DE1589589A1

DE1589589A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines in Impulse zerhackten Elektronenstrahles

Info

Publication number: DE1589589A1
Application number: DE19671589589
Authority: DE
Inventors: Hubert Leboutet; Jean-Paul Mangin
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1966-03-31
Filing date: 1967-03-30
Publication date: 1970-04-16
Also published as: SE337632B; GB1159512A; US3482139A; NL6704658A; FR1482099A; BE695188A; CH469347A

Description

DR. MO LL Eft-BORE DIPL.-ING. GRALFS DR. M AN ITZ pR. DEUFEL

PATENTANWÄLTE ^_1- "

Jggg^gg,, den 30. März 1967

Unser Zeichen: Fi/Sch - 0 796

CSl-OOHPAGIiIE GENEEiAIiE DE'IECiBSRAPHIB SAUS FIL 47, nie Dumont d'Urville_r Paris 16, Frankreich

Vorrichtung zur Erzeugung eines in Impulse zerhackten

Elektronenstrahles

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung eines kontinuierlichen Elektronenstrahles in einen in Impulse zerhackten Strahl·

Aus der französischen Patentschrift 1 024 850 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, mittels der ein in Impulse zerhackter Elektronenstrahl aus einem kontinuierlichen Strahl gewonnen werden kann. Dabei wird der:kontinuierli« ehe Elektronenstrahl in einen Hohlraum eingeführt, und zwar entlang der Achse dieses Hohlraums, in dem ein gleichförmiges, axiales Magnetfeld und hochfrequentes, elektrisches Querfeld vorhanden sind» Die Frequenz des elektrischen Feldes ist dabei als Funktion der Magnetfeldstärke derart gewählt, daß die Elektronen mit der Zyklotronfrequenz umlaufen und eine schraubenförmige Bahn beschri|eben, deren Radius in dem Masse progressiv zunimmt, in dem sich die Elektronen in axialer Richtung vorwärts bewegen. Am Ende des Hohlraumes ist in der Bahn der Elektronen eine Abschlußwand oder Abschlußplatte angebracht , so daß die Elektronen auf diese

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BRAUNSCHWEIG, AM BORGEBPARK 8 <& (0531) 28487 8 MÜNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STR. 1 <5P (Οβίΐ) 225110

Wand oder Platte auftreffen und dabei eine geschlossene Bahn beschreiben, die kreisförmig oder elliptisch sein kann. Die Platte ist mit einem radialen Schlitz oder mehreren radialen Schlitzen versehen, welche die geschlossene Elektronenbahn schneiden. Diese Schlitze gewährleisten somit das Durchtreten eines in Impulse zerhacken Elektronenstrahles, während die zweischen den Schlitzen auf die Platte auf treffenden Elektronen in der Platte absorbiert werden» Auf diese Weise werden aus Elektronen bestehende Impulse erhalten, die aus dem Hohlraum austreten und auf einer zylindrischen Fläche verteilt sind, deren Achse derjenigen des ursprünglichen Elektmnenstrahles entspricht· Aus dem Hohlraum tritt jedoch kein sich entsprechend der Zylinderachse bewegender Impuls aus.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung, die es gestattet, die durch die gesamte Anordnung erhaltenen Impulse in die ursprüngliche Strahlachse zurückzuführen, so daß der in Impulse zerhackte Strahl mit Ausnahme der dicht aufeinanderfolgenden Unterbrechungen die gleiche geometrische Form wie der ursprüngliche, kontinuierlieche Elektronenstrahl besitzt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, äaä in der Wand Schlitze vorzusehen, aufgrund deren Formen bestimmte

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Spezialeffekte erhalten werden können.

Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein Schlitz geschaffen werden, dessen Form es ermöglicht, abwechselnd entweder einen zerhackten oder einen kontinuierlichen Strahl zu erhalten .

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Vorrichtung zur Umformung eines kontinuierlichen Elektronenstrahls in einen in Impulse zerhackten Strahl besteht aus einer ersten Kammer, in der sich der kontinuierliche Strahl entsprechend einer divergierenden Schraubenbahn tun die Hohlraumachse aufgrund der kombinierten Wirkung eines axfeöialen magnetischen Feldes und eines hochfrequenten, transversalen elektrischen Feldes ausbreitet, wobei der Hohlraum mit einer Endwandung versehen ist, die eine oder mehrere Öffnungen aufweist, durch die diskontinuierlieche Elektronengruppen in einem Abstand von der Hohlraumachse aus diesem ersten Hohlraum austreten, sowie aus einem an den ersten Hohlraum angrenzenden zweiten Hohlraum, in den die diskontinuierlichen Elektronengruppen eintreten und sich aufgrund der kombinierten Wirkung eines axialen magnetischen Feldes und eines hochfrequenten, transversalen elektrischen Feldes, welche ähnlich den in dem ersten Hohlraum vorhandenen Feldern sind, entlang einer konvergierenden Schraubenbahn

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ausbreiten, wobei der zweite Hohlraum mit einer Abschluß«- wandung versehen ist, die eine mit der Hohlraumac.ib.se ausgerichtete öffnung für den Strahlaustritt aufweist,

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden V-förmige Schlitze verwendet, deren öffnung gegen die Achse gerichtet ist. Dabei können die Schenkel des V-förmigen Schlitzes gekrümmt sein«

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann anstelle der Wandung eine die zwei Hohlräume unvollständig trennende Prallfläche vorgesehen sein. Dabei wird die Kopplung zwischen den zwei Hohlräumen beträchtlich erhöht»

Alle Schlitzformen können mit einem entsprechend der Achse angeordneten kreisförmigen Loch kombiniert werden, um die Möglichkeit zu schaffen, daß die Elektronen in Form eines kontinuierlichen Strahles durch dieses Loch gehen, wenn das Hochfrequenzfeld nicht angelegt ist, so daß die Vorrichtung auf diese Weise abwechselnd als Quelle für einen kontinuierlichen Strahl ader einen Impuls oder einen in Impulse zerhackten Strahl verwendet werden kann. Dies wird in einfacher Weise durch Anlegen oder Abschalten des Hochfrequenzfeldes erreicht.

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und Vorteile

Weitere Einzelheiten/ der Erfindung werden im folgenden anhand von Auisführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung "beschrieben4 in dieser -zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

Figur 2 einen Querschnitt durch die in Fig· 1 dargestellte Vorrichtung;

Die Figuren 3 und 4- zwei verschiedene Ausführungsformen des Schlitzes 7 wie er in den Vorrichtungen 1 und verwendet wird; *

Figur 5 eine andere Ausführungsform der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung, bei der die Endplatte 6 durch eine Prallfläche ersetzt ist; die

Figuren 6 und 7 zwei verschiedene Ausführungsformen der Prallfläche von Figur 5»

Figur 8 eine andere Ausführungsform der in Fig.' 2 dargestellten Anordnung,

Figur 9 eine andere Ausführungsform des Schlitzes der Fig. 3;

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Figur 10 eine andere Ausführungsform des Schlitzes der Fig. 4, und

Figur 11 eine Ausführungsvariante der Prallfläche der Fig.

Nach Fig. 1 tritt ein von einer Quelle 2 kommendeer kontinuierlicher Elektronenstrahl 1 mit der Geschwindigkeit ν in einen Hohlraum 3 ein, in dem ein durch nicht dargestellte Einrichtungen erzeugtes gleichförmiges Axialmagnetfeld mit der Sta?ärke B vorhanden ist und in dem eine Quelle 4 der Frequenz f einen Modus erregt, welcher eine transversale Kaomponente eines hochfrequenten elektrischen Feldes aufweist. Bekanntlich beschreiben die Elektroden dann in dem Hohlraum 3 Spiralen mit progressiv zunehmendem Durchmesser, die innerhalb des Kegels 5 liegen. Die Zyklotron-Drehfrequenz F der Elektronen ist mit dem Feld B durch die folgende Formel verbunden:

» B Mo

Dabei hat F die Dimension MHz, wenn B in Gauss ausgedrückt wird, und M ist die relativistische Masse der Elektronen, während Mo die Ruhemasse der Elektronen ist.

In einer Entfernung 1 vom Einlaß ist der Hohlraum 3 durch eine Zwischenwandung 6 verschlossen, in der zumindest ein

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radialer Schlitz 7 angebracht ist, der beispielsweise entsprechend der Darstellung -von Fig. 2 sektoreförmig ausgebildet ist·

Nach Durchlauf en der Länge 1 beschreiben in dieser bekannten Vorrichtung die Elektronen auf der Zwischenwandung 6 einen Kreis 8, dessen Eadius von dem leid B, der Länge 1, der von der Quelle 4 zugeführten- Energie und von der Anfangsgeschwindigkeit ν abhängt. Der Schlitz 7 ist derart angeordnet, daß er den Kreis 8 unterbricht_o Es ist somit offensichtlich, daß stets dann, wenn der Elektronenstrahl den Schlitz überstreicht, ein Elektronenpak* oder ein Elektronenimpuls durch den Schlitz 7 tritt, während die Elektronen, welche beim Durchlaufen des restlichen Kreises 8 auf die Zwischwenwandung 6 auftreffen, in die Wandung abgeführt werden. Am Ausgang des Schlitzes 7 tritt somit eine Folge von Impulsen 9 auf, von denen jeder eine elektrische Länge besitzt, die gleich dem Sektorwinkel des Schlitzes 7 ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß diese Impulse aus dem Schlitz 7 in äaem Abstand von der Achse des Hohlraums 3 austreten.

Gemäß der Erfindung, deren Sei es ist, die Impulse zur Achse zurückzuführen und in Form einer Impulsfolge die Geometrie des Strahles 1 am Eingang wieder herzustellen,

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wird anschließend an den Hohlraum 5 ein zweiter Ho-'l^^tk angeordnet, der die gleiche Form und die gleichen g^os-";--^i

erste
sehen Abmessungen wie der -- Hohlraum aufweißt und in dem das gleiche magnetische Axialfeld B und d:Ls gleichen Transversalkomponente des hochfrequenten mae7?i3tischen leides vorhanden sind, wobei das elektrische JJHsli vorzugsweise aber nicht unbedingt durch die gleiche Quelle mit der Frequenz f eraregt wird· Unter bestimmten Dimesisionsbedingungen, die im einzelnen noch angeführt weMe.a, treten die Pakete 9j die um die Kraftlinien des beides B Spiralen 11 mit progressiv Meiner werdendem Durchmesser beschreiben, durch eine in der Endwandung des Hohlraumes 10 vorgesehene öffnung 12 aus und bilden in der beides. Hohlräumen 3 und 10 gemeinsamen Achse einen in Impulses zerhackten Strahl, der etwa die gleiche Form und den gleichen Durchmesser wie der am Eingang vorhandene kontinuierliche Strahl aufweist. Dieser zerhackte Strahl kann besonders vorteilhaft in einem Beschleuniger verwendet werden.

Für die Dimensionierung des Systems können die folgenden Regeln angegeben werden:

Venn 1 und B gewählt sind und F nach der Gleichung (1)

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bestimmt ist, so wird die Frequenz f unter den Werten ausgewählt, die die eine oder.andere der folgenden Gleichungen befriedigen:

F _Λ' 2 m

"T" " ¹ i 5HTT- (3)

In diesen Gleichungen bezeichnen m und η ganze positive Zahlen, wobei m auch den Wert Hull annehmen kann.»

Die Gleichung (2) wird verwendet, wenn die Phasenverschiebung zwischen den Wellen an zwei e.inander entsprechenden Punkten der Hohlräume gleich η-f sein soll. Für m und η werden nur

F Werte verwendet, die sicherstellen,daß —γ—positiv ist.

(Bedingung 2m<cn).

Die GleichungC3)wird verwendet, wenn die Phasenverschiebung zwischen den Wellen an einander entsprechenden Punkten der

■ F
Hohlräume iLull sein soll; für —3— werden dann nur Werte ungleich Hull erhalten.

Die Quelle mit der Frequenz f erregt in dem Hohlraum eine Welle, dereen Wellenlänge bei der Ausbreitung in einem

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■unendlichen Hohlleiter mit dem gleichen Außenabmessungen wie die Kammer Xg ist· Diese Wellenlänge ist mit der Länge des Hohlraumes 1 durch die folgende Beziehung verbunden:

Dabei ist q. eine bestimmte ganze Zahl, die aus der Gleichung (4)bestimmt werden kann, wenn Xg gemessen worden ist«

Schließlich ist die Anfangsgeschwindigkeit ν durch die folgende. Beziehung gegeben?

X₆ -gr- (5)

Dabei ist q die durch die Gleichung (4) gegebene ganze Zahl und n' « n, wenn Gleichung (2) verwendet wird, oder n¹ ■ 2n+1, wenn Gleichung (3) verwendet wird.

die
Die radiale Lage und/Länge des Schlitzes 7 werden derart gewählt, daß dieser Schlitz den Kreis 8 mit dem Radius r schneidet, welcher auf der Zwischenwandung 6 von dem Strahl durchlaufen wird. Der Radius r hängt vom J?eld B und von der Länge 1 sowie von der Frequenz f und der Leistung der Quelle 4 ab· Der Radios r kann somit durch Änderung der Leistung variabel gemacht werden*

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Die Figuren 3,4 und 5 zeigen einige mögliche Ausführungsformen des in der Figur 2 dargestellten Schlitzes ?. Nach Figur 3 ist der Schlitz 7 V-förmig ausgebildet, wobei die ' Öffnung gegen die Achse gerichtet ist, Mittels dieser Schlitzform kann der Strahlstrom verringert werden, wenn die Leistung der Quelle 4 größer wird. Eine Vergrößerung des Radius r-mit der Leistung hast nämlich zur Folge, daß der Strahl einen schmaleren Teil des Schlitzes durchläuft und somit der ausgeblendete Impuls immer kürzer und der ■ mittlere Strom immer geringer wird·

Figur 4 unterscheidet sich von der Fig. 5 dadurch, daß die Sehenkel des V-förmigen Schlitzes gekrümmt ausgebildet sind. Diese Vorrichtung bewirkt eine Verschiebung der Phase der Impulse in der einen oder der anderen Sichtung, und zwar entsprechend der Drehrichtung des Strahles in dem Kreis 8_β Diese !Phasenänderung folgt einer gewünschten Gesetzmäßigkeit, die durch die Form der fegekrümraten Seiten dea Schlitzes bestimmt ist, und zwar in der gleichen Weise, in der sich die Länge des ausgeblendeten Impulses mit der angelegten Leistung ändert.

In der Figur 5 ist die Zwischenwand 6 durch eine Prallwand 1J ersetzt» deffpHand 14 in der durch dee Achse des Hohlrau-' mes gehenden Ebene verläuft, wobei angenommen wird, daß der

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Hohlraum rechteckig ist. Dieser Fall kann gleich dem des Schlitzes 7 der Figur 2 betrachtet werden, bei dem dar Sektorwinkel bis auf 180° vergrößert ist. Durchläuft der Strahl den Kreis 8, so werden Strahlimpulse ausgeblendet, deren Länge gleich dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ist. Ein Ersetzen der Zwischenwand durch diese Prallwand ist vorteilhaft, wenn eine erhöhte Kopplung zwischen den Hohlräumen 3 und 10 erreicht werden soll· Selbstverständlich können für den Sektorwinkel andere Werte, die unter oder über 180° liegen, verwendet werden. DiesTird einfach dadurch erreicht, daß ein Rand 14- V-förmig oder umgekehrt V-förmig ausgebildet wird, wie dies in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist, in denen die Spitze 15 des V-förmigen Teils in der Achse des Hohlraumes liegt.

Die Figuren 8 bis 11 stellen Ausführungsformen de? Fig. 2 bis 5 dar, bei denen der radiale Schlitz 7 der Figuren 2, 3 oder 4 oder die Prallwand I3 der Figur 5 mit einem kleinen, axialen Loch 16 mit dem Radius r^ kombiniert sind. Dieses Loch ist derart gewählt, daß ein Axialstrahl mit etwa dem gMchen Durchmesser wie der Eingangsstrahl 1 durchtreten kann. Gemäß dieser Kombination erhält insbesondere die in Figur 8 dargestellte Anordnung die charakteristische Form eines "Schlüsselloches", während nach

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Figur 11 in der Prallfäche 13 eine einfache, halbkreisförmige Aussparung vorgesehen ist. Mittels dieser Anordnung kann am Ausgang des Loches 12 der Figur 1 abwechselnd ein entsprechend den vorstehenden Ausführungen in Impulse zerhackter Strahl oder ein den Strahl 1 darstellender kontinuierlicher Strahl erhalten werden, der sich entsprechend der Achse der Vorrichtung ohne irgend eine Ablenkung ausbreitet. Dieser Übergang von einer Betriebsart in die andere,kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß das PeId der Quelle 4 beseitigt oder wieder aufgebaut wird. ·

Die Erfindung ist nicht auf die beschjdebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, daß der Hohlraum 10 mit der ijgeichen, von einer Quelle 4 kommenden Frequenz f wie der Hohlraum 3 gespeist istο Die Hochfrequenzquellen für die zwei Hohlräume können vielmehr verschieden sein, und der Hohlraum 10 kann mit einer Frequenz gespeist werden, die etwas von der Speisefrequenz des Hohlraums 3 verschieden ist. Daraus ergibt sich in dem Hohlraum 10 lediglich eine langsame Phasenverwerfung des Impulses 9 bezüglich der Ausgangsphase des Schlitzes 7. Somit kommt nur ein Teil des Impulses 9 mit zum Austritt geeigneter Phase am Ausgang 12 an und der Rest des Impulses geht in der Endwandung des Hohlraumes

10 verloren« Auf diese Weise wird eine Einrichtung zdr zusätzlichen Verkürzung des Impulses 9 erhaben·

00^9816/0837-Patentansprüche-

Claims

P at ent ansprüche

1. Vorrichtung zur Umformung eines kontinuierlichen Elektronenstrahls, in einen in Impulse zerhackten Strahl mit einem ersten Hohlraum, in dem sich der kontinuierliche Strahl ■ aufgrund der kombinierten Wirkung eines axialen magnetischen Feldes und eines transversalen, hochfrequenten elektrischen Feldes entlang einer divergierendes Schraubenbahn um die Achse des Hohlraumes ausbreitet, viobei der Hohlraum mit einer Abschlußwandung versehen ist, die eine oder mehrere öffnungen aufweist, durch die diskontinuierliche Gruppen von Elektronen in einem Abstand von der Hohlraumachee aus dem Hohlraum ausgtreten, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an den ersten Hohlraum ein zweiter Hohlraum vorgesehen ist, in dem sich die diskontinuierlichen Elektronengruppen aufgrund der kombinierten Wirkung eines axialen magnetischen Feldes und eines transversalen, hochfrequenten elektrischen Feldes, welche ähnlich den in dem ersten Hohlraum vorhandenen Feldern sind, entlang einer konvergierenden, schraubenförmigen Bahn ausbreiten, und daß die zweite Kammer eine Abschlußwandung aufweist, die mit einer als Strahlauslaß dienenden und mit der Hohlraumachse ausgerichteten Öffnung versehen ist.

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge fc^nnzeich-

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• - 15 -

net, daß der erste "und der zweite Hohlraum gleiche Form

_ * - ■ ■ ■

und gleiche geometrische Abmessungen besitzen.

3. Vorrichtung nach Asspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η-■ zeichnet, daß der erste und der zweite Hohlraum mit gleicher Frequenz erregt sind.

4-, Vorrichtung nach den Ansprüchen 1,2 oder 3» dadurch g e kennzeichne t , daß die öffnungen in der Teilungswand zwischen den zwei Hohlräumen V-förmig ausgebildet sind

" und die öffnung gegen die Achse der Anordnung gerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Seiten der V-förmigen öffnungen geradlinig sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch g e k e η η ζ e i c h-

n e t , daß die Seiten der V-förmigen öffnungen gekrümmt sind.

7· Vorrichtung nacnyKnspruchen i,2 oder 3, dadurch g e kenn ζ e i ch η e t , daß der erste und der zweite Hohlraum voneinander durch eine Prallwand getrennt sind, die eine in der Axialebene der Hohlräume liegende Kante aufweist.

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8.Vorrichtung nach den Ansprüchen 1,2 oder 3» dadurch g e -

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kennzeichnet , daß der erste und der zweite Hohlraum voneinander durch eine Prallfläche getrennt sind, auf deren Kante ein Punkt der Achse der Anordnung liegt.

9· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß jede öffnung oder die Prallfläche mit einer kreisförmigen öffnung kombiniert ist, die entsprechend der Achse der Vorrichtung angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hochfrequente elektrische Feld angeschaltet und abgeschaltet werden kann und daß dadurch entweder ein zerhackter oder ein kontinuierlicher Elektronenstrahl geschaffen wird.

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