DE1491358A1 - Device for phase focusing of charged particles - Google Patents

Device for phase focusing of charged particles

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DE1491358A1 DE19641491358 DE1491358A DE1491358A1 DE 1491358 A1 DE1491358 A1 DE 1491358A1 DE 19641491358 DE19641491358 DE 19641491358 DE 1491358 A DE1491358 A DE 1491358A DE 1491358 A1 DE1491358 A1 DE 1491358A1
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Description

14913551491355

DR. ING. ERNST MAIER PATENTANWALTDR. ING. ERNST MAIER PATENT Attorney

MÜNCHEN 22MUNICH 22

WIDENMAYER8TB.4 .TELEFON 222530WIDENMAYER8TB.4. TELEPHONE 222530

17 JAR 196417 JAR 1964

A 764A 764

Firma KABUSHIKI KAISHA HITACHI SETSAKtJSHO, 4, 1-Ohorne,Company KABUSHIKI KAISHA HITACHI SETSAKtJSHO, 4, 1-Ohorne,

Marunouchi, Chiyoda-Ku, Tokyo-To/Japan "Marunouchi, Chiyoda-Ku, Tokyo-To / Japan "

Vorrichtung sur Phasenfokußsierung von geladenenDevice sur live focusing of charged

Teilchen (Klystron)Particle (klystron)

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Phaeenfokuseierung mit Seechwindigkeitsmodulation zur Verwendung in dem einen Teil eines Zraeugers energiereicher geladener Teilchen, wie z.B. eines Elektronen-Linearbeeohleunigere. Im besonderen lat die Erfindung auf eine Vorrichtung aur Phasen« fokussierung geladener Teilchen von MlniaturgröiSe mit besonders vorteilhaften Merkmalen gerichtet. The invention relates to devices for phase focusing with sea velocity modulation for use in one part of a disruptor of high-energy charged particles, such as an electron linear accelerator. In particular, the invention is directed to a device for phase focusing charged particles of miniature size with particularly advantageous features.

Im allgemeinen sind die herkömmlichen Vorrichtungen zur Phaeenfokuaeierung mit Ueaohwindigkeiteinodulation von der Art, bei «eloher eine üesonwindigkeitamodulation inIn general, the conventional devices for Phase focusing with speed modulation from the Art, with «eloher a speed modulation in

811/0938811/0938

Sparfciue Sdirombera Bankhaut Paul Kapff,Slutteart PoiUdiedc. Stuitaart 73291 Möndien 153841 Telegrammadresie. Pafents»nTiP"'-'Sparfciue Sdirombera Bankhaut Paul Kapff, Slutteart PoiUdiedc. Stuitaart 73291 Möndien 153841 Telegram tresie. Pafents »nTiP"' - '

U91358U91358

konzentrierter Weise mit Hilfe eines Steuerspaltee einem ötrahl geladener Teilchen mitgeteilt wird, welcher einer Phasenfokussierung mit Hilfe eines feldfreien Raumes unterzogen wird, der gewöhnlich als Laufzeitröhre bzw» Triftröhre bezeichnet wird, und ferner von der Art, bei welcher hochfrequente, elektromagnetische l/ellen, die eine Geschwindigkeitsmodulation in einer im wesentlichen kontinuierlichen V/eise in einem bestimmten Bahnintervall el- ^ nem Strahl geladener Teilchen mitteilen, vorgesehen sind und gleichzeitig eine Phasenfokuaaierung bewirkt wird·concentrated way with the help of a control column an oil-charged particle is communicated, which one Phase focusing using a field-free space which is usually called a transit time tube or »drift tube is referred to, and also of the type in which high-frequency, electromagnetic l / ellen, the one Speed modulation in an essentially continuous V / eise in a certain orbit interval el- ^ communicate with a beam of charged particles, are provided and at the same time a phase focusing is effected

Die Erfindung liefert die gleichen wirksamen Ergebnisse bei der Anwendung auf jeden der beiden obigen Fälle, jedoch 1st die nachfolgende Beschreibung zur Erläuterung der Erfindung in der Hauptsache auf die ersterwähnte Bauform der Vorrichtung gerichtet. Ferner ist, obwohl eine Vielzahl von Kombinationen, von denen jede einen Oteuerspalt und eine Triftröhre aufweist, längs der Bahn der geladenen Teilchen angeordnet werden kann, der Fall zweier solcher Kombinationen, welcher als leicht durchführbar betrachtet wird und gleichzeitig einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad ergibt, in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt. Außerdem wird, obwohl ea möglich ist, verschiedene Arten von geladenen 'fellchen und verschiedene Arten von Besohleunigungsvorrichtungen zu verwenden, zur Erläuterung der Fall eines Blektronen-Linearbesohleunigers beschrieben«The invention provides the same effective results when applied to either of the above two cases, however If the following description to explain the invention is mainly based on the first-mentioned design the device directed. Furthermore, although a multitude of combinations, each of which has a tax gap and a drift tube along the path of the charged particles can be placed, the case of two such Combinations that are considered easy to implement and at the same time have a relatively high degree of efficiency results, shown in the accompanying drawings. Also, while ea is possible, different types of loaded skins and various types of acceleration devices to use, to explain the case of a tin electron linear accelerator described «

■■■'■'" ;---.''-O<Hä 909811/0938 BAOORIGiNAL■■■ '■'";---.''- O <Hä 909811/0938 BAOORIGiNAL

Aufgabe der Erfindung let die Sohaffung einer Vorrichtung but Phasenfokusaierung von geladenen Teilohen von verhältnismäßig einfacher Bauari und Miniaturgröße, die hinsichtlich dee Raumbedarfs und der Wirtschaftlichkeit vorteilhaft ist. The object of the invention let the Sohaffung a device but Phasenfokusaierung of charged Teilohen of relatively simple Bauari and miniature size with respect dee space requirement and efficiency is advantageous.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Sohaffung einer Vorrichtung der erwähnten Art, welche für einen weiten Anwendungsbereich wirksam verwendet «erden kann« g Can be a further object of the invention is the Sohaffung a device of the type mentioned which effectively used for a wide scope "earth" g

Gegenstand der Erfindung ist daher im wesentlichen eine Vorrichtung zur Phaaenfokuseierung geladener Teilchen mit einer quelle geladener Teilohen, einem Hochspannungs-Impulsübertrager, durch welchen die geladenen Teilohen von der Teilchenquelle in einer Bahn gerichtet werden, und einer Einrichtung eur Phasenfokusslerung der so geriohten geladenen Teilohen mit Hilfe von hochfrequenten Srregerweilen, wobei sich die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß ein Teil oder die f gesamte hochfrequente 3rre&erwellenenergie von einer entsprechenden quelle über ein koaxiales Kabel geliefert wird, welches um den Hoohepannunga-lmpulsUbertrager herumgewickelt ist. The object of the invention is therefore essentially a device for phase focusing of charged particles with a source of charged parts, a high-voltage pulse transformer through which the charged parts are directed from the particle source in a path, and a device for phase focusing the charged parts in this way is delivered from a source via a coaxial cable from the high-frequency Srregerweilen, with the device according to the invention essentially differs in that a part or the whole high frequency f 3rre & erwellenenergie which is wound around the Hoohepannunga-lmpulsUbertrager.

Das tVesen, die Prineipien und die Kineelheiten der ErfindungThe essence, principles, and details of the invention

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ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung für den Fall, bei welchem als geladene Teilchen Elektronen verwen- -det. werden» In Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, und zwar zeigen:result from the following description for the case in which electrons are used as charged particles. are »In connection with the accompanying drawings, in which like parts have the same reference numerals are designated, namely show:

Fig· 1 ein vereinfachtes Schaltbild zur Beschreibung des Arbeitsprinssips der erfindungsgemäOen Vorrichtung und1 shows a simplified circuit diagram for describing the working principle of the invention Device and

Flg. 2 ein Schaltbild, teilweise in Blockform» welches die Zusammensetzung und die Anordnung einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung zeigt.Flg. 2 a circuit diagram, partly in block form »which shows the composition and arrangement of a preferred embodiment of the invention.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird ein Elektronenstrahl 1 von einem Strahlerzeuger ausgesandt, dessen Gehäuse mit 5a bezeichnet 1st« Der Elektronenstrahl tritt aufeinanderfolgend durch einen ersten Hohlraum 3t eine erste Triftröhre 9, einen zweiten Hohlraum 10 und eine zweite Triftröhre 11 hindurch. Für die verschiedenen Qröüen dieser Vorrichtung wurden die nachfolgenden Bezeichnungen gewählt. Die Elektronen werden mit einer Injektlonsspannung Vo und einer Injektionsgesohwindlgkeit V00 injiziert. Der erste Hohlraum 8 hat einen Koppelepalt G1, in welchem eine hochfrequente Spannung mit der Amplitude V1 erregt wird, während der zweite Hohlraum einen Koppelspalt G2 nat» in welchem eine hochfrequente Spannung mit der Amplitude V«As is apparent from Fig. 1, an electron beam 1 is emitted by a beam generator, the housing having 5a designates 1st "The electron beam passes successively through a first cavity 3 t a first drift tube 9, a second cavity 10 and a second drift tube 11 therethrough. The following designations have been chosen for the various Qröüen of this device. The electrons are injected with an injection voltage Vo and an injection velocity V 00. The first cavity 8 has a coupling gap G 1 in which a high-frequency voltage with the amplitude V 1 is excited, while the second cavity has a coupling gap G 2 nat " in which a high-frequency voltage with the amplitude V"

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erregt wird. Der Spalt G1 hat einen Mittelpunkt P und einen Spaltkopplungekoeffisienten ^1, während der Spalt G2 einen Mittelpunkt P1 und einen Spaltkopplungskoeffi2ienten??2 hat· Sie Phasenfoku»eierung oder Ballung soll an einem Punkt P2 stattfinden. Die Punkte P und P1 sind voneinander durch einen Abstand I1 getrennt, während die Punkte P1 und P2 durch einen Abstand Ig getrennt sind.is excited. The gap G 1 has a center point P and a gap coupling coefficient ^ 1 , while the gap G 2 has a center point P 1 and a gap coupling coefficient ?? 2 has phase focusing or agglomeration should take place at a point P 2. Points P and P 1 are separated from each other by a distance I 1 , while points P 1 and P 2 are separated by a distance Ig.

Das Ballungsmaa X1 für den ersten Hohlraum 8 und das BaI-lunganaß X2 für den swelten Hohlraum 10 ist dann durch die folgenden Gleichungen gegebenιThe conglomeration X 1 for the first cavity 8 and the ball lunganaß X 2 for the swelten cavity 10 is then given by the following equations

wobei:whereby:

IssEat

C 1st die Lichtgeschwindigkeit; C is the speed of light;

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2lf .χ ψΐ- und2lf .χ ψΐ- and

βοβο

iQ2 ~ sie t χ ^-i i Q2 ~ they t χ ^ -i

wobei f die Frequenz der hochfrequenten Srregerwelle iet.where f is the frequency of the high frequency exciter wave.

Für die Wahl der i/erte von X1, Xg t V1 und Vg wurde in dem japanischen Patent ····..···.· (japanische Patentanmeldung 10 636/1962) gemacht, gemäß welchem die Wahl entsprechend ^- ^p· ■■ 0,1 ρ X1 .* T£ * Xg * ~2~ ^11111 anderenFor the choice of the values of X 1 , Xg t V 1 and Vg was made in the Japanese patent ···· .. ···. · (Japanese patent application 10 636/1962), according to which the choice corresponding to ^ - ^ p · ■■ 0.1 ρ X 1. * T £ * Xg * ~ 2 ~ ^ 11111 others

f2 Bedingungen dem Optimum nahe liegt und es möglich ist, f 2 conditions is close to the optimum and it is possible am Punkt P etwa 90 $ der vom Strahlerzeuger gelieferten Elektronen innerhalb £ 0,1Tt Radian in der Nähe eines bestimmten Phasenwinkels zusammenzuballen·at point P about 90 $ of the electrons supplied by the beam generator within £ 0.1Tt radians in the vicinity of a certain phase angle

Bei den meisten ^lektronen-Linearbeschleunigern wird die mittlere Elektronengeschwindigkeit v#0 am Eingang der Beaohleunigungaröhre (die in Fig· 1 gezeigte Stellung Pg) so gewählt, daß sie etwa 0,5 O beträgt, und zwar aus Gründen der leichteren baulichen Gestaltung und der Wirtschaftlichkeit. Dementsprechend kann in dem Falle, in welchem die Elektronen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 C vom Strahlerzeuger 3 injiziert werden, die entsprechendeIn most of the electron linear accelerators, the mean electron velocity v # 0 at the entrance of the Beaoh accelerating tube (the position Pg shown in FIG Economics. Accordingly, in the case where the electrons are injected at a speed of 0.5 C from the gun 3, the corresponding one can be used

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

- 7 -Injektlonaapannung als V0 * 80 KV betrachtet werden.- 7 injection voltage can be regarded as V 0 * 80 KV.

Einerseits werden die Werte der Amplituden V1 und V2 ge· wohnlich ao gewählt, daß die BedingungOn the one hand, the values of the amplitudes V 1 and V 2 are chosen to suit the condition

^ 0,3 V^ 0.3V

befriedigt iet, um eine wirksame Geschwir.di.jkeitsmodulation zu erzielen und außerdem zu verhindern, daß die Elektronen am Punkt F2 eine Übermäßige aeschwlndigkeltsdiepersion erfahren.It is satisfactory to achieve effective velocity modulation and also to prevent the electrons at point F 2 from experiencing excessive swirling dispersion.

Wenn beispielsweise diese Amplituden bo gewühlt sind, daß £ tf ι V1 * 2 KV und £ ^ 2V2 * 20 KV (wobei angenommen wird, daß if= 0,8 und VQ » 80 KV), wird eine Bauform, wie durch die nachfolgenden tferte angegeben, durch einfache Bereohnungen möglich.If, for example, these amplitudes bo are chosen that £ tf ι V 1 * 2 KV and £ ^ 2 V 2 * 20 KV (it is assumed that if = 0.8 and V Q »80 KV), a design such as indicated by the following dates, possible through simple reunings.

X1 «Te, X2 X 1 «Te, X 2

2 KV; <^?2V2 " 20 KV 2 KV; <^? 2 V 2 " 20 KV

0ΟΛ » 80Tc, Z1 - 20 λ (wobei Λ die 0 ΟΛ »80Tc, Z 1 - 20 λ (where Λ is the

Wellenlänge der hochfrequenten .Velle im freien Raum iat)L Wavelength of the high-frequency wave in free space iat) L

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BAD ORIGINAL·BATH ORIGINAL

U91358 - β - U91358 - β -

0Ο2 - 47C , /2 - Λ . 0 Ο2 - 47C, / 2 - Λ.

Die gegenwärtig am häufigsten verwendeten hochfrequenten Wellen sind solche, welche im freien Raum Wellenlängen von etwa 10 om haben. Der resultierende Abstand I1 beträgt dementsprechend etwa 2 m. Eine Anordnung, bei welcher ein solch langer Weg vor der Beschleunigerröhre des Beschleunigers vorgesehen ist, verlängert lediglich die Gesamtlänge des Beschleunigers übermäßig und iat daher nicht wUnsohsnswert. Diese Schwierigkeit kann dadurch Überwunden werden, daß die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen auf einem niedrigen Wert gehalten wird, eumindest bis die Elektronen die Bahn I^ durchlaufen haben. Zu diesem Zweck kann, wenn das Potential des Punktes P2 Null sein soll und das Potential der Kathode des Strahlerseugera -V0 betragen soll, die Anordnung so getroffen werden, daß das Potential V des ersten Hohlraumes ö und der erstenThe high frequency waves currently most frequently used are those which have wavelengths of about 10 om in free space. The resulting distance I 1 is therefore about 2 meters. An arrangement in which such a long path is provided in front of the accelerating tube of the accelerator, only the total length of the accelerator extended excessively and therefore does not iat wUnsohsnswert. This difficulty can be overcome by keeping the mean velocity of the electrons at a low value, at least until the electrons have passed through the path I ^. For this purpose, if the potential of the point P 2 is to be zero and the potential of the cathode of the radiator is to be -V 0 , the arrangement can be made so that the potential V of the first cavity and the first cavity

Triftröhre 9 das Verhältnis -V0 ^ - V1 <^0 hat.Drift tube 9 has the ratio -V 0 ^ - V 1 <^ 0.

Bei einer Anordnung von der in Flg. 1 dargestellten Art, wird die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen, eumindest bis sie die Bahn I1 durchlaufen haben, allein durch die ünergiekomponente bestimmt, weiche VQ - V* entspricht. Daher betrugt« wenn die Potentiale VQ und V* so gewählt sind, daß beispielsweise VQ « 80 KV und V1 - 70 KV, dieIn an arrangement of the in Flg. 1, the mean speed of the electrons, at least until they have traversed the path I 1 , is determined solely by the energy component, which corresponds to V Q - V *. Therefore, if the potentials V Q and V * are chosen such that, for example, V Q «is 80 KV and V 1 - 70 KV, the

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BAD OBlGINALBATHROOM OBlGINAL

Elektronengeschwindigkeit O919 C, ao daß di« Länge der Bahn 1-, auf einen Wert von etwa 1/2,5 des gewöhnlichen Wertes verkürzt werden kann·Electron speed 0 9 19 C, so that the length of the path 1-, can be shortened to a value of about 1 / 2.5 of the usual value.

Bei einer solchen Anordnung wird jedoch die Erregung de« ersten Hohlraum·· 8 durch das Potential V mit Hochfrequenzenergie in der Praxis ein schwieriges Problem. Wenn beispielsweise die Eoohi'requenzenergiequelle eine Spannung Ton -70 KV erzeugen soll« wird die Baufora der Vorrichtung wegen der besonderen Probleme der Hochspannungsisolierung außerordentlich groQt so daß die Vorrichtung vom Gesichtspunkt des Raumbedarfes und der Wirtschaftlichkeit unvorteilhaft wird.With such an arrangement, however, the excitation of the first cavity 8 by the potential V with high frequency energy becomes a difficult problem in practice. For example, if a voltage Eoohi'requenzenergiequelle sound is to produce -70 KV "the Baufora the device because of the special problems of high voltage insulation is extremely groQ t so that the device from the viewpoint of space requirements and the economy is unfavorable.

Die besondere Art der Erfindung, welche auf die Überwindung der angegebenen Probleme gerichtet ist, ergibt sich aus der nachfolgenden ins einseine gehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform·The particular nature of the invention, which is aimed at overcoming the problems indicated, arises from the the following detailed description of a preferred embodiment

In Fig· 2 wird ein Blejctronenstrahl 1 in einem Strahlerzeuger erzeugt, der «in Gehäuse 3» ein« Kathode 5, eine erste Anode 4 zum Abziehen des Elektronenstrahls, eine Fokussierungselektrode 6 und eine Heizeinrichtung 7 aufweist. Das Gehäuse 5 enthält ferner einen ersten Hohlraum 8 und eine erste Triftröhre 9, welche axial in der Achse des Elektronenstrahls t angeordnet ist und an ihrem oberstromseitigen EIn FIG. 2, a lead electron beam 1 is generated in a beam generator which has a cathode 5 in housing 3, a first Anode 4 for drawing off the electron beam, a focusing electrode 6 and a heating device 7. That Housing 5 also includes a first cavity 8 and a first drift tube 9, which is arranged axially in the axis of the electron beam t and at its upstream side E

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

U9.1358U9.1358

τ- 10 -τ- 10 -

einen Isolator 13 aufweist, der die Bndwand bildet und mit vakuumdichten Klemmen 14 versehen iet._has an insulator 13 which forms the band wall and with vacuum-tight terminals 14 provided iet._

Die erste Anode 4 ist äit einem ImpulaUbertrager 20 für die erste Anode verbunden, während die Heiaeinrichtung 7 und die Fokussierungselektrode 6 mit Sekundärwicklungen 15» 16 und 17 eines Hochspannunga-Impulsübertragers 19 verbunden sind, der ferner eine Sekundärwicklung t8 be-P sitzt, die in der gezeigten Weise geschaltet ist· Me erwähnten Sekundärwicklungen sind an ihren anderen Enden sit einer Heizenergiequelle 23» einer VorapannuRgaquelle 24 fiir die Fokussierungaelektrode und einer Vorspannungequelle 25 für die erste Anode verbunden· Mit 21 und 22The first anode 4 is a pulse transmitter 20 for the first anode is connected, while the heating device 7 and the focusing electrode 6 are connected to secondary windings 15 »16 and 17 of a high voltage pulse transformer 19 are connected, which also has a secondary winding t8 be-P, which is connected in the manner shown · Me mentioned secondary windings are sit at their other ends a heating energy source 23 »a VorapannuRgaquelle 24 for the focusing electrode and a bias source 25 for the first anode connected to 21 and 22

* V · sind angepaßte Scheinwiderstände beseiohnet» die in der * V · are matched apparent resistances »those in the gezeigten Weise geschaltet' sind·are switched in the manner shown

Ein aweiter Hohlraum 10 und eine zweite Triftröhre 11 _ sind unteretromseitig der ersterwähnten Triftröhre 9 undA further cavity 10 and a second drift tube 11 _ are below the river side of the first mentioned drift tube 9 and gleichachsig zu dieser angeordnet« Noch weiter unteratromseltig längs der Bahn des iilektronens trahls. t ist* gleich-* aohsig eine Beschleunigerröhre 2 angeordnet, uia welche Pokussierungaapulen 39 gleichachsig angeordnet sind· Die- Enden der Beschleunigerröhre 2 stehen mit Wellenleiterröhren 40 in Verbindung, von denen eine äst unterstroiaaeitigen Ende an ihrem lande eine angepaßte Last 30 für Hochfrequensenergie hat· Die andere Wellenleiterröhre istarranged coaxially to this “still further subatromic along the path of the electron beam. t is * equal- * aohsig arranged an accelerator tube 2, uia which Focusing apules 39 are arranged coaxially The ends of the accelerator tube 2 are connected to waveguide tubes 40, one of which ends at the lower end of the tube an adapted load 30 for Has radio frequency energy · The other waveguide tube is

9 09 8 11-/09 3 89 09 8 11- / 09 3 8

• " BAD ORIGINAL• "BAD ORIGINAL

an ihrem äuSersten Ende «it «inen Hoehfrequensmodulatorat its extreme end there is a high frequency modulator 35 (beispielsweise Bit einem Magnetron} verbunden und35 (for example bit connected to a magnetron} and ■it Riohtungskopplungselementen 31 und einen Bvakuierunge-■ with directional coupling elements 31 and an evacuation ■yeteni 32 versehen. Die leitungen 26 und 27 sind koaxiale■ yeteni 32 provided. The lines 26 and 27 are coaxial

Kabel« De· ein« Ende dee koaxialen Kabels 26 tritt inCable "the one" end of the coaxial cable 26 enters

da« Strahlerseugergehäuee 3 durch einen vakuumdicntenbecause the emitter housing 3 is vacuum-sealed

Isolator 12 ein. An jedem der RiohtungskopplungaelementeInsulator 12. At each of the directional coupling elements

91 sind ein Übertragungeelement 41 vom Wellenleiter «ur91 are a transmission element 41 from the waveguide «ur koaxialen Leitung» ein veränderliches Däapfungeglied 28, g coaxial line »a variable damping member 28, g ein Phasenschieber 29 und eine angepaßte Last fttr H0Oha phase shifter 29 and an adjusted load fttr H 0 Oh frequensenergie- vorgesehen.frequency energy provided.

Die Hoohfrequensleietungsmodulator 33 ist mit seiner Impulsquelle 34 verbunden. Der erwähnte ImpulsUbertrager 20 ist alt einem Impulsmodulätor .35 für die erste Anode verbunden und die Primäreeite dee erwähnten HoohspannungeiapulsUbertragers 19 ist mit einem Hoohspannungeimpulemodulntor 36 für den Strahlerseuger verbunden. Die Impulsquelle 34 und die Impulsmodulatoren 55 und 56 sind mit i einem Triggergenerator 37 verbunden.The high frequency line modulator 33 is connected to its pulse source 34. The mentioned impulse transmitter 20 is old a pulse modulator .35 for the first anode connected and the primary side of the aforementioned high voltage pulse transmitter 19 is connected to a high voltage pulse module gate 36 for the emitter. The pulse source 34 and the pulse modulators 55 and 56 are denoted by i a trigger generator 37 is connected.

Bei der vorangehend beschriebenen Vorrichtung wird ein koaxiales Kabel 26 für die Zufuhr von Hoehfrequenmwellen sum ersten Hohlraum 8 verwendet· Außerdem ist dieses koaxiale Kabel 26 als Wicklung um die Sekundäres!te des Hoohspannungs-In the device described above, a coaxial cable 26 is used for the supply of high frequency waves Sum first cavity 8 is used · In addition, this is coaxial Cable 26 as a winding around the secondary of the high voltage

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impulsUbertragers 19 für den Strahlerzeuger in ähnlicher Weise wie die Sekundärwicklungen 15« 16, 17 und 18 gewickelt« Jedoch, ait weniger Windungen als diese Wicklungen. Ba der Mittelleiter und der Außenleiter dieses koaxialen Kabele alt dem im Eisenkern des Impulsübertragers 19 ereeugten Magnetfluß verkettet sind, nimmt das pulsierende Potential den gewünschten Zustand ein und pflanzen sich außerdem hochfrequente Wellen alt einem koaxialen Modus durch dessen Inneres fort, um eine Erregung des Hohlraumes 8 su bewirken·impuls transfer device 19 for the beam generator in a similar way Way as the secondary windings 15 «16, 17 and 18 wound« However, it has fewer turns than these windings. Bath The center conductor and the outer conductor of this coaxial cable old the one in the iron core of the pulse transformer 19 Magnetic flux are chained, the pulsating potential assumes the desired state and also plant itself high-frequency waves pass through the interior of a coaxial mode in order to cause an excitation of the cavity 8 su

Dies bedeutet, daß im Falle der τοrangehend beschriebenen Bauform und Anordnung, da die Hociifrequensenerglequelle Über das koaxiale Kabel mit der geerdeten Seite der Sekundärwicklung gekoppelt ist, welches die Erdungseeitewieklttng des Hoohspannungsimpulsübertragers ist, die erforderliche Hoohspannungaieolierung kein Problem darstellt und der Raumbedarf miniaturisiert werden kann, wodurch auch ein wirtschaftlicher Vorteil erzielt wird· Ferner ist es, da die für die Erregung des Hohlraumes 8 erforderliche Hoohfrequensenergie höchstens etwa 1 Kilowatt als Spitzenwert beträgt, möglich, beispielsweise mit Hilfe des Sichtungskopplungselements 31 nur einen Teil der Energie des Spitzenwertes von einigen HW vom Hoohfrequenzleistungsmodulator 33 des Beschleunigersystems zu entnehmen und, nach einer geeigneten Einstellung dieses Teils der EnergieThis means that in the case of the το above described Design and arrangement, as the high-frequency energy source Is coupled to the grounded side of the secondary winding via the coaxial cable, which is the grounding side of the high-voltage pulse transformer, the required high-voltage insulation is not a problem and the space requirement can be miniaturized, whereby an economic advantage is also achieved since the high frequency energy required for the excitation of the cavity 8 is at most about 1 kilowatt as a peak value, possible, for example with the aid of the sighting coupling element 31, only part of the energy of the To take the peak value of a few HW from the high frequency power modulator 33 of the accelerator system and after a suitable adjustment of this part of the energy

909811/0938 BAD OR1QINAl.909811/0938 BAD OR 1 QINAl.

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Bit Hilfe von Vorrichtungen, beispielsweise durch den Phasenschieber 29 und daa veränderliche Dämpfungsglied 28, diesen Teil der Energie vom übertragungselement 41 von dem Wellenleiter zur koaxialen Leitung zu entnehmen.
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Bit the help of devices, for example by the phase shifter 29 and the variable attenuator 28, to extract this part of the energy from the transmission element 41 from the waveguide to the coaxial line.

Zur Darlegung der Phasenfokuaeierungsei^enschaften der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wird daa folgende Beispiel gegeben· Die Betriebsbedingungen hinsichtlich der Potentiale werden wie folgt gewählt« Daa Potential des zweiten Hohlraumes 10 und der zweiten Triftröhre 11 ist daa Brdpotential} daa Potential dee ersten Hohlraumes 8 und der eraten Triftröhre 9 ist pulsierend -70TTi daa Potential der Kathode 5 ist in ähnlicher >7elae pulsierend - 80 KVj die effektive Hochfrequenzapannung ein Punkt P (Mitte dee Koppelepaltee dee eraten Hohlraumes 'S) beträftThe following example is given to illustrate the phase focusing properties of the device shown in FIG and the erate drift tube 9 is pulsating -70TTi daa potential of the cathode 5 is in a similar> 7elae pulsating -80 KVj the effective high frequency voltage a point P (middle of the coupling gap of the eraten cavity 'S) concerns

ir£jV<j a 2KV; und die effektive Hochfrequenzapannung am Punkt P1 (Mitte des Koppelspaltes des zweiten Hohlraums 10) betragt ^ 2Y2 * 2 ^' Unter diesen Bedingungen werden etwa 90 4 der Gesamtmenge der Elektronen innerhalb 1 0.17Γ | Radian um den Mittelwert der Phase am Punkt P« (der Punkt, an welchem die Phasenfokusaierung stattfinden soll) zusammengeballt. Unter diesen Bedingungen beträft die erforderliche Länge der ersten Triftröhre 9 etwa 20 cm.ir £ jV <yes 2KV; and the effective high-frequency voltage at point P 1 (center of the coupling gap of the second cavity 10) is ^ 2 Y 2 * 2 ^ ' Under these conditions, about 90 4 of the total amount of electrons are within 1 0.17Γ | Radian around the mean value of the phase at point P «(the point at which the phase focusing is to take place) agglomerates. Under these conditions, the required length of the first drift tube 9 is about 20 cm.

Je nach den Erfordernissen kann die Erregung des zweitenDepending on the requirements, the excitation of the second

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Hohlraumes 10 ebenfalls in der gleichen weise wie die Erregung des ersten Hohlraumes 8 erfolgen· Ferner braucht dor übertrager, um welchen das koaxial· Kabel 26 gewickelt ist, nicht immer mit dem Hochspannungsimpuleübertrager für den Strahlerzeuger gemeinsam sein. Obwohl für den in Pig. 2 gezeigten gewickelten ülektronenbesohleuniger ein Beschleuniger von einer Impulsdauer von etwa 6 Mikrosekunden und eine Impulsfrequenz von etwa 300 Hz gewöhnlich verwendet wird, kann naturlich für die DurchfIhrung der Erfindung ein Beschleuniger verwendet werden, der durch eine pulsierende Hochspannung betrieben wird, welche aus einem weiten Bereich herkömmlicher Typen und Arten ausgewählt weinlen kann.Cavity 10 also in the same way as the excitation of the first cavity 8 also needs a transformer around which the coaxial cable 26 is wound, not always with the high-voltage pulse transformer for the Be beam generator together. Though for the one in Pig. 2 wound electron accelerator an accelerator shown of a pulse duration of about 6 microseconds and a pulse frequency of about 300 Hz is commonly used can of course be used to carry out the invention an accelerator can be used, which is operated by a pulsating high voltage, which from a wide Range of traditional types and styles selected can.

Zur weiteren Erläuterung der Art und der Anwendbarkeit der Erfindung wird nachfolgend eine kurze 2usatamenf lasung ihrer -/ir&saiakeit und ihrer neuartigen Merkmale gegeben.To further explain the nature and applicability of the Invention is a brief 2usatamenf solution of their - / ir & saiakeit and its novel characteristics.

Im allgemeinen werden bei der Phasenfokusaierung geladener Teilchen mit Hilfe einer erfindungsgemäSen, intermittierend arbeitenden Vorrichtung die Potentiale eines Raumes, der den geladenen Teilchen eine Geschwindigkeitsmodulation mitteilt, und eines Triftraumes, in welchem die geschwindigkeitsmodulierten Teilchen in dichtemodulierte Teilchen umgewandelt werden, in geeigneter -eise eingestellt und wird die mittlere Gleichetroageöchwindigkeit der durch dieseIn general, they become more charged with phase focusing Particles with the aid of an inventive, intermittent working device the potentials of a space, which the charged particles a speed modulation communicates, and a drift space in which the speed-modulated Particles are converted into density-modulated particles, adjusted in a suitable manner and will be the mean metro speed that through this

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Räum· «aiid«rnd«n Teilehen herabgesetzt« Durch diese Arbeiteweis« let ·· möglich!Räum · «aiid« rnd «n parts reduced« Through this working method «let ·· possible!

1· dl· T*»hn1 απβψ d«8 Triftraumes su verkürzen und dadurch dl· SrUSe und das öewioht der Vorrichtung herabsueetseni1 · dl · T * »hn1 απβψ d« 8 shorten the drift space su and thereby reduce dl · SrUSe and the opening of the device

2. S* den Verbrauch an Hochfrequensenergie sur Durchführung der Geschwindigkeitsmodulation su rerringern und dadurch but Wirtaohaftlichlceit des Betriebe beizutragen!2. S * the consumption of high frequency energy sur implementation the speed modulation su rerringern and thereby but to contribute to the company's economic liability!

3. ttber&lSlge Schwankungen der kinetischen Energie der phneenfokuesierten Teilchen su verringern.3. Over & lSlge fluctuations in the kinetic energy of the Reduce the phneenfocused particles.

Dementsprechend let die Erfindung nicht nur auf Besohleunlgungerorrlohtungen für geladene Teilchen anwendbar, wie erwähnt« sondern auch auf Hochfrequene-Elektronenröhren, wie s.S. MehrfaohklystronB und Reenatrone und anderen Vorrichtungen, D. h. sua Beieplel» daß die wesentlichen Bau« elemente elnee Mehrfaohklyatrone umfassen mindesten· einen Eingange-Hohlrauareeonator sur Geschwindigkeitsmodulation ▼on Elektronen« einen TrIfträum sur Fhaeenfokussierung de· geeohwindlgkeitemodullerten Klektronenstrahle und einen Ausgangehohlraumreeonator sur entnahme in Hochfrequensform der kinetischen Knergie des phaaenfokussierten Strahl·· Die Erfindung wird in der v/eiee auf ein KIy at rom angewendet, daO da· Potential de· Elngangehohlraumresonator· und fernerAccordingly, the invention can be applied not only to acceleration erorions for charged particles, as mentioned, but also to high-frequency electron tubes, like s.S. MehrfaohklystronB and Reenatrone and other devices, D. h. see Beieplel "that the essential building" Elements of a multi-purpose glycartridge comprise at least one Input hollow space reeonator on speed modulation ▼ on electrons «a dream about fairies de · geeohwindlgkeitemodulerten Klektronjays and one Exit cavity reonator sur extraction in high frequency form the kinetic knergy of the phase-focused jet · · The Invention is applied in the v / ee to a KIy at rom, daO the potential of the entrance cavity resonator and further

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des Triftraumes negativ ait Besug auf das Potential dt· Auegangshohlraumresonfltors zur Betriebsseit gemacht wird, so daß in diesem eine PhasenfokuBaierung der Elektronen stattfindet« wobei die roranetehend angegebenen vorteilhaften Wirkungen 1, 2 und 3 ersielt «erden, dem Elektronenstrahl durch die Ausnutsung der Potentlaldifferens «wieoben dem Ausgangshohlraumresonator und dem Triftraun kinetische Energie mitgeteilt wird und der Strahl sum Hlndurohtreten duroh den Ausgangshohlraumresonator gebracht wird. Im Falle eines Klystrons ist die vorerwähnte Wirkung 2 wegen der Erhöhung der Verstärkung und des Wirkungsgrades wertvoll.of the drift space negative ait reference to the potential dt Output cavity resonator is made to operate side, so that in this a phase focusing of the electrons takes place "whereby the advantageous effects 1, 2 and 3 indicated in the table are achieved", the electron beam by exploiting the potential difference «As above the output cavity resonator and the Triftraun kinetic energy is communicated and the beam is brought to enter through the output cavity. In the case of a klystron, this is the aforementioned Effect 2 valuable because of the increase in gain and efficiency.

Ik falle eines Resnatrona 1st der Teil» der eich zwischen der Kathode und dem Steuergitter befindet» derjenige Teil» in welchem die Elektronen phaeenfokusslert werden und der ein Potential haben muS» daß von demjenigen dee Ausgangsatsuerspalta abweicht» wie in Kapitel 6 der Veröffentlichung "Theory and Application of Microwaves" von A. B. Bronwell und R. £· Beam erwähnt· In diesem falle 1st eine Schwierigkeit» die dem vorerwähnten Klystron und dem Resnatron gemeinsam ist» das Problem, wie Hoohfrequenswellen dem Phasenfokuesierungeabsohnitt sugefUhrt werden» d. h. dem EingangshohlraumresonatorabBohnitt im Falle eines Klystrons und dem Bereich swieohen der Kathode und dem ateuergitter imIk fall of a Resnatrona is the part »the calibration between the cathode and the control grid are »that part» in which the electrons are phase-focused and the Must have a potential "that deviates from that of the original atlasspalta" as in Chapter 6 of the publication "Theory and Application of Microwaves" by A. B. Bronwell and R. £ · Beam mentions · In this case, a difficulty "which is common to the aforementioned klystron and resnatron" is the problem of how high frequency waves are suggested to the phase focusing obsession. H. the input cavity resonator abBohnitt in the case of a klystron and the area swieohen the cathode and the control grid in

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?alle eines Reenatrona. Dementsprechend ist die Erfindung für solche Anwendungefäll· besondere gut geeignet, um die gleichen wirksamen Ergebnisee wie im vorerwähnten Fall der Zufuhr Ton Hochfrequenzwellen zu einem Beschleuniger für geladene Teilchen zu erzielen.? all of a Reenatrona. Accordingly, the invention is for such applications particularly well suited to the same effective result as in the aforementioned case of Feeding sound high frequency waves to an accelerator for to achieve charged particles.

Aus den vorangehenden ergibt sich« daß durch die Erfindung bei einer verhältnismäßig einfachen Bauform und Anordnung eine Hiniaturisierung von Vorrichtungen zur Phaeenfokussierung geladener Teilchen ermöglicht wird, die vom Gesichts punkt dea Raumbedarfes und der sYirtschaftliohkeit sehr vorteilhaft 1st.From the foregoing it follows that through the invention with a relatively simple design and arrangement a miniaturization of devices for phase focusing of charged particles is made possible, which from the face point of space requirements and economy is very advantageous.

Die Erfindung ist natUrlloh nicht auf die vorangehend beschriebene bevorzugte Ausführungeform beschränkt, sondern Scann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren·The invention is of course not limited to the preferred embodiment described above, but rather Scanned various changes within its framework

PatentanspruchClaim

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Claims (1)

PatentanspruchClaim Vorrichtung zur Phasenfoxuaaierung geladener Teilchen mit einer quelle geladener Teilchen, eine.a Impuleübertrager, durch den geladene Teilchen von der erwähnten wuelle aus gerichtet werden, und Mitteln, durch welche die so gerichteten geladenen Teilchen durch Erregung von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen phaaenXokuaaiert werden, gekennzeichnet durch ein koaxiales Kabel, von dem ein Teil um den Kern dea Impuleüberträgers gewickelt iet, eine Quelle von hochfrequenten Krre&erwellen, und Mittel für die Zufuhr mindestens eines Teils der Energie der hochfrequenten elektromagnetischen Erregerwellen von der Quelle zum koaxialen Kabel«Device for phase foxuaaation of charged particles with a source of charged particles, an impulse transmitter, by the charged particles from the mentioned wave be directed, and means by which the so directed charged particles by excitation of high frequency electromagnetic waves are phaaenXokuaaiert, characterized by a coaxial cable, part of which wrapped around the core of the impulse transmitter, one Source of high frequency Krre & erwellen, and funds for supplying at least a portion of the energy of the high frequency electromagnetic excitation waves from the source to the coaxial cable « 9098 11/0938 BAD ORDINAL9098 11/0938 BAD ORDINAL
DE19641491358 1963-01-18 1964-01-17 PULSE-DRIVEN RUNTIME TUBE FOR THE SPEED MODULATION OF A CHARGE CARRIAGE JET Pending DE1491358B2 (en)

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