgesehen, die in Abstand gleichmäßig längs der Außenfläche des Kopplers angeordnet sind. Da die Welle zwischen dem Zylinder 14 und dem mittleren Element 23 fortgepflanzt wird, bilden die Scheiben eine solche periodische Konstruktion, daß die Wellengeschwindigkeit wesentlich herabgesetzt wird. Innerhalb der praktischen Grenzen kann die Wellengeschwindigkeit so klein wie gewünscht gemacht werden, und beispielsweise kann ein Wert von B9 = 0,5, wobei B9 hierbei Setzt man B9 = 0,5 und Be = 0,8 in der obigen Beziehung, dann ergibt sich L = 0,67 X0, so daß bei X0 = 10,5 cm L = 7 cm beträgt. In diesem Falle wird L, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2, als die Länge des mittleren periodischen Abschnitts des Kopplers 34 genommen, so daß eine Hinzufügung der unbelasteten Endabschnitte erfolgen muß, um die Gesamtlänge zu bestimmen.Another embodiment of the coupler is illustrated in FIG. 4. In this an element 23, which is essentially identical to the element in FIG. 1 except for the size, is arranged in a cylinder 14 between the tube 11 and the accelerator 13, for example by quarter-wavelength stubs 24. In this example, a special construction is provided within the coupler 34 formed by the above-mentioned elements in order to create a periodically loaded coaxial section and in this way to retard the phase of the wave with respect to the electrons. Such a construction is well known for its slow wave propagation properties and in the illustrated embodiment a number of radial flanges or washers 36 are provided on the coupler and are evenly spaced along the outer surface of the coupler. Since the wave is propagated between the cylinder 14 and the central element 23, the disks form such a periodic construction that the wave speed is substantially reduced. Within practical limits, the wave speed can be made as small as desired and, for example, a value of B 9 = 0.5, where B 9 here is set B 9 = 0.5 and B e = 0.8 in the above relation , then L = 0.67 X 0 , so that at X 0 = 10.5 cm L = 7 cm. In this case , as in the embodiment of FIG. 2, L is taken as the length of the central periodic portion of the coupler 34 so that the unloaded end portions must be added to determine the total length.
Es wurde oben ein verbessertes Verfahren und verbesserte Vorrichtungen zur Elektronenbeschleunigung beschrieben, wobei aber eine einzige Quelle verwendet wurde, um einen pulsierenden Elektronenstrahl und Energie für dessen Beschleunigung zu erzeugen. Die veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen des Kopplers sind nur als Beispiel zu bewerten. Im besonderen auch sollen die Berechnungen nur als Beispiele gelten und in keiner Weise den Rahmen der Erfindung begrenzen, der in den folgenden Ansprüchen umrissen ist.There has been described an improved method and apparatus for electron acceleration but a single source was used to generate a pulsating electron beam and Generate energy for its acceleration. The illustrated and described embodiments of the coupler are only to be considered as examples. In particular, the calculations should only be used as examples and in no way the To limit the scope of the invention as outlined in the following claims.
Claims (14)
Rev. of. scient. Instrum., 26 (1955), S. 205 bis 209.Considered publications:
Rev. of. scient. Instrum., 26 (1955), pp. 205-209.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US486865A US2940001A (en) | 1955-02-08 | 1955-02-08 | Electron accelerator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1117794B true DE1117794B (en) | 1961-11-23 |
Family
ID=23933506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEP17634A Pending DE1117794B (en) | 1955-02-08 | 1956-12-15 | Electron accelerator working with traveling field linear acceleration |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US2940001A (en) |
DE (1) | DE1117794B (en) |
GB (1) | GB822906A (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1238585B (en) * | 1962-07-12 | 1967-04-13 | Ass Elect Ind | Electron gun |
US3322568A (en) * | 1963-03-15 | 1967-05-30 | Interchem Corp | Composition and method for producing leather substitute |
FR2110799A5 (en) * | 1970-10-30 | 1972-06-02 | Thomson Csf | |
US4350927A (en) * | 1980-05-23 | 1982-09-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Means for the focusing and acceleration of parallel beams of charged particles |
GB2186736A (en) * | 1986-02-13 | 1987-08-19 | Marconi Co Ltd | Ion beam arrangement |
US10804001B1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-10-13 | Euclid Technlabs, LLC | Broad band tunable energy electron beam pulser |
US10515733B1 (en) * | 2019-04-24 | 2019-12-24 | Euclid Techlabs, Llc | Broad band tunable energy electron beam pulser |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR943147A (en) * | 1947-02-26 | 1949-02-28 | Materiel Telephonique | Very wideband amplifier tube for microwave frequencies |
US2647219A (en) * | 1947-11-15 | 1953-07-28 | Int Standard Electric Corp | Catcher circuits for velocity modulation tubes |
US2630544A (en) * | 1948-03-20 | 1953-03-03 | Philco Corp | Traveling wave electronic tube |
US2653271A (en) * | 1949-02-05 | 1953-09-22 | Sperry Corp | High-frequency apparatus |
US2595698A (en) * | 1949-05-10 | 1952-05-06 | Rca Corp | Electron discharge device and associated circuit |
GB751353A (en) * | 1953-04-14 | 1956-06-27 | Vickers Electrical Co Ltd | Improvements relating to linear accelerators for charged particles |
US2813996A (en) * | 1954-12-16 | 1957-11-19 | Univ Leland Stanford Junior | Bunching means for particle accelerators |
-
1955
- 1955-02-08 US US486865A patent/US2940001A/en not_active Expired - Lifetime
-
1956
- 1956-01-25 GB GB2448/56A patent/GB822906A/en not_active Expired
- 1956-12-15 DE DEP17634A patent/DE1117794B/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
None * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US2940001A (en) | 1960-06-07 |
GB822906A (en) | 1959-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2533346C3 (en) | Linear accelerator arrangement | |
DE2757079A1 (en) | LINEAR ACCELERATOR | |
DE3203283C2 (en) | ||
DE1807720B2 (en) | STANDING SHAFT LINEAR ACCELERATOR | |
DE102014219016B4 (en) | Method for controlling a standing wave accelerator | |
DE956707C (en) | Traveling field pipes for amplification and vibration generation | |
DE1008789B (en) | Ultra high frequency oscillator using a spoked wheel type magnetic field tube | |
DE1117794B (en) | Electron accelerator working with traveling field linear acceleration | |
DE1055136B (en) | Traveling wave tubes with an interaction circle for spatially harmonic operation to generate or amplify very short electrical waves of the TE type | |
DE1138872B (en) | Particle accelerator for charge carriers, in which an energy exchange takes place between the charge carriers and a high-frequency electromagnetic traveling wave | |
DE959299C (en) | Traveling field pipes for spatially harmonious operation | |
DE1063285B (en) | Electron tubes in the manner of a traveling wave tube for generating or amplifying very short electrical waves with a two-dimensional delay arrangement | |
DE2810057A1 (en) | STANDING SHAFT LINEAR ACCELERATOR | |
DE3134582A1 (en) | CROSS ENERGY COMPENSATOR FOR GYROTRONE | |
DE3208293C2 (en) | ||
DE869515C (en) | Device for generating an electron beam for discharge tubes of cylindrical design with a straight conductor arranged in the cylinder axis | |
DE836053C (en) | Amplifier for short electrical waves using a discharge space of several wavelengths | |
DE853009C (en) | Arrangement for the excitation, amplification and reception of electromagnetic hollow tube waves using one or more electron beams which are injected into the field space of a hollow tube | |
DE1491391B1 (en) | Runway pipes with at least two runway sections | |
DE2706630B2 (en) | Deflector for a charged particle beam | |
DE1297243B (en) | Cyclotron wave electron beam amplifier tubes | |
DE1589037C3 (en) | Traveling wave linear accelerator | |
DE2528351C3 (en) | Traveling wave tube | |
DE904782C (en) | Device for amplifying electrical oscillations in the microwave area | |
DE2247495C2 (en) | Lauffeldtube |