-
Anordnung von einer oder mehreren Ionisationskammern bei einem Impuls-Linearbeschleuniger
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von einer oder mehreren Ionisationskammern
bei einem Impuls-Linearbeschleuniger zum Bestimmen der Lage undloder Messen der
Intensität eines Strahles von energiereichen geladenen Teilchen in dem Beschleuniger
durch Messen des Ionisationsstromes in den Kammern.
-
Es ist bereits bekannt, den Strahlstrom in einem Tmpuls-Linearbeschleuniger
mit Hilfe einer den Strahl umgebenden Ringspule zu messen. Die Empfindlichkeit einer
derartigen Meßanordnung ist jedoch relativ gering, und sogar bei hohen Strahlströmen
werden nur geringe Ausgangsspannungen erzielt, deren Messung entweder eine Verstärkung
oder empfindliche Instrumente erfordert. Mittels einer Ringspule kann im übrigen
auch nur die Intensität des Strahl stromes, nicht aber seine Lage bestimmt werden.
-
Es ist weiter schon die elektrostatische Messung des Strahlstromes
mit Hilfe eines Kondensators bekannt. Diese Methode kann jedoch nicht bei Teilchenstrahlen
hoher Energie angewandt werden, da die gelieferten Signale umgekehrt proportional
der Geschwindigkeit der Teilchen sind. Deswegen versagt diese bekannte Meßmethode
bei energiereichen Teilchen, deren Geschwindigkeit im allgemeinen in der Nähe der
Lichtgeschwindigkeit liegt. In diesem Fall würden die erhaltenen Signale unterhalb
des Rauchpegels liegen. Eine Anwendung dieser bekannten Meßmethode kommt nur bei
Zirkularbeschleunigern in Frage.
-
Bei Zirkulårbescllleunigern ist es auch mögliçh. die Intensität eines
Teilchenstrahles über die von den Teilchen emittierte Bremsstrahlung zu messen.
-
Die Stärke des erhaltenen Meßsignals ändert sich jedoch umgekehrt
proportional mit dem Radius der Maschine. Hieraus ergibt sich, daß diese Meßmethode
bei Linearbesehleunigem ebenfalls nicht anwendbar ist.
-
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung von einer oder
mehreren Ionisationskammern der eingangs genannten Gattung, mittels deren zur Bestimmung
der Lage undioder Messung der Intensität des Strahles relativ große Ausgangsspannungen
erzielt werden, die auch ohne Verstärkung zu einer genauen Anzeige herangezogen
werden können.
-
Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die Ionisationskammern in der
Nähe des innerhalb des Beschleunigergefäßes verlaufenden Teilchenstrahles so angeordnet
sind, daß bei normalen Arbeitsbedingungen des Beschleunigers keine Kammer vom Kernbereich
des Teilchenstrahies getroffen wird. Diese
Ausbildung macht von der Erkenntnis Gebrauch.
daß das Gas in einem neben dem Kernbereich eines Strahles geladener Teilchen hoher
Energie angeordneten gasgefüllten Gefäß dadurch die Randzone des Strahles in einem
von der Nähe des Strahles und seiner Intensität abhängigen Ausmaß ionisiert wird.
-
Um eine möglichst große Annäherung der Kammern an den Teilchenstrahl
zu ermöglichen, ist nach einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung vorgesehen,
daß die Ionisationskammern wenigstens teilweise innerhalb des Beschleunigergefäßes
angeordnet sind.
-
Soll die Anordnung lediglich zur Messung der Strahlstromintensität
verwendet werden, so ist bevorzugt eine einzige Ionisationskammer vorgesehen, die
Ringform hat und den Strahl umgibt. Diese Ionisationskammer kann vorteilhafterweise
eine ringförmige Sondenelektrode aufweisen.
-
Wird die Anordnung bei einem zylindrischen Beschleunigergefäß verwendet,
so ist sie vorzugsweise so ausgebildet, daß zwei Paare von zur Gefäßachse symmetrisch
angeordneten Ionisationskammern vorhanden und mit Schaltungs- und Anzeigeelementen
zur Bestimmung der Lage des Strahles innerhalb des Beschleunigergefäßes verbunden
sind.
-
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann weiter mit Vorteil bei einem
Impuls-Linearbeschleuniger mit Mitteln zur Aufspaltung eines Teilehenstrahles
entsprechend
der Energieverteilung seiner Teilchen verwendet werden. In diesem Fall sind mehrere
Ionisationskammern in der Nähe des aufgespaltenen Strahles so angeordnet, daß je
ein einem bestimmten Energiebereich entsprechender Teilstrahl in der Nähe je einer
Kammer verläuft, wobei ferner eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist, die die
Signale von den einzelnen Ionisationskammern mit verschiedenen Verzögerungen einem
Kathodenstrahloszillographen zuführt, in der Weise, daß sich auf dem Schirm des
Oszillographen eine getrennte Darstellung der den einzelnen Energiebereichen entsprechenden
Strahlintensitäten ergibt.
-
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 eine Ausführungsform des Meßgerätes gemäß
der Erfindung, Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 3 einen
Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2, F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung und F i g. 5 schematisch ein Anwendungsbeispiel der Erfindung bei
einem Impuls-Teilchenbeschleuniger.
-
In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines geschlossenen Gefäßes 1 dargestellt,
in dessen Innerem sich ein aus energiereichen Teilchen bestehender Strahl 2 ausbreitet.
Um das -Vorhandensein dieses Strahles nachzuweisen und seine Intensität zu messen,
ist gemäß der Erfindung in unmittelbarer Nähe einer Stelle, an der der Strahl 2
vorbeiläuft, eine Ionisationskammer 3 angeordnet. Die durch einen isolierenden Deckel
oder Stopfen 4 verschlossene Ionisationskammer 3 hat eine in die Metallwand 6 des
Gefäßes 1 eingreifende Kammerwand 5.
-
Eine leitende, durch den isolierenden Deckel 4 geführte Sonde 7 erstreckt
sich in die Ionisationskammer. Schließlich ist ein Strommeßkreis, welcher eine mit
einem Galvanometer 9 und einem Widerstand 10 in Reihe liegende Stromquelle 8 umfaßt,
zwischen die Sonde 7 und die Kammerwand 5 der mit einem Gas, z.B. Luft, gefüllten
Ionisationskammer 3 geschaltet.
-
Wenn im Betrieb energiereiche Teilchen des Strahles 2 das Gefäß 1
durchlaufen, erfolgt eine Ionisation des in der Kammer 3 enthaltenen Gases.
-
Diese Ionisation ist eine Folge der Einwirkung von Teilchen aus den
Randbereichen des Strahles, welcher eine Gaußsche Dichteverteilung hat (stark abfallende
Dichte zwischen der Strahlachse und seinem Randbereich).
-
Die Stromquelle 8 liefert einen durch das Galvanometer 9 gemessenen
Strom, welcher eine Funktion der Ionisation ist. Die Ionisation hängt ihrerseits
von der Nähe und der Intensität des Strahles 2 ab. Die Anzeige des vorher geeichten
Galvanometers 9 liefert also den Wert der Intensität des untersuchten Strahles.
-
Der Druck und die Zusammensetzung des die Ionisationskammer 3 füllenden
Gases sind nach Belieben so gewählt, daß die Empfindlichkeit bei dem vorliegenden
Problem optimal ist. Von Energien in der Größenordnung von einigen Millionen Elektronenvolt
an erhält man mit Luft unter atmosphärem Druck sehr befriedigende Ergebnisse.
-
Die Wandung 5 der Ionisationskammer kann je nach der Art der Teilchenströmung
gewählt werden.
-
Zweckmäßigerweise werden Stoffe verwendet, bei
denen die durch den
Strahl induzierte störende Radioaktivität eine sehr kurze Dauer hat. In jedem Fall
ist der erhaltene Ionisationsgrad eine Funktion des verwendeten Materials und seiner
Stärke.
-
Die Fig.2 und 3 stellen eine weitere Ausführungsform der Erfindung
dar. Fig. 3 ist ein Querschnitt nach Linie III-III in F i g. 2. Im Ausführungsbeispiel
nach diesen Figuren hat die Ionisationskammer 3 Ringform und umgibt den Teilchenstrahl
2 vollständig. Der Teilchenstrahl verläuft entlang der Achse eines durch eine Metallwand
6 begrenzten zylindrischen Gefäßes 1. Ein im Inneren der Kammerwand 5 angeordneter,
mit diesem und dem Metallwand 6 konzentrischer Metallring 20 bildet die Sonde der
Ionisationskammer. Ein den isolierenden Stopfen 4 durchgreifender Metallzapfen 7
verbindet die Sonde mit dem äußeren Schaltkreis, welcher das Galvanometer 9, den
Widerstand 10 und die Spannungsquelle 8 umfaßt, deren eine Klemme an der Kammerwand
5 der Ionisationskammer anliegt.
-
Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ändert sich die Anzeige des
Galvanometers 9, wenn der Teilchenstrahl 2 aus der Mitte läuft. Wenn dagegen bei
der Ausführungsform nach den Fig.2 und 3 der Strahl aus der Mitte läuft, ist die
Ionisation in einem Teil der Ringkammer stärker; bei einer geringen Abweichung von
der Mitte bleibt das Gesamtergebnis jedoch gleich, und die durch das Meßgerät gelieferte
Anzeige ist nur eine Funktion der Strahlintensität.
-
Fig. 4 veranschaulicht eine Vorrichtung mit vier symmetrisch um den
Strahl 2 herum angeordneten Ionisationskammern 3 und einem Meßgerät 19 mit gekreuzten
Zeigern. Die Ionisationskammern werden durch die Spannungsquelle 8 über die Widerstände
11, 12, 13 bzw. 14 gespeist. Jeder der Spulen 15 und 16 des Meßgerätes 19 wird von
aus zwei diametral gegenüberliegenden Ionisationskammern kommenden entgegengesetzt
gerichteten Strömen durchflossen.
-
Diese Vorrichtung ermöglicht nach Eichung der Widerstände 11, 12,
13 und 14 die direkte Veranschaulichung der Lage des Strahles 2 am Schnittpunkt
der Zeiger des Gerätes 19. Das Gerät spricht sehr empfindlich auf eine Dezentrierung
an, da die Ionisation mit der Näherung des Strahles sehr stark anwächst. Es ist
also nur in der Nähe der Mitte genau und vergrößert die Anzeige der Dezentrierung;
diese Eigenschaft stellt einen beträchtlichen Vorteil dar.
-
Die Erfindung kann in vielfacher Weise angewandt werden; F i g. 5
zeigt als Beispiel die Anwendung bei einem Impulsbeschleuniger.
-
In dieser Figur ist schematisch ein von dem Beschleuniger kommender
Teilchenstrahl 101 dargestellt, welcher einen Strahlaufspaltungs-Elektromagnet 102
durchläuft, wie er im allgemeinen in Verbindung mit dem Beschleuniger verwendet
wird, um aus dem Hauptstrahl einen Teilchenstrahl 103 bekannter Energie in einem
durch einen Auflösungsschlitz 104 begrenzten Band herauszugreifen. Das durch den
Magnet 102 gelieferte und durch das Kreuz B angedeutete magnetische Feld steht senkrecht
auf der Zeichnungsebene.
-
Vor dem Auflösungsschlitz 104 und in der Nähe des Strahles sind Ionisationskammern
3 (im vorliegenden Fall fünf Stück) der gleichen Art wie die vorstehend beschriebenen
angeordnet.
-
Die Außenwände der Ionisationskammern 3 sind durch eine gemeinsame
Leitung mit einem Pol der
Spannungsquelle 8 verbunden. Die Speisung
der Mittelelektroden (Sonden) der Kammern 3 erfolgt über einen Widerstand 105 und
immer länger werdende Stücke einer Verzögerungsleitung 106, welche andererseits
an einen Kathodenstrahloszillographen 107 geschaltet ist. Der Oszillograph weist
eine nicht dargestellte horizontale zeitliche Sägezahnablenkung auf.
-
Im Betrieb lenkt das Magnetfeld der Auflösungseinrichtung 102 die
Teilchen des Strahles 101 um einen Winkel ab, der um so größer ist, je geringer
die Energie der Teilchen ist. In der Nähe der Kammern 3 sind die Teilchen nach Energien
geordnet, und die durch die verschiedenen Kammern 3 gelieferten Ströme sind ein
Maß für die Intensität der Teilchen mit den verschiedenen Energien.
-
Der Beschleuniger arbeitet in Impulsen mit einer Wiederholungsfrequenz
f. Die Zeitbasis des Oszillographen 107 wird auf die gleiche Wiederholungsfrequenz
eingestellt. Die Verzögerungsleitung 106 wird so bemessen, daß ihre Gesamtverzögerung
kleiner als Uf ist. Auf dem Schirm des Oszillographen entsteht dann ein Bild des
Energiespektrums des vom Beschleuniger erzeugten Teilchenstrahles, wodurch die Justierung
des Beschleunigers außerordentlich erleichtert wird.