DE1589634B2 - ARRANGEMENT FOR BULLETING A CIRCULAR AREA OF A HITING PLATE - Google Patents
ARRANGEMENT FOR BULLETING A CIRCULAR AREA OF A HITING PLATEInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Beschießen eines kreisförmigen Bereichs einer Treffplatte mit einem fokussierten Strahl geladener Teilchen, der nacheinander zwischen zwei zueinander senkrechten Ablenkplattenpaaren hindurchgeht, die an einen Ablenkverstärker angeschlossen sind und an denen jeweils eine von zwei sinusförmigen und um .τ/2 gegeneinander phasenverschobenen, elektrischen Ablenkspannungen anliegt.The invention relates to an arrangement for bombarding a circular area of a Hit plate with a focused beam of charged particles, one after the other between two each other perpendicular pairs of deflection plates connected to a deflection amplifier and at each of which one of two sinusoidal and electrical .τ / 2 phase shifted from one another Deflection voltages is applied.
Für die Bestrahlung von Materie mit einem Elektronenstrahl ist in der deutschen Auslegeschrift 1010 201 eine Anordnung beschrieben, bei der ein etwa in Form einer Treffplatte vorliegendes Material mit einem fokussierten Elektronenstrahl abgetastet wird, der auf dem Wege zu dieser Treffplatte nacheinander zwischen zwei zueinander senkrecht stehenden Paaren von Ablenkplatten hindurchgeht, an denen elektrische Spannungen anliegen, die einen sinusförmigen Verlauf zeigen und gegeneinander um .τ/2 phasenverschoben sind, so daß sie dem zwischen den Ablenkplatten hindurchgehenden Elektronenstrahl eine kreisförmige Auslenkung aufprägen und dementsprechend auch der auf der Treffplatte von dem Elektronenstrahl abgetastete Bereich kreisförmig ausfällt. Eine Einrichtung, mit deren Hilfe sich die an den Ablenkplattenpaaren anliegenden Spannungen für den Treffplattenbeschuß modulieren lassen, ist auf Seite 52 des Buches »Die Kathodenstrahlröhre« von M. v. Ardenne von 1933 beschrieben. Diese bekannte Einrichtung besitzt einen als Ablenkverstärker wirkenden Modulator, der durch eine äußere Steuerspannung gesteuert werden kann und seinerseits die Größe der den Ablenkplattenpaaren eines Kathodenstrahloszillographen zugeführten Spannungen bestimmt. Die Verwendung einer derartigen Ablenkeinrichtung für den Beschüß einer Treffplatte mit Elektronenstrahlen zwecks Beeinflussung des Materials dieser Treffplatte erweist sich jedoch in der Praxis insofern als nicht voll befriedigend, als die Gleichförmigkeit der Abtastung der Treffplatte durch den Elektronenstrahl mit Hilfe des Modulators nur unvollkommen gelingt.For the irradiation of matter with an electron beam is in the German Auslegeschrift 1010 201 describes an arrangement in which a material in the form of a target is scanned with a focused electron beam, which one after the other on the way to this target passes between two mutually perpendicular pairs of baffles on which electrical voltages are present, which show a sinusoidal curve and against each other by .τ / 2 are out of phase with the electron beam passing between the baffles Imprint a circular deflection and accordingly also the one on the target of The electron beam scanned area turns out to be circular. A facility with the help of which the Let voltages applied to the pairs of deflection plates for the target bombardment be modulated on page 52 of the book "Die Kathodenstrahlröhre" by M. v. Ardenne described in 1933. These known device has a modulator acting as a deflection amplifier, by an external Control voltage can be controlled and in turn the size of the deflection plate pairs Cathode ray oscillographs determined voltages supplied. The use of such a deflector for bombarding a target with electron beams to influence the Material of this hit plate proves in practice to be not fully satisfactory as the Uniformity of the scanning of the target by the electron beam with the help of the modulator only imperfectly succeeds.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß bei einfachstem konstruktivem Aufbau die Ablenkspannungen eine solche Form erhalten, daß eine absolute Gleichmäßigkeit bei der Abtastung der Treffplatte durch den Teilchenstrahl gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ablenkverstärker einen Plattenkondensator mit einer gleichmäßig um eine zu ihrer Ebene senkrechte Achse rotierenden Platte enthält, deren Form die Amplitude der Ablenkspannungen einer GesetzmäßigkeitThe invention is therefore based on the object, an arrangement of the type mentioned in the Way to develop further that with the simplest structural design the deflection voltages such Form obtained that an absolute uniformity in the scanning of the target by the particle beam is guaranteed. This object is achieved according to the invention in that the deflection amplifier a plate capacitor with an axis rotating uniformly around an axis perpendicular to its plane Plate contains the shape of which the amplitude of the deflection voltages of a law
folgen läßt, in der f die Zeit und α und b Konstante bedeuten.follows, in which f is the time and α and b are constants.
Die Erfindung bedient sich also zur Lösung der obengestellten Aufgabe der aus Seite 151 des Buches Teilchenbeschleuniger von R. K ο 11 a t h von 1962 bekannten Möglichkeit, die Verstärker von Synchrozyklotrons mit Plattenkondensatoren mit rotierenden Platten zu versehen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ablenkverstärkers reduziert sich das Problem der Erzielung einer gleichmäßigen Abtastung der Treffplatte durch den Teilchenstrahl auf die Einhaltung einer gleichmäßigen Rotationsgeschwindigkeit für die umlaufende Platte des Plattenkondensators im Ablenkverstärker, und eine derartige gleichmäßige Rotation einer Platte um eine zu ihrer Ebene senkrechte Achse ist bekanntlich mit einfachen Mitteln sicherzustellen, so daß sich im Gesamtergebnis eine Gleichförmigkeit für die Abtastung der Treffplatte durch den Teilchenstrahl erzielen läßt, die weit über das mit den bisher bekannten Anordnungen erzielbare Ausmaß hinausgeht.The invention thus makes use of the above problem from page 151 of the book Particle accelerator by R. Kο 11 a t h from 1962 known possibility of the amplifiers of synchrocyclotrons with plate capacitors with rotating To provide plates. This is reduced by the inventive design of the deflection amplifier Problem of achieving uniform scanning of the target by the particle beam for compliance a uniform speed of rotation for the rotating plate of the plate capacitor in the deflection amplifier, and such a uniform rotation of a plate about a plane perpendicular to its plane Axis is known to be ensured by simple means, so that the overall result is a Uniformity for the scanning of the target by the particle beam can be achieved far beyond the extent achievable with the previously known arrangements goes beyond.
Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung bezug genommen; in dieser zeigtFor the further explanation of the invention, reference is now made to the drawing; in this shows
F i g. 1 schematisch und in Perspektive ein System bekannter Bauart zum kreisförmigen Abtasten einer Treffplatte mit einem Teilchenstrahl,F i g. 1 schematically and in perspective a system of known type for circular scanning a target with a particle beam,
F i g. 2 ein Schaltbild für den Ablenkverstärker des Systems von F i g. 1 mit einem erfindungsgemäß eingefügten und ausgebildeten Plattenkondensator, F i g. 3 bis 5 drei Kurven für die Bestimmung der dem Umriß der beweglichen Platte des in F i g. 2 dargestellten Plattenkondensators zu gebenden Form undF i g. 2 is a circuit diagram for the deflection amplifier of the system of FIG. 1 with one according to the invention inserted and formed plate capacitor, F i g. 3 to 5 three curves for the determination which corresponds to the outline of the movable plate of the FIG. 2 shown plate capacitor to be given form and
F i g. 6 eine schematische Darstellung für die Art, wie man den Umriß der beweglichen Platte des Plattenkondensators von F i g. 2 praktisch bestimmen kann.F i g. Figure 6 is a schematic illustration of how to outline the moving plate of the plate capacitor from F i g. 2 can determine practically.
Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung besitzt zwei Ablenkplattenpaare 1 und 2, die der Ablenkung eines zwischen ihren Platten hindurch auf eine Treffplatte 3 gerichteten Teilchenstrahles dienen. Die Platten der Ablenkplattenpaare 1 und 2 liegen in zueinander senkrechten Ebenen, und zwischen den Platten eines Ablenkplattenpaares liegt jeweils eine von zwei um .t/2 gegeneinander phasenverschobenen Sinusspannungen an, wodurch sich insgesamt eine kreisförmige Abtastung der Treffplatte 3 ergibt.The in F i g. The arrangement shown in FIG. 1 has two pairs of deflector plates 1 and 2, the deflection a particle beam directed through its plates onto a target 3 are used. The plates the pairs of deflector plates 1 and 2 lie in mutually perpendicular planes, and between the plates of a pair of deflection plates is one of two sinusoidal voltages which are phase-shifted by .t / 2 on, whereby a total of a circular scanning of the target 3 results.
Hat die an das Ablenkplattenpaar 1 angelegteHas applied to the pair of baffles 1
''.Ti'' .Ti
6, Spannung die Form U = ί70(ί) sin —~- , so geht es 6 , voltage the form U = ί7 0 (ί) sin - ~ - , that's how it works
für die Erfindung darum, das Teilchenbündel streni: auf die Treffplatte 3 zu fokussieren und die Amplitude U0 zeitlich nach einer solchen Gesetzmäßigkei1 streni to the invention therefore, the particle beam: focusing on the fail plate 3 and the amplitude U 0 time after such Gesetzmäßigkei 1
variieren zu lassen, daß sich auf der gesamten Oberfläche der Treffplatte 3 ein zeitlich gleichförmiger Teilchenfluß einstellt.to be varied so that there is a temporally uniform over the entire surface of the target 3 Particle flow adjusts.
Bezeichnet man mit R den Abtastradius für die Abtastung der Treffplatte zu einem beliebigen Zeitpunkt f und mit R0 den minimalen Abtastradius, so gibt sich der bei einer infinitesimal kleinen Änderung dR des Abtastradius R auf der Treffplatte 3 überstrichene Flächeninhalt zu dS — InRdR. Die erfindungsgemäß verlangte gleichmäßige Abtastung der Treffplatte 3 führt dann zu der BedingungIf R denotes the scanning radius for scanning the target at any point in time f and R 0 denotes the minimum scanning radius, the area covered by an infinitesimally small change dR of the scanning radius R on the target 3 is dS - InRdR. The uniform scanning of the target 3, which is required according to the invention, then leads to the condition
dS = IxRdR = K dt. dS = IxRdR = K dt.
Mit den Randbedingungen R — R0 für f = 0 und R = R{t) für sonstige t erhält man daraus die bestimmten Integrale:With the boundary conditions R - R 0 for f = 0 and R = R {t) for other t one obtains the definite integrals:
2.T J" RdR = JKdr,
R0 ο2.TJ "RdR = JKdr,
R 0 ο
die sich lösen lassen zuthat can be solved
n(R2(t)-Rl) = Kt.n (R 2 (t) -Rl) = Kt.
Dies führt für den Abtastradius R(t) zu nachstehender Bedingung:This leads to the following condition for the scanning radius R (t):
L- 1
2 U -e L- 1
2 U -e
U0U) = K"-U0U)U 0 U) = K "-U 0 U)
(2)(2)
wobeiwhereby
U0(O = VK'" ■ t + U 0 (O = VK '"■ t +
gespeisten Transformator 8 zur Spannungsheraufsetzung. powered transformer 8 for increasing the voltage.
Die Abstimmkapazität bestehtThe voting capacity exists
1. aus der Kapazität C des ModulationskondensatorsS: 1. from the capacitance C of the modulation capacitor S:
2. aus der variablen Kapazität des Kondensators 6. der die Nachstellung der Kapazität der Ablenkplatten 1 und 2 gestatten muß. und2. from the variable capacitance of the capacitor 6. the readjustment of the capacitance of the deflection plates 1 and 2 must allow. and
3. aus der Kapazität der Ablenkplatten 1 und 2. 3. from the capacity of baffles 1 and 2.
Der Modulationskondensator 5 wird von einem Elektromotor 9 in Drehung versetzt, dessen Umlaufgeschwindigkeit ungefähr 3000 U/min beträgt.The modulation capacitor 5 is set in rotation by an electric motor 9, its rotational speed is approximately 3000 RPM.
Die für die Erfindung kennzeichnende Bedingung eines gleichförmigen Flusses ist befriedigt, wenn die VoraussetzuncThe condition of a uniform flow which characterizes the invention is satisfied when the Prerequisite
RU)= U-J^+ Ro= \/K't + Kl. (1) RU) = UJ ^ + R o = \ / K't + Kl. (1)
Da wegen der elektrostatischen Ablenkung des Teilchenstrahles durch das Ablenkplattenpaar 1 die bekannte FormelSince because of the electrostatic deflection of the particle beam by the deflection plate pair 1 the known formula
U0U) = \jK'"t + ulU 0 U) = \ jK '"t + ul
erfüllt ist.is satisfied.
Diese Aufgabe wird in folgender Weise gelöst:This task is solved in the following way:
1. Man zeichnet die Kurve für die Änderung von U0U) als Funktion der Kapazität C des Modulationskondensators 5 (Fig. 3). 1. The curve for the change in U 0 U) is drawn as a function of the capacitance C of the modulation capacitor 5 (FIG. 3).
Um das Maximum für U0 zu erhalten, regelt man die Abstimmung zunächst auf ihren Optimalwert ein und anschließend die Spannung, bis U0 seinen Maximalwert (z. B. 2400 Volt) erreicht.In order to obtain the maximum for U 0 , the tuning is first adjusted to its optimum value and then the voltage is adjusted until U 0 reaches its maximum value (e.g. 2400 volts).
2. Man zeichnet die gewünschte Änderung von U0 als Funktion von t darstellende Kurve, d. h. die Kurve2. The desired change in U 0 is drawn as a function of the curve representing t , ie the curve
U0U) = K'"t U 0 U) = K '"t
(Fig. 4).(Fig. 4).
Nimmt man z. B. als Grenzen für C0(O die Werte 240 und 2400 V, so erhält man Tür t = T U0-UOmaxi „, = 2400 V und für t = 0 U0 = 240 V, undIf you take z. B. as limits for C 0 (O the values 240 and 2400 V, one obtains door t = TU 0 -U Omaxi ", = 2400 V and for t = 0 U 0 = 240 V, and
die Gleichung (3) liefertequation (3) yields
gilt, ergibt sich unter Zusammenfassung der Gleichungen (1) und (2):applies, summarizing equations (1) and (2) results in:
K" ■ U0U) = VK't + Rl = ^K't +(K"-U0)2,
was sich wiederum umformen läßt zu K "■ U 0 U) = VK't + Rl = ^ K't + (K" -U 0 ) 2 ,
which in turn can be transformed
Ulmax-Ul _ 24002 - 24O2 Ul max -Ul _ 2400 2 - 24O 2
lOOO2 · (2,42 - 0,242) 5,70-1O6 Looo 2 · (2.4 2 to 0.24 2) 5,70-1O 6
T TT T
Die Gleichung (3) selbst schreibt sich dann:The equation (3) itself then writes:
eine von der Zeit unabhängige Konstante und U0 den Minimalwert für die Spannung U0U) darstellen, der zum minimalen Abtastradius R0 führt.represent a constant independent of the time and U 0 the minimum value for the voltage U 0 U) , which leads to the minimum scanning radius R 0 .
So führt die Bedingung einer gleichförmigen Abtastung als Funktion der Zeit, die für die Erfindung kennzeichnend ist, schließlich dazu, die Amplitude U0U) nach dem parabolischen GesetzThus, the condition of uniform scanning as a function of time, which is characteristic of the invention, finally leads to the amplitude U 0 U) according to the parabolic law
variieren zu lassen.to vary.
Die gewünschte Modulation wird durch Änderung der Kapazität des Kondensators und demzufolge der Abstimmkapazität des Verstärkers erzielt.The desired modulation is achieved by changing the capacitance of the capacitor and consequently the tuning capacity of the amplifier achieved.
Der Verstärker besitzt, so wie er in der F i g. 2 dargestellt ist. eine Verstärkerröhre 4, den für die Erfindung kennzeichnenden variablen Modulationskondensator 5. einen zweiten variablen Kondensator 6, cine Drosselspule 7 und einen von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Quarzgenerator ^o U) = The amplifier has, as it is shown in FIG. 2 is shown. an amplifier tube 4, the variable modulation capacitor 5 characteristic of the invention, a second variable capacitor 6, a choke coil 7 and a quartz generator ( not shown in the drawing)
5,70 · IQ6 5.70 · IQ 6
TT
t + 5,76 · 104 . t + 5.76 · 10 4 .
3. Aus den beiden obigen Kurven leitet man die Kurve für die Änderung der Kapazität C des Modulationskondensators als Funktion der Zeit t = 0 (die Anfangskapazität) zu 0 angenommen werden kann, denn sie läßt sich mit der Kapazität des zweiten variablen Kondensators 6 wieder gewinnen.3. The curve for the change in the capacitance C of the modulation capacitor as a function of the time t = 0 (the initial capacitance) can be assumed to be 0, because it can be recovered with the capacitance of the second variable capacitor 6 from the two curves above .
Ist die Kurve C — f(t) gezeichnet, so teilt man die Abszisse in π gleiche Intervalle von der LängeIf the curve C - f (t) is drawn, the abscissa is divided into π equal intervals of length
IT-(h.IT = T).IT- (i.e. IT = T).
wobei η so groß gewählt wird, daß man die Form des fvlodulationskondensators, deren Konstruktion im folgenden erläutert wird, mit guter Genauigkeitwhere η is chosen so large that the shape of the modulation capacitor, the construction of which is explained below, can be determined with good accuracy
festlegen kann. Den Intervallen IT entsprechen auf der Ordinatenachse (C) Intervalle \C[, IC2, JC3 usw.can set. The intervals IT correspond on the ordinate axis (C) to intervals \ C [, IC 2 , JC 3 etc.
Man gibt dem Modulationskondensator eine Form, die es gestattet, die Änderung von C als Funktion der Zeit zu erhalten.The modulation capacitor is given a shape that allows the change in C as a function the time to get.
Dazu genügt es, in folgender Weise vorzugehen (Fig. 6): Man gibt der festen Platte des Modulationskondensators die Form eines Halbkreises, dessen Radius den maximalen Radius der beweglichen Platte übersteigt. Auf das Blatt 14, aus dem die bewegliche Platte herausgeschnitten wird und das eine geradlinige Kante D aufweist, zeichnet man ausgehend von dem Punkt 0 auf dieser Kante Strahlen, die das Blatt 14 in η Sektoren aufteilen, wobei η den gleichen Wert hat wie oben.To do this, it is sufficient to proceed as follows (Fig. 6): The fixed plate of the modulation capacitor is given the shape of a semicircle, the radius of which exceeds the maximum radius of the movable plate. On the sheet 14, from which the movable plate is cut and which has a straight edge D , rays are drawn, starting from the point 0 on this edge, which divide the sheet 14 into η sectors, where η has the same value as above.
Der Winkel an der Spitze jedes Sektors beträgtThe angle at the top of each sector is
dementsprechend Ia =accordingly Ia =
Anschließend träatThen came
man auf den Strahlen ausgehend von dem Punkt 0 der Reihe nach die Radien rx, r2, r3 ... rn ab, deren Beträge wie nachstehend erläutert mit denen der Intervalle ,1 C1, JC2, JC3 zusammenhängen.one based on the beam with which are connected from the point 0 in order, the radii r x, r 2, r 3 ... r n, the amounts of which, as explained below the intervals 1 C 1, JC 2, JC. 3
Aus einer klassischen Formel weiß man, daß die infinitesimale Änderung der Kapazität I Ci des Modulationskondensators 5 mit dem von der beweglichen Platte überstrichenen Flächeninhalt IS,- über die GleichungFrom a classical formula we know that the infinitesimal change in the capacitance I Ci of the modulation capacitor 5 with the area covered by the movable plate IS, - over the equation
JC =JC =
zusammenhängt, in der e den Abstand der Kondensatorplatten voneinander bezeichnet und f0 eine !(Τ9 related, in which e denotes the distance between the capacitor plates and f 0 a! (Τ 9
Konstante der GrößeConstant of size
36 rr36 rr
ISt.Is.
Außerdem sagt eine klassische Formel der Infinitesimalgeometrie aus, daß der von einem auf die bewegliche Platte gekennzeichneten Radius rf überstrichene Flächeninhalt J S,- bei einer Drehung um einen Winkel zuIn addition, a classic formula of infinitesimal geometry states that the area JS, - covered by a radius r f marked on the movable plate, increases when rotated through an angle
O O
J aYes
wird, wenn « in Radiant angegeben ist, oder bei Ansabe von u in ° sich durch Gleichungif «is given in radians, or when stated of u in ° by equation
Γ7 I <i Γ7 I <i
180180
360360
ausdrücken läßt.expresses.
Die Gleichungen (4) und (5) führen dann zuThe equations (4) and (5) then lead to
τιΐ\ Ια
360 τιΐ \ Ια
360
aus der manfrom which one
360 e .1 C1
0 J a 360 e .1 C 1
0 J a
ableiten kann.can derive.
Die in Fig. 6 eingetragenen Radien r,, r2 ... r„ ergeben sich aus Gleichung (6), wenn für ICj die auf der Ordinatenachse in Fig. 5 eingetragenen Werte eingesetzt werden; zwischen JCj- a J T (wobei JT proportional ist zu Ju) erhält man dann die der Kurve in F i g. 6 entsprechende Beziehung.The radii r 1 , r 2. between JCj- a JT (where JT is proportional to Ju) one then obtains that of the curve in FIG. 6 corresponding relationship.
Hat man auf diese Weise die Radien r,- bestimmt, so braucht man nur noch diese Radien auf das Blatt 14 aufzuzeichnen und dieses ausgehend von dem Punkt 0 entlang der Enden der verschiedenen Radien r, zu zerschneiden.If the radii r, - have been determined in this way, so you only need to record these radii on the sheet 14 and this starting from the point 0 along the ends of the different radii r, cut up.
In der Formel (6), die den Wert für die Radien r,· liefert, kann man e, dem A-bstand der Kondensatorplatten voneinander, einen beliebigen Wert geben, vorausgesetzt, daß er größer als der für die Isolierung der Kondensatorplatten voneinander erforderliche Abstand (ungefähr 3 mm). Zu bemerken ist, daß die Genauigkeit um so besser wird, je größer die Abmessungen werden.In formula (6), which gives the value for the radii r, ·, e, the distance between the capacitor plates, can be given any value, provided that it is greater than the distance required to isolate the capacitor plates from one another (about 3 mm). It should be noted that the larger the size, the better the accuracy.
Es empfiehlt sich, die bewegliche Platte weitab von der Masse zu legen, damit sich nicht eine variable Kapazität gegenüber der Masse ergibt.It is advisable to place the movable plate far away from the mass, so that there is no variable Gives capacitance to the mass.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.1 sheet of drawings.
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