DE2028485A1 - Gekapselter Hochspannungsbeschleuniger - Google Patents
Gekapselter HochspannungsbeschleunigerInfo
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/02—Constructional details
- H05G1/04—Mounting the X-ray tube within a closed housing
- H05G1/06—X-ray tube and at least part of the power supply apparatus being mounted within the same housing
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Description
Firma Emil Haefely & Cie.« AG·« Basel, Lehenmattstr. 355
Gekapselter Hochspannungsbeschleuniger.
— O~
Partikelbeschleuniger, die mit hoher Gleichspannung arbeiten,
bestehen im wesentlichen aus einem Hochspannungsgenerator, der
die Beschleunigungsspannung liefert, und dem eigentlichen Beschleunigungssystem,
mit dem die elektrisch geladenen Partikel erzeugt und beschleunigt werden. Diese Gleichspannungs- oder
Einfachbeschleuniger finden Anwendung als Ionenbeschleuniger in der kernphysikalischen Forschung, als Vorbeschleuniger für
große Kreis- oder Linearbeschleuniger, sowie als Elektronenbeschleuniger für industrielle Bestrahlungszwecke und zur
Speisung von sogenannten Hochspannungs-Elektronenmikroskopen.
Um einen kompakten Aufbau der gesamten Beschleunigeranlage zu erzielen, werden der Hochspannungsgenerator und der Beschleunigerteil
häufig gemeinsam in einen metallischen Behälter eingebaut»
der mit einem geeigneten gasförmigen oder flüssigen Isoliermedium gefüllt ist. Bei einigen Ausführungsformen werden
der Hochspannungsgenerator und der Beschleunigerteil in separaten Metallkesseln untergebracht und mit einem Hochspannungskabel
verbunden· Biese Bauform eignet sich Jedoch nur für Spannungen bis ca· 1000 kV, da Gleichspannungskabel für höhere
Spannungen zur Zeit noch nicht erhältlich sind.
Bei dor geschilderten, bisher gebräuchlichen Anordnung sind
der Hochspannungsgleichrichter und das Beschleunigungesystem direkt galvanisch miteinander verbunden und die beiden Systeme
unter Umständen in direkter Nachbarschaft in einem einzigen
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Metallkessel untergebracht· Diese Art des mechanischen und
elektrischen Aufbaus bringt verschiedene wesentliche Nachteile mit sich, die die Betriebsdaten des Beschleunigers in entscheidendem
Maße herabsetzen können.
In den Hochspannungsgeneratoren werden Kondensatoren, Spulen und Transformatoren verwendet, in denen je nach Betriebszustand
eine bestimmte elektrische Energie gespeichert ist, die besonders bei Beschleunigern für hohe Gleichspannungen
und/oder große Ströme hohe Werte annehmen kann. Bei solchen Hochspannungsgeneratoren, die nach dem Prinzip der elektrostatischen
Spannungserzeugung ohne Kondensatoren oder Spulen arbeiten, ist ebenfalls eine elektrische Energie in den natürlichen
Streukapazitäten des Generators gegen die Innenwand des Metallbehälters oder in zusätzlichen Glättungs- oder
IPilterkondensatoren gespeichert. Bei den olben erwähnten Beschleunigertypen,
bei denen der Gleichrichterteil und der Beschleunigerteil durch ein abgeschirmtes Hochspannungskabel miteinander
verbunden sind, entlädt sich zusätzlich noch die im Kabel gespeicherte Energie in das Beschleunigungssystem. Im
falle der bei der Formierung des Beschleunigungsrohres oder auch im Normalbetrieb unvermeidbaren Durchschlage werden durch
die freiwerdende elektrische Energie erfahrungsgemäß die Beschleunigungselektroden
beschädigt, wodurch die maximal erreichbare Betriebsspannung des Beschleunigers begrenzt oder
herabgesetzt wird. Nach den bisher vorliegenden Erfahrungen treten diese Beschädigungen je nach der Konstruktion des Beschleunigungsrohres
dann auf, wenn die sich entladende gespeicherte Energie ca. 10 kWs beträgt· Durch die Durch- oder
Überschläge im Beschleunigimgsrohr wird der Hochspannungsgenerator
ganz oder teilweise kurzgeschlossen, wodurch die Gleichrichterventile überlastet werden können.
Für viele Anwendungsfälle der Gleichspannungsbeschleuniger ist es erwünscht oder notwendig, daß die sogenannte Welligkeit der
Beschleunigungsspannung in sehr kleinen Grenzen gehalten wird,
009851/1502 "3 "
Dies trifft z.B. zu auf Ionenbeschleuniger für die kernphysikalische
Forschung und Elektronenbeschleuniger für die Speisung von Hochspannungsmikroskopen· Bei diesen Anwendungen verlangt
man, daß die Welligkeit der Ausgangsspannung, zwischen
■ —6 — "7
den Scheitelwerten gemessen, 1 χ 10 oder 1 χ 10 ' bezogen
auf die Gleichspannung beträgt. Um derart niedrige Werte für die Welligkeit der Gleichspannung zu erreichen, verwendet man
gewöhnlich zusätzliche Hochspannungsfilter, die aus Kondensatoren und hochohmigen Widerständen bestehen. Bei denjenigen
Hochspannungsgeneratoren, bei denen die Gleichspannung nicht elektrostatisch, sondern aus einer Wechselspannung auf dem Wege
der Transformation, Gleichrichtung und Spannungsvervielfachung erzeugt wird, tritt infolge der kompakten Bauweise der Beschleuniger
ein Effekt auf, durch den die Wirksamkeit der Filterglieder wieder zunichte gemacht wird. Es werden nämlich von
denjenigen Bauteilen des Hochspannungsgleichrichters, an denen Wechselspannungen liegen, durch die Streukapazitäten zwischen
den elektrischen Bauteilen der Anlage Wechselspannungen auf das Beschleunigersystem eingestreut, an dem nur eine möglichst
glatte Gleichspannung erwünscht ist. Durch die Streukapazitäten
werden die Filterglieder, d.h. die Filterwiderstände, bis zu einem gewissen Grad für die Welligkeit überbrückt.
Bei einem erfindungsgemäßen gekapselten Hochspannungsbeschleuniger
werden die geschilderten Kachteile dadurch vermieden, daß der Hochspannungsgenerator und der Beschleunigerteil als
getrennte Einheiten ausgebildet sind, die über einenDämpfungs-(
widerstand elektrisch miteinander verbunden und in einem gemeinsamen
Kessel oder in getrennten Behältern unter einem flüssigen oder gasförmigen Isoliermittel untergebracht sind. i
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hochspannungsbeschleunigers
gehen aus der Zeichnung hervor· Darin zeigt
Figur 1 in schematischer Barstellung einen Hochspannungsbeschleuniger
in einer sogenannten Zwillingstjfankbauweise, und
Figur 2 ebenfalls in schematischer Darstellungsweise eine
Ausführungsvariante,- bei der der Hochspannungsgenerator,
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der Dämpfungswiderstand und der Beschleunigerteil in einem einzigen Kessel untergebracht sind·
In Figur 1 bezeichnet 1 einen Hochspannungsgenerator und 2 einen Beschleunigerteil, die je für sich in vertikalen Druckkesseln
3» 3' untergebracht sind. Ein den Hochspannungsgenerator 1 und den Beschleunigerteil 2 elektrisch miteinander
verbindender Dämpfungswiderstand 4 verläuft in einem horizontalen
Verbindungsrohr 5» das zwischen den beiden Behältern
angeordnet ist. Im vorliegenden Fall besteht der Hochspannungsgenerator 1 aus einem einfachen oder symmetrischen Kaskadengenerator
mit einem oder zwei Hochspannungstransformatoren 6, der (die) durch Äquipotentialringe 7 und eine Hochspannungsabschirmhaube
8 gegen die Innenwand des Druckkessels 3 abgeschirmt
ist. Der Beschleunigerteil 2 ist ebenfalls durch Äquipotentialringe
9 und eine Abschirmhaube 10 gegen die Wand des Druckkessels 3f abgeschirmt. Der Dämpfungswiderstand 4 schützt
das (nicht gezeigte) Beschleunigungsrohr und den Hochspannungsgenerator 1 im Falle von Überschlägen im Beschleunigungssystem und wirkt zusammen mit seiner natürlichen Streukapazität
gegen die Innenwandung des Verbindungsrohres 5 als ein zusätzliches
RC-Filter, durch das die an der Hochspannungshaube des (nicht gezeigten) Generators auftretende Welligkeit in
starkem Maße reduziert wird. Da die wechselspanmingsführenden Bauteile
des Hochspannungsgenerators gegen den Beschleunigerteil
durch die Wandung der beiden Druckkessel vollständig abge- :
schirmt sind, können auf den Beschleunigerteil keine Wechselspannungen eingestreut werden. Um die Filterwirkung des aus
dem Dämpfungswiderstand und seinen Streukapazitäten bestehenden;
RO-FiIters zwischen den beiden Abschirmhauben 8 und 10 des
Hochspannungsgenerators 1 und des Beschleunigertsils 2 noch zu
erhöhen, wird man sich bemühen, die Streukapazitäten durch eine geeignete Formgebung des Dämpfungswiderstandes 4 so groß
wie möglich zu machen. Im vorliegenden Fall geschieht dies dadurch, daß der Dämpfungswiderstand 4 aus einem isolierenden
Tragrohr besteht, auf dem eine Kette von Einzelwiderständen in
0098 5 1/1502 ~5"
Form einer Spirale angeordnet ist. Das Tragrohr ist überdies
in gewissen Abständen mit zusätzlichen Hochspannungsabschirmungen 11 versehen. Indem man dem Dämpfungswiderstand und
den erwähnten Hochspannungsabschirmungen 11 einen möglichst großen Durchmesser gibt, erzielt man durch die dann noch verbleibende
kleine Isolierdistanz zwischen den Widerstandselementen bzw. den Abschirmungen und der Innenwandung des Verbindungsrohres
5 sehr hohe Werte für die Streukapazität. Diese Anordnung hat weiter den Vorteil, daß die wechselspannungsführenden
Teile des Hochspannungsgenerators 1 noch wirkungsvoller abgeschirmt werden und der Durchgriff von der Abschirmhaube
8 des Hochspannungsgenerators 1 auf die Abschirmhaube 10
des Beschleunigerteils 2 verringert wird.
Eine weitere etwas vereinfachte Variante besteht gemäß Fig. 2
darin, daß ein Hochspannungsgenerator 21, ein Dämpfungswiderstand
22 und ein Beschleunigerteil 23 in einem horizontalen
oder vertikalen Metallkessel 24/geometrischer und elektrischer
Hinsicht eine Serienschaltung bilden. Im Beispiel der Fig. 2 besteht der Hochspannungsgenerator aus einem symmetrischen
Kaskadengenerator mit zwei Hochspannungstransformatoren 25.
Bei den Beschleunigern, in denen Hochspannungsgenerator und Beschleunigerteil mit einem Kabel galvanisch verbunden sind,
kann der Dämpfungswiderstand-in der Weise gestaltet sein, daß man die Seele des Kabels aus einem schlecht leitenden Material
herstellt. Der Dämpfungswiderstand kann auch in einem weiteren Metallkessel, der mit einem gasförmigen oder flüssigen ;
Isoliermedium gefüllt ist, untergebracht und mit dem Hochspannungskabel zu dem Generator und dem Beschleunigerteil
in Serie geschaltet werden. . ■ . . ;
Vorzugsweise wird man bei einer solchen Anordnung den Dämpfungsjwiderstand
dicht am Beschleunigerteil unterbringen, um diesen ' gegen die im Hochspannungskabel gespeicherte Energie zu [
schützen. Bei allen diesen Anordnungen wird der Dämpfungswider-
0 0 9851/1502 * 6 "
stand vorzugsweise in elektrischer Hinsicht so dimensioniert,
daß an ihm kurzzeitig die volle Gleichspannung des Generators auftreten kann»
Bei den geschilderten Anordnungen wirkt der Dämpfungswiderstand zusammen mit seiner Streukapazität gegen die Behälterwand
als EO-ffiltergliedo Um einen möglichst hohen FiItereffekt
zu erzielen, wird man den Dämpfungswiderstand und das ihn
umgebende Verbindungsrohr als koaxiale Zylinder in der Weise ausbilden, daß in dem ringförmigen Isolierspalt zwischen der
Oberfläche des Widerstandes bzw· seiner Abschirmringe und der Innenwandung des Rohres bzw. Behälters.im Normalbetrieb fast
die Durchschlagsfeldstärke erreicht wird.
Patentansprüche
— 7 °° 009851/1502
Claims (4)
- Pat ent ansprüche/1. J Gekapselter Hochspannungsbeschleuniger, dadurch gekennzeichnet", daß der Hochspannungsgenerator (1, 21) und der Beschleunigerteil (2, 23) als getrennte Einheiten ausgebildet sind, die durch einen Dämpfungswiderstand (4, 22) elektrisch miteinander verbunden und in einem gemeinsamen Kessel (24) oder in getrennten Behältern (3». 3f) unter einem flüssigen oder gasförmigen Isoliermittel untergebracht sind.
- 2. Hoehspannungsbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsgenerator und der Beschleunigerteil mit einem Hochspannungskabel und einem elektrisch in Serie geschalteten Dämpfungswiderstand verbunden sind, wobei sich letzterer ebenfalls in einem Metallkessel unter einem Isoliermittel befindet.
- 3. Hoehspannungsbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsgenerator und der Beschleunigerteil in separaten Metallkesseln untergebracht und mit einem Hochspannungskabel, dessen Seele als Dämpfungswiderstand ausgebildet ist, verbunden sind.
- 4. Hochspannungsbeschleuniger nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungswiderstand zusammen mit seiner Streukapazität gegen die Behälterwandung einen RC-Filter bildet.0098 51 /1502
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH892469A CH509723A (de) | 1969-06-11 | 1969-06-11 | Gekapselter Hochspannungsbeschleuniger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2028485A1 true DE2028485A1 (de) | 1970-12-17 |
Family
ID=4346344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702028485 Pending DE2028485A1 (de) | 1969-06-11 | 1970-06-10 | Gekapselter Hochspannungsbeschleuniger |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5422757B1 (de) |
CH (1) | CH509723A (de) |
DE (1) | DE2028485A1 (de) |
FR (1) | FR2050155A5 (de) |
GB (1) | GB1280748A (de) |
NL (1) | NL7008074A (de) |
-
1969
- 1969-06-11 CH CH892469A patent/CH509723A/de not_active IP Right Cessation
-
1970
- 1970-06-03 NL NL7008074A patent/NL7008074A/xx unknown
- 1970-06-09 FR FR7021138A patent/FR2050155A5/fr not_active Expired
- 1970-06-10 DE DE19702028485 patent/DE2028485A1/de active Pending
- 1970-06-10 GB GB2807870A patent/GB1280748A/en not_active Expired
- 1970-06-11 JP JP5093570A patent/JPS5422757B1/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7008074A (de) | 1970-12-15 |
JPS5422757B1 (de) | 1979-08-08 |
GB1280748A (en) | 1972-07-05 |
FR2050155A5 (de) | 1971-03-26 |
CH509723A (de) | 1971-06-30 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHW | Rejection |