DE1289197B

DE1289197B - Verfahren zur Dichtemodulation eines Strahles geladener Teilchen und Vorrichtung zurDurchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1289197B
Application number: DEE18110A
Authority: DE
Inventors: Heil Oskar
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1958-08-29
Filing date: 1959-08-13
Publication date: 1969-02-13
Also published as: CH411143A; US3012170A; GB924865A; FR1233464A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichte- rohrabschnitts (der »letzte Wechselwirkungsspalt« ist modulation eines Strahls geladener Teilchen mittels der dem Ausgangsresonator vorangehende Wechselvorangehender Geschwindigkeitsmodulation, bei dem wirkungsspalt) kann erreicht werden, daß der letzte der zunächst homogene Strahl mittels einer zugeführ- Wechselwirkungsspalt um eine Viertelperiode der ten Anregungsfrequenz einer Geschwindigkeitsmodu- 5 Anregungsfrequenz phasenverschoben wirkt. Dabei lation an mehreren aufeinanderfolgenden, durch ergibt sich — wie später noch im einzelnen erläutert Triftrohrabschnitte voneinander getrennten Wechsel- wird — eine Zusammenfassung der beiden je Zyklus wirkungsspalten unterworfen wird. der Anregungsfrequenz gebildeten Teilchenbündel,

Derartige Verfahren sind grundsätzlich bereits be- so daß dann ein auf die Anregungsfrequenz abgekannt. 10 stimmter Ausgangsresonator vorgesehen werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Verfahren zu schaffen, bei dem die Geschwindig- Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. Bei allen keitsstreuung der Strahlteilchen erheblich herab- beschriebenen Vorrichtungen handelt es sich um gesetzt ist und der Geschwindigkeitsunterschied der solche, bei denen die Teilchen Elektronen sind. Strahlteilchen, wenn sieden letzten Wechselwirkungs- 15 Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung spalt durchlaufen, in den einzelnen Bündeln erheb- gemäß der Erfindung;

lieh geringer ist als bei den bisher üblichen Ver- Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1;

fahren. Infolgedessen führt das Verfahren gemäß der F i g. 3 ist ein Querschnitt ähnlich wie F i g. 2, zeigt

Erfindung zu einem besseren Wirkungsgrad der Geräte. aber den Aufbau einer abgewandelten Vorrichtung; Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch ao Fig. 4 ist ein Teillängsschnitt durch eine andere gelöst, daß die Teilchen an aufeinanderfolgenden Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich-Wechselwirkungsspalten durch die jeweils anliegende tung;

Hochfrequenzspannung abwechselnd beschleunigt Fig. 5 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine wei-

(verzögert) und verzögert (beschleunigt) werden und tere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der daß die am ersten Wechselwirkungsspalt bewirkte 25 Erfindung;

Geschwindigkeitsmodulation halb so groß ist wie die Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der

an den nachfolgenden Wechselwirkungsspalten — Teilchenbündelung, auf der die Erfindung beruht; von dem letzten Wechselwirkungsspalt abgesehen — Fig. 7 ist ein Teillängsschnitt durch eine andere

jeweils mit gleicher Stärke bewirkte Geschwindig- Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erkeitsmodulation. 30 findung;

Das Ergebnis dieser mehrfachen Beschleunigungs- Fig. 8, 9,10 und 11 sind schematische Darstellun-

Verzögerungs-Wechsel ist ein Bündelungsprozeß, bei gen zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindem je Zyklus der Anregungsfrequenz (Modulations- dungsgemäßen Vorrichtungen; frequenz) zwei Teilchenbündel entstehen. Diese Bün- Fig. 12 zeigt im Diagramm Daten, die an Vor-

delung kann folgerichtig zu einer Frequenzverdoppe- 35 richtungen nach der Erfindung ermittelt wurden; lung benutzt werden; es ist aber auch — wie später Fig. 13 ist ein Teillängsschnitt durch eine weitere

noch erläutert wird — möglich, am Ausgang die in Vorrichtung nach der Erfindung, und der Energie entsprechend verstärkte Anregungsfre- Fig. 14 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie

quenz zu entnehmen. Fig. 13.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ergibt 40 Fig. 1 stellt eine erste Ausführungsform einer Vorsieh als weiterer Vorteil, daß außer der Phasen- zu- richtung nach der Erfindung dar. Sie umfaßt eine gleich eine Radialfokussierung des Strahls erfolgt, Vakuumhülle mit einem Strahlerzeugungssystem 12 während bei den bisher üblichen Verfahren eine am einen und einer Auffangelektrode 14 (Kollektor) radiale Defokussierung erfolgte. am anderen Ende. In der Hülle befindet sich zwi-

Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zur 45 sehen dem Strahlerzeugungssystem 12 und dem KoI-Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. lektor 14 eine Hochfrequenzwechselwirkungseinrich-Dabei kann zur Erzeugung der hochfrequenten tung 16. Diese umfaßt einen ersten Hohlraumresona-Wechselfelder an den Wechselwirkungsspalten je- tor 18 und einen zweiten Hohlraumresonator 20. Der weils ein Hohlraumresonator einem Spalt oder ein erste Hohlraumresonator 18 enthält eine Mehrzahl Hohlraumresonator mehreren Spalten zugeordnet 50 von Triftrohrabschnitten, von denen die Abschnitte sein. Die Anregung kann für alle Wechselwirkungs- 21, 22, 23 und 24 dargestellt sind. Er umfaßt ferner spalten gleichphasig oder abwechselnd gegenphasig mit Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen versehene erfolgen. Die abweichende Geschwindigkeitsmodula- Endwände 26 und 27 und eine zylindrische Seitention am ersten bzw. letzten Wechselwirkungsspalt wand 28. Das Strahlerzeugungssystem erzeugt einen kann dadurch erzielt werden, daß diese nur halb so 55 Elektronenstrahl, der koaxial zu der zylindrischen breit ausgebildet werden wie die übrigen Wechsel- Seitenwand 28 zum Kollektor hin gerichtet ist. Die wirkungsspalten. Zwar liegt auch bei ihnen jeweils Triftrohrabschnitte sind in Abständen voneinander die gleiche Feldstärke vor, doch ist die Verweilzeit koaxial zur zylindrischen Seitenwand 28 angeordnet, der Teilchen in ihnen nur etwa halb so lang, so daß Sie sind an metallischen Stäben 30 gehaltert, die sich auch die Beeinflussung durch das Feld nur etwa halb 60 radial erstrecken und an der Seitenwand 28 enden, so lange erfolgt. Beispielsweise (s. F i g. 2) können drei Metallstäbe 30

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann abge- für jeden Triftrohrabschnitt verwendet sein. Die wandelt auch so betrieben werden, daß aufeinander- Stäbe erstrecken sich unter Winkeln von 120° zueinfolgende Triftrohrabschnitte abwechselnd mit unter- ander. Eine Einkoppelschleife 32 dient der Anregung schiedlichen Gleichpotentialen (unterschiedlich be- 65 des ersten Hohlraumresonators 18 mit der Anregungszüglich der Polarität) beaufschlagt sind. frequenz.

Durch die besondere Wahl der Länge des dem Der zweite Hohlraumresonator 20 umfaßt eine

letzten Wechselwirkungsspalt vorangehenden Trift- zylindrische Seitenwand 34, deren eines Ende un-

mittelbar an der Endwand 27 des ersten Hohlraumresonator 18 sitzt. Eine mit Öffnung versehene Endwand 36 schließt das andere Ende der Seitenwand 34 ab. Ein Triftrohrabschnitt 38 sitzt in der Öffnung der Endwand 36 und erstreckt sich koaxial innerhalb des Hohlraumresonators nach der Endwand 27 des ersten Hollraumresonators hin, so daß sich innerhalb des zweiten Hohlraumresonators 20 ein Spalt 40 ergibt. Die im Abstand voneinander liegenden Triftrohrabschnitte im ersten Hohlraumresonator 18 stellen eine Mehrzahl von Laufräumen innerhalb des ersten Hohlraumresonators 18 dar. Der erste Wechselwirkungsspalt 41 liegt zwischen dem ersten Triftrohrabschnitt 21 und der Endwand 26 des ersten Hohlraumresonators, der letzte Wechselwirkungsspalt 45 befindet sich zwischen dem letzten Triftrohrabschnitt 24 und der Endwand 27 des ersten Hohlraumresonators. Die dazwischenliegenden Wechselwirkungsspalte 42,

43 und 44 befinden sich zwischen den Triftrohrabschnitten. Es sei bemerkt, daß die Anzahl von Triftrohrabschnitten und die sich daraus ergebende Anzahl von Wechselwirkungsspalten so gewählt werden kann, daß sich, wie später auseinandergesetzt wird, ein optimaler Wirkungsgrad ergibt.

Der Kollektor 14 ist von dem zweiten Hohlraumresonator durch einen Isolierzylinder 46 isoliert. Der Kollektor selbst besteht aus einem metallenen Hohlkörper mit einer Eintrittsöffnung 48 für den Elektronenstrahl.

Das Strahlerzeugungssystem 12 umfaßt eine konkave thermische Kathode 52 und eine Wehnelt-Elektrode 54.

Im Betrieb wird ein hohes, gegenüber der Katode positives Gleichpotential an die Triftrohrabschnitte gelegt; dasselbe Gleichpotential kann an den Kollektor 14 gelegt werden, und ein entsprechendes Gleichpotential liegt an der Wehnelt-Elektrode 54. Eine Anregungsfrequenz / wird in den ersten Hohlraumresonator 18 über die Schleife 32 eingekoppelt; in dem Hohlraumresonator 18 wird dabei der Grundmodus angeregt. Die Kapazität eines solchen Hohlraumresonators ist durch die Abstände zwischen den Triftrohrabschnitten einerseits und zwischen den Triftrohrabschnitten und den Endwänden des Hohlraumresonators andererseits gegeben. Es werden demgemäß im Takt der Anregungsfrequenz Spannungen über diesen Abständen erzeugt; ihre Größe hängt von der Spaltbreite ab.

Die Triftrohrabschnitte 21, 22, 23 und 24 besitzen alle die gleiche Länge; auch ist der Abstand d zwischen benachbarten Triftrohrabschnitten — und damit die Breite der Wechselwirkungsspalte 42, 43,

44 — immer gleich. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstand von der Mitte eines Spaltes zur Mitte des nächsten Spaltes derart gewählt, daß die Zeit t, die ein Elektron des unmodulierten Strahls braucht, um diesen Abstand zu durchlaufen,

gleich der halben Periodendauer -y der Anregungsfrequenz ist oder gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen davon:

* τ· τ· τ- τ

2 2 2 2

Die Spaltbreite zwischen dem ersten Triftrohrabschnitt 21 und der Endwand 26 sowie zwischen dem letzten Triftrohrabschnitt 24 und der Endwand 27 ist jeweils gleich der Hälfte der Spaltbreite also gleich γ, daher beträgt die zwischen diesen Endwänden und den ihnen benachbarten Triftrohrabschnitten auftretende Spannung die Hälfte der Spannung über den Spalten der Breite d.

Ein Strahlelektron, das den ersten Spalt 41 durchläuft, wird infolge der dort auftretenden hochfrequenten elektrischen Längsfelder beschleunigt bzw. verzögert, wie das vom Klystronbetrieb her bekannt ist. Das Elektron gelangt dann durch den ersten Triftrohrabschnitt 21 hindurch in den zweiten Spalt 42. Während das Elektron durch den ersten Triftrohrabschnitt 21 abgeschirmt ist, vollendet die Spannung

in dem Hohlraumresonator 18 eine halbe Schwingungsperiode oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon; das Elektron wird daher am zweiten Spalt 42 etwa zu einer Zeit ankommen, wenn das dortige Feld gegenüber dem Feld des ersten Spaltes 41 gegen-

ao phasig ist.

Es ist daher ersichtlich, daß ein Elektron, das im ersten Spalt beschleunigt worden ist, im zweiten Spalt verzögert wird und daß ein Elektron, das im ersten Spalt verzögert worden ist, im zweiten Spalt beschleunigt wird. An dieser Stelle sei nochmals betont, daß der erste Wechselwirkungsspalt 41 nur die

Breite ₂ hat und daher an ihm die halbe Spannung des folgenden Spaltes 42 liegt. Daher ist die Wirkung des Feldes über dem ersten Spalt 41 auch nur halb so groß wie am nächstfolgenden Spalt 42.

Ein Elektron, das durch den ersten Spalt 41 beschleunigt worden ist und mit höherer Geschwindigkeit als seiner ursprünglichen Geschwindigkeit durch den ersten Triftrohrabschnitt 21 fliegt, wird beim Durchlaufen des zweiten Spaltes 42 verzögert, und zwar zweimal so stark, als es in dem ersten Spalt beschleunigt worden ist, weil es etwa doppelt so lange im zweiten Spalt der Feldwirkung ausgesetzt ist. Dadurch wird nicht nur die Beschleunigung kompensiert, die es im ersten Spalt erhalten hatte, sondern die Verzögerung ist so groß, daß es beim Verlassen des zweiten Spaltes 42 mit geringerer Geschwindigkeit als mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit weiterfliegt. Wenn ein solches Elektron den dritten Spalt 43 erreicht, so wird es wieder so stark beschleunigt, daß die Verzögerung im zweiten Spalt mehr als kompensiert wird: es läuft beim Verlassen des dritten Spaltes wieder mit höherer Geschwindigkeit weiter als mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit.

Entsprechendes gilt für ein Elektron, das im ersten Spalt verzögert, im zweiten beschleunigt und im dritten wieder verzögert wird, so daß es beim Verlassen des dritten Spaltes mit geringerer Geschwindigkeit als mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit fliegt. Daraus ergibt sich, daß die Geschwindigkeit der Elektronen in den aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsspalten symmetrisch zu ihrer ursprünglichen Geschwindigkeit abwechselnd zu- und abnimmt. Das ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, für die Einordnung jener Elektronen in die von den beschleunigten bzw. verzögerten Elektronen gebildeten Bündel bedeutsam, die in den Wechselwirkungsspalten weder beschleunigt noch verzögert werden. Zur Aufrechterhaltung der Symmetrie des Systems besitzt

der letzte Spalt 45 ebenfalls nur die Breite ₂ .

Fig. 6 stellt graphisch die Bündelwirkung nach der Erfindung dar. Die durch eine ausgezogene Linie dargestellte Sinuskurve stellt die Geschwindigkeitsänderung dar, der die Elektronen im ersten Spalt unterworfen werden. Die in gestrichelten Linien ■wiedergegebene Sinuskurve stellt die Geschwindigkeitsänderung dar, der die Elektronen im zweiten Spalt (und in den folgenden geradzahligen Spalten) unterworfen werden. Die strichpunktiert gezeichnete Sinuslinie stellt schließlich die Geschwindigkeitsänderung dar, der die Elektronen im dritten Spalt (und in den folgenden ungeradzahligen Spalten) unterworfen werden.

Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Elektronen, die in ihrer Geschwindigkeit durch den ersten Spalt beeinflußt werden, am zweiten Spalt nach etwas weniger oder etwas mehr als einer halben Periodendauer (-«-| der Anregungsfrequenz ankommen,

da die Triftrohrlänge so gewählt worden ist, daß ein Elektron mit der ursprünglichen Geschwindigkeit des Strahles von dem ersten Spalt zum zweiten Spalt in

einer halben Periode (yj fliegt. Da die Spannungen am ersten und zweiten Spalt genau gleichphasig sind, wird ein Elektron, das im ersten Spalt beschleunigt worden ist, am zweiten Spalt ankommen, ganz kurz bevor die Spannung am zweiten Spalt genau 180° phasenverschoben zu der Spannung ist, die am ersten Spalt herrschte, als dieses Elektron durch den ersten Spalt trat. Umgekehrt kommt ein Elektron, das im ersten Spalt an Geschwindigkeit verloren hat, am zweiten Spalt an, ganz kurz nachdem die Spannung am zweiten Spalt genau 180° phasenverschoben ist. Mit anderen Worten, die Elektronen gewinnen an Phase gegenüber der Spannung am zweiten Spalt, wenn sie im ersten Spalt beschleunigt worden sind, und verlieren an Phase, wenn sie im ersten Spalt verzögert worden sind. Diese Phasenänderung tritt zwischen jedem Spalt und dem nächstfolgenden Spalt auf und ergibt die Phasenbündelung gemäß der Erfindung.

Betrachtet man F i g. 6 und betrachtet man zuerst ein Elektron, das durch den ersten Spalt mit einer solchen Phasenbeziehung zur Spannung daran tritt, wie durch den Punkte angegeben, so empfängt ein solches Elektron die praktisch höchstmögliche Beschleunigung im ersten Spalt, wie durch die senkrechte Linie angegeben ist, die vom Punkt A nach oben geht. Infolge dieser Beschleunigung wird das Elektron an Phase bezüglich der Spannung am zweiten Spalt gewinnen. Die Spannung am zweiten Spalt (und an den folgenden geradzahligen Spalten) ist die volle Spannung, d.h. das Zweifache von der im ersten Spalt, wie durch die gestrichelte Sinuskurve dargestellt ist, und der Phasengewinn des Elektrons wird durch die schräge Linie wiedergegeben, die sich von der Senkrechten im Punkt A zum Punkt A₁ erstreckt. Der Punkt A₁ stellt die Phasenbeziehung bei Ankunft des Elektrons am zweiten Spalt bezüglich der Spannung am zweiten Spalt dar. Die Neigung der Linie, die sich von der Senkrechten im Punkt A zum Punkt A₁ erstreckt, gibt das Verhältnis wieder zwischen der Geschwindigkeitszunahme, die das Elektron am ersten Spalt erhält, und der ursprünglichen Geschwindigkeit dieses Elektrons. Am zweiten Spalt wird das Elektron verzögert, dargestellt durch die senkrechte Linie, die vom Punkt A₁ nach unten geht.

Die Verzögerungsspannung am zweiten Spalt ist gleich dem doppelten Wert der Beschleunigungsspannung am ersten Spalt. Wenn die Verzögerung, die das Elektron am zweiten Spalt erhält, von der Beschleunigung des Elektrons am ersten Spalt subtrahiert wird, so resultiert ein Überschuß an Verzögerung und dadurch eine Geschwindigkeit, die geringer als die ursprüngliche Geschwindigkeit des Elektrons ist. Das Elektron wird jedoch nicht so weit unter seine ursprüngliche Geschwindigkeit verzögert, wie es am ersten Spalt über diese hinaus beschleunigt worden war. Dies resultiert aus dem Phasengewinn, demzufolge das Elektron am zweiten Spalt bereits ankommt, wenn die Spannung darin noch nicht ihren Höchstwert erreicht hat, wie es im ersten Spalt praktisch der Fall war.

Die schräge Linie, die von der Senkrechten im Punkt A₁ ausgeht, entspricht dem Phasenverlust des Elektrons zwischen dem zweiten und dem dritten Spalt entsprechend der verbleibenden Verzögerung, der das Elektron im zweiten Spalt unterworfen wurde. Da die Geschwindigkeitsabnahme des Elektrons im zweiten Spalt nicht so groß war wie die Geschwindigkeitszunahme im ersten Spalt, so ist ersichtlich, daß das Elektron einen verbleibenden Phasengewinn bezüglich der Spannung am zweiten Spalt erhalten hat.

Die Spannung am dritten Spalt (und an den folgenden ungeradzahligen Spalten) ist ebenfalls die volle Spannung, d. h. das Zweifache von der im ersten Spalt, wie durch die strichpunktierte Sinuskurve dargestellt ist. Es wird nun, wie oben auseinandergesetzt, die Verzögerung, die dem Elektron durch den zweiten Spalt aufgedrückt wurde, am dritten Spalt durch eine entsprechende Beschleunigung überkompensiert, so daß die Geschwindigkeit des Elektrons sich fortlaufend symmetrisch bezüglich der ursprünglichen Geschwindigkeit des Elektrons ändert.

Wie deutlich aus Fig. 6 zu erkennen, ist die Geschwindigkeit, auf die das Elektron im dritten Spalt (s. die senkrechte Linie bei A₂) beschleunigt wird, nicht ganz so hoch wie die Geschwindigkeit, auf die es im ersten Spalt beschleunigt worden war. Jedoch wird es wieder gegenüber seiner ursprünglichen Geschwindigkeit beschleunigt und erhält wieder einen Phasengewinn in bezug auf die Spannung im darauffolgenden vierten Spalt. Es wird daher beim Durchlaufen des vierten Spalts nicht so weit unter seine ursprüngliche Geschwindigkeit verzögert, wie es über diese im dritten Spalt beschleunigt worden war, und es ergibt sich wieder ein verbleibender Phasengewinn.

Solche verbleibenden Phasengewinne ergeben sich weiter, wenn das Elektron durch die aufeinanderfolgenden, gerad- und ungeradzahligen Spalte tritt. Das ist durch die übrigen senkrechten und schrägen Linien der F i g. 6 angegeben, und es ist ersichtlich, daß die Zu- und Abnahmen der Geschwindigkeit des Elektrons, immer geringer werden, bis das Elektron eine Phasenbeziehung bezüglich der Spaltspannung erreicht hat, bei der es nicht mehr beim Durchtritt durch den Spalt beschleunigt oder verzögert wird. Das Elektron strebt dabei seiner ursprünglichen Geschwindigkeit zu.

Es sei nun ein Elektron betrachtet, das in den ersten Spalt mit einer solchen Phasenbeziehung zur Spannung dort eintritt, daß es durch den ersten Spalt die praktisch höchste Verzögerung erfährt. Dieses Elektron tritt in den ersten Spalt an dem Punkt in Fi g. 6 ein, der durch den Buchstaben B markiert ist.

Die Geschwindigkeitsabnahme des Elektrons wird durch die senkrechte Linie, die vom Punkt B nach unten geht, dargestellt, und die schräge Linie, die von dem Ende dieser Senkrechten ausgeht, stellt den Phasenverlust infolge der Geschwindigkeitsabnahme dar. Punkt B₁ stellt die Phasenbeziehung des Elektrons zur Spannung am zweiten Spalt dar, wo es durch ein Feld beschleunigt wird, und zwar etwa zweimal so stark wie im ersten Spalt. Indessen ist ersichtlich, daß infolge des Phasenverlustes eines solchen Elektrons die Beschleunigung im zweiten Spalt nicht gleich dem Doppelten der Verzögerung im ersten Spalt ist. Wenn man die Geschwindigkeitsabnahme im ersten Spalt von der Geschwindigkeitszunahme im zweiten Spalt abzieht, ist daher die verbleibende Beschleunigung, die das Elektron im zweiten Spalt erhält, geringer als die Verzögerung des Elektrons im ersten Spalt. Wenn das Elektron am dritten Spalt ankommt, dargestellt durch den Punkt B₂, so hat es einen bestimmten Phasenverlust erlitten. Da das Elektron zu den folgenden, gerad- und ungeradzahligen Spalten weiterfliegt, wird es weiter Phasenverluste erleiden, wie durch die folgenden senkrechten und schrägen Linien dargestellt ist, bis es eine Phasenbeziehung erreicht, bei der es nicht mehr in der Geschwindigkeit moduliert wird und mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit weiterfliegt.

Elektronen, die in den ersten Spalt mit einer Phasenlage bezüglich der dortigen Spannung eintreten, die den Punkten zwischen A und B (s. oben) entspricht, werden der vorstehend beschriebenen Wirkung ebenso unterworfen. Jene Elektronen, die in den ersten Spalt mit einer Phasenbeziehung zwischen dem Punkte und der Spannung Null eintreten, gewinnen an Phase, und jene, die zwischen der Spannung Null und dem Punkt B eintreten, verlieren an Phase, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Es ist ersichtlich, daß alle Elektronen — unabhängig von ihrem Startpunkt — mit derselben Geschwindigkeit und Phasenbeziehung zur Spannung an den Spalten anzukommen suchen. Mit anderen Worten: Elektronen, die durch den ersten Spalt während der oben betrachteten Halbperiode der Anregungsfrequenz hindurchtreten, werden zu einem Bündel zusammengefaßt oder »phasenfokussiert«.

Ein Elektron, das in den ersten Spalt an dem in F i g. 6 mit dem Buchstaben C bezeichneten Punkt eintritt (wo seine Phasenbeziehung bezüglich der Spannung des ersten Spaltes derart ist, daß es weniger als die größte Verzögerung erfährt, die im ersten Spalt möglich ist), wird um einen Betrag verlangsamt, der durch die Vertikale dargestellt ist, die von dem Punkt C ausgeht. Wie durch die schräge Linie gezeigt wird, die von dem Ende der vertikalen Linie ausgeht, verliert das Elektron an Phase, so daß es beim zweiten Spalt ankommt, wenn die Spannung dort mehr als das Doppelte der Spannung ist, der es am ersten Spalt ausgesetzt war. Es wird daher das Elektron eine Beschleunigung am zweiten Spalt erfahren, die die im ersten Spalt aufgedrückte Verzögerung überkompensiert. Mit dem Durchtritt durch aufeinanderfolgende ungerad- und geradzahlige Spalten (C₁, C₂...) wird das Elektron weiter an Phase gewinnen, bis eine Phasenbeziehung gegenüber der zweiten Nullstelle der Spannung an den Spalten erreicht ist, bei der keine Beschleunigung oder Verzögerung mehr erfolgt.

Entsprechend verliert ein Elektron, das bei dem Punkt D in den ersten Spalt eintritt, wenn es durch aufeinanderfolgende ungerad- und geradzahlige Spalte (D₁, D₂ ...) tritt, so viel an Phase, daß es die gleiche Phasenbeziehung zur zweiten Nullstelle der Spannung an den Spalten zu erreichen sucht, wie es das Elektron tat, das durch den ersten Spalt an dem durch C bezeichneten Punkt tritt.

In ähnlicher Weise werden alle Elektronen, die durch den ersten Spalt mit einer Phasenlage zwischen

ίο den Punkten C und D treten, bestrebt sein, dieselbe Phasenbeziehung zur Spannung an den Spalten zu erreichen. Es werden somit auch diese Elektronen zu einem Bündel zusammengefaßt oder »phasenfokussiert« wie die Elektronen mit einer Phasenlage zwisehen den Punkten A und B.

Aus der obigen Beschreibung ist zu ersehen, daß zwei Elektronenbündel für jede Periode der Anregungsfrequenz gebildet werden. Weiter ist es zu ersehen, daß, wenn die Elektronen phasenfokussiert sind, der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den einzelnen Elektronen eines Bündels immer kleiner wird, so daß in den letzten Spalten die Elektronen alle mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit fliegen.

Es könnte eingewendet werden, daß es ein Elektron geben könnte, das in den ersten Spalt mit solcher Phasenbeziehung zu der dortigen Spannung eintritt, daß es an Phase genau den Betrag gewinnt oder verliert, um am zweiten Spalt in solcher Phasenbeziehung anzukommen, daß es genau der doppelten Verzögerung oder Beschleunigung im zweiten Spalt unterliegt, die es im ersten Spalt erfahren hatte, usw., so daß keine Phasenänderung auftritt. Jedoch würde ein solcher Gleichgewichtszustand außerordentlich unwahrscheinlich sein, mit Hinsicht auf die Schwierigkeit, alle Spalten durch genaue Anordnung und gleichen Abstand der Triftrohrabschnitte genau relativ zueinander einzustellen.
Aus der obigen Erläuterung ergibt sich, daß alle Kräfte, die auf die Strahlelektronen in einer Vorrichtung nach der Erfindung wirken, die Elektronen in das eine oder das andere Bündel eintreten lassen, und zwar ohne besondere Genauigkeitsforderungen bei der mechanischen Herstellung der Vorrichtung, obwohl ein gewisser Grad von Geschwindigkeitsstreuung zwischen den gebündelten Elektronen unvermeidbar sein kann.

Ein anderes Merkmal einer Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß der Elektronenstrahl gleichzeitig mit der Phasenbündelung radial fokussiert wird. (Das steht in völligem Gegensatz zu der Arbeitsweise eines üblichen Klystrons, bei dem der Strahl radial defokussiert wird und daher die Anwendung starker magnetischer oder elektrostatischer Fokussierungsfelder erforderlich ist.)

Dies ist aus den Fig. 8 bis 11 zu ersehen, bei denen angenommen ist, daß die Elektronen im Strahl von links nach rechts wandern (wie jeweils durch Pfeil angedeutet) und daß die Spannung zwischen den beiden Triftrohrabschnitten 80 und 82 konstant gehalten ist. Die elektrischen Felder, die sich zwischen den beiden Triftrohrabschnitten erstrecken, üben dann eine konstante Kraft mit konstanter Richtung auf die Strahlelektronen aus. Da diese Felder radiale und axiale Komponenten haben und sich von dem positiven Triftrohrabschnitt zu dem negativen Triftrohrabschnitt erstrecken, sind die Elektronen beim Durchgang durch einen solchen Spalt durch das

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Feld nahe der negativen Seite des Spaltes einer durch die ausgezogenen Feldlinien), bzw. er wird

Radialfokussierung unterworfen und durch das Feld beim Eintritt in den Spalt stark defokussiert und um

in der Nähe der positiven Seite des Spaltes einer einen geringen Betrag beim Verlassen des Spaltes

radialen Defokussierung. fokussiert, wenn die Spannung an dem Spalt von

Wenn die Elektronen durch die Spannung am Spalt 5 einem negativen Wert auf Null wächst (angegeben beschleunigt werden, wie in Fig. 10 gezeigt, so wer- durch die gestrichelten Feldlinien). Die Defokussieden sie beim Eintreten in den Spalt in stärkerem rungswirkung ist am größten, wenn die Spaltspan-Maße gebündelt, als sie beim Verlassen des Spaltes nung während des Spaltdurchtritts des Elektronenentbündelt werden, weil bei der niedrigeren Eintritts- Strahls durch Null geht, da dann der Strahl einer geschwindigkeit die Elektronen den radialen Fokus- io ersten Defokussierung beim Eintritt in den Spalt (gesierungskräften während einer längeren Zeit unter- strichelte Feldlinien) und einer zweiten Defokussieworfen sind als den radialen Defokussierungskräften, rung beim Verlassen des Spaltes (ausgezogene FeIddenen sie bei der höheren Austrittsgeschwindigkeit linien) unterworfen wird.
unterliegen. Fig. 9 zeigt die Verhältnisse, unter denen ein

Des weiteren vermindert die Radialfokussierung 15 Elektronenstrahl radial fokussiert wird, weil das des Strahles bei dessen Eintritt in den Spalt den Potential des Triftrohrabschnittes 82 gegenüber dem Strahldurchmesser und verringert so zusätzlich das des Triftrohrabschnittes 80 mit der Zeit t abnimmt. Defokussieren des Strahles beim Austritt aus dem Ein Elektronenstrahl, der durch den Spalt tritt, wird Spalt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Feld- beim Eintritt in den Spalt stärker fokussiert als beim linien ihre größten Radialkomponenten in der Nähe 20 Verlassen des Spaltes defokussiert, wenn die Spaltder Wandungen der Triftrohrabschnitte haben, so spannung von einem positiven Wert nach Null hin daß, wenn der Strahldurchmesser verringert wird, die abnimmt (angegeben durch die gestrichelten Feld-Elektronen einer geringeren radialen Kraft unterwor- linien), bzw. er wird beim Eintritt in den Spalt um fen sind. Daher hat die in Fig. 10 gezeigte elektro- einen geringeren Betrag defokussiert als beim Verstatische Linse eine ausgeprägte radiale Fokussier- 25 lassen des Spaltes fokussiert, wenn die Spaltspannung wirkung. von Null zu einem negativen Wert hin abnimmt (an-

In ähnlicher Weise wirkt eine elektrostatische gegeben durch die ausgezogenen Feldlinien). Die

Linse, die die Elektronen verzögert (s. dazu Fig. 11), Fokussierungswirkung ist dann am größten, wenn die

auf den Strahl radial fokussierend, da der Strahl beim Spaltspannung während des Spaltdurchtritts des

Eintritt in den Spalt wegen der höheren Geschwindig- 30 Elektronenstrahls durch Null geht, da dann der

keit weniger defokussiert wird, als er beim Austritt Strahl sowohl beim Eintritt in den Spalt (gestrichelte

aus dem Spalt auf Grund der dann niedrigeren Ge- Feldlinien) als auch beim Verlassen des Spaltes (aus-

schwindigkeit fokussiert wird. gezogene Feldlinien) fokussiert wird.

Ist die Spannung an einem Wechselwirkungsspalt Man erkennt, daß Elektronen mit solcher Phasen-

nicht wie vorstehend angenommen konstant, sondern 35 beziehung bezüglich der Spaltspannung, daß sie

ändert sie sich, dann wird der elektrostatischen Lin- durch den Spalt treten, wenn die Spannung darin

senwirkung des Spaltes ein weiterer Effekt überlagert, durch Null geht, entweder die höchste Fokussierung

der von der Änderung der Spannung hervorgerufen oder die höchste Defokussierung erfahren. Wie wei-

wird. Es ist diese überlagerte Wirkung, die zur Auf- ter oben ausgeführt worden ist, werden gemäß der

spreizung des Strahles in einer üblichen Geschwindig- 40 Erfindung alle Elektronen des Strahles zum Bilden

keitsmodulationseinrichtung beiträgt, die bei dem von Bündeln veranlaßt, deren Phasenbeziehung be-

Verfahren gemäß der Erfindung jedoch eliminiert ist. züglich der Spannung an den Wechselwirkungsspal-

Da die für die Arbeitsweise einer Vorrichtung nach ten derart ist, daß sie durch die Spalte bei jedem der

der Erfindung günstige Gleichspannungsfokussierung Nullwerte der Spannung dort hindurchtreten. Es folgt

der Wechselwirkungsspalte in der Fachtechnik wohl- 45 daraus, daß die Elektronen in den Bündeln, die nach

bekannt ist, wird in der folgenden Erörterung nur die der Erfindung gebildet werden, erst durch einen

Wirkung einer an einem Wechselwirkungsspalt anlie- Spalt in solcher Phasenbeziehung zu der dortigen

genden hochfrequenten Wechselspannung auf die Spannung hindurchtreten, daß sie fokussiert werden,

Fokussierung eines Elektronenstrahles behandelt. und durch den nächstfolgenden Spalt in solcher

Es ist gefunden worden, daß, wenn die Span- 50 Phasenbeziehung zu der dortigen Spannung, daß sie

nung an einem Spalt zunimmt, während die Strahl- defokussiert werden. Wie aus der Optik für ein ana-

elektronen hindurchtreten, die Elektronen eine ver- loges Linsensystem mit abwechselnd konvergierenden

bleibende defokussierende Einwirkung erleiden. Um- und divergierenden Linsen bekannt ist, ergibt sich

gekehrt erfahren die Elektronen, wenn die Spannung dabei eine verbleibende Radialfokussierung des

an einem Spalt abnimmt, während sie hindurchtreten, 55 Strahles.

eine verbleibende fokussierende Einwirkung. Das ist Es gibt — neben der in F i g. 1 dargestellten An-

am besten aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, bei Ordnung — viele Ausführungsformen von Vorrich-

denen ebenfalls angenommen ist, daß die Elektronen tungen, die mit der erfindungsgemäßen Phasen- und

jeweils von links eintreten (Pfeil). Radialfokussierung arbeiten.

Fig. 8 zeigt die Verhältnisse, unter denen ein 60 Wenn beispielsweise gemäß Fig. 3 die Stützteile Elektronenstrahl radial defokussiert wird, weil das 90 für die Triftrohrabschnitte erheblich flächenhaft Potential des Triftrohrabschnittes 82 gegenüber dem — kompakter ausgebildet sind als die Stützstäbe 30 des Triftrohrabschnittes80 mit der Zeit* zunimmt. der Fig. 1 und 2, können sie genügend Strom füh-So erfährt der Elektronenstrahl, der durch den Spalt ren, um die Spannungen benachbarter Wechselwirtritt, eine geringe Fokussierung beim Eintritt in den 65 kungsspalte um 180° außer Phase zu bringen (also Spalt und eine starke Defokussierung beim Verlassen gegenphasig zu machen), anstatt phasengleich zu des Spaltes, wenn die Spannung an dem Spalt von sein, wie in Verbindung mit F i g. 1 und 2 beschrie-NuIl auf einen positiven Wert wächst (angegeben ben worden ist. Wenn ein solcher Aufbau gewählt

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^ ^{der halbe}» Periodendauer Q der Anregungen,

Elektronenstrahl zum Durchlaufen des Weges von oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon, so der Mitte eines Spaltes zur Mitte des nächsten Spal- müssen die Hohlraumresonatoren gleichphasig antes eine Zeit benötigt, die gleich einer vollen Peri- 5 geregt werden. Wenn jedoch die genannte Laufzeit odendauer (T) der Anregungsfrequenz oder ein ganz- gleich einer vollen Periodendauer (T) oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist, damit die Phasen- und zahliges Vielfaches davon ist, müssen benachbarte Radialfokussierung nach der Erfindung erfolgt. Die Hohlraumresonatoren um 180° phasenverschoben Abmessung der Stützteile 90 in Strahlrichtung ist angeregt werden. Es ergibt sich, daß jeder Laufzeit dabei relativ unkritisch; entscheidend ist die Impe- w eine passende Phasenbeziehung hinsichtlich der Andanz der Stützteile 90 zwischen der Wand 28 und regung der Resonatoren zugeordnet werden kann, dem zugehörigen Triftrohrabschnitt 92 bei der Anre- um die erfindungsgemäßen entgegengesetzten Wirgungsfrequenz. Da es sich dabei immer um Höchst- kungen in aufeinanderfolgenden Spalten hervorzufrequenzen handelt, spielt der Skin-Effekt eine ent- rufen.

scheidende Rolle; die Dicke der Stützteile 90 ist un- 15 Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad einer

wesentlich. Vorrichtung nach der Erfindung verbessert wird,

Auch braucht eine erfindungsgemäße Vorrichtung wenn die »Wirkung« je Spalte verringert und die

nicht nur einen einzigen Anregungshohlraumresona- Zahl der Spalte vergrößert wird. Das ist klar aus

tor 18 zu besitzen, wie in F i g. 1 dargestellt. Dieser F i g. 12 zu ersehen. In diesem Diagramm ist der

kann vielmehr, wie in Fig.4 gezeigt, durch Quer- 20 Wirkungsgrad auf der Ordinate und die Anzahl der

wände 97 in eine Mehrzahl von Hohlraumresonato- Spalte auf der Abszisse angegeben. Drei Kurven 161,

ren 94, 95, 96 unterteilt sein. Es ergibt sich daraus, 162 und 163 sind dargestellt, jede für einen anderen

daß mit jedem Wechselwirkungsspalt ein getrennter Wirkungswert je Wechselwirkungsspalt. Die Wirkung

Hohlraumresonator verbunden ist. Um das erfin- eines Spaltes ist direkt proportional der Amplitude

dungsgemäße Verfahren anzuwenden, müssen alle 25 der an ihm liegenden Spannung. Die Wirkung eines

diese Hohlraumresonatoren mit der Anregungsfre- Spaltes kann als Verhältnis dieser Amplitude zur

quenz angeregt werden. Wenn die Triftrohrlänge Strahlgleichspannung ausgedrückt werden, welches

derart gewählt ist, daß der unmodulierte Elektronen- Verhältnis auch »Bündelungsparameter« genannt

strahl für den Weg von Spaltmitte zu Spaltmitte eine wird. Bei der ersten Kurve 161 ist der Bündelungs-

halbe Periodendauer (ξ) der Anregungsfrequenz ³° P⁸™™⁵** °>⁴ (^mit anderen Worten, die Amplitude 1.2/ 5 6 1 (j_er Spaltspannung betragt vier Zehntel der Strahloder ein ungeradzahliges Vielfaches davon benötigt, gleichspannung). Bei der zweiten Kurve 162 ist der müssen die Hohlraumresonatoren gleichphasig ange- Bündelungsparameter 0,3 und bei der dritten Kurve regt werden. Der erste Hohlraumresonator 94 wird 163 beträgt er 0,2.

über eine Einkoppelschleife 98 angeregt. Die übrigen 35 Aus der Kurve 161 ist ersichtlich, daß bei einem Hohlraumresonatoren sind mittels interner Koppel- Bündelungsparameter von 0,4 der maximale Wirschleifen 99 jeweils gleichphasig gekoppelt. kungsgrad von etwa 68% mit sieben Wechselwir-

Ein weiteres, der F i g. 4 ähnliches Ausführungs- kungsspalten erreichbar ist. Ähnlich ist bei der Kurve beispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Hier sind die Trift- 162 der maximale Wirkungsgrad von etwa 70% mit rohrabschnitte 100 von solcher Länge, daß ein un- 40 entweder neun oder zehn Spalten erreichbar, und bei modulierter Elektronenstrahl den Weg von Spalt- der Kurve 163 ergibt sich der maximale Wirkungsmitte zu Spaltmitte in einer Zeit zurücklegt, die gleich grad von etwa 76% mit fünfzehn Spalten,
einer vollen Periodendauer (/) der Anregungsfrequenz Aus Fig. 12 ist ferner ersichtlich, daß für jede oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist. Eine Kop- vorgegebene Strahlgleichspannung und jede vorgepelschleife 102 zwischen benachbarten Hohlraum- 45 gebene Anregungsleistung sich eine bestimmte Anresonatoren 104, 106 koppelt diese derart, daß die zahl von Wechselwirkungsspalten für den maximalen Spannungen darin um 180° zueinander phasenver- Wirkungsgrad ergibt. Des weiteren kann der Schluß schoben sind. Es ist ersichtlich, daß auch so nach gezogen werden, daß der beste Wirkungsgrad erzielt dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet werden wird, wenn das Produkt aus der Zahl der Wechselkann. 50 wirkungsspalte und dem Bündelungsparameter an-

In F i g. 7 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel nähernd gleich drei ist; mit anderen Worten, höchste einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Bündelung wird erreicht, wenn die Elektronen auf-Diese Vorrichtung ist ähnlich der nach den F i g. 4 einanderfolgenden Spaltspannungen unterworfen und 5, indem die Triftrohrabschnitte 110, 111, 112, werden, deren Amplitudensumme annähernd das 113 tragende Querwände 114 vorgesehen sind, die 55 Dreifache der Strahlgleichspannung ausmacht. Es jeweils einen Hohlraumresonator 115, 116, 117, 118 scheinen somit Spaltspannung, Strahlgleichspannung je Wechselwirkungsspalt 119, 120, 121, 122 abtren- und Zahl der Wechselwirkungsspalte in Beziehung nen. Die Hohlraumresonatoren sind hier aber nicht zueinander zu stehen, so daß, wenn zwei dieser untereinander gekoppelt, sondern es wird statt dessen Größen gegeben sind, die andere für den besten Wirjeder für sich durch eine Koppelschleife 123, 124, 60 kungsgrad berechnet werden kann.
125,126 angeregt. Demgemäß können die Triftrohr- Der gemäß der Erfindung gebündelte (paketierte) abschnitte von jeder gewünschten Länge sein, wenn Strahl kann auf verschiedene Weise nutzbar gemacht nur die Hohlraumresonatoren in der richtigen Pha- werden. Beispielsweise (s. Fig. 1) kann der gebünsenlage angeregt werden, um die erfindungsgemäße delte Strahl benutzt werden, um einen Ausgangshohl-Wirkung bei aufeinanderfolgenden Wechselwirkungs- 65 raumresonator 20 anzuregen, der auf die doppelte spalten zu erhalten. Ist beispielsweise für einen un- Anregungsfrequenz abgestimmt ist. Denn beim Bemodulierten Elektronenstrahl die für den Weg von trieb einer Vorrichtung nach der Erfindung ergeben Spaltmitte zu Spaltmitte erforderliche Laufzeit gleich sich jeweils zwei Elektronenbündel für jede Periode

der Anregungsfrequenz. Wenn daher der modulierte Strahl einer Vorrichtung nach der Erfindung durch den Spalt 40 des Ausgangsresonators 20 tritt, wird wie bei einem üblichen Klystron Energie von dem modulierten Strahl in den Ausgangsresonator 20 gekoppelt und kann von dort durch eine übliche Auskoppelschleife entnommen werden.

In ähnlicher Weise kann der gemäß der Erfindung modulierte Elektronenstrahl wie der Elektronenstrahl eines üblichen Klystrons verwendet werden, das ge- ίο eignet ist, mit der zweifachen Anregungsfrequenz zu arbeiten; mit anderen Worten (s. dazu Fig. 1), der Hohlraumresonator 18 kann als der erste Hohlraumresonator eines Klystrons aufgefaßt werden, der geeignet ist, bei der doppelten Anregungsfrequenz zu arbeiten. Einer oder mehrere weitere Zwischenresonatoren (nicht dargestellt) können noch zwischen dem Hohlraumresonator 18 und dem Ausgangsresonator 20 vorgesehen sein, um die in dem Hohlraumresonator 18 nach der Erfindung erzeugten Bündel noch stärker zu bündeln. Die Leistungsentnahme aus dem Strahl erfolgt dann aus dem Ausgangsresonator 20, wie oben beschrieben.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung kann auch so ausgebildet werden, daß verstärkte Leistung bei der Anregungsfrequenz erhalten wird, wie aus den F i g. 13 und 14 ersichtlich ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 hat der letzte Triftrohrabschnitt 24' des Hohlraumresonators 18 eine derartige Länge, daß ihm der unmodulierte Elektronenstrahl in einer

Viertelperiode i-^-j der Anregungsfrequenz (oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon) durchläuft. Der Grund für diese Abänderung der Länge des Triftrohrabschnittes 24' (Viertelperiode Triftzeit statt halbe Periode, wie sie durch die vorhergehenden Triftrohrabschnitte in F i g. 13 erzielt wird) besteht darin, daß die Bündel den Spalt 44 im Bereich der Nullstellen der Spaltspannung durchlaufen, wie in Verbindung mit F i g. 6 auseinandergesetzt worden ist. Durch die Versetzung des Spaltes 45 so weit, daß er gegenüber dem Spalt 44 um eine Viertelperiode (90°) phasenverschoben wirkt, durchlaufen die Bündel den Spalt 45 im Bereich der Amplituden der Spaltspannung und werden so einer Höchstbeschleunigung oder -verzögerung unterworfen. So werden durch den letzten Spalt 45 des Hohlraumresonators 18 die einen Elektronenbündel beschleunigt und die anderen verzögert, mit der Tendenz, die alternierend aufeinanderfolgenden Bündel zu verschmelzen; mit anderen Worten, die Wirkung des letzten Wechselwirkungsspaltes 45 besteht darin, daß »die Bündel zusammengebündelt« werden. Solche gebündelten Bündel können dann benutzt werden, um einen Ausgangsresonator 170 mit der Anregungsfrequenz zum Schwingen zu bringen. Aus dem so modulierten Strahl wird — wie bei einem üblichen Klystron — die Leistung in den Ausgangsresonator über den Spalt 171 ausgekoppelt und kann dem Ausgangsresonator mittels einer üblichen Koppelschleife 172 entnommen werden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 entspricht der Hohlraumresonator 18 dem von F i g. 1. Der modulierte Strahl durchläuft hier noch einen Zwischenhohlraumresonator 180, der auf die Anregungsfrequenz abgestimmt ist, und einen Ausgangsresonator 181, wonach er in einen Kollektor 14 eintritt. Der Zwischenhohlraumresonator 180 wird mittels einer Koppelschleife 182 mit der Anregungsfrequenz und gleichphasig zum Hohlraumresonator 18 betrieben, in welchem Falle der Triftrohrabschnitt eine solche Länge besitzt, daß ein unmodulierter

(T\

Anregungsfrequenz (oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon) durchläuft. Wenn der Zwischenhohlraumresonator nicht gleichphasig zum Hohlraumresonator 18 betrieben wird, muß eine entsprechende Änderung in der Länge des Triftrohrabschnittes 183 vorgenommen werden, um die richtige Phasenlage in dem Spalt 184 zu erzielen. Der Wechselwirkungsspalt des Zwischenhohlraumresonators 180 dient — ähnlich dem Wechselwirkungsspalt 45 der Fig. 13 — dazu, die in dem Hohlraumresonator 18 erzeugten Bündel zu bündeln. Die gebündelten Bündel treten dann in den Ausgangshohlraumresonator ein, der auf die Anregungsfrequenz abgestimmt ist. Dem so modulierten Elektronenstrahl wird die Leistung über den Wechselwirkungsspalt 185 des Ausgangsresonators 181 wie bei einem üblichen Klystron entnommen und mittels der Koppelschleife 186 einem Verbraucher zugeführt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Dichtemodulation eines Strahls geladener Teilchen mittels vorangehender Geschwindigkeitsmodulation, bei dem der zunächst homogene Strahl mittels einer zugeführten Anregungsfrequenz einer Geschwindigkeitsmodulation an mehreren aufeinanderfolgenden, durch Triftrohrabschnitte voneinander getrennten Wechselwirkungsspalten unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen an aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsspalten durch die jeweils anliegende Hochfrequenzspannung abwechselnd beschleunigt (verzögert) und verzögert (beschleunigt) werden und daß die am ersten Wechselwirkungsspalt bewirkte Geschwindigkeitsmodulation halb so groß ist wie die an den nachfolgenden Wechselwirkungsspalten — von dem letzten Wechselwirkungsspalt abgesehen — jeweils mit gleicher Stärke bewirkte Geschwindigkeitsmodulation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Geschwindigkeitsmodulation an einem Wechselwirkungsspalt um etwa 180° phasenverschoben gegenüber der Geschwindigkeitsmodulation am darauffolgenden Wechselwirkungsspalt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am letzten Wechselwirkungsspalt bewirkte Geschwindigkeitsmodulation halb so groß ist wie die an den vorhergehenden Wechselwirkungsspalten — von dem ersten Wechselwirkungsspalt abgesehen — jeweils bewirkte Geschwindigkeitsmodulation.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsspalte einem auf die Anregungsfrequenz abgestimmten Hohlraumresonator zugeordnet sind (Fig. 1 bis 3, 13).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere auf die Anregungsfrequenz abgestimmte Hohlraumresonatoren vor-

gesehen sind, von denen jeder einem der Wechselwirkungsspalte zugeordnet ist (F i g. 4, 5, 7).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumresonatoren alle gleichphasig angeregt sind (F i g. 4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren um 180° phasenverschoben (gegenphasig) angeregt sind (Fig. 5).

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Triftrohrabschnitte von metallischen Stäben gehaltert sind, die sich von der Innenwand des Hohlraumresonators radial nach innen erstrecken (Fig. 2).

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triftrohrabschnitte von flächenhaften, kompakten, metallischen Teilen gehaltert sind, die sich von der Innenwand des Hohlraumresonators radial nach innen erstrecken

und derart ausgebildet sind, daß in aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsspalten die anliegenden Hochfrequenzspannungen um etwa 180° phasenverschoben sind (Fig. 3).

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der letzte Wechselwirkungsspalt halb so breit sind wie die übrigen Wechselwirkungsspalte.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Ausgangsresonator, der auf die doppelte Anregungsfrequenz abgestimmt ist (F i g. 1).

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen auf die Anregungsfrequenz abgestimmten Ausgangsresonator und dadurch, daß der dem Ausgangsresonator vorangehende letzte Wechselwirkungsspalt um eine Viertelperiode der Anregungsfrequenz phasenverschoben wirkt (F i g. 13).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 909 507/1253