DE1489155B2 - Zyklotron mit einer in seinem zentralbereich angeordneten in axialer richtung wirksamen blende fuer ein teilchenbuendel - Google Patents

Description

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wichtig, daß die Bahnen der Teilchen mit der glei- eines Zyklotrons an Hand der Zeichnung näher er-

chen Phase in einem Punkt an der Stelle des betref- läutert.

fenden Bildpunktes fokussiert werden, während die Dabei zeigt die Zeichnung eine Draufsicht auf den

Bahnen der Teilchen anderer Phasen an dieser Stelle für ein gutes Verständnis der Erfindung notwendigen

eine gewisse Ausdehnung haben. Zu diesem Zweck 5 Zentralbereich des Zyklotrons,

ist es notwendig, daß wenigstens eine Anzahl der In der Zeichnung bezeichnet! eine der »Dee«-

Teilchen die Quelle unter einem Winkel zur Median- Elektroden. Die zweite Elektrode 2 ist auf bekannte

ebene verläßt. Bei einer nahezu punktförmigen Weise als »Dummy-Dee« ausgebildet. Zwischen den

Quelle ist dies meistens bereits der Fall. Wird jedoch beiden Elektroden ist auf nicht dargestellte Weise

eine punktförmige Quelle benutzt, die ein nahezu io eine Wechselspannungsquelle eingeschaltet,

paralleles Bündel liefert, so muß die Quelle derart Die zu beschleunigenden Teilchen werden in der

angeordnet werden, daß das Bündel einen Winkel Mitte injiziert. Die spiralförmige Bahn3 eines dieser

mit der Medianebene macht. Ein weiterer Vorteil ist Teilchen ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet,

noch der, daß auf diese Weise ein Impulsteilchen- Im Zentralbereich befindet sich eine Blende 4, die

strom mit sehr kurzer Impulsdauer entsteht. 15 einen Spalt besitzt, der parallel zur Mittelebene, die

Die Blende wird auch die Teilchen durchlassen, in die Zeichnungsebene fällt, verläuft und zu der deren Bahnen sehr nahe an der Medianebene liegen, Mittelebene symmetrisch liegt. Nach der Zeichnung unabhängig von ihrer Phase gegenüber der Phase des befindet sich die Blende in der vierten Kreisbahn, elektrischen Hochfrequenzfeldes. Um diese Teilchen Der Spalt hat eine axiale Abmessung von z. B. 1 mm. abzufangen, ist vorzugsweise in dem Zentralbereich 20 Weiter ist ein Körper 5 vorgesehen, der in der zweides Zyklotrons symmetrisch zur Mittelebene ein Kör- ten Kreisbahn liegt. Er besteht z. B. aus Graphit und per vorgesehen, der annähernd die gleichen axialen hat eine axiale Abmessung von etwas mehr als 1 mm. und radialen Abmessungen wie der Spalt in der Ist die Frequenz der Spannung der Elektrode z. B. Blende hat. Zwar hält dieser Körper auch eine An- 20 MHz, so daß eine Kreisbahn in 50 nsec durchlau*- zahl der Teilchen mit der gewünschten Phase zurück, 25 fen wird, und ist die Blende derart ausgebildet, daß aber diese Anzahl kann bei einer richtigen Anord- lediglich Teilchen in einem Phasenbereich von 3,6° nung des Körpers gegenüber der Blende, d. h. in durchgelassen werden, so ist die Impulsbreite des einem nicht zu kleinen Abstand von der Blende sehr Bündels 0,5 nsec. Es sei noch bemerkt, daß bei Abgering gehalten werden. Wesenheit der Blende Teilchen in einem Phasenbe-

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel 30 reich von z.B. 60° beschleunigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 . . . dehntes Bündel. Es ist sogar möglich, daß Bündel, ρ .. , , welche eine verschiedene Anzahl von Kreisbahnen .Patentansprüche: beschrieben haben, sich überlappen. Bei einem sol chen Zyklotron ist es infolge der kontinuierlichen

1. Zyklotron, in dessen Zentralbereich eine in 5 Ausdehnung praktisch unmöglich, Teilchen mit einer axialer Richtung wirksame Blende angeordnet ist, gut definierten Energie zur Verfügung zu haben.

die einen eine endliche Ausdehnung in radialer Es ist jedoch in bestimmten Fällen erwünscht, be-

Richtung aufweisenden und mit seinen Längssei- schleunigte Teilchen zur Verfügung zu haben, die inten parallel und symmetrisch zur Mittelebene des folge der verschiedenen Anzahl der von ihnen durchZyklotrons verlaufenden Spalt aufweist, der io laufenen Kreisbahnen diskrete Energien haben und außerhalb der ersten Teilchenumlaufbahn von dadurch leicht getrennt werden können. Dies ist einem Bündel der zu beschleunigenden Teilchen wichtig zum Extrahieren eines Bündels mit scharf dedurchsetzt wird, wobei das Bündel in axialer finierter Energie.

Richtung im Beschleunigungsfeld elektrisch fo- Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Zyklo-

kussiert wird und die axiale Fokussierung von 15 tron so auszubilden, daß nur Teilchen in einem beder Phase der Teilchen des Bündels in bezug auf stimmten beschränkten Phasenbereich zur weiteren die Phase des Beschleunigungsfeldes abhängig ist, Beschleunigung gelangen.

dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe Die Erfindung gründet sich dabei auf die nachfol-

des Spaltes der Blende (4) in axialer Richtung gende Erkenntnis: In dem Zentralbereich eines Zywesentlich kleiner als die axiale Ausdehnung des 20 klotrons, d. h. dem Bereich, dessen Mittellinie etwa Bündels und die Ausdehnung des Spaltes in ra- gleich dem Abstand zwischen den Polschuhen in der dialer Richtung im wesentlichen gleich der radia- Mitte ist, trägt die elektrische Fokussierung am meilen Ausdehnung des Bündels ist. sten zu der axialen Fokussierung bei. Außerhalb des·

2. Zyklotron nach Anspruch 1, dadurch ge- Zentralbereichs nimmt der Einfluß der elektrischen kennzeichnet, daß in seinem Zentralbereich in 35 Fokussierung ab und der der magnetischen Fokussienicht zu kleinem Abstand von der Blende (4) ein rung nimmt zu. Die elektrische Fokussierung stammt einen Teil des Bündels abfangender Körper (5) von zwei Effekten. Der erste Effekt ist phasenunmit annähernd den gleichen axialen und radialen empfindlich und vertritt die ordentliche Linsenwir-Abmessungen wie denen des Spaltes der Blende kung bei einem Elektrodensystem, das durch die (4) symmetrisch zur Mittelebene angeordnet ist. 30 Elektroden gebildet wird. Der zweite Effekt hängt

von der Phase der Teilchen gegenüber der Hochfrequenzspannung an den Elektroden ab und dieser Ef-

_____ fekt ist für die elektrische Fokussierung der wichtig

ste Teil. Die elektrische Fokussierung tritt jeweils 35 ein, wenn die Teilchen den Spalt zwischen den Elektroden passieren, und er kann theoretisch durch eine

Die Erfindung betrifft ein Zyklotron, in dessen Kombination von Linsen dargestellt werden. Eine Zentralbereich eine in axialer Richtung wirksame Anzahl dieser Kombinationen von Linsen von auf-Blende angeordnet ist, die einen eine endliche Aus- einanderfolgenden Passagen der Teilchen längs des dehnung in radialer Richtung aufweisenden und mit 40 Spaltes bilden ein Linsensystem, wobei die Teilchenseinen Längsseiten parallel und symmetrisch zur Mit- quelle als Gegenstand gedacht werden kann. Die telebene des Zyklotrons verlaufenden Spalt aufweist, Stelle, wo gemäß dieser Darstellung das Bild erhalten der außerhalb der ersten Teilchenumlaufbahn von wird, ist jedoch abhängig von der Phase der Teilchen einem Bündel der zu beschleunigenden Teilchen gegenüber der Phase des elektrischen Hochfrequenzdurchsetzt wird, wobei das Bündel in axialer Rieh- 45 feldes. Infolgedessen fallen die Bildpunkte für diejetung im Beschleunigungsfeld elektrisch fokussiert nigen Teilchen, die endgültig die in der radialen wird und die axiale Fokussierung von der Phase der Richtung kontinuierliche Ausdehnung des Bündels Teilchen des Bündels in bezug auf die Phase des Be- herbeiführen oder in anderen Worten, für diejenigen schleunigungsfeldes abhängig ist. Teilchen, welche nach der gleichen Anzahl von

Bei bekannten Zyklotronen dieser Art hängt die 50 Kreisbahnen bis zu verschiedenen Energien beschleu-Beschleunigung der Teilchen von der Phase des nigt wurden, nicht zusammen.

Hochfrequenzfeldes an den Elektroden zu dem Zeit- Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe bei einem

punkt, zu dem das Teilchen die Quelle verläßt oder Zyklotron der eingangs genannten Art dadurch, daß mit anderen Worten von der Phase der Teilchen ge- die Höhe des Spaltes der Blende in axialer Richtung genüber der des Hochfrequenzfeldes ab. Eine Anzahl 55 wesentlich kleiner als die axiale Ausdehnung des der von der Quelle stammenden Teilchen wird gar Bündels und die Ausdehnung des Spaltes in radialer nicht beschleunigt, da diese Teilchen beim Passieren Richtung im wesentlichen gleich der radialen Ausdes Spaltes zwischen den Elektroden gerade einer dehnung des Bündels ist.

entgegenwirkenden Kraft ausgesetzt sind. Die Phasen Abgesehen von den Teilchen, deren Bahnen sehr

der beschleunigten Teilchen liegen in einem be- 60 nahe an der Medianebene liegen, werden durch stimmten Phasengebiet entgegengesetzt zu der Phase diese Blende lediglich diejenigen von einer punktfördes elektrischen Hochfrequenzfeldes. Während der migen Quelle ausgehenden Teilchen durchgelassen, Beschleunigung werden innerhalb eines Phasenberei- die an der Stelle der Blende ihren Bildpunkt haben, ches liegende Teilchen nach einer gleichen Anzahl Da dies lediglich für Teilchen der Fall ist, die innervon Kreisbahnen bis zu verschiedenen Energien be- 65 halb eines sehr kleinen Phasenbereichs liegt, entsteht schleunigt und da in dem Zyklotron die radiale Stelle ein Bündel beschleunigter Teilchen, die nach einer eines Teilchens von seiner Energie abhängig ist, ent- bestimmten Anzahl von Kreisbahnen eine scharf desteht ein in radialer Richtung kontinuierlich ausge- finierte Energie liefern. Für diese Wirkung ist es