DE1872781U - Mehrpolige magnetische linse, insbesondere quadrupollinse. - Google Patents

Description

RA.816 632*211162

BBC

BROWN, BOVERI & CIE Mannheim, den 19.12.1962

Aktiengesellschaft Pat/lld/W

MANNHEIM

Mp.-Hr. 72.2/61

" Mehrpolige magnetische Linse, insbes. Quadrupollinse ^Tt.

Zur fokussierung von durch Magnetfelder ablenkbaren leilchenstrahlen (Elektronen- oder Ionenstrahlen) werden vielfach magnetische Linsen, sog. Quadrupollinsen verwendet·

In der Pig. 1 ist eine derartige Quadrupollinse dargestellt. In einem Hing 1 aus magnetisch gut leitendem Material, insbes.Eisen sind um je 90° gegeneinander versetzt 4 Magnetpole 2 angebracht, die eine von Gleichstrom durchflossene Wicklung J tragen, so daß abwechselnd Nord- und Südpole H und S entstehen.

Die dem Inneren des Ringes zugekehrten Enden 4 der Magnetpole sind so gestaltet, daß die zwischen zwei entgegengesetzten Polen entstehenden magnetischen Feldlinien nach gleichseitigen Hyperbeln verlaufen.

Wird ein Teilchenstrahlenbündel in einem evakuierten Rohr aus magnetisch nicht leitendem Material durch ein solches Magnetfeld hindurchgeleitet, so werden die Strahlen in der Eichtung der einen Verbindungslinie gleichnamiger Pole stark fokussiert in Richtung der anderen Verbindungslinie gleichnamiger Pole dagegen zerstreut.

Werden zwei derartige Magnetlinsen mit geringem Abstand hintereinander angeordnet, so wirken sie wie eine Sammellinse bei Lichtstrahlen? d.h. ein von einem Punkt ausgehendes Teilchenstrahlen— bündel wird nach Durchgang durch die beiden Magnetlinsen in einem Brennpunkt vereinigt.

Mehrere derartige, in Abständen voneinander angeordnete Magnetlinsen-Paare können auch dazu verwendet werden, um ein Teilchen-

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strahlenbündel über längere Entfernungen fortzuleiten, indem die nach dem Durchlaufen des Brennpunktes des ersten Linsenpaares wieder divergierenden Strahlen in das zweite Linsenpaar gelangen und von diesem wieder in einen zweiten Brennpunkt vereinigt werden und so fort.

Die Herstellung der Magnetlinsen in der beschriebenen, bekannten Form ist recht schwierig. Der Verlauf der magnetischen Feldlinien ist nur durch die Gestalt der Oberflächen der Magnetpole bestimmt. Zur Erzielung des erforderlichen hyperbolischen Verlaufes der magnetischen Feldlinien ist eine sehr genaue Bes-arbeitung der Poloberflächen erforderlich. Etwaige Fehler daran können nur durch eine umständliche und zeitraubende Nachbearbeitung beseitigt werden·

Der Neuerung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Konstruktion derartiger magnetischer Linsen zu verbessern und ihre Herstellung zu vereinfachen.

Die Neuerung geht von der Erkenntnis aus, daß es möglich ist im Innern eines ringförmigen Magnetkörpers nach Art des Ständers eines Induktionsmotors mit in Hüten angeordneten Stromleitern durch geeignete Verteilung des Strombelages auf den inneren Umfang nahezu jede beliebige Verteilung des Magnetfeldes zu erzielen.

Die mehrpolige magnetische Linse, insbes. Quadrupollinse mit hyperbolischem Verlauf der magnetischen Feldlinien zwischen benachbarten entgegengesetzten Magnetpolen zur Fokussierung von durch Magnetfelder ablenkbaren teilchenstrahl en nach der !Teuerung besteht aus einem mit Nuten versehenen ringförmigen Körper aus magnetisch gut leitendem Material und eine auf die Nuten verteilte Wicklung aus konzentrisch zu jeder Polachse angeordneten Spulen.

Zwe-ßkmäßig ist es, für das Magnetsystem einen ringförmigen Hohlkörper zu verwenden, der nach Art des Ständers eines Induktionsmotors aus einem Paket von innen mit Nutschlitzen versehenen Blechen besteht. Unter Umständen können Ständerblechpakete handelsüblicher Induktionsmotoren ohne oder mit geringfügigen Inderungen verwendet werden.

-3- ' J

In den Pig. 2 und 3 ist eine Quadrupollinse nach der !Feuerung beispielsweise dargestellt.

Darin ist 5 ein am inneren Umfang mit Hüten 6 versehener beispielsweise aus Blechen zusammengesetzter Bisenkörper.

In den luten liegen die in zwei Schichten angeordneten leiter 7 und 8.

In Pig. 2 ist ein Beispiel für die Zahl der leiter in jeder Hut und jeder Schicht angegeben.

3?ig. 3 läßt die Schaltung der leiter und die Stromrichtung darin erkennen. Die mit gleichen Buchstaben und gleichem Ziffernindex bezeichneten leiter z.B. a--a|, b--b- usw. bilden jeweils eine konzentrisch zu der betreffenden Magnetpolachse liegende Spule.

Die Spulen a.,, b^ , c,, d^,e^ und f -, die im Beispiel in Reihe geschaltet sind, bilden die Wicklung eines Poles. Die Spulen a₂j bm bilden die Wicklung eines anderen Poles.Ebenso bilden die Spulen a-, br,... und a., b. ····.··· die Wicklung des

dritten und vierten Poles.

Die Zahl der Amplrewindungen der einzelnen Spulen, die zur Erzielung der vorgesehenen Peldverteilung erforderlich ist, läßt sich nach bekannten Methoden ohne weiteres berechnen.

Es liegt auf der Hand, daß in unmittelbarer laehbarschaft der Uuten gewisse Unregelmäßigkeiten des Feldes auftreten.Da aber bei den in Hede stehenden Magnetlinsen der Eaum zwischen den Polen wegen des zur Portleitung der Teilchenstrahlen erforderlichen evakuierten Eohres ohnehin nur etwa bis zu 7Qfe> ausgenützt werden kann, hat dieser Effekt für die Ablenkung des Strahles keine Bedeutung, sofern nur die lutteilung nicht so groß gewählt ist.

Etwaige geringe Abweichungen von dem erforderlichen hyperbolischen Verlauf der Feldlinien in dem ausnutzbaren Haum können, bei der neuerungsgemäßen Gestaltung der Magnetlinsen nötigenfalls durch Änderung der Stromstärke in den einzelnen Spulen korrigiert werden. Zu diesem Zwecke können nach einer Weiterbildung der Neuerung den einzelnen Spulen Einstellwiderstände zugeordnet werden. Bei Reihenschaltung der Spulen einer Polwirkung kann jeder Spule ein solcher Widerstand parallel geschaltet werden, wie dies in Pig. 4 dargestellt ist. Bei Parallelschaltung der Spulen sind entsprechende Widerstände mit den Spulen in Reihe zu schalten. Unter Umständen kann es auch genügen, mehrere zu einer Gruppe zusammengefaßte Spulen einen gemeinsamen 'üiiistellwiderstand zuzuordnen.

Die Bauart von Magnetlinsen nach der feuerung bietet gegenüber der bekannten Bauart entsprechend der Pig. 1 beachtliche Vorteile.

Zunächst ermöglicht die neue Bauart bei gleicher Größe des ausnutzbaren Feldraumes eine beachtliche Raum- oder Gewichtserspar— nis, wie ein Vergleich der Pig. 1 und 2 ohne weiteres erkennen läßt. Perner ergibt sich eine Verringerung der erforderlichen Gesamtamplrewindungen dadurch, daß fast gar kein Streufeld entsteht.

Vor allem aber ist die Herstellung der Linsen wesentlich einfacher, da eine genaue Bearbeitung der Polflächen nicht erforderlich ist und eine evtle. Korrektur der Peldform nicht durch umständliches Nacharbeiten der Polflächen, sondern in einfacher Weise durch die Einstellung von Widerständen durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin,daß in einfacher Weise durch eine schräge oder schraubenförmige Anordnung der Nuten eine !Drehung des Magnetfeldes längs der Linsenachse erreicht werden kann., was in besonderen Fällen von Nutzen sein kann.

Die beschriebene Bauart ist schließlich auch für eine andere Polzahl als 4 anwendbar, was ebenfalls in Sonderfällen Bedeutung haben kann.

Claims (4)

PJL816 632*21.12.0 r\ — 5 — Schutzansprüche :

1. Mehrpolige magnetische Linse, insbes. Quadrupollinse mit hyperbolischem Verlauf der magnetischen Feldlinien zwischen benachbarten entgegengesetzten Magnetpolen zur fokussierung von durch Magnetfelder ablenkbaren Teilchenstrahlen, gekennzeichnet durch einai mit Hüten versehenen ringförmigen Körper aus magnetisch gut leitendem Material und durch eine auf die Hüten verteilte Wicklung aus konzentrisch zu jeder Polachse angeordneten Spulen.

2. Mehrpolige magnetische Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper nach Art des Ständers eines Induktionsmotors aus einem Paket von innen mit Hutschlitzen versehenen Blechen besteht·

3. Mehrpolige magnetische Linse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen konzentrischen Magnetspulen einstellbare Widerstände zugeordnet sind, mit denen die Stromstärke in den einzelnen Spulen oder in Spulengruppen eingestellt werden kann·

4. Mehrpolige magnetische Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine schräge oder schraubenlinienförmige Gestaltung der Hüten des ringförmigen Körpers.