DE1212234B

DE1212234B - Mehrpolige elektromagnetische Linse, insbesondere Quadrupollinse

Info

Publication number: DE1212234B
Application number: DEB64927A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Juergen Oertzen
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1961-11-25
Filing date: 1961-11-25
Publication date: 1966-03-10
Also published as: GB964066A; FR1339925A; CH403102A; NL285903A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-37/20

Nummer: 1212234

Aktenzeichen: B 64927 VIII c/21 g

Anmeldetag: 25. November 1961

Auslegetag: 10. März 1966

Die Erfindung betrifft eine mehrpolige elektromagnetische Linse, insbesondere Quadrupollinse, mit hyperbolischem Verlauf der magnetischen Feldlinien zwischen benachbarten entgegengesetzten Magnetpolen zur Fokussierung von durch Magnetfelder ablenkbaren Teilchenstrahlen, bestehend aus einem mit Nuten versehenen ringförmigen Körper aus magnetisch gut leitendem Material und einer auf die Nuten verteilte Wicklung aus konzentrisch zu jeder Polachse angeordneten Spulen.

In der Fig. 1 ist eine derartige Quadrupollinse dargestellt. In einem Ring 1 aus magnetisch gut leitendem Material, insbesondere Eisen, sind um je 90° gegeneinander versetzt vier Magnetpole 2 angebracht, die eine von Gleichstrom durchflossene Wicklung 3 tragen, so daß abwechselnd Nord- und Südpole N und S entstehen.

Die dem Inneren des Ringes zugekehrten Enden 4 der Magnetpole sind so gestaltet, daß die zwischen zwei entgegengesetzten Polen entstehenden magnetischen Feldlinien nach gleichseitigen'Hyperbeln verlaufen.

Wird ein Teilchenstrahlenbündel (Elektronen oder Ionen) in einem evakuierten Rohr aus magnetisch nichtleitendem Material durch ein solches Magnetfeld hindurchgeleitet, so werden die Strahlen in der Richtung der einen Verbindungslinie gleichnamiger Pole stark fokussiert, in Richtung der anderen Verbindungslinie gleichnamiger Pole dagegen zerstreut.

Werden zwei derartige Magnetlinsen mit geringem Abstand hintereinander angeordnet, so wirken sie wie eine Sammellinse bei Lichtstrahlen; d. h., ein von einem Punkt ausgehendes Teilchenstrahlenbündel wird nach Durchgang durch die beiden Magnetlinsen in einem Brennpunkt vereinigt.

Mehrere derartige, in ,Abständen voneinander angeordnete Magnetlinsenpaare können auch dazu verwendet werden, um ein Teilchenstrahlenbündel über längere Entfernungen fortzuleiten, indem die nach dem Durchlaufen des Brennpunktes des ersten Linsenpaares wieder divergierenden Strahlen in das zweite Linsenpaar gelangen und von diesem wieder in einen zweiten Brennpunkt vereinigt werden und so weiter.

Die Herstellung der Magnetlinsen in der beschriebenen, bekannten Form ist recht schwierig. Der Verlauf der magnetischen Feldlinien .ist nur durch die Gestalt der Oberflächen der Magnetpole bestimmt. Zur Erzielung des erforderlichen hyperbolischen Verlaufes der magnetischen Feldlinien ist eine sehr genaue Bearbeitung der Poloberflächen erforderlich. Etwaige Fehler daran können nur durch eine um-

Mehrpolige elektromagnetische Linse,
insbesondere Quadrupollinse

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,

Mannheim-Käfertal, Kallstadter Str. 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hans Jürgen von Oertzen, Mannheim

*

ständliche und zeitraubende Nachbearbeitung beseitigt werden.

Es liegt ein Vorschlag vor, nach dem eine mehrpolige, magnetische Linse, insbesondere Quadrupollinse, mit hyperbolischem Verlauf der magnetischen Feldlinien zwischen benachbarten entgegengesetzten Magnetpolen in der Weise aufgebaut sein kann, daß die Stromleiter an der Innenwandung eines ringförmigen Körpers, insbesondere eines genuteten

^a5 Magnetkörpers, nach Art eines Motorständers in sinusförmiger Verteilung in den Nuten konzentrisch zu jeder Polachse angeordnet sind.

Eine solche Anordnung ist verhältnismäßig leicht herzustellen. Sie liefert aber nur so lange befriedigende Ergebnisse, wie die magnetische Feldstärke der Zahl der erregenden Amperewindungen proportional ist, d. h. bei sehr niedriger magnetischer Sättigung des Eisens.

Die Erfindung bezieht sich auf mehrpolige, magnetische Linsen der vorerwähnten Art und bezweckt eine wesentliche Verbesserung derselben, die erfindungsgemäß durch eine schräge oder schraubenlinienförmige Gestaltung der Nuten des ringförmigen Körpers erreicht wird.

Eine solche schräge, d. h. zur radialen Richtung schräge Stellung der Nuten des Magnetkörpers bringt, wie sich überraschenderweise gezeigt hat, einen besonderen Vorteil. Wie theoretische und praktische Untersuchungen gezeigt haben, ermöglicht eine solche Ausgestaltung der Nuten gegenüber geraden, d. h. radialen Nuten die Anwendung einer erheblich höheren magnetischen Sättigung des Eisens des Magnetkörpers und erlaubt damit eine erhebliche Einsparung an aktivem Material.

Die schraubenlinienförmige Gestaltung der Nuten bringt ferner einen über der Wirkung einer entsprechenden Maßnahme bei den Ständernuten eines

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Induktionsmotors wesentlich hinausgehenden Effekt. Sie bewirkt nämlich eine Kombinierung der fokussierenden und der defokussierenden Beeinflussung des Strahlenbündels in einem Magnetkörper und trägt dadurch dazu bei, einen gewissen, durch die getrennte Fokussierung und Defokussierung in zwei hintereinanderliegenden, also einen gewissen Abstand aufweisenden Magnetkörpern, bedingten Fehlern zu verringern.

In den Fig. 2 und 3 ist je eine Quadrupollinse beispielsweise dargestellt.

Darin ist 5 ein am inneren Umfang mit Nuten 6 versehener, beispielsweise aus Blechen zusammengesetzter Eisenkörper.

In den Nuten liegen die in zwei Schichten angeordneten Leiter 7 und 8.

In F i g. 2 ist ein Beispiel für die Zahl der Leiter in jeder Nut und jeder Schicht angegeben.'

F i g. 3 läßt die Schaltung der Leiter und die Stromrichtung darm erkennen. Die mit gleichen Buchstaben und gleichem Ziffernindex bezeichneten Leiter, z. B. O₁-O₁, O₁-^₁ usw., bilden jeweils eine konzentrisch zu der betreffenden Magnetpolachse liegende Spule.

Die Spulen a_v b_v C₁, ä\, e_t und f_v die im Beispiel in Reihe geschaltet sind, bilden die Wicklung eines Poles. Die Spulen a_%, b₂... bilden die Wicklung eines anderen Poles. Ebenso bilden die Spulen a₃, b₃... und ß₄, ö₄... die Wicklung des dritten und vierten Poles.

Die Zahl der Amperewindungen der einzelnen Spulen, die zur Erzielung der vorgesehenen Feldverteilung erforderlich ist, läßt sich nach bekannten Methoden ohne weiteres berechnen.

Es liegt auf der Hand, daß in unmittelbarer Nachbarschaft der Nuten gewisse Unregelmäßigkeiten des Feldes auftreten. Da aber bei den in Rede stehenden Magnetlinsen der Raum zwischen den Polen wegen des zur Fortleitung der Teilchenstrahlen erforderlichen evakuierten Rohres ohnehin nur etwa bis zu 70% ausgenützt werden kann, hat dieser Effekt für die Ablenkung des Strahles keine Bdeutung, sofern nur die Nutteilung nicht zu groß gewählt ist.

Etwaige geringe Abweichungen von dem erforderlichen hyperbolischen Verlauf der Feldlinien in dem ausnutzbaren Raum können bei den Magnetlinsen nötigenfalls durch Änderung der Stromstärke in den einzelnen Spulen korrigiert werden. Zu diesem Zweck können den einzelnen Spulen Einstellwiderstände zugeordnet werden. Bei Reihenschaltung der Spulen einer Polwirkung kann jeder Spule ein solcher Widerstand parallel geschaltet werden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Bei Parallelschaltung der Spulen sind entsprechende Widerstände mit den Spulen in Reihe zu schalten. Unter Umständen kann es auch genügen, mehreren zu einer Gruppe zusammengefaßte Spulen einen gemeinsamen Einstellwiderstand zuzuordnen. ..-..,-.- - ■ ■ .

Zunächst ermöglicht die Bauart der Linsen bei gleicher Größe des ausnutzbaren Feldraumes eine

ίο beachtliche Raum- oder Gewichtsersparnis. Ferner * ergibt sich eine Verringerung der erforderlichen Gesamtamperewindungen dadurch, daß fast gar kein Streufeld entsteht.
Vor allem aber ist die Herstellung der Linsen wesentlich einfacher, da eine genaue Bearbeitung der Polflächen nicht erforderlich ist und eine eventuelle Korrektur der Feldform nicht durch umständliches Nacharbeiten der Polflächen, sondern in einfacher Weise durch die Einstellung von Widerständen durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in einfacher

- Weise durch eine schräge oder schraubenförmige Anordnung der Nuten eine Drehung des Magnetfeldes längs der Linsenachse erreicht werden kann,

was in besonderen Fällen von Nutzen sein kann.

Die beschriebene Bauart ist schließlich auch für eine andere Polzahl als vier anwendbar, was ebenfalls in Sonderfällen Bedeutung haben kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrpolige elektromagnetische Linse, insbesondere Quadrupollinse, mit hyperbolischem Verlauf der magnetischen Feldlinien zwischen benachbarten entgegengesetzten Magnetpolen zur Fokussierung von durch Magnetfelder ablenkbaren Teilchenstrahlen, bestehend aus einem mit Nuten versehenen ringförmigen Körper aus magnetisch gut leitendem Material und einer auf die Nuten verteilte Wicklung aus konzentrisch zu jeder Polachse angeordneten Spulen, gekennzeichnet durch eine schräge oder schraubenlinienförmige Gestaltung der Nuten des ringförmigen Magnetkörpers.

2. Mehrpolige elektromagnetische Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen konzentrischen Magnetspulen einstellbare Widerstände zugeordnet sind, so daß die Stromstärke in den einzelnen Spulen oder in' Spulengruppen eingestellt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen