DE1146601B - Festfrequenz-Zyklotron - Google Patents
Festfrequenz-ZyklotronInfo
- Publication number
- DE1146601B DE1146601B DEL39754A DEL0039754A DE1146601B DE 1146601 B DE1146601 B DE 1146601B DE L39754 A DEL39754 A DE L39754A DE L0039754 A DEL0039754 A DE L0039754A DE 1146601 B DE1146601 B DE 1146601B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- particles
- magnetic fields
- additional
- phase
- phase difference
- 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
- H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
L 39754 Vmc/21g
b!bl:othek
des oeutsghen AN M E LjEKE T-A Gi 10. AUGUST 1961
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 4. APRIL 1963
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 4. APRIL 1963
Die Umlauffrequenz von elektrisch geladenen Partikeln ist ihrem Ladungs-Masse-Verhältnis und der
magnetischen Induktion proportional. Sie ist unabhängig von ihrer Geschwindigkeit, die dem Radius
der Umlaufbahn proportional ist. Hierauf beruht das von Lawrence angegebene Prinzip des Zyklotrons,
das zum Beschleunigen von Ionen dient. Die von einem starken Magnetfeld auf Kreisbahnen geführten
Ionen durchqueren bei jedem Umlauf In (n=l, 2,
3 ...) Beschleunigungsspalte, wobei sie von dem das Beschleunigungssystem speisenden Generator periodisch
Energie übernehmen. Die Frequenz des Hochfrequenzgenerators muß mit der Umlauffrequenz der
Ionen übereinstimmen, damit bei jeder Spaltdurchquerung möglichst viel Energie übernommen wird, so
daß der Endradius mit möglichst wenig Umläufen erreicht wird. Stimmen Beschleunigungs- und Umlauffrequenz
nicht überein, so ergibt sich eine mit jedem Spaltdürchtritt wachsende Phasenverschiebung,
durch welche die Beschleunigung pro Spaltdurchquening
abnimmt und schließlich sogar negativ werden kann. Wichtigste Forderung bei einem solchen
Festfrequenz- oder Isochron-Zyklotron ist daher die Übereinstimmung zwischen der Luftspaltinduktion
und der Frequenz dex Beschleunigungsspannung.
Werden die Ionen so weit beschleunigt, daß ihre relativistische Massenzunahme nicht mehr vernachlässigt
werden kann, so muß dies durch eine entsprechende Verringerung der Luftspaltinduktion berücksichtigt
werden. Es sind jedoch besondere Maßnahmen erforderlich, um hierbei eine Defokussierung
des Strahles zu verhindern. Hierfür hat sich das Festmagnetfeld mit örtlich alternierenden Gradienten
durchgesetzt. Hierbei durchläuft der Strahl bei jedem Umlauf mehrmals Gebiete starken und schwachen
Magnetfeldes, wodurch auf die Ionen stark fokussierende Kräfte einwirken. Hierdurch ist es möglich, mit
Festfrequenz-Zyklotronen Ionen bis weit in das Gebiet der relativistischen Massenzunahme zu beschleunigen.
Von der Energie des Hochfrequenzgenerators, der die Beschleunigungsspannung erzeugt, wird nur ein
kleiner Teil für die Beschleunigung der Ionen wirksam, während der größte Teil als Stromwärmeverlust
im Beschleainigungssystem verlorengeht. Da die Stromwärmeverluste quadratisch mit der Beschleunigungsspannung
zunehmen, versucht man im Interesse eines hohen Wirkungsgrades mit niedriger Beschleunigungsspannung
auszukommen. Da aber die Anzahl der Umläufe der Beschleunigungsspannung umgekehrt
proportional ist, bemüht man sich, durch besonders hohe Beschleunigungsspannung die Anzahl
Festfrequenz-Zyklotron
Anmelder:
Licentia Patent-Verwaltungs -G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
Dipl.-Ing. Hans-Helmut Feldmann, Berlin-Hennsdorf,
ist als Erfinder genannt worden
der Umläufe zu erniedrigen, damit die mit der Umlaufzahl steigende Forderung an die Genauigkeit des
Magnetfeldes noch technisch realisiert werden kann. Aus physikalischen und technologischen Gründen
können hierbei auch durch extreme Steigerung des Aufwandes gewisse Grenzen nicht überschritten
werden.
Durch die Erfindung wird ermöglicht, trotz hoher Umlaufzahlen infolge geringer Beschleunigungsspannung
und bei geringer Genauigkeit des Magnetfeldes optimale Beschleunigung bei allen Spaltdurchquerungen
zu erreichen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Festfrequenz-Zyklotron mit einem ein Führungs-Magnetfeld für
die Partikeln erzeugenden Fühlungsmagneten und einem die Beschleunigung der Partikeln bewirkenden
Hochfrequenzgenerator. Die Erfindung besteht darin, daß längs der Bahnen der Partikeln besondere Zusatzmagnetfelder
vorgesehen sind, deren Stärke sich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen
umlaufenden Partikeln und der beschleunigenden Spannung selbsttätig so einstellt, daß sich diese
Phasendifferenz auf einen vernachlässigbar kleinen Wert vermindert. Einer weiteren Ausbildung entsprechend
sind alle Zusatzmagnetfelder konzentrisch um den Zyklotronmittelpunkt angeordnet, so daß die
verschiedenen Zusatzmagnetfelder zunehmende Ringradien aufweisen. Zweckmäßig sind die Zusatzmagnetfelder
den Teilchenbahnen zugeordnet. Ferner sind entlang den Partikelbahnen Sonden für die
Feststellung der Phasendifferenz zwischen den umlaufenden Partikeln und der beschleunigenden Span-
309 548/268
nung vorgesehen. Die Zusatzmagnetfelder werden durch Zusatzerregerwickluogen erzeugt. Jedem so
aus Sonden und WicMung(en) gebildeten Führungsring ist ein Phasenvergleichsglied zugeordnet, das die '
Phase der Bescnleunigungsspannung mit der Phase der umlaufenden Partikeln vergleicht, wobei die sich
ergebende Phasendifferenz den Strom der Zusatzerregerwicklung(en) des jeweiligen Führungsringes beeinflußt.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es sind hierbei nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente dargestellt.
Gemäß der Erfindung sind zur Aufrechterhaltung *5
der Feinstruktur des Magnetfeldes auf einem optimalen Wert mehrere Regelkreise vorgesehen, die im
Ausfuhrungsbeispiel nach der Zeichnung aus jeweils einer Sonde, einem Vergleichsglied, einem Verstärker
und einer Zusatzerregerwicklung besteht. In der Zeichnung sind drei solche Regelkreise schematisch
angedeutet. Der erste Regelkreis besteht aus der Sonde S1, dem Vergledchstglied SJ1, einem nachgeschalteten
Verstärker V1 und einer beispielsweise ringförmigen Zusatzerregerwicklumg W1. Der zweite
Regelkreis besteht aus einer Sonde S2, einem Vergleichsglied
SJ2, einem Verstärker V2 und einer weiteren
Zusatzerregerwicklung W2. Der dritte Regelkreis besteht schließlich aus der Sonde S3, einem
Vergleichsglied SJa, einem nachgeschalteten Verstärker
V3 und der Zusatzerregerwicklung W3. Wie in
der Zeichnung angedeutet, sind die Wicklungen W1
bis W3 auf einem mit 10 bezeichneten Polschuh des
nicht weiter dargestellten Führungsmagneten angeordnet. Mit 11 ist beispielsweise eine Ionenquelle angedeutet.
Der gestrichelte Pfeil gibt die Richtung des Partikelstrahles .an. Die Wicklungen W1 bis W3 sind
beispielsweise als Einwindungsspulen ausgebildet. Die Kreuze geben die Richtung des durch diese Spulen
erzeugten Magnetfeldes an. Der gegenseitige Abstand der Wicklungen W1 bis W3 kann auch enger
gestaltet sein, und ebenso können beliebig mehr Wicklungen verwendet werden. Schließlich brauchen
die Wicklungen auch nicht in der in der Zeichnung dargestellten Weise ausgebildet zu sein. Es können
für jede Wicklung auch mehrere Teilwicklungen verwendet sein, die gleichfalls ringförmig angeordnet
und dem Zweck entsprechend zusammengeschaltet sind. Wie ersichtlich, befinden sich die Wicklungen
W1 bis W3 auf verschiedenen Radien der Polschuhe
10. Jede Wicklung wird von einem Verstärker V1 bis V3 gespeist, der von einem Phasendiskriminator
5Z1 bis SJ3 gesteuert wird. Der Phasendiskriminator
vergleicht die Phase der beschleunigenden Hochfrequenzspannung HF mit der Phasenlage der umlaufenden
Ionen auf den entsprechenden Bahnen. Zum Messen dieser Phasenlage dienen die Meßsonden
S1 bis S3. Die Ausbildung dieser Meßsonden ist
Gegenstand eines anderen Vorschlags.
Die Frequenz des BescHeunigungsgenerators sowohl als auch der Strom der nicht weiter dargestellten
Haupterregung des Führungsmagneten werden konstant gehalten. Beim Einschalten der Ionenquelle
11 können die Ionen zunächst nicht bis zum Endradius beschleunigt werden, da die Feinstruktur des
Magnetfeldes den Erfordernissen nicht genügt. Die nach den ersten Umläufen von der ersten Meßsonde
,S1 ermittelte Phasendifferenz wirkt über den
Phasendiskriminator SJ1 und den Verstärker V1 auf
die im inneren Ring befindliche Zusatzerregerwicklung W1 so ein, daß diese Phasendifferenz auf einen
VemachläSsigbar kleinen Wert reduziert wird. Damit treten die Ionen mit .guten Startbedingungen in den
zweiten »Beschleuoigungsrinig«, wobei sie, ebenfalls
nach einigen Umläufen, durch eine zweite Phasenmeßsonde S2 in der Phasenlage kontrolliert und über
die Zusatzerregerwicklung W2 korrigiert mit optimaler
Phasenlage in den nächsten »Beschleunigungsiing« eintreten, usw.
Auf diese Weise wird durch ein derartig vermaschtes Regelsystem der Ionenstrahl auch bei relativ
starker Abweichung der Haupterregung des Führungsmagneten so geführt, daß mit kleinen Beschleunigungsspannungen
und daher geringen Stromwärmeverlusten im Beschleunigungssystem gearbeitet werden
kann.
,Der technische Aufwand für das Regelsystem steht in keinem Verhältnis zu dem Aufwand, der getrieben
werden müßte, wenn das Magnetfeld ohne die erfindungsgemäße Regelung in seiner Feinstruktur auf den
erforderlichen Wert gebracht und gehalten werden müßte. Die Erfindung setzt lediglich voraus, daß die
Frequenz des Beschleunigungsgenerators z. B. durch eine Frequenzregelung und Vergleich mit einer Normaäfrequenz
auf hoher Konstanz gehalten wird. Unter dieser Voraussetzung wird an die Schnelligkeit
der Regler keine hohe Anforderung gestellt, da infolge dar Trägheit des magnetischen Feldes schnelle
Änderungen nicht auftreten können. Itn Gegensatz
zu dieser Trägheit ist die Messung der Umlauffrequenz der Ionen mit Hufe der Meßsonden S1 bis S3
sowie die Auswertung mit Hülfe der Phasendiskriminatoren .ST1 bis SJ3 außerordentlich schnell, so daß
auch bei hoher Verstärkung in den Regelkreisen keine dynamischen Schwierigkeiten zu erwarten sind.
Claims (5)
1. Festfrequenz-Zyklotron mit einem ein Führungs-Magnetfeld
für die Partikeln erzeugenden Führungsmagneten und einem die Beschleunigung
der Partikeln bewirkenden Hochfrequenzgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß längs der
Bahnen der Partikeln besondere Zusatzmagnetfelder vorgesehen sind, deren Stärke sich in Abhängigkeit
von der Phasendifferenz zwischen den umlaufenden Partikeln und der beschleunigenden
Spannung selbsttätig so einstellt, daß sich diese Phasendifferenz auf einen vernachlässigbar kleinen
Wert vermindert.
2. Zyklotron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zusatzmagpetfelder konzentrisch
um den Zyklotronmittelpuinfct angeordnet sind, so daß die verschiedenen Zusatzmagnetfelder
zunehmende Ringradien aufweisen.
3. Zyklotron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzmagnetfelder den Teilchenbahnen zugeordnet sind.
4. Zyklotron nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmagnetfelder
durch Zusateerregerwicklungen erzeugt sind.
5. Zyklotron nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß entlang den Partikelbahnen
Sonden für die Feststellung der Phasendifferenz zwischen den umlaufenden Partikeln und der be-
schleunigenden Spannung vorgesehen sind, daß entlang den Bahnen ringförmig angeordnete Zusatzerregerwicklungen
angeordnet sind, daß jedem so aus Sonden und Wicklungen) gebildeten
Führungsring ein Phasenvergleichsglied zugeordnet ist, das die Phase der Beschleunigunigsspannung
mit der Phasenlage der umlaufenden Partikeln vergleicht, und daß die ermittelte Phasendifferenz
den Strom der ZusatzerregerwicklunigCen) des jeweiligen Führungsringes beeinflußt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEL39754A DE1146601B (de) | 1961-08-10 | 1961-08-10 | Festfrequenz-Zyklotron |
CH900262A CH394424A (de) | 1961-08-10 | 1962-07-25 | Festfrequenz-Zyklotron |
NL281694A NL281694A (de) | 1961-08-10 | 1962-08-02 | |
FR905994A FR1330512A (fr) | 1961-08-10 | 1962-08-03 | Cyclotron à fréquence fixe |
US215100A US3227957A (en) | 1961-08-10 | 1962-08-06 | Cyclotron-type particle accelerator |
GB30415/62A GB1011395A (en) | 1961-08-10 | 1962-08-08 | A fixed-frequency cyclotron with a guide magnet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEL39754A DE1146601B (de) | 1961-08-10 | 1961-08-10 | Festfrequenz-Zyklotron |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1146601B true DE1146601B (de) | 1963-04-04 |
Family
ID=7268787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEL39754A Pending DE1146601B (de) | 1961-08-10 | 1961-08-10 | Festfrequenz-Zyklotron |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3227957A (de) |
CH (1) | CH394424A (de) |
DE (1) | DE1146601B (de) |
GB (1) | GB1011395A (de) |
NL (1) | NL281694A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1290269B (de) * | 1965-03-10 | 1969-03-06 | Akad Wissenschaften Ddr | Verfahren zur reproduzierbaren Einstellung und Konstanthaltung der Kenngroessen des Ionenstrahls in einem Festfrequenz-Zyklotron |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7315140B2 (en) * | 2005-01-27 | 2008-01-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Cyclotron with beam phase selector |
US9603235B2 (en) | 2012-07-27 | 2017-03-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Phase-lock loop synchronization between beam orbit and RF drive in synchrocyclotrons |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2193602A (en) * | 1938-05-06 | 1940-03-12 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Device for accelerating electrons to very high velocities |
US2898456A (en) * | 1953-06-09 | 1959-08-04 | Christofilos Nicholas | Universal, constant frequency, particle accelerator |
US2942106A (en) * | 1955-11-21 | 1960-06-21 | Willard H Bennett | Charged particle accelerator |
-
1961
- 1961-08-10 DE DEL39754A patent/DE1146601B/de active Pending
-
1962
- 1962-07-25 CH CH900262A patent/CH394424A/de unknown
- 1962-08-02 NL NL281694A patent/NL281694A/xx unknown
- 1962-08-06 US US215100A patent/US3227957A/en not_active Expired - Lifetime
- 1962-08-08 GB GB30415/62A patent/GB1011395A/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1290269B (de) * | 1965-03-10 | 1969-03-06 | Akad Wissenschaften Ddr | Verfahren zur reproduzierbaren Einstellung und Konstanthaltung der Kenngroessen des Ionenstrahls in einem Festfrequenz-Zyklotron |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3227957A (en) | 1966-01-04 |
NL281694A (de) | 1964-12-28 |
GB1011395A (en) | 1965-11-24 |
CH394424A (de) | 1965-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69412719T2 (de) | Steuerung für einen mehrphasigen Motor | |
EP1153398B1 (de) | Ionenstrahl-abtastsystem und verfahren zum betrieb des systems | |
EP0845083B1 (de) | Magnetische lagervorrichtung und verfahren zum betrieb derselben | |
DE2804297C2 (de) | Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Asynchron-Kurzschlußläufermotors | |
DE3322832C2 (de) | ||
DE102005030878B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung der Mittenabweichung einer Welle | |
DE3134002C2 (de) | Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Induktionsmotors | |
EP0191366B1 (de) | Antriebs- und Positioniersystem | |
EP0213283A1 (de) | Einrichtung zur Münzenprüfung | |
EP0228535A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Flusswinkels einer Drehfeldmaschine bzw. zum Lageorientierten Betrieb der Maschine | |
DE3015135C2 (de) | ||
DE2441588C2 (de) | Magnetische Positioniereinrichtung mit zwei linearen Schrittmotoren | |
DE4103933A1 (de) | Null-positionssensor | |
WO1988010022A1 (en) | Multiphase synchronous-design electric machine energized by permanent magnets | |
DE1538474B2 (de) | Mit konstanter Tangentialgeschwindigkeit arbeitende Kopiersteuervorrichtung | |
DE3326477A1 (de) | Anordnung zur bestimmung der drehzahl, der drehrichtung und/oder des drehwinkels eines gegenstandes | |
DE69606554T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zur korrektur der magnetischen anziehung in einer scheibenförmigen maschine | |
DE2616552C2 (de) | ||
DE1146601B (de) | Festfrequenz-Zyklotron | |
DE2361385A1 (de) | Mechanoelektrischer wandler zur gleichzeitigen ermittlung mehrerer translationsund/oder rotationskomponenten eines objektes | |
DE69305762T2 (de) | Elektromagnetisches Lager | |
DE3875397T2 (de) | Antriebssystem und motorerregeranordnung zur anwendung im antriebssystem. | |
DE3326476A1 (de) | Anordnung zur bestimmung der position, der geometrischen abmessungen oder der bewegungsgroessen eines gegenstandes | |
DE3824714C1 (de) | ||
DE1638097C3 (de) | Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors |