DE1223968B - Sektorfokussiertes Zyklotron - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H05h

Deutsche KL: 21g-36

Nummer: 1223 968

Aktenzeichen: L 49327 VIII c/21 g

Anmeldetag: 19. November 1964

Auslegetag: 1. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein sektorfokussiertes Zyklotron, vorzugsweise mit einstellbarer Energie.

Die magnetischen Bauelemente im Extraktionssystem eines Zyklotrons haben neben der gewollten Wirkung noch beträchtliche Störeinflüsse. Die magnetischen Bauelemente zur Erzeugung einer erwünschten Feldschwächung verursachen meist auch noch Störungen in der Magnetfeldzone, in welcher sich der Beschleunigungsvorgang abspielt. Die Erfindung gibt Mittel und Maßnahmen an, durch die magnetische Rückwirkungen der Extraktions-Bauelemente auf die Beschleunigungszone weitgehend vermieden werden.

Die Erfindung besteht darin, daß zur Eliminierung der Störeinflüsse der magnetisch wirksamen Bauelemente des Extraktionssystems in der Magnetfeldzone, in welcher sich der Beschleunigungsvorgang abspielt, an allen azimutalen Symmetriestellen des Magnetfeldes des Zyklotrons weitere, gleichartige magnetische Bauelemente als Phantome angeordnet sind. Es ist zweckmäßig, in der Extraktionszone das Magnetfeld so niedrig wie nur möglich zu halten. Um dies zu erreichen, ist an der Stelle, an welcher der Extraktionskanal angeordnet ist, das Feld dadurch abgesenkt, daß der Rand der Polplatten, der normalerweise kreisförmig konzentrisch zur Maschinenmitte liegt, in dieser Zone parallel zur Bahn des extrahierten Strahles ausgebildet ist. Wird der Rand beispielsweise um einige Zentimeter radial nach innen verschoben, so kann eine Absenkung des Feldes in der Gegend des Extraktionskanals auf etwa zwei Drittel des ursprünglichen Wertes erwartet werden. Das Feld muß darüber hinaus an weiteren besonders wichtigen Stellen niedrig gehalten werden. Besonders wichtig ist diejenige Zone im schwachen Feld, in der sich der magnetische Schwächungsstreifen befindet. Das Niedrighalten des Magnetfeldes in dieser Zone wirkt sich mittelbar dahingehend aus, daß der Einfluß eines magnetischen Schwächungsstreifens besonders intensiv wird; denn ein magnetischer Schwächungsstreifen wird um so wirksamer, je weiter die Feldstärke in dem betrachteten Gebiet von der magnetischen Sättigung des Eisens entfernt ist. So wird beispielsweise der Einfluß bei 7 kG etwa doppelt so groß wie bei 10 kG. Gemäß der Erfindung werden daher die magnetischen Schwächungsstreifen azimutsymmetrisch angeordnet. Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß das Verhältnis der Höhe der magnetischen Bauelemente zu der des Luftspalts im Bereich von ein Drittel bis ein Sechstel liegt. Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, den Abstand zwischen den letzten Bahnen im Beschleunigungsbereich aufzuweiten, um den Einfluß der Ma-Sektorfokussiertes Zyklotron

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. Dr.-Ing. e. h. Karl Steimel,

Königstein (Taunus)-Johanniswald

gnetstörung weniger wirksam zu machen. Im nicht relativistischen Bereich und beim Synchron-Zyklotron kann eine solche Aufweitung durch einen bewußt in das magnetische Feld hineingebrachten Keil erfolgen. Diese Maßnahme läßt sich beim relativistischen Isochron-Zyklotron praktisch nur in Sonderfällen durchführen. Zweckmäßig wird hier mit HiUe eines Septums wenigstens auf der letzten Bahn eine kleine

^a5 Aufweitung erzeugt. Eine weitere zweckmäßige Maßnahme beteht darin, magnetische Korrekturbleche (Fins) zu verwenden, die ebenfalls azimutalsymmetrisch angeordnet sind; ihre erhöhte Permeabilität hebt das abgeschwächte Magnetfeld wieder an.

Bei einem Zyklotron mit konstantem Magnetfeld kann man durch sorgfältige Bemessung die ungewollten Einflüsse der magnetischen Extraktionselemente allein mit Hilfe solcher Fins praktisch genügend kompensieren. Die Kompensation des Magnetfeldverlustes mit Fins wird sogar relativ vollkommen, wenn das Magnetfeld für alle Betriebsbedingungen konstant gehalten, d. h., wenn auf eine Einstellbarkeit der Energie verzichtet werden kann. In einem Zyklotron mit veränderlich einstellbarer -Energie und entsprechend zu verändernder Magnetfeldstärke läuft man jedoch Gefahr, daß die Kompensation bei Veränderung des Magnetfeldes fehlerhaft wird. Fins allein reichen in diesem Fall nicht mehr aus. Bei der Bemessung des Extraktionssystems für Zyklotrone mit veränderlich einstellbarer Energie ist deshalb zur Verhinderung der Feldfehler durch die Extraktions-Bauelemente von Phantom-Bauelementen Gebrauch gemacht.

Um die Wirkung dieser neuen Mittel verständlich zu machen, sollen im folgenden die vorhandenen Fehlerarten diskutiert werden und dann die Wirkung und Bedeutung der Phantomelemente besprochen

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werden. Die Fehlerauswirkungen lassen sich am besten durch folgende Effekte charakterisieren:

1. Störung der Azimutalsymmetrie,

2. Störung des Wertes des mittleren Magnetfeldes auf einer Umlaufbahn,

3. Störung der Axialstabilität durch Veränderung der radialen Gradienten der axialen Magnetfeldstärke.

In einem Extraktionssystem, in dem außer der Verwendung von Phantomelementen alle weiteren, obenerwähnten Maßnahmen zur Schwächung der Störeinflüsse genügend berücksichtigt sind, wird der unter 1. aufgeführte Einfluß überwiegen. Die unter 2. und 3. aufgeführten Einflüsse lassen sich, wenn nicht das Problem durch fehlerhafte Bemessung aller weiteren Maßnahmen besonders erschwert ist, entweder durch entsprechende Wahl der Polgeometrie öder durch geeignete Einstellung der Korrekturströme beseitigen. Eine Beseitigung der gestörten Azimutalsymmetrie wird, insbesondere bei Feldveränderung, durch Phantomelemente erreicht.

Wenn, wie vorstehend angedeutet, bei Energiebzw. Feldvariation durch die vorgesehenen »Fins« keine ausreichende Kompensation erzielt wird, verwende man Phantomelemente, d. h. gleichartige Bauelemente wie die . magnetischen Bauelemente des Extraktionssystems, die an allen azimutalen Symmetriestellen des Zyklotrons angeordnet werden.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
" Gewählt ist ein Dreisektorenzyklotron.

F i g. 1 zeigt eine bekannte Ausführungsform, und

F i g. 2 zeigt eine erfindungsgemäß gestaltete Ausführungsform.

In den Figuren tragen gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind alle für das Verständnis des Wesens der Erfindung nicht erforderlichen Elemente, wie Magnetjoch, Ionenquelle usw., weggelassen.

Bei "der Ausbildung nach der Fig. 1 ist das Magnetfeld in sechs Magnetfeldsektoren mit abwechselnd verschieden starken Magnetfeldzonen aufgeteilt. Die Sektoren 1, 2, 3 stellen die Sektoren starken Magnetfeldes und 4,5, 6 die Sektoren schwachen Magnetfeldes dar. Mit 7, 8, 9 sind die Beschleunigungselektroden angedeutet.

Für die Extraktion des Strahles 10 ist ein Extraktionssystem vorgesehen. Es besteht aus einem relativ kurzen Septum (Ablenkkondensator) 11, welches im starken Magnetfeldsektor 3 angeordnet ist und den Strahl 10 um einen bestimmten Betrag ablenkt. Das System besteht ferner aus einem im schwachen Magnetfeldsektor 5 angeordneten magnetischen Korrekturblech 12, das eine weitere Ablenkung des Strahles bewirkt, und an dem Übergang vom schwachen MagnetsektorS zum starken Magnetfeldsektof 2 ist schließlich ein den Strahl ausleitender magnetischer Führungskanal 13 angeordnet.
Die Ausbildung nach der Fig. 1 weist die.vorstehend ausführlich beschriebenen Nachteile auf. Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Aus-. bildung nach der F i g. 2 vermieden.

Zur Eliminierung der Störeirrflüsse der magnetisch wirksamen Bauelemente 12,13 des Extraktionssystems nach der F i g. 1 sind gemäß der Erfindung bei der Ausbildung nach der Fig. 2 an allen azimutalen Symmetriestellen des Zyklotrons weitere, gleiche magnetische Bauelemente als Phantome angeordnet. Wie die F i g. 2 zeigt, sind in den schwächen Magnetfeldsektoren 4 und 6 magnetische Korrekturblech-Phantome 12', 12" angeordnet und in den starken Magnetfeldsektoren 1 und 3 magnetische Führungskanal-Phantome 13', 13". Wie nicht weiter angedeutet, kann der Polplattenrand 14 im Bereich des Extraktionskanals der Bahn des Strahles 10 angepaßt sein.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Sektorfokussiertes Zyklotron, vorzugsweise as mit einstellbarer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß zur EHminierung der Störeinflüsse der magnetisch wirksamen Bauelemente (12,13) des Extraktionssystems in der Magnetfeldzone, in welcher sich der Beschleunigungsvorgang abspielt, an allen azimutalen Symmetriestellen des Magnetfeldes des Zyklotrons weitere, gleichartige magnetische Bauelemente (12', 12"; 13', 13") als Phantome angeordnet sind.

2. Sektorfokussiertes Zyklotron nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung von magnetischen Korrekturblechen (Fins, 12,12', 12") auch diese azimutalsymmetrisch angeordnet sind.

3. Sektorfokussiertes Zyklotron nach Ansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Extraktionskanals der normalerweise kreisförmige Rand der Polplatten parallel zur Bahn des extrahierten Strahles ausgebildet ist.

4. Sektorfokussiertes Zyklotron nach An-Spruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe der magnetischen Bauelemente zu der des Luftspalts ein Drittel bis ein Sechstel beträgt.

5. Sektorfokussiertes Zyklotron nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Septum enthält, durch das wenigstens längs der letzten Umlaufbahn der Abstand zwischen den Bahnen aufgeweitet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
M. S. Livingston, J. P. Blewett, »Particle Accelerators«, 1962, S. 638 bis 645.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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