DE1187749B

DE1187749B - Teilchenbeschleuniger nach Art eines Synchrotrons

Info

Publication number: DE1187749B
Application number: DEH45660A
Authority: DE
Inventors: Raymond George Herb; James Adolf Weinman
Original assignee: High Voltage Engineering Corp
Current assignee: High Voltage Engineering Corp
Priority date: 1956-04-09
Filing date: 1956-05-15
Publication date: 1965-02-25
Also published as: DE1156515B; US2816243A; GB833658A

Description

Teilchenbeschleuniger nach Art eines Synchrotrons Die Erfindung bezieht sich auf einen Teilchenbeschleuniger nach Art eines Synchrotrons zum Beschleunigen von Ionen auf Energien von zumindest der Größenordnung von 109 Elektronenvolt.
Eins der wichtigsten Hilfsmittel in der Kernforschung ist eine künstliche Quelle geladener Teilchen hoher Energie, und eins der Hauptprobleme dabei besteht in der geeigneten Erzeugung solcher geladener Teilchen. Bei der Durchführung von Versuchen mit Protonen im GeV-Energiebereich ist offensichtlich der Erhöhung der verfügbaren Energie für Reaktionen eine Grenze gesetzt durch die Tatsache, daß mehr Energie in die Schwerpunktsbewegung gelangt, d. h., der Effekt der relativistischen Massenzunahme tritt störend in Erscheinung. Diese Schwierigkeit läßt sich umgehen, wenn man zwei Strahlen mit Energien im GeV-Bereich zum Zusammenstoßen bringt. Zur Erzeugung der beiden Strahlen kann man zwei Teilchenbeschleuniger bekannter Art benutzen, deren Strahlen man dann zusammenführt. Diese Methode ist jedoch sehr aufwendig und kostspielig und bedingt außer den beiden Beschleunigern zusätzliche Einrichtungen, in denen die Strahlen aufeinandertreffen.
Alle diese Nachteile werden gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden durch einen Teilchenbeschleuniger, der gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Einschießen positiver Ionen in den Teilchenbeschleuniger zur Beschleunigung in der einen Richtung, durch eine Einrichtung zum Einschießen negativer Ionen in den Beschleuniger zur Beschleunigung in der entgegengesetzten Richtung sowie eine Einrichtung, durch die ein Zusammenstoß mindestens eines erheblichen Teils der positiven Ionen mit den negativen Ionen bewirkt wird, nachdem die positiven und die negativen Ionen jeweils Energien mindestens der Größenordnung von 109 Elektronenvolt erreicht haben.
Durch diese Anordnung wird erreicht, daß man nur einen einzigen Beschleuniger benötigt und somit eine Kostenersparnis, geringeren Raumbedarf und vereinfachte Bedienung erzielt.
Bei dem neuen Beschleuniger können die positiven und negativen Ionen während eines Abschnittes der Beschleunigungsperiode auf verschiedenen Bahnen laufen. Sie werden dann so umgelenkt, daß einige von ihnen an einer gewünschten Stelle zusammentreffen.
In einer weiteren Ausführungsform laufen die positiven und die negativen Ionen im wesentlichen in der gleichen Bahn, jedoch in entgegengesetzten Richtungen, und magnetische Felder bündeln bei Erhöhung der Ionenenergie in Abhängigkeit davon die Ionenstrahlen auf einen Strahl von kleinerem Querschnitt, so daß die Zusammenstöße so lange selten bleiben, bis die Ionenenergie hoch geworden ist. Durch spezielle Mittel lassen sich die Ionenbündel so zusammenballen, daß das Aufeinanderprallen der negativen und positiven Ionen nur in bestimmten Bereichen erfolgt, wo solche Zusammenprallerscheinungen untersucht werden können.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Protonensynchrotrons, in dem positive und negative Ionen auf verschiedenen Bahnen laufen und in entgegengesetzten Richtungen beschleunigt werden, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Form des in F i g. 1 gezeigten Protonensynchrotrons, bei dem die positiven und negativen Ionen auf der gleichen Bahn, aber in entgegengesetztem Umlaufsinn laufen und beschleunigt werden. .
Die Ansicht nach F i g. 1 zeigt eine Anordnung, bei welcher die erheblichen Kosten einer zweiten Vorrichtung für GeV-Energien erfindungsgemäß vermieden werden können. Gemäß dieser Darstellung werden sowohl positive als auch negative Ionen in ein einziges Protonensynchrotron 38 in entgegengesetzter Richtung von der Quelle 39 positiver Ionen bzw. einer Quelle 40 negativer Ionen eingeführt. Beide Ionenstrahlen werden in der gleichen Vorrichtung 38 beschleunigt und können bei gleicher Energie im GeV-Bereich zusammenstoßen, was an einer beliebigen Stelle, z. B. 41, geschehen kann. Die positiven und negativen Ionen laufen während eines wesentlichen Abschnittes der Beschleunigungsperiode auf verschiedenen Bahnen und werden dann so umgelenkt, daß einige von ihnen in der Zone 41 zusammenstoßen.
In der Darstellung nach F i g. 2 laufen die positiven und negativen Ionen auf der gleichen Bahn, jedoch in entgegengesetzten Richtungen. Vorausgesetzt, daß die Strahlen auf ein schmaleres und immer schmaleres Bündel begrenzt werden, wenn die Ionenenergie erhöht wird, bleiben die Zusammenstöße verhältnismäßig selten, bis die Ionen hohe Energie erreicht haben.
Nach F i g. 2 sind die mit 42 bzw. 43 bezeichneten Strahlen von der Quelle 39 positiver Ionen und der Quelle 40 negativer Ionen durch eine besondere Einrichtung in vorgegebenen Bereichen 44 so gebündelt, daß die Zusammenstöße vorwiegend auf diese Bereiche begrenzt sind, wo sie untersucht werden können.
Die Ionenstrahlen werden durch die verhältnismäßig seltenen Kennzusammenstöße nicht merkbar geändert. In jeder Vorrichtung gehen Ionen hoher Energie zum größten Teil verloren durch Faktoren, wie Gasstreuung und Austritt aus der Bahn. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung wird zum größten Teil durch die Wahrscheinlichkeit bestimmt, mit welcher Verluste an negativen Ionen durch das Zusammentreffen mit gewöhnlichen Gasatomen im Beschleuniger auftreten. Als Folge hiervon ist ein vergleichsweise niedriger Druck, wie z. B. 10-19 mm Hg, im Beschleuniger erforderlich.

Claims

Patentansprüche: 1. Teilchenbeschleuniger nach Art eines Synchrotrons zum Beschleunigen von Ionen auf Energien von zumindest der Größenordnung von lO9Elektronenvolt,gekennzeichnet durch eine Einrichtung (39) zum Einschießen positiver Ionen in den Teilchenbeschleuniger (38) zur Beschleunigung in der einen Richtung, eine Einrichtung (40) zum Einschießen negativer Ionen in den Beschleuniger zur Beschleunigung in der entgegengesetzten Richtung sowie eine Einrichtung, durch die ein Zusammenstoß mindestens eines erheblichen Teils der positiven Ionen mit den negativen Ionen hervorgerufen wird, nachdem die positiven und die negativen Ionen jeweils Energien mindestens der Größenordnung von 109 Elektronenvolt erreicht haben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven und die negativen Ionen während eines Teils der Beschleunigungszeit verschiedene Bahnen verfolgen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven und die negativen Ionen praktisch in derselben Bahn, aber in entgegengesetzten Richtungen, umlaufen und daß eine Magneteinrichtung vorgesehen ist, um die Ionenstrahlen beim Erhöhen der Energie auf ein immer schmaleres Bündel zu beschränken, so daß Zusammenstöße so lange selten sind, bis die Ionen hohe Energie erreicht haben.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bündeln der lonenstrahlen in vorgegebenen Bereichen, die bewirkt, daß Zusammenstöße zwischen den Ionen vorwiegend in diesen Bereichen stattfinden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 876 279.