DE1614099C - Anordnung zum Verandern der Frequenz eines Zyklotron HF Beschleunigungssystems - Google Patents
Anordnung zum Verandern der Frequenz eines Zyklotron HF BeschleunigungssystemsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Verändern der Frequenz eines Zyklotron-HF-Beschleunigungssystems
mit einer kapazitiv wirkenden Beschleunigungselektrode, mit einem induktiv wirkenden Elektrodenschaft, der eine in ihrer elektrisch
wirksamen Länge durch einen Kurzschlußschieber veränderbare Reflexionsleitung bildet, und
mit einem der Reflexionsleitung parallelgeschalteten Festkondensator.
Ein Zyklotron-HF-Beschleunigungssystem besteht in der Regel aus einer Beschleunigungselektrode,
welche bei der Betriebsfrequenz als Kapazität wirkt, in Verbindung mit einem Elektrodenschaft, der eine
am Ende kurzgeschlossene Reflexionsleitung bildet, der bei der Betriebsfrequenz induktiv wirkt und der
die Beschleunigungselektrode zu einem Schwingkreis ergänzt.
Fig. 1 zeigt diese Anordnung im Ersatzschaltbild.
Die Beschleunigungselektrode ist durch eine Kapazität, der Elektrodenschaft durch eine am Ende kurzgeschlossene
Doppelleitung dargestellt. Die Anordnung stellt elektrisch etwa einen kapazitiv verkürzten
Lamda-Viertel-Resonator dar.
Will man mit einem Zyklotron bei Ausnutzung bis zu seiner äußersten Bahn Teilchen mit unterschiedlicher
Energie erzeugen (Energievariation) und/oder will man verschiedene Teilchenarten beschleunigen
(Variation des Verhältnisses von Ladung des Ions zu Masse des Ions), so muß man die Betriebsfrequenz
des Beschleunigungssystems, nämlich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, verändern können.
Je größer das Verhältnis von größter und kleinster Betriebsfrequenz gemacht werden kann,
desto universeller ist das Zyklotron zu verwenden.
Es ist bekannt, die Betriebsfrequenz des Beschleunigungssystems dadurch zu verändern, daß die elektrische
Länge der Reflexionsleitung und damit die wirksame Induktivität in der Reflexionsleitung verändert
wird. Das geschieht beispielsweise durch Verschieben eines galvanisch oder kapazitiv wirkenden
Kurzschlußbiigels. Je niedriger die kleinste Betriebsfrequenz sein soll, desto länger muß man die Reflexionsleitung machen. Von Nachteil ist hierbei der
große Platzbedarf für die Reflexionsleitung. Eine niedrige Betriebsfrequenz ist aber andererseits nötig,
wenn schwere Ionen beschleunigt werden sollen. Da aber die Länge der Reflexionsleitung die Größe der
das Zyklotron einschließenden Gebäude entscheidend mitbestimmt, verursacht eine lange Reflexionsleitung erheblich mehr umbauten Raum und damit
erhöhte Kosten.
Während bei einer bekannten Anordnung der eingangs genannten Art der ani Ende der Reflexionsleitung angeordnete Festkondensator lediglich als
Kurzschlußkondensator dient, ist es auch schon bekannt, eine Verkürzung der Reflexionsleitung durch
Parallelschaiten eines Zusatzkondensators zur Beschleunigungselektrode
zu erreichen. Dadurch wird die Kapazität des Schwingkreises erhöht, und es läßt sich eine tiefere Resonanzfrequenz bei vorgegebener
maximaler Reflexionsleitungslänge erreichen. Bei einer derartigen Anordnung ist jedoch nicht gewährleistet,
daß die höchste zu fordernde Betriebsfrequenz erreicht werden kann, weil die Induktivität
zum Ausgleich zu der Vergrößerung der Kapazität so erheblich verringert werden müßte, daß der Kurzschlußschieber
der Reflexionsleitung schon unmittelbar an der. Beschleunigungselektrode angreifen
müßte. Ferner ergäbe sich eine ungünstige Spannungsverteilung längs des Beschleunigungsspaltes des
Beschleunigungssystems.
Verwendete man statt dessen einen variablen Kondensator, der für die höchste Betriebsfrequenz auf.
seinen kleinsten Wert einstellbar ist, so wäre hier ein sehr großer und kostspieliger Zusatzkondensator notwendig.
Unter Umständen wird dadurch auch zusätzlich der Platz für Experimentiergeräte eingeschränkt.
Es sind weiterhin Anordnungen bekannt, bei denen die Frequenzänderung nicht durch einen Kurzschlußschieber
innerhalb einer linearen Reflexionsleitung, sondern durch Änderung der Querabmessungen
der Reflexionsleitung mit Hilfe von drehbaren bzw. verschiebbaren Wand- oder Schaftteilen erfolgt.
Bei diesen bekannten Anordnungen wird zwar eine horizontale Ausdehnung der Reflexionsleitung zum
Zwecke der. Änderung der Frequenz vermieden, jedoch bleibt weiterhin der Umstand bestehen, daß
räumlich, wenn auch in einer anderen Ebene, so viel Platz zur Verfügung stehen muß, wie es für die
gewünschte Frequenzänderung notwendig ist, da der ( (e
Frequenzänderungsbereich allein durch den mechanischen
Verstellweg festgelegt ist. Dieser ist im übrigen durch die rotatorische Anordnung im Gegensatz
zu der linearen Anordnung begrenzt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein mit variabler Frequenz betreibbares HF-Beschleunigungssystem
eines Zyklotrons so auszubilden, daß ein möglichst großer Frequenz-Variationsbereich mit
einfachen Mitteln und relativ geringem mechanischem Verstellbereich, der die Induktivität der Reflexionsleitung ändernden Teile erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gemäß der
Erfindung dadurch, daß zur Erzielung eines vergrößerten Frequenz-Variationsbereiches der Festkondensator
der Reflexionsleitung an der Stelle parallel liegt, an der sich der Kurzschlußschieber in seiner
der höchsten Betriebsfrequenz entsprechenden Stellung befindet.
Zur Einstellung einer niedrigeren Betriebsfrequenz wird der Kurzschlußschieber vom Festkondensator
weg verschoben, der Spannungsverlauf an der Lei- ' tung ändert sich dabei durch den Kondensator derartig,
daß die zur Erzielung einer bestimmten Induktivitätsänderung notwendige Verstellung geringer ist
als in dem Fall ohne Festkondensator, d. h., der Kondensator wirkt für die geforderte tiefste Betriebsfrequenz verkürzend auf den mechanischen Verstellweg.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung ist demnach geeignet, bei unverändertem Frequenzvariationsbereich
den mechanischen Verstellweg, d. h. die Länge der Reflexionsleitung zu verkürzen
oder bei unveränderter Leitungslänge den Frequenzvariationsbereich zu erweitern.
Wie schon erwähnt, ist es zwar bekannt, der Reflexionsleitung einen Kondensator parallel zu
schalten. Bei einer bekannten Anordnung sind der Reflexionsleitung, am D-Ende zum Feinabgleich
Trimmkondensatoren parallel geschaltet. Bei einer anderen bekannten Anordnung ist das andere Ende
der Reflexionsleitung aus Gründen der Anpassung durch einen Festkondensator abgeschlossen. In beiden
Fällen liegen also die Kondensatoren an anderen Stellen der Reflexionsleitung, sind aus anderen
Gründen vorgesehen und haben andere Funktionen als beim Gegenstand der Erfindung.
An Hand dreier Figuren sei das Wesen der Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt das Ersatzschaltbild
des Schwingkreises eines Zyklotron-Beschleunigungssystems. Mit C0 ist die Kapazität der Beschleunigungselektroden
bezeichnet, mit ST die Reflexionsleitung, die am Ende kurzgeschlossen ist. Es ist
hierbei keine Abstimmöglichkeit für die Frequenz gegeben.
F i g. 2 zeigt das Ersatzschaltbild für ein Beschleunigungssystem mit veränderlicher Betriebsfrequenz.
Die Änderung der elektrisch wirksamen Länge der Reflexionsleitung wird durch einen verschiebbaren
Kurzschlußschieber erzielt. In der Lage, in der der Kurzschlußschieber gestrichelt gezeichnet ist, erhält
man die größte Betriebsfrequenz und in der Lage, in der der Kurzschlußschieber ausgezogen gezeichnet
ist, die kleinste Betriebsfrequenz.
Fig. 3 zeigt die gemäß der Erfindung ausgebildete Anordnung. Mit CF ist der Festkondensator
bezeichnet, der in der der höchsten Betriebsfrequenz entsprechenden Stellung des Kurzschlußschiebers
der Reflexionsleitung parallel geschaltet ist.
Claims (1)
- Patentanspruch:Anordnung zum Verändern der Frequenz eines Zyklotron-HF-Beschleunigungssystems mit einer kapazitiv wirkenden Beschleunigungselektrode, mit einem induktiv wirkenden Elektrodenschaft.ίο der eine in ihrer elektrisch wirksamen Länge durch einen Kurzschlußschieber veränderbare Reflexionsleitung bildet, und mit einem der Reflexionsleitung parallelgeschalteten Festkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß zurX5 Erzielung eines vergrößerten Frequenz-Variationsbereiches der Festkondensator (CF) der Reflexionsleitung an der Stelle parallel liegt, an der sich der Kurzschlußschieber in seiner der höchsten Betriebsfrequenz entsprechenden Stellung befindet.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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