DE1206068B - Elektrisches Beladungssystem fuer Bandgeneratoren - Google Patents

Elektrisches Beladungssystem fuer Bandgeneratoren

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Publication number
DE1206068B
DE1206068B DEL46301A DEL0046301A DE1206068B DE 1206068 B DE1206068 B DE 1206068B DE L46301 A DEL46301 A DE L46301A DE L0046301 A DEL0046301 A DE L0046301A DE 1206068 B DE1206068 B DE 1206068B
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DE
Germany
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charging current
current
high voltage
charges
earth
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Pending
Application number
DEL46301A
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English (en)
Inventor
Dr Karl Heinz Peter
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Leybold Hochvakuum Anlagen GmbH
Original Assignee
Leybold Hochvakuum Anlagen GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06Influence generators
    • H02N1/10Influence generators with non-conductive charge carrier
    • H02N1/12Influence generators with non-conductive charge carrier in the form of a conveyor belt, e.g. van de Graaff machine

Landscapes

  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Description

  • Elektrisches Beladungssystem für Bandgeneratoren Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Bandbeladungssystern zur Erhöhung der Stromstärke von Hochspannungsbandgeneratoren.
  • In elektrostatischen Hochspannungsgeneratoren vom Typ wan de Graaff«wird die Hochspannung dadurch erzeugt, daß aus einer Hilfsgleichspannungsquelle, deren einer Pol geerdet ist, elektrische Ladungen gewunschter Polarität auf ein rasch umlaufendes isolierendes Band mittels Sprühentladung (Coronaentladung an Spitzen) aufgebracht werden. Durch das Band .werden diese elektrischen Ladungen in das Innere einer isoliert aufgestellten Hochspannungselektrode transportiert, die im einfachsten Fall aus einer Metallkugel besteht. Dort werden die elektrischen Ladungen, ebenfalls mit Hilfe von Spitzen, wieder abgenommen und auf der Hochspannungselektrode gesammelt, die schließlich ein immer höher werdendes Potential gegen Erde erreicht. Diese Potentialzunahme erfolgt so lange, bis ein Durchbruch durch den -umgebenden Isolator (Öl, andere isolierende Flüssigkeiten, Luft, komprimierte Gase) gegen Erde erfolgt. Unterhalb des Durchbruchpunktes kann man das Potential der Hochspannungselektrode durch Regelung der Menge der aufgesprühten Ladung auf jeden beliebigen Wert einstellen.
  • Wenn solche Hochspannungsgeneratoren für die Beschleunigung von Atomteilchen verwendet werden, muß man zwischen der Hochspannungselektrode und Erde einen evakuierten Pfad schaffen, die sogenannte Beschleunigungsröhre. Innerhalb der Hochspannungselektrode befindet sich eine Quelle für die Atomteilchen, z. B. eine Hochfrequenzionenquelle für positive Ionen, oder eine einfache Glühkathode für Elektronen, die an das eine Ende der Beschleunigungsröhre vakuumdicht angeflanscht sind. Wenn also Teilchen beschleunigt werden sollen, muß ein entsprechender Teilchenstrom durch die Beschleunigungsröhre von der Hochspannungselektrode nach der Erde hin fließen. Das Bandbeladungssystem muß genügend Strom liefern, um das gewünschte Potential der Hochspannungskathode gegen Erde aufrechtzuerhalten und um die Verluste, die durch Coronaerscheinungen oder durch Spannungsteilerwiderstände oder durch ungenügende Isolationswiderstände gegen Erde entstehen, zu decken; ein Teilchenstrom kann also nur fließen, wenn mehr Ladung nach der Hochspannungselektrode hin transportiert wird, als für die Deckung der obenerwähnten Verluste und für die Erhaltung des Potentials erforderlich ist.
  • # Die Beladefähigkeit des Ladebandes ist aus ver-Achiedenen Gründen begrenzt. Man kann sie dadurch erhöhen, daß man innerhalb der Hochspannungselektrode ein weiteres Bandbeladungssystern anbringt, das auf das Band Ladung mit umgekehrtem Vorzeichen gegenüber der unteren Ladevorrichtung aufsprüht. Der zweite Pol dieser zweiten Hilfsgleichspannungsquelle ist mit der Hochspannungselektrode verbunden. Bisher war nur bekannt, daß sich der größtmögliche Strom bei gleichzeitig stabilsten Betriebsbedingungen des Bandgenerators erzielen läßt, wenn das auf Hochspannungspotential befindliche Ladesystem etwa die Hälfte des benötigten Gesamtladestroms auf das Transportband überträgt.
  • Es wurde gefunden, daß sich der Gesamtladestrom eines Bandgenerators und damit der erzielbare Teilchenstrom erhöhen läßt, wenn man den vom auf Hochspannung befindlichen Ladesystern gelieferten Ladestrom größer macht als die Hälfte des erforderlichen Gesamtladestroms. Ein Maximum des Ladestroms konnte erreicht werden, wenn der von dem auf Hochspannung befindlichen Ladesystem gelieferte Strom genauso groß oder größer war als der gewünschte Gesamtladestrom. Die Ableitung dieses Stroms zur Erde erfolgt in bekannter Weise über dieselbe Coronasprühvorrichtung, die gleichzeitig auch als Ladevorm richtung für das auf Erdpotential befindliche Ladesystem dient. Ob nun die von dem auf Hochspannungspotential befindlichen Ladesystem gelieferten Ladung gen einfach gegen Erde abfließen oder ob sie durch vondem auf Erdpotential befindlichen Ladesystem gelieferte Ladungen neutralisiert werden, ist gleichgültig; in jedem Fall muß über das auf Erdpotential befindliche Ladesystem der benötigte Gesamtladestrorn fließen. Ohne eine solche Verbindung gegen Erde (die durch das auf Erdpotential befindliche Ladesystem hergestellt wird) würde nämlich-das Ladungstransport-, band lediglich Ladungen eines bestimmten Vorzeichens innerhalb eines abgeschlossenen Systems ohne jede erkennbare äußere Wirkung transportieren. Unabhängig von dem benötigten Gesamtladestrom kann das auf Hochspannungspotential befindliche Ladesystem immer auf die Abgabe des maximal benötigten Gesamtladestroms eingestellt bleiben, da die absolute Menge der zur Hochspannungselektrode transportierten Ladungen eines bestimmten Vorzeichens bzw. von der Hochspannungselektrode abtransportierten Ladungen eines bestimmten Vorzeichens ausschließlich durch die Regelung des auf Erdpotential befindlichen Ladesystems bestimmt wird. Das System ist daher in jedem Betriebszustand im Gleichgewicht.
  • In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt.
  • F i g. 1 zeigt das Prinzipscherna, eines bekannten Bandgenerators. Dabei bedeutet 1 das untere, auf Erdpotential befindliche Bandladegerät. Es ist in allen Figuren jeweils ein negativer Bandgeneratür dargestellt, so daß negative Ladungen zur Hochspannungselektrode transportiert und dort gespeichert werden. Die Isolierwand 4 läuft über die untere Umlenkrolle 2 und die obere Umlenkrolle 3, wobei die untere Umlenkrolle 2 in der Regel durch einen Motor angetrieben wird oder selbst als Außenkäfigläufer (Trommelmotor) ausgebildet ist, während die obere Umlenkrolle 3 normalerweise einen Stromgenerator enthält, der zur Verbesserung der innerhalb einer Hochspannungselektrode 5 eingebauten Vorrichtungen dient. Die Hochspannungselektrode 5 ist isoliert aufgestellt. Der Strommesser 6 zeigt etwa zum Band hin fließende Ladungen an. Das obere Ladegerät 7 befindet sich auf Hochspannungspotential, für das untere Ladegerät 1 ist die Erdverbindung 8 angegeben. Da sowohl der positive Pol des unteren Ladegeräts 1 als auch die untere Umlenkrolle 2, wie bei 11 gezeigt, an Erde liegen, ist der negative Pol des unteren Ladegeräts 1 mit der unteren Aufsprühvorrichtung 9 auf Hochspannung gegen Erde und damit auch gegen die untere Umlenkrolle 2. Elektrische Ladungen werden dabei auf das isolierende Band 4 gezogen, wie in F i g. 2 angedeutet. Diese Ladungen werden mechanisch weitertransportiert und durch die obere Ladungsabnahmevorrichtung 10 abgenommen und auf die Hochspannungselektrode 5 übertragen. In F i g. 2 ist der Fall dargestellt, bei welchem alle zum Betrieb des Generators notwendigen Ladungen ausschließlich vom unteren Ladegerät 1 geliefert werden, während das obere Ladegerät 7 abgeschaltet ist. Der Strommesser 6 zeigt einen aufwärts gehenden Strom Ig", = A an, der gleich ist dem aufwärts gehenden Strom Iauf. Auf der aufwärts gehenden Seite des Isolierbandes 4 wird die Menge an Ladung transportiert, die dem benötigten Strom I, .. f = A entspricht.
  • Nach F i g. 3 soll auch das obere Bandladegerät 7 zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Spannung verwendet werden, und zwar dadurch, daß über die obere Aufsprühvorrichtung 13 und mit Hilfe der Masseverbindung 12 der oberen Umlenkrolle 3 positive Ladungen auf die abwärts laufende Seite des Isolierbandes 4 übertragen werden. Die Einstellung der Bandladegeräte 1 und 7 soll in diesem Beispiel so sein, daß von dem benötigten Gesamtstrom Iges = A die Hälfte von unten und die Hälfte von oben kommen soll. Also wird und Die Gesamtzahl der überschüssigen oder zusätzlichen negativen Ladungen auf der Hochspannungselektrode 5 bleibt konstant, ebenso zeigt der Strommesser 6 nach wie vor den Wert Ig", = A an, wobei A = Iallf + Iab. Für die Anzeige des Strommessers 6 ist es nämlich völlig gleichgültig, ob die durch den Strommesser passierenden elektrischen negativen Ladungen als negative Ladungen nach oben transportiert werden oder ob sie, wie in diesem Fall, zur Hälfte zur Neutralisierung von positiven Ladungen an eben und derselben Aufsprühvorrichtung 9 verwendet werden.
  • F i g. 4 soll den anderen Extremfall veranschaulichen (im Gegensatz zum Zustand der F i g. 2), nämlich daß der gesamte zur Aufrechterhaltung der Betriebsbedingungen des Bandgenerators notwendige Ladungstransport ausschließlich vom oberen Bandladegerät 7 ausgehen soll. Der Strommesser 6 zeigt wiederum einen unveränderten Strom Ige, = A an, der diesmal außerdem gleich dem Strom I.b ist. Die vom unteren Bandladegerät 1 gelieferten Ladungen werden über die untere Aufsprühvorrichtung 9 zum Neutralisieren der von oben kommenden positiven Ladungen verwendet.
  • F i g. 5 soll nun veranschaulichen, daß es gleich. gültig ist, ob die von dem Ladesystern 7 gelieferten Ladungen einfach gegen Erde abfließen oder ob sie durch von dem auf Erdpotential befindlichen Ladesystem 1 gelieferte Ladungen neutralisiert werden (wie in F i g. 3 und 4 gezeigt wird). In F i g. 5 wurde eine zusätzliche untere Ladungsabnahmevorrichtung 14 angebracht, die über einen weiteren Strommesser 15 geerdet ist. Unter der Annahme, daß der benötigte Gesamtstrom Ig" = A sein soll und der aufwärts gehende Strom und der abwärts gehende Strom ergeben sich Bedingungen wie in F i g. 3, dem Unterschied, daß jetzt der Strommesser 6 nur noch den aufwärts transportierten Strom anzeigt, während der abwärts gehende Strom jetzt den Strornmesser 15, allerdings mit umgekehrtem Vorzeichen, zum Ausschlag bringt.
  • Bei diesen Verhältnissen stellen sich immer die stabilsten Betriebsbedingungen ein. Die mit Hilfe dieser letztgenannten Anordnung erzielbaren Teilchenströme betrugen das 1,5- bis 2fache des vorher erzielbaren Stroms.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Elektrisches Bandbeladungssystern zur Erhöhung der Stromstärke von Hochspannungsbandgeneratoren, die zusammen mit einem Beschleunigungsrohr als Atomteilchenbeschleuniger verwendet werden, wobei je ein auf Erd- bzw. Hochspannungspotential befindliches Ladesystern verwendet wird und jedes System Ladungen verschiedener Polarität auf das Ladungs transportband überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem auf Hochspannung befindlichen Ladesystem gelieferte Ladestrom für das Band größer ist als die Hälfte des für einen stabilen Betrieb notwendigen Gesamtladestroms.
  2. 2. Elektrisches Bandbeladungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Hochspannungspotential befindliche Ladesystem einen Ladestrom liefert, der gleich groß oder größer ist als der erforderliche Gesamtladestrom. 3. Elektrisches Bandbeladungssystem nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Hochspannungspotential befindliche Ladesystem ohne Rücksicht auf den gerade benötigten Gesamtladestrom immer einen maximalen Ladestrom auf das Transportband überträgt, der gleich groß oder größer ist als der für den Beschleunigertyp maximale zulässige Gesamtladestrom.
DEL46301A 1963-11-11 1963-11-11 Elektrisches Beladungssystem fuer Bandgeneratoren Pending DE1206068B (de)

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