DE1209219B - Anordnung von einer oder mehreren Ionisationskammern bei einem Impuls-Linearbeschleuniger - Google Patents

Anordnung von einer oder mehreren Ionisationskammern bei einem Impuls-Linearbeschleuniger

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DE1209219B
DE1209219B DEC27736A DEC0027736A DE1209219B DE 1209219 B DE1209219 B DE 1209219B DE C27736 A DEC27736 A DE C27736A DE C0027736 A DEC0027736 A DE C0027736A DE 1209219 B DE1209219 B DE 1209219B
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Germany
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ionization
accelerator
chambers
chamber
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DEC27736A
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English (en)
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Hubert Leboutet
Roger Jean
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Thales SA
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CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Description

  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung von einer oder mehreren Ionisationskammern bei einem Impuls-Linearbeschleuniger zum Bestimmen der Lage und/oder Messen der Intensität eines Strahles von energiereichen geladenen Teilchen in dem Beschleuniger durch Messen des Ionisationsstromes in den Kammern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammern (3) in der Nähe des innerhalb des Beschleunigergefäßes (6) verlaufenden Teilchenstrahles (2) so angeordnet sind, daß bei normalen Arbeitsbedingungen des Beschleunigers keine Kammer vom Kernbereich des Teilchenstrahles getroffen wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammern (3) wenigstens teilweise innerhalb des Beschleunigergefäßes (6) angeordnet sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer einzigen Ionisationskammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammer (3) Ringform hat und den Strahl (2) umgibt.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammer (3) eine ringförmige Sondenelektrode (20) aufweist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Verwendung bei einem zylindrischen Beschleunigergefäß, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von zur Gefäßachse symmetrisch angeordneten Ionisationskammern (3) vorhanden und mit Schaltungs- und Anzeigenelementen (11 bis 19) zur Bestimmung der Lage des Strahles (2) innerhalb des Beschleunigergefäßes verbunden sind.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 bei einem Impuls-Linearbeschleuniger mit Mitteln zur Aufspaltung eines Teilchenstrahles entsprechend der Energieverteilung seiner Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ionisationskammern (3) in der Nähe des aufgespaltenen Strahles so angeordnet sind, daß je ein einem bestimmten Energiebereich entsprechender Teilstrahl in der Nähe je einer Kammer verläuft, und daß ferner eine Verzögerungseinrichtung (106) vorgesehen ist, die die Signale von den einzelnen Ionisationskammern mit verschiedenen Verzögerungen einem Kathodenstrahloszillographen (107) zuführt, in der Weise, daß sich auf dem Schirm des Oszillographen eine getrennte Darstellung der den einzelnen Energiebereichen entsprechenden Strahlintensitäten ergibt.
    In Betracht gezogene Druckschriften: The Review of Scientific Instruments, Bd. 29, 1958, S. 247; Bd. 30, 1959, S. 985; Bd. 32, 1961, S. 744/ 745; CERN Symposium 1956, Proceedings, Bd. I, S. 398/399; l'Onde Electrique, Bd. 39, 1959, S. 582 bis 587; Physikalische Berichte, 1957, S. 1330, Ref.7297.
DEC27736A 1961-09-07 1962-08-17 Anordnung von einer oder mehreren Ionisationskammern bei einem Impuls-Linearbeschleuniger Pending DE1209219B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0040751A2 (de) * 1980-05-22 1981-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Ein/Aus-Schalter für einen Linearbeschleuniger

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0040751A2 (de) * 1980-05-22 1981-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Ein/Aus-Schalter für einen Linearbeschleuniger
EP0040751A3 (en) * 1980-05-22 1983-06-08 Siemens Aktiengesellschaft Energy interlock system for a linear accelerator

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