DE1146990B

DE1146990B - Linearbeschleuniger fuer Ionen

Info

Publication number: DE1146990B
Application number: DEC18874A
Authority: DE
Inventors: Jacques Pottier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1958-05-05
Filing date: 1959-04-25
Publication date: 1963-04-11
Also published as: US3067359A; GB871415A; LU37155A1; FR1195616A; CH357484A; NL238839A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 18874 Vmc/21g

ANMELDETAG: 25. APRIL 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 11. A P R I L 1963

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearbeschleuniger für Ionen, bei dem die Bahn der geladenen Teilchen durch hintereinander angeordnete Beschleunigungsrohre verläuft, die abwechselnd an die beiden Pole einer Hochfrequenzspannungsquelle angeschlossen sind. Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Bauart eines solchen Linearbeschleunigers sind die Beschleunigungsrohre oder »Leitrohre« durch die Rohrstücke bzw. Rohrabschnitte 1 und 2 gebildet, die in Richtung der Achse der Beschleunigungsvorrichtung mit Abstand hintereinanderliegen und abwechselnd mit den beiden Klemmen eines Hochfrequenzgenerators 3 verbunden sind. Die von der Quelle 4 in die Vorrichtung axial eintretenden Ionen werden in den die hintereinanderliegenden Rohrabschnitte trennenden Zwischenräumen beschleunigt. Die Durchlaufzeit, die ein Ion zum Passieren einer »Zelle«, d. h. eines Rohrabschnittes und eines anschließenden Zwischenraumes, benötigt, entspricht einer halben Periode der Hochfrequenz. Die Ionen erreichen schließlich das Beschußobjekt 5.

Es hat sich gezeigt, daß bei den bekannten Anordnungen relativ hohe Stromwärmeverluste und Verluste durch Energieabstrahlung auftreten, so daß die Anlage einen äußerst geringen Wirkungsgrad aufweist und Hochfrequenzgeneratoren mit erheblichen Nutzleistungen erfordert. Mit solchen Vorrichtungen erreicht man auch praktisch niemals eine für die einzelnen Abschnitte genau richtige Resonanzfrequenz.

Gemäß der Erfindung ist um die Beschleunigungsrohre ein Hohlraumresonator angeordnet, der als zylindrischer Resonanzraum ausgebildet ist, dessen Achse mit der Achse der Beschleunigungsrohre zusammenfällt. Dabei sind die Verbindungen der entsprechenden Rohre als Platten ausgebildet, die an dem Hohlraum längs Mantellinien befestigt sind, die den Stellen des Spannungsmaximums des entsprechenden Hohlraums entsprechen. Auf diese Weise ist es nicht mehr nötig, eine lokale Anschlußvorrichtung für den Hohlraum vorzusehen, wodurch die Herstellung und der Aufbau des Beschleunigers erleichtert wird. Außerdem sind die Impedanzwerte und der Wirkungsgrad des Hohlraumes größer als bei allen bekannten Bauarten mit gleicher Frequenz für relativ langsame Teilchen (bis zu Energien in der Größe von 10 MeV pro Teilchen). Die Überspannung ist gering, so daß sich das Gerät im Impulsbetrieb mit Impulsen betreiben läßt, die etwa zehnmal kürzer sind als bei anderen Systemen. In mechanischer Hinsicht besteht noch der Vorteil, daß das Gerät geringe Quer- und Längsabmessungen sowie einen robusten Aufbau hat. Diese geringen Querabmessungen erklären sich z. B.

Linearbeschleuniger für Ionen

Anmelder: Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt, München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 5. Mai 1958 (Nr. 764 776)

Jacques Pottier, Courbevoie, Seine (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

dadurch, daß die Kapazitäten zwischen den beiden Gruppen von Beschleunigungsrohren wegen des Vorhandenseins der Verbindungsplatten sehr groß sind, so daß der Durchmesser des für eine bestimmte Betriebsfrequenz berechneten Hohlleiters kleiner ist als bei einem normalen Hohlleiter.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind ein Hohlraum für die Wellenart H₁₁₁ (vgl. hierzu Fig. 2) und als Verbindungsteile zwei leitende, bogenförmig ausgeschnittene Platten vorgesehen, die in einer Durchmesserebene des Hohlraumes liegen und zugleich seitliche Tragstützen der Beschleunigungsrohre bilden. In diesem Fall werden die Feldlinien des elektrischen Feldes in der Weise tordiert bzw. verzerrt, daß im Bereich der Achse des Hohlraumes eine axiale Feldkomponente auftritt.

Unter Hinweis auf die schematischen Fig. 3 und 4 werden nun unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur linearen Beschleunigung von Ionen näher beschrieben. Die dargestellten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung; die Erfindung selbst wird durch diese Beispiele in keiner Weise eingeengt.

Die Fig. 3 ist die schematische Darstellung eines aufgebrochenen Hohlraumes, der nach der Wellentype H₁₁₁ schwingt. Die Fig. 4 stellt einen aufgebrochenen Hohlraum dar, der nach der Type H_2n schwingt.

Die Fig. 3 zeigt einen zylindrischen Resonanz-Hohlraum oder -Hohlleiter 6; in der Richtung der Achse dieses Hohlraumes sind die beiden Gruppen von Leitrohren 1 und 2 angeordnet. Die Rohre 1 und 2 sind in abwechselnder Folge mit den beiden Klemmen

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eines Hochfrequenzgenerators 3 verbunden. Die in der Zeichnung dargestellte Art der Verbindung mit der Stromquelle ist stark vereinfacht und infolgedessen nur symbolisch aufzufassen; in der Praxis benutzt man eine Kopplung über Stromschleife oder irgendein anderes bekanntes Mittel der Übertragung von Hochfrequenzenergie.

In dem Beispiel der Fig. 3 schwingt der Hohlleiter 6 entsprechend der Wellentype H₁₁₁, und die Mittel zum Übertragen der von dem Generator 3 gelieferten Hochfrequenz an die Leitrohre 1 und 2 bestehen aus zwei ebenen Platten aus leitendem Material 7 und 8, von denen jede mit einer der beiden Gruppen von Rohren 1 oder 2 verbunden ist. Die Berührungslinien zwischen den rückwärtigen Kanten der Platten 7 und 8 und der Wandung des Resonanz-Hohlleiters 6 sind diejenigen Erzeugenden dieses Hohlleiters, zwischen denen eine maximale Spannungsdifferenz besteht. Von diesen Erzeugenden ist nur eine, und zwar die Erzeugende 9, in der eine aufgebrochene Darstellung der Vorrichtung wiedergebenden Fig. 3 sichtbar.

Die Last, die durch die Kapazitäten zwischen den beiden Gruppen von Leitrohren gebildet wird, ist sehr groß, so daß der Durchmesser des Hohlleiters 6 wesentlich kleiner ist als der eines nicht kapazitiv be- as lasteten Hohlleiters. Eine einfache Rechnung zeigt, daß der Radius des Hohlleiters 6 bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umgekehrt proportional zu der Grenzfrequenz des Resonanz-Hohlleiters 6 ist, wenn man diesen als einen Wellenleiter betrachtet. Der Radius liegt beispielsweise in der Größenordnung von 50 cm bei einer Grenzfrequenz von 50 MH. Man kommt also für den Hohlleiter 6 auf relativ kleine Querabmessungen, was besonders dann interessant ist, wenn es sich um Beschleunigungsvorrichtungen für relativ niedrige Frequenzen (beispielsweise Beschleunigungsvorrichtungen für schwere Ionen) handelt.

Eine sehr ähnliche Ausfuhrungsform, die in der Fig. 4 dargestellt ist, beruht auf der Verwendung eines Hohlleiters mit der Resonanzart H₂₁₁. Die Leitrohre 1 und 2 werden bei dieser Ausführungsform jeweils von beiden Seiten durch leitende Tragplatten 10,11,12 und 13 gehalten; diese beiderseitige Anordnung der Tragplatten erleichtert die Herstellung der neuen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Linearbeschleuniger für Ionen, bei der die Bahn der geladenen Teilchen durch hintereinander angeordnete Beschleunigungsrohre verläuft, die abwechselnd an die beiden Pole einer Hochfrequenzspannungsquelle angeschlossen sind, da durch gekennzeichnet, daß um die Beschleunigungsrohre ein Hohlraumresonator angeordnet ist, der als zylindrischer Resonanzraum ausgebildet ist, dessen Achse mit der Achse der Beschleunigungsrohre zusammenfällt, und daß die Verbindungen der entsprechenden Rohre als Platten ausgebildet sind, die an dem Hohlraum längs Mantellinien befestigt sind, die den Stellen des Spannungsmaximums des entsprechenden Hohlraums entsprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum für die Wellenart H₁₁₁ und als Verbindungsteile zwei leitende, bogenförmig ausgeschnittene Platten vorgesehen sind, die in einer Durchmesserebene des Hohlraumes liegen und zugleich seitliche Tragstützen der Beschleunigungsrohre bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum für die Wellenaort H₂₁₁ und vier leitende und bogenförmig ausgeschnittene Platten vorgesehen sind, die in zwei zueinander normalen Ebenen hegen, die durch die Achse des Hohlraumes verlaufen und zugleich seitliche Tragstützen für die Beschleunigungsrohre bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 245 670, 2 683 216.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung sind sieben Seiten Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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