DE1235448B - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen eines konzentrierten Paketes aus monoenergetischen Teilchen oder Photonen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. CL

G21g

DeutscheKl.: 21g-21/01

Nummer;

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Auslegetag:

Ausgabetag:

H 51863 VIII c/21 g
27. Februar 1964
2. MSrz 1967
7. September 1967

Patentsohnft stimmt mit der Auslegeschrift überein

_f Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Erzeugen eines konzentrierten Paketes aus monoenergetischen Teilchen, insbesondere Neutronen, durch Beschießen eines Targets mit einem impulsfönnigen Strahl aus insbesondere monoenergetischen Ionen und Ausblenden der unter einem bestimmten Winkel zum Target von diesem emittierten Teilchen. Eine Abwandlung der Erfindung betrifft solche Verfahren und Einrichtungen zum Erzeugen eines konzentrierten Paketes aus monoenergetischen Photonen.

Untersuchungen mit Neutronen sind von grundlegendem Interesse sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Technik. Bekanntlich ist das Neutron ein Elementarteilchen, das einen wesentliehen Atombaustein darstellt. Unter den Elementarteilchen haben Neutronen die besonders interessante Eigenschaft, daß sie ein Studium der Kernkräfte ohne Störungen durch elektrische Anziehungs- oder Coulombkräfte erlauben.

Neutronen spielen bekanntlich außerdem bei Kernspaltungskettenreaktionen eine wesentliche Rolle. Je weiter die Entwicklung der Technologie der Energiegewinnung durch Kernspaltung oder ähnliche Gebiete fortschreitet, um so genauere und eingehendere ag Messungen der elastischen und unelastischen Streuung von Neutronen an Atomkernen werden benötigt. Zwei Faktoren erschweren solche genauen Messungen mit Neutronen im Vergleich zu entsprechenden Mes- , siingen mit geladenen Teilchen:

1. Lassen sich Neutronen nicht direkt erzeugen wie geladene Teilchen, man muß sie vielmehr indirekt unter Verwendung geladener Teilchen unter' Ausnutzung von Kernreaktionen, die gewÖhnlich eine niedrige Ausbeute liefern, erzeugen. Die Intensität der praktisch herstellbaren Neutronenstrahlen ist daher viele Größenordnungen kleiner als die Intensität verfügbarer StrahlenausgeladenenTeilchen.

2. Läßt sich die Neutronenenergie nicht so einfach messen wie die Energie geladener Teilchen, welche durch elektrische und magnetische Felder ablenkbar sind. Schließlich sind auch Neutronen schwieriger nachzuweisen als geladene'« Teilchen.

Da Neutronen durch elektrische oder magnetische Felder nicht nennenswert beeinflußt werden, besteht eine der besten Möglichkeiten zur Bestimmung ihrer Energie in der Messung der Zeit, die sie zum Durchlaufen einer bekannten Strecke benötigen. Zur Aus-Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen eines
konzentrierten Paketes aus monoenergetischen
Teilchen oder Photonen

Patentiert für:

High Voltage Engineering Corporation,
Burlington, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,
Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Robert Jemison Van den Graaff,

Lexington, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Februar 1963
(261608)

führung solcher Messungen mit hoher Genauigkeit und gutem Wirkungsgrad hat man sich genau gepulster IonenstraMen bedient, z. B. unter Verwendung eines auch bei Klystrons ausgenutzten Bündelungseffektes, also einer Bündelung oder Paketierung durch Geschwindigkeitsmodulation, man kann auch mit einer magnetischen Bündelung, z.B. unter Verwendung eines Mobley-Magneten, arbeiten. Bei diesen Verfahren erzeugt man zuerst Impulspakete aus positiven Ionen, die ihrerseits die Neutronenimpulse Hefern.

Die Herstellung ■ monoenergetischer Neutronen durch Beschuß dünner Targets mit künstlich beschleunigten Ionen ist seit langem bekannt (s. beispielsweise die Veröffentlichung »Monoenergic Neutrons from Charged Particle Reactions^ von Hanson, Taschek und Williams im »The Review of Modern Physics*, Vol. 21 [Oktober 1949], S. 635; s. auch die Tabellen des Abschnitts 1 in »Fast Neutron Physics«, Part I, von Marion und F o w l e r). Neutronen niedriger Energie von etwa 3 keV bis zu einigen wenigen" IO^s eV werden normalerweise unter Ausnutzung der Lithium-pn-Reaktion erzeugt. Neutronen mit mittleren Energien zwischen 1 bis über IOMeV werden gewöhnlich unter Ausnutzung der D-D-Reaktion erzeugt. Neutronen mit Energien von 14 MeV und darüber werden gewöhnlich unter Aus-

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nutzung der D-T-Reaktion hergestellt (».beispielsweise das Buch ^Introduction to Neutron Physics« von Curtiss [Verlag D. Van Nostrand Company, Inc.], 1959, S. 97 bis 126).

Die bekannten Verfahren und Einrichtungen lassen in mancher Weise noch zu wünschen; übrig. Infolge von Raumladungseffekten ist die Erzeugung konzentrierter und exakt definierter Pakete aus positiven Ionen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, und bei Umsetzung solcher konzentrierter Ionenpakete in Neutronen oder WeIlenstrahlung treten erhebliche, örtlich engbegrenzte Belastungen des Targets auf, die zu dessen Zerstörung führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.

Dies wird bei einem Verfahren zum Erzeugen eines konzentrierten Paketes aus monoenergetischen Teilchen, insbesondere Neutronen, durch Beschießen eines Targets mit einem impulsförmigen Strahl aus insbesondere monoenergetischen Ionen und Ausblenden der unter einem bestimmten Winkel zum Target von diesem emittierten Teilchen gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die zeitlich aufeinanderfolgenden Ionen eines Impulses durch ein zeitlich veränderliches Ablenkfeld um einen fortlaufend zunehmenden Betrag bezüglich ihrer ursprünglichen Flugrichtung derart abgelenkt werden, daß die durch die Ablenkung erhaltene Ionenfront auf das ebenflächige oder geradlinige und relativ zu seiner Länge dünne Target unter solchen Winkeln schneidet, daß sich die Schnittpunkte der Ionenfront mit der Targetoberfläche mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung längs der Targetoberfläche weiterbewegen wie die in der Targetebene ausgeblendeten emittierten Teilchen.

Gemäß einer Weiterbildung dieses Verfahrens werden die Geschwindigkeitsvektoren der durch das zeitlich veränderliche Ablenkfeld gelaufenen Ionen durch ein weiteres, zeitlich konstantes Ablenkfeld parallel zueinander ausgerichtet.

Gemäß einer anderen Weiterbildung wird die Geschwindigkeit der aufeinanderfolgenden Ionen eines Impulses durch ein zeitlich veränderliches Kompensationsfeld derart gesteuert, daß die durch das zeitlich veränderliche Ablenkfeld bewirkten Geschwindigkeitsänderungen kompensiert werden.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Ionenimpuls derart geschwlndigkeitsmoduliert, daß die Geschwindigkeit der Ionen in der Ionenfront vom vorderen Ende zum hinteren hin zunimmt, und die aufeinanderfolgenden Ionen der Ionenfront werden derart abgelenkt, daß sie unter verschiedenen Winkeln auf das Target auftreffen, wobei die Auftreffwinkel bezüglich der ¹ Geschwindigkeit der betreffenden Ionen so gewählt sind, daß der Einfluß der unterschiedlichen Ionengeschwindigkeiten auf die Energie der emittierten auszublendenden Teilchen kompensiert wird.

Zum Erzeugen eines konzentrierten Paketes aus monoenergetischen, elektrisch geladenen Teilchen kann das als erstes erwähnte Verfahren dahingehend abgeändert werden, daß diese Teilchen unter einem von Null verschiedenen Winkel bezüglich der Targetrichtung ausgeblendet werden und die Richtung der Ionenfront bezüglich des Targets so gewählt ist, daß sich der Schnittpunkt zwischen der Ionenfront und dem Target längs der Targetoberfläche mit einer

Geschwindigkeit fortbewegt, die gleich der in Richtung des Schnittpunktes gerichteten Komponente der Geschwindigkeit der emittierten geladenen Teilchen ist

Zur Erzeugung monenergetischer Photonenpakete werden die im vorstehenden erwähnten Verfahren so abgewandelt, daß die Schnittwinkel der Ionenfront mit dem Target so klein bemessen werden, daß sich die Schnittpunkte der Iohenfront mit dem Target mit Lichtgeschwindigkeit in der ausgeblendeten Richtung der Photonenstrahlung bewegen.

Mit den durch die Erfindung angegebenen Verfahren können weitgehend monoenergetische und zeitlich sehr scharf definierte Pakete von Neutronen, Ionen oder Photonen hergestellt werden. Die Verfahren gemäß der Erfindung sind im Prinzip exakt und Abweichungen, die in der Praxis vom Idealfall auftreten, beruhen hauptsächlich auf gewissen praktischen Einflüssen, wie Targetdicke, Homogenität des primären positiven Ionenstrahls usw.

Eine Einrichtung zum Ausüben der oben angegebenen Verfahren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Ablenkanordnung, die ein zeitlich veränderliches Ablenkfeld lieas fertj und einem Target eine Rohrelektrode vorge-. sehen ist. Diese Rohrelektrode umschließt eine Laufstrecke, in der sich die Ionenfront ausbildet

Vorzugsweise ist die Rohrelektrode mindestens 30 m lang.

Gemäß einer Weiterbildung einer Einrichtung gemäß der Erfindung ist vor der Ablenkanordnung eine weitere Rohrelektrode vorgesehen, der eine zeitlich veränderliche Spannung zugeführt wird. Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Ein. richtung zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine diagrammatische Ansicht des in der Nähe des Targets gelegenen Teiles der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung, die die Herstellung eines monoenergetischen Neutronenstrahls in Vorwärtsrichtung zeigt, F i g. 3 eine F i g. 2 entsprechende Ansicht, die die Erzeugung eines nach rückwärts gerichteten monoenergetischen Neutronenstrahls zeigt,

Fig. 4 ein Fig. 2 entsprechendes Diagramm, das die Erzeugung eines monoenergetischen Neutronenstrahls zeigt, der senkrecht zur Richtung der Ionengeschwindigkeit verläuft,

Fig. 5 eine Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung einer vereinfachten Version der Einrichtung der F i g. 1, Fig. 6 und 7 Darstellungen einer Ausführungsform der Erfindung entsprechend Fig. 1, die mit einem geschwindigkeitsmodulierten Ionenstrahl arbeiten, und

Fig. 8 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Einrichtung zur Herstellung von Impulsen aus monoenergetischen geladenen Teilchen, die aus Kern. reaktionen stammen.

Ein monoenergetischer, gepulster Ionenstrahll (Fig. 1) wird durch einen nicht dargestellten Teilchenbeschleuniger oder auf irgendeine andere übliche Weise erzeugt. Es können positive oder negative Ionen verwendet werden, zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung soll jedoch angenommen werden, daß die Ionen positiv sind. Zur Herstellung

des monoenergetischen Ioaenstrahls kann ein elektro- scharf definierten Impulsen bestehenden Strahl diestatischer Bandgenerator in Verbindung mit einer selbe Richtung haben, müssen alle Ionen das Target evakuierten Beschleunigerröhre verwendet werden, unter demselben Winkel treffen, die auf irgendeine bekannte Weise im Impulsbetrieb Der Ionenstrahl muß bekanntlich im Vakuum bearbeitet. Im allgemeinen ist der Abstand zwischen 5 schleunigt werden und auf seinem ganzen Weg bis den Impulsen größer, gewöhnlich sogar viel größei zum Target im Vakuum verlaufen. Da die Konstrukals die Impulsdauer, die Erfindung ist jedoch nicht tion von evakuierbaren Beschleunigerröhren,. Drifthierauf beschränkt. Der aus Impulsen monoenerge- röhren und der zugehörigen Vakuumanlagen allgetischer Ionen bestehende Strahl 1 wird in einen mein bekannt ist, sind diese Teile in der Zeichnung Energiekompensator 2 geleitet, der ein Metallrohr io nicht dargestellt. Auf dem Weg von der elektrischen enthält, dessen Potential durch eine konventionelle Ablenkanordnung 3 zum Magnetfeld 4 der Fig.] Spannungsquelle steuerbar ist, welche eine zeitab- verläuft der Ionenstrahl beispielsweise durch eine hängige Spannung V_e liefert. Die Funktion des Ener- nicht dargestellte Driftröhre, die einfach aus einem giekompensators 2 wird weiter unten noch näher er- evakuierten Metallrohr bestehen kann und gewöhnläutert werden. Nach dem Durchlaufen des Energie- 13 lieh auf Massepotenrial liegt Die Länge der Driftkompensators 2 durchsetzt der gepulste Ionenstrahl röhre wird ziemlich groß bemessen. Die Lange beals nächstes eine elektrische Ablenkanordnung 3, die trägt vorzugsweise mindestens 30 m und kann beizwei Metallplatten enthält, voh denen die eine auf spielsweiselSO m und mehr betragen. Bei Verweneinem festen Potential wie Masse gehalten wird, dung langer Driftröhren dieser Art können die Amwährend die andere an eine Spannungsquelle ange- ao plitude der durch die elektrische Ablenkanordnung 3 schlossen ist, die an diese Platte eine zeitveränder- bewirkten Ablenkung und damit die hierdurch erä-Iiche Spannung V_d liefert, so daß ein quer zur Lauf- geführten Fehler sehr klein gehalten werden, richtung des Ionenstrahls 1 gerichtetes zeitveränder- Durch die Einschaltung der Driftröhre werden insliches elektrisches Feld entsteht, das den Strahl in besondere die durch die elektrische Ablenkung verüblicher Weise eine Schwenkbewegung ausführen 25 ursachten Energieanderungen verringert. Man sieht läßt. Der abgelenkte Ionenstrahl durchläuft dann aus Fig. 1, daß der Ionenstrahl in die elektrische eine nicht dargestellte lange Driftröhre, aus der er Ablenkanordnung von einem Bereich mit Massein ein Magnetfeld 4 eintritt, das die etwas divergenten potential eintritt. Wenn das elektrische Feld in der Ionengeschwindigkeitsyektoren parallel richtet. Das Ablenkanordnung 3 konstant wäre, würde keine Magnetfeld 4 kann durch eine konventionelle Anord- 30 Änderung der kinetischen Energie des Ionenstrahls nung erzeugt werden, z. B. durch einen Magneten mit resultieren. Da sich jedoch das elektrische Feld ' zwei Polflächen, zwischen denen der Ionenstrahl ändert, während es von den einzelnen Ionen durchdurchläuft. Die Bahnen der aus dem Magnetfeld laufen wird, treten die Ionen aus der elektrischen austretenden Ionen sind unter sich parallel, und in Ablenkanordnung mit etwas verschiedener Energie Fig. 1 ist ein'eine IonenfrontS bildender Ionen- 35 aus. Diese so eingeführte Energieabweichung wird impuls dargestellt, bei dem die Geschwindigkeits- zwar, wie erwähnt, bei Verwendung einer"langen' vektoren der Ionen alle den gleichen Betrag und die Driftröhre verringert, gewünschtenfaÜs läßt sich jegleiche Richtung aufweisen. Im Weg der Ionen- doch die Energieänderung durch den Energiekomfront 5 ist ein langes, gerades und dünnes Target 6 pensator 2 in F i g. 1 vorkompensieren. In diesem derart angeordnet, daß es von allen Ionen getroffen 40 Kompensator erfährt jedes lon eine Energieänderung wird, die verschiedenen Ionen treffen jedoch dabei ungefähr des gleichen Betrages, jedoch des umgeauf verschiedenen Stellen des Targets auf;' Die ver- kehrten Vorzeichens wie die Energieänderung, die es schiedenen Parameter sind so gewählt, daß die- in der Ablenkanordnung 3 erleiden wird: In beiden jenigen Neutronen, die die gewünschte Energie haben, Fällen wird die Energieänderung durch das sich als scharf gebündelter und paketierter Strahl 7 aus 45 ändernde elektrische Feld bewirkt, während das Teilmonoenergetischen Neutronen in Längsrichtung des chen durch die jeweilige Vorrichtung läuft Man wird Targets emittiert werden. Im Weg der austretenden dabei zuerst ein sich geeignet änderndes Potential V_a' Neutronen ist ein Kollimator 8 angeordnet, durch an der einen Elektrode der elektrischen Ablenkden alle Neutronen, die nicht die richtige Richtung anordnung erzeugen, das die gewünschte Ionenfront axial zum Target und Neutronenstrahl haben, abge- 50 ergibt. Nachdem dies geschehen ist, ermittelt man fangen werden. Der Kollimator besteht aus einer empirisch ein ähnlich zeitlich veränderliches Signal V_c Neutronenabschirmung mit einer oder mehreren öff- für die Kompensatorelektrode 2, die die Energie?- nungen, die bezüglich des scharf definierten Neu- änderungen in der Ablenkanordnung wenigstens tronenimpulsstrahls ausgerichtet sind. annähernd vorkompensiert.

Durch das elektrische Feld in der Anordnung 3 55 In F i g. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht auf eine wird der Strahl so abgelenkt, daß sich der Strahl- Ionenfront 5, das lange, dünne Target 6 und schließauftreffpunkt mit konstanter Geschwindigkeit längs lieh das benachbarte Ende des Kollimators 8 darstellt, des Targets bewegt. Die Aufgabe des Magnetfeldes Fig. 2, 3 und 4 können als »Momentaufnahmen« besteht darin, die Ionenbahnen parallel zu richten, mittels einer stroboskopischen Beleuchtung extrem so daß sich der Auftreffwinkel auf das Target nicht 60 hoher Frequenz angesehen werden. Jede Figur zeigt ändert. Das Magnetfeld wird benötigt, da die Erhn- die aufeinanderfolgenden Positionen einer einzigen dung die Erscheinung nutzbar macht, daß die Energie Ionenfront und außerdem die aufeinanderfolgenden der emittierten Neutronen eine Funktion der ankom- Positionen und Größen des monoenergetischen Neumenden Ionen-und des Winkels zwischen der Bahn tronenpaketes oder Impulses, das durch diese Ionender ankommenden Ionen und der austretenden Neu- 65 front erzeugt wild. Bei der in Fig. 2 dargestellten tronen ist. Da der Ionenstrahl bei der in Fig. 1 dar- Ausführungsform verläßt der entsprechende monogestellten Ausführungsform der Erfindung mono- energetische Neutronenstrahl das Target an dessen energetisch ist und da alle Neutronen in dem aus vorderem oder rechtem Ende. Die Ionenfront trifft

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daher auf das hintere oder linke Ende des Targets sprechend geringfügig inhomogen, was jedoch in mit ihrem vorderen Rand zuerst auf, und wenn die manchen Fällen toleriert werden kann, z. B. bei der Ionenfront durch das dünne Target läuft, wird dieses Erzeugung hochenergetischer Neutronen (z. B. durch die ankommenden Ionen sukzessive entlang 14 MeV) durch Beschuß von Tritium mit Deuteronen seiner Länge derart beschossen, daß der Schnittpunkt 5 niedriger Energie, da in diesen Fällen die Kemzwischen Ionenfront und. Target mit konstanter Ge- reaktion den Hauptbeitrag zur Neutronenenergie schwindigkeit dem Target entlangläuft. Die Ionen- liefert und nicht die Energie der eingeschossenen geschwindigkeit, der Winkel der Ionenfront und der Deuteronen.

Winkel des linearen Targets sind alle so bemessen, Die in F i g. 6 dargestellte Anordnung arbeitet mit daß die Laufgeschwindigkeit des Schnittpunktes des io Strahlen aus geschwindigkeitsmodulierten Ionen, um Ionenstrahls mit dem Target gleich der Geschwin- die Liniendichte der positiven Ionen in den sich dem digkeit der in Vorwärtsrichtung längs des Targets Target nähernden Ionenfronten zu erhöhen. Durch emittierten monoenergetischen Neutronen ist. Nach- diesen zusätzlichen Verfahrensschritt läßt sich die dem man also die Winkellage des Targets für die Energie der Neutronenimpulse im endgültigen AusErzeugung von Neutronen der gewünschten Energie 15 gangsstrahl um einen zusätzlichen Faktor erhöhen, hinsichtlich der Energie des ankommenden Ionen- Da das lineare Target 6 hier von Ionen mit stark Strahls einjustiert hat, werden die Ablenkgeschwin- unterschiedlichen Geschwindigkeiten getroffen wird, digkeit des Ionenstrahls'und die durch das Magnet- müssen die Ionen so geführt werden, daß die Unterfeld erzeugten Ablenkwinkel so einjustiert, daß die schiede der Ionenenergie durch den Auftreffwinkel Ionenfront den richtigen Winkel bezüglich des Targets 20 auf dem Target 6 kompensiert werden und die in der hat. Der Schnittpunkt des Ionenstrahls und des richtigen Richtung längs der Target- und Neutronen-Targets bildet also einen schmalen Bereich, in dem strahlachse erzeugten Neutronen monoenergetisch eine wachsende Anzahl von Neutronen erzeugt wird, sind. Die sich dem Führungsmagnet 14 in Fig. 6 die alle dieselbe Geschwindigkeit aufweisen und alle nähernde Ionenfront 15 entspricht der Ionenfront 5 mit der gleichen Geschwindigkeit nach vorwärts as in F i g. 1 mit der Ausnahme, daß sie hier geschwinlängs des Targets laufen, wobei ein Neutronenpaket digkeitsmoduliert ist. Wie durch die als dicke Pfeile erzeugt wird, das das Target an dessen Vorderende in Fig. 6 dargestellten Geschwindigkeitsvektoren verläßt .und in die Öffnung des Kollimators eintritt. gezeigt wird, beträgt die Geschwindigkeit der vorde-

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung entspricht ■ ren Ionen der Ionenfront nur etwa 70Vo der Ge-Fig. 2, mit der Ausnahme, daß sie so bemessen ist, 30 schwindigkeit der letzten Ionen. Die Ionengeschwindaß diejenigen Neutronen gebündelt oder paketiert digkeit ändert sich längs der Front kontinuierlich werden, die in Rückwärtsrichtung des geneigten zwischen den erwähnten Extremen. Während die Targets erzeugt werden. Zuerst trifft dementsprechend ■ Ionenfront durch die lange Driftröhre wandert, nimmt das Vorderende der Ionenfront auf das Vorderende also ihre Länge stetig ab, so daß die Liniendichte des Targets auf, und während die folgenden Teile der 35 der Ionenfront entsprechend stetig zunimmt. Im Ionenffont auf das Target auftreffen, wandert der Gegensatz zu den konventionellen Verfahren zur Schnittbereich zwischen der Ionenfront und dem Herstellung eines gebündelten oder paketierten NeuTarget mit konstanter Geschwindigkeit längs des tronenstrahls muß der Ionenstrahl selbst jedoch nicht Targets nach rückwärts. Man sieht, daß man bei der gebündelt oder paketiert sein, es genügt eine derartige in Ft g. 3 dargestellten AnordnungdieLaufgeschwin- 40 Anreicherung. Mit anderen Worten gesagt nimmt digkeit so groß wie gewünscht machen kann, da sie zwar die Ionendichte zu, die Dichte wächst dabei gegen Unendlich geht, wenn die Ionenfront dieselbe jedoch nur in der Nähe einer ausgedehnten Linie im Orientierung hat wie das Target. Man kann also eine Gegensatz zu einer Verdichtung in der Nähe eines entsprechende Anordnung auch zur Erzeugung eines Punktes. Hierdurch werden die Raumladungsproaus intensiven Impulsen bestehenden Gammastrahls 45 bleme bei sehr intensiven Ionenimpulsen weitgehend verwenden, und die Geschwindigkeit des Schnitt- vermieden. Wie F-i g. 6 zeigt, ist der die Ionen aus^ punktes zwischen dem anregenden Strahl und dem richtende Magnet 14 so angeordnet, daß Ionen verTarget müßte dann gleich der Lichtgeschwindigkeit schiedener Geschwindigkeit um verschiedene Winkel sein. derart abgelenkt werden, daß die Ionen geringerer

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung entspricht 50 Energie das Target in einem kleineren Winkel bezügden Anordnungen der Fig. 3 und 2, mit der Aus- lieh der Trajektorie des emittierten NeutronenstrahIs 7 nähme, daß das Target senkrecht zum Geschwindig- treffen.

keitsvektor der Ionen (dicke Pfeile) angeordnet ist. F t g. 7 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung eines Das an Hand von Fig. 1 beschriebene Verfahren geschwindigkeitsmodulierten Ionenstrahls, die in läßt sich in manchen Fällen vereinfachen, wie Fig. 5 55 Verbindung mit der in Fig. 6 dargestellten Einrichzeigt Hier werden weder ein Energiekompensator tung- verwendet werden kann. Negative Ionen 21 für die elektrische Ablenkung noch ein ausrichtendes werden in ein Ende einer Beschleunigerröhre 22 einMagnetfeld verwendet. Die Ergebnisse sind dement- geschossen, die quer durch eine hohle Elektrode 23 sprechend nicht so exakt wie bei der vollständigen verläuft. Die hohle Elektrode 23 wird auf einem Anlage, die erzielten Näherungsresultate können je- 60 hohen positiven Potential durch einen Hochspandoch in vielen Fällen, vor allem im frühen Entwick- nungsgenerator 24 gehalten, der eine Hochspannungslungsstadium solcher Anlagen, durchaus genügen. klemme 25 aufweist, mit der die hohle Elektrode 23 Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung ist die über eine Wellen- oder XJbertragungsleitung26 und Ionenfront nicht exakt monoenergetisch, und die eine ElektronenbeschleunigerrÖhre 27 verbunden ist. lohen treffen auch nicht mit genau gleichen Winkeln 65 Die Anode 28 der ElektronenbeschleunigerrÖhre 27 bezüglich der Achse des gewünschten Neutronen- ist über die Wellenleitung 26 direkt mit der Hochstrahls auf dem Target auf. Energie und Geschwin- Spannungsquelle 25 verbunden, während die Kathode digkeit des Neutronenimpulsstrahls sind dement- 29 der Beschleunigerröhre mit der hohlen Elektrode

Claims (9)

23 verbunden ist. Das positive Potential der hohlen Elektrode 23 steigt, wenn man das -Potential des Gitters in der Elektronenbeschleunigerröhre 27 derart steuert, daß Elektronen von der Kathode 29 der Beschleunigerröhre 27 zur Kathode 28 fließen können. Man kann diesen Elektronenstrom beispielsweise so lange andauern lassen, bis das Potential der hohlen Elektrode 23 um den Betrag AV kleiner ist als das Potential der Hochspannungsklemme 25. In der hohlen Elektrode 23 sind in von ein-, zwei- und dreistufigen Tandembeschleunigern bekannter Weise Abstreiferanordnungen vorgesehen, um die eintreffenden Teilchen nach der Beschleunigung zur . hohlen Elektrode 23 in positive Ionen zu verwandeln, die dann durch das hohe positive Potential der hohlen Elektrode 23 weiter beschleunigt werden. Der Ionenstrahl kann nun in bekannter Weise geschwindigkeitsmoduliert werden (s. zum Beispiel USA.-Patentschrift 2847 611, insbesondere Spalte 11; Zeilen 20 bis 33). Bei einem speziellen bekannten Verfahren läßt man genügend Elektronen durch die Elektronenbeschleunigerröhre 27 fließen, während die einzelnen Ionenimpulse aus der hohlen Elektrode 23 austreten, so daß nicht nur die Ladungsverluste der hohlen Elektrode 23 beim Durchtreten der Ionen kompen- as siert werden, sondern auch das Potential der hohlen Elektrode 23 derart steigt, , daß sich die gewünschte Geschwindigkeitsmodulation ergibt. Die Anordnung kann auch zur Stabilisation der Spannung der hohlen Elektrode 23 verwendet werden, so daß sich weitgehend monoenergetische Ionenimpulse erzeugen lassen. Verwendet man als Hochspannungsgenerator 24 einen an anderer Stelle vorgeschlagenen Transformator mit isoliertem Kern, so läßt sich nicht nur das Potential der hohlen Elektrode 23 genau regeln oder steuern, sondern lassen sich auch hohe Ströme erzeugen, die Ionenimpulse hoher Stromstärke und eine Geschwindigkeitsmodulation hoher Amplitude und damit sehr hohe Ionendichten zu erreichen gestatten. Die Ablenkanordnung3 der Fig. 7 dient dem gleichen Zweck wie die Ablenkanordnung 3 in F ig. 1. Der horizontale Maßstab der Fig. 6 beträgt das Zehnfache der Fig. 7, d.h. also daß die Ionenfront 15 in Fig. 7 ungefähr zehnmal länger gezeichnet werden müßte, wenn F i g. 7 den gleichen horizontalen Maßstab wie F i g. 6 hätte. Man sieht also, daß die Geschwindigkeitsmodulation eine beträchtliche Anreicherung oder Erhöhung der Ionendichte in der Ionenfront bewirkt. In manchen Fällen kann die nicht 5c dargestellte Driftröhre, durch die die Ionen zwischen der Ablenkanordnung 3 in F i g. 7 und dem Magneten 14 in F i g. 6 laufen, länger als 30 m, gegebenenfalls 180 m und länger sein. Fig. 8 zeigt eine Anordnung zur Ausübung eines Verfahrens zur Bündelung oder Paketierung von monoenergetischen geladenen Teilchen aus Kernreaktionen. Die Ionenfront 5 wird auf dieselbe Weise erzeugt wie die Ionenfront 5 der Fi g. 1 oder die IcmenffrontlS der Fig. 6 und 7. Das Target6 ist jedoch in einem kleinen Winkel zur Emissionsrichtung der zu bündelnden geladenen Teilchen angeordnet, und die verschiedenen Parameter sind , so gewählt, daß die längs des Targets 6 gerichtete Ge^ schwindigkeitskomponente der zu bündelnden, emittierten geladenen Teilchen gleich der Wanderungsgeschwindigkeit des Schnittpunktes der IonenfrontS und des Targets 6 ist. Die gewünschten geladenen Teilchen werden daher als Paket oder Bündel 37 emittiert, das durch eine stark fokussierende Linse 40 konventioneller Bauart weiter fokussiert werden kann. Eine geeignete Strahlungsabsehirmung 38 ist vorhanden, da sich jedoch geladene Teilchen durch elektrische und magnetische Felder fokussieren lassen, können Kollimatoren der bei Neutronenimpulsstrahlen verwendeten Art entfallen. In der vorangehenden Beschreibung sind zwar die AbIenk- und Führungs- oder Ausrichtfelder als entweder elektrische oder magnetische Felder spezifiziert worden, in manchen Fällen kann es jedoch wünschenswert sein, an Stelle eines erwähnten elektrischen Feldes ein Magnetfeld zu verwenden, oder umgekehrt Die Erfindung läßt sich für die verschiedensten Zwecke verwenden, unter anderem für die Erzeugung hoher Temperaturen und intensiver Plasmen sowie für thermonukleare Prozesse. Durch die Verwendung eines langen Targets kann man bei der Erfindung mit Ladungsträgerstrahlen arbeiten, die zu keiner Zeit am Target eine besonders hohe Stroradichte aufweisen müssen. Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung scharfer moncenergetischer Neutronenimpulse werden in dem auf das ■ Target auftreffenden Ionenstrahl sehr hohe Spitzenströme benötigt. Da man bei der Erfindung mit einem langen Target arbeiten kann und keine hohen Ionenströme benötigt werden, ergibt sich eine wesentlich kleinere Wärme- und Strahlungsbelastung des Targets, die dieses unter Umständen nachteilig beeinflussen könnten. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen eines konzentrierten Paketes aus monoenergetischen Teilchen, insbesondere Neutronen, durch Beschießen eines Targets mit einem' impulsförmigen Strahl aus insbesondere monoenergetischen Ionen und Ausblenden der unter einem bestimmten Winkel zum Target von diesem emittierten Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Ionen eines Impulses durch ein zeitlich veränderliches Ablenkfeld um einen fortlaufend zunehmenden Betrag bezüglich ihrer ursprünglichen Flugrichtung derart abgelenkt werden, daß die durch die Ablenkung erhaltene Ionenfront das ebenflächige oder geradlinige und relativ zu seiner Länge dünne Target unter solchen -Winkeln schneidet, daß sich die Schnittpunkte der Ionenfront mit der Targetoberfläche mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung längs der Targetoberfläche weiterbewegen wie die in der Targetebene ausgeblendeten emittierten Teilchen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsvektoren der durch das zeitlich veränderliche Ablenkfeld gelaufenen Ionen durch ein weiteres, zeitlich konstantes AbIenkfeld¹ parallel zueinander ausgerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der aufeinanderfolgenden Ionen eines Impulses durch .ein zeitlich veränderliches Kompensationsfeld derart gesteuert wird, daß die durch das zeitlich veränderliche Ablenkfeld bewirkten Geschwindigkeitsänderungen kompensiert werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenimpuls derart geschwindigkeitsmoduliert wird, daß die Geschwindigkeit der Ionen in der Ionenfront vom vorderen Ende zum hinteren hin zunimmt, und daß die aufeinanderfolgenden Ionen der Ionenfront derart abgelenkt werden, daß sie unter verschiedenen Winkeln auf das Target auftreffen, wobei die Auftreffwinkel bezüglich der Geschwindigkeit der betreffenden Ionen so gewählt sind, daß der Einfluß der unterschiedlichen Ionengeschwindigkeiten auf die Energie der emittierten aufzublendenden Teilchen kompensiert wird (Fig. 6).

5. Verfahren zum Erzeugen eines konzentrierten Paketes aus monoenergetischen, elektrisch geladenen Teilchen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abänderung zum Anspruch 1 diese Teilchen unter einem von Null verschiedenen Winkel ao bezüglich der Targetrichtung ausgeblendet werden und die Richtung der Ionenfront bezüglich des Targets so gewählt ist, daß sich der Schnittpunkt zwischen der Ionenfront und dem Target längs der Targetoberfläche mit einer Geschwindigkeit as fortbewegt, die gleich der in Richtung des Schnitt-

punktes gerichteten Komponente der Geschwindigkeit der emittierten geladenen Teilchen ist (Fig. 8).

6. Abwandlung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von Teilchen monoenergetische Photonenpakete erzeugt werden, wobei die Schnittwinkel der Ionenfront mit dem Target so klein bemessen werden, daß sich die Schnittpunkte der Ionenfront mit dem Target mit Lichtgeschwindigkeit in der ausgeblendeten Richtung der Photonenstrahlung bewegt.

7. Einrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Ablenkanordnung (3), die ein zeitlich veränderliches Ablenkfeld liefert, und einem Target (6) eine Rohrelektrode vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrelektrode mindestens 30 m lang ist.

9. Einridhtung nach Anspruch 7 oder 8, da-, durch gekennzeichnet, daß vor der Ablenkanordnung (3) eine weitere Rohrelektrode (2) vorgesehen ist, der eine zeitlich veränderliche Spannung zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

TW 517/391 SI. W © Bunderfruclcerel Beclin