DE2125252A1

DE2125252A1 - Steuereinrichtung für das Einschußsystem eines Elektronenbeschleunigers

Info

Publication number: DE2125252A1
Application number: DE19712125252
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Phys. Reinach Adler (Schweiz)
Original assignee: Emil Haefely et Cie SA
Current assignee: Trench Switzerland AG
Priority date: 1970-05-21
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1971-12-09
Also published as: US3810030A; FR2093596A5; CH525597A; GB1339943A

Description

Dr. HEINZ FEDER 1 9. _MA| _{19?1 wp/s±}

Dr. WOLF-D. FEDER

Patentonwäiia

4 Düsseldorf

Am Wehrhahn 77 · l.Etg.r.

Firma Emil Haefely & Cie. AG., Basel/Schweiz,
Lehenmattstr. 353

Steuereinrichtung für das Einschußsystem eines
Elektronenbeschleunigers.

j Beim Bau von Partikelbeschleunigern im unteren Energiebereich

(einige MeV), wo mit geraden Beschleunigungsrohren und statischen elektrischen Feldern gearbeitet wird, spielt die Speisung
der Teilchenquelle eine nicht unerhebliche Rolle. In den meisten _| Fällen befindet sich die Quelle auf dem Beschleunigungspotential,!

so daß die Leistung zu ihrem Betrieb mit einer Einrichtung, ^!

i wie z.B. Isoliertransformator oder Isolierantrieb auf dieses | Potential transportiert werden muß. Außerdem muß die zur Ver- \ fügung stehendekeistung in die endgültig benötigte Form umgewandelt werden, was entsprechende Einrichtungen erfordert.
Diese Einrichtungen können ziemlich kompliziert sein, wenn
sie z.B. geregelt oder hochstabil sein müssen, und enthalten
in der Regel Halbleiterelemente. Da es erfahrungsgemäß recht
schwierig sein kann, die gegen Überspannung empfindlichen Halbleiter bei Überschlagen der Beschleunigungsspannung voll zu
schützen, stellen Speisegeräte auch in dieser Hinsicht gewisse
Probleme. Wenn es sich um einen Beschleuniger mit Druckgasisolation handelt, spielt auch der Platzbedarf eine wichtige
Rolle, denn das Gewicht und die Kosten für Drucktank und Füll- j gas steigen mit zunehmender Tankgröße stark an. Es ist deshalb
aus Gründen der Betriebssicherheit, der i>latzersparnis und der j Baukosten von großem Vorteil, wenn auf eine Energiequelle und ^! Speisegeräte auf Beschleunigungspotential verzichtet werden
kann.

- 2 109850/1197

Besonders bei Elektronenbeschleunigern bietet sich wegen der Einfachheit einer Elektronenquelle die Möglichkeit, letztere zum großen Teil mit vom Hochspannungsgenerator gelieferter Leistung zu speisen, indem möglichst viele Spannungen von einem Steuerpotentiometer bezogen werden. Dieses Steuerpotentiometer wird in Serie zum üblicherweise für die Ansteuerung des Beschleunigungsrohres verwendeten Potentiometer geschaltet. Die Heizleistung muß allerdings, sofern ,die Elektronenkanone eine Glühkathode besitzt, auf anderem Wege auf das hohe Potential übertragen werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird mit Vorteil dort angewendet, wo der von der Kanone gelieferte Elektronenstrahl unbeschnitten benützt wird oder wo der Strahlstrom klein ist gegenüber dem Strom des Steuerpotentiometers des Beschleuniguhgsrohres.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird nachstehend anhand von in den Figuren 1 bis 3 der beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die einfachste Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in Figur 1 dargestellt. Mit 1 ist ein Einschußsystem in der Form einer Elektronenkanone bezeichnet, die aus einer Kathode 2, einer Wehneltelektrode 3^ und einer Anode 4 besteht, wobei die Wehneltelektrode das gleiche Potential besitzt wie die Kathode und nur zu deren hochspannungsmäßigen Abschirmung dient. Das Einschußsystem 1 ist auf einem Beschleunigungsrohr 5 aufgesetzt. Die Anodenspannung der Elektronenkanone wird an einem Widerstand 6 abgegriffen, der in Serie zu einem dem Beschleunigungsrohr zugeordneten Steuerpotentiometer 7, bestehend aus den Teilwiderständen 7.1....7.n, deren Klemmen mit den Beschleunigungselektroden 12.1....12.n verbunden sind, geschaltet ist. Das Beschleunigungsrohr ist η-stufig, wobei η ^- 1 und ganzzahlig ist. Mit 8 ist ein Hochspannungsgenerator bezeichnet, dessen Spannung zwischen Punkt 9 und Erde liegt.

109850/1197

Eine Veränderung des Widerstandes 6 bewirkt die Änderung der

Eintrittsenergie der Elektronen im Beschleunigungsrohr und damit eine Änderung der Brechkraft des Rohres. Dadurch läßt sich das Bild 10 der Strahleinschnürung 11 unterhalb der Anode verschieben. Der Widerstand 6 ist also gleichzeitig das Fokussierungselement der Steuereinrichtung.

Ein weiteres Beispiel zeigt Figur 2. Mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehene Bauteile oder Gruppen bezeichnen identische Teile in den beiden Ausführungsvarianten. Das Einschußsystem 1 ist mit einer Strahlablenkung versehen, die zwei Plattenpaare 14 aufweist, von denen aus Darstellungsgründen nur eines gezeigt ist. Das zweite, nicht gezeigte Plattenpaar steht, in der gleichen Ebene und gleichachsig wie das gezeigte Plattenpaar liegend, senkrecht zum letzteren. Die Elektronenkanone wird jetzt als Triode betrieben, denn das Potential der Wehneltelektrode 3 ist von demjenigen der Kathode 2 verschieden. Der Widerstand 6 gemäß Figur 1 ist durch eine Widerstandsanordnung ersetzt, die aus den Widerständen 6.1....6.8 besteht. Ihre Funktion geht aus der nachstehenden Beschreibung hervor.

Das Potential der Wehneltelektrode 3 wird über dem Widerstand abgegriffen. Die Spannung zwischen Kathode und Wehneltelektrode ist die algebraische Summe der Spannungsabfalle über dem Wider stand 6J. und einem zwischen dem Anschlußpunkt 9 und der einen Kathodenzuleitung liegenden Widerstand 13. Mit Hilfe dieser beiden Widerstände kann der Emissionsstrom verändert werden.

Der Widerstand 13 hat im weiteren eine stabilisierende Wirkung, indem die Abhängigkeit des Strahlstromes von der Geometrie der Elektronenkanone und der Kathodentemperatur mit zunehmendem Widerstand kleiner wird. Diese stabiliserende ; Wirkung ist dann besonders erwünscht, wennjar die Strahlenergie hochstabil sein soll. In diesem Falle ist eine gute Konstanz des Strahlstromes unerläßlich, da die Strahl-enenergie um den Spannungsabfall über dem Widerstand

109850/1197

niedriger ist als die Spannung des Generators 8, die in solchen Fällen häufig die stabiliserte Größe darstellt.

Die Widerstände 6.3 - 6.8 liefern eine zum Anodenpotential, dessen untere räumliche Begrenzung durch die unterhalb der noch zum Einschußsystem 1 zu zählenden Elektrode 15 und deren Zuleitung gezeichnete strichlierte Linie 16 dargestellt ist, symmetrische Spannung für die beiden genannten Ablenkplatten— paare. Die in Serie geschalteten Widerstände 6.3 und 6.4, deren Verbindungsstelle mit der Anode verbunden ist, sind gleich groß. Die Widerstände 6.5 und 6.6 sowie die Widerstände 6.7 und 6.8 sind in zwei Doppel-Drehpotentiometern vorgesehen, die je für sich betätigbar sind. Das erste Widerstandspaar 6.5/6.6 liefert die Ablenkspannung an das gezeigte Plattenpaar 14, während das zweite Widerstandspaar 6.7/6.8 die Ablenkspannung über die Zuleitungen 17 an das zweite, nicht gezeigte Ablenkplattenpaar liefert. Die Doppelpotentiometer sind so aufgebaut, daß eines der beiden zwecks Synchronlauf der Abgriffe miteinander gekuppelten Potentiometer, relativ zum andern antiparallel geschaltet ist. Der Vorteil einer so realisierten elektrostatischen Ablenkung liegt darin, daß ein durch die Stellung der Doppelpotentiometer gegebener Ablenkwinkel von der Beschleunigungsspannung weitgehend unabhängig ist.

Der Widerstand 6.2 muß eine gewisse Variationsmöglichkeit aufweisen. Wenn die Beschleunigungsspannung um einen wesentlichen Betrag variiert werden muß, ist zum Auffangen der daraus resulierenden axialen Verschiebung der Strahleinschnürung 11 unterhalb der Anode und der relativistischen Massenveränderlichkeit der Elektronen eine Anpassung des Widerstandes 6.2 notwendig, damit die Strahleinschnürung 10 unterhalb des Beschleunigungsrohres am selben Ort bleibt.

Potentialmäßig wird die Trennung zwischen Strahleinschußsystem und Beschleunigungsrohr 5 vernünftigerweise in die

— 5 —

109850/1197

untere Potentialfläche des Anodenpotentials, dargestellt durch die strichlierte Linie 16, gelegt. Unter diesem Gesichtspunkt müßten eigentlich der Widerstand 6.4 und jener Abschnitt der Widerstände 6.5....6.8, der in der Darstellung nach Figur der unteren Hälfte der Widerstandssymbole entspricht, zum Steuerpotentiometer 7 des Beschleunigungsrohres 5 geschlagen werden, worauf aber aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 2 verzichtet wurde.

In der weiteren Ausführungsirm nach Figur 3, wo gleiche Aufbauteile wie in den Figur 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen sind, ist anstelle der Widerstände 6.3...£.8 und der Ablenkplatten 14 eine Magnetlinse 18 mit der notwendigen Reguliereinrichtung angeordnet. Da der Hachspannungsgenerator 8 zusammen mit dem Steuerpotentiometer 7 und den Widerständen 6.1 und 6.2 nahezu eine ideale Stromquelle bildet, muß die genannte Reguliereinrxhtung aus einem variablen Widerstand 6.9 bestehen. In dieser Ausführungsform stellt die Magnetlinse 18 zusammen mit dem variablen Widerstand 6.9 das Fokussierelement dar, so daß auf eine Variierbarkeit des Widerstandes 6.2 verzichtet werden kann.

Patentansprüche - 6 -

109850/1197

Claims

Patentansprüche

1.) Steuereinrichtung für das Einschußsystem eines Elektronenbeschleunigers, bei welchem Beschleuniger die Potentiale der Beschleunigungselektroden durch ein aus Teilwiderstanden bestehendes Steuerpotentiometer gesteuert werden, wobei das Einschußsystem aus einer Elektronenkanone mit mindestens • zwei Elektroden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zur

Speisung des Einschußsystems (1) eine mit dem Steuerpotentiometer (7) in Serie geschaltete Widerstandsanordnung (6) vorgesehen ist, wobei diese Serieschaltung (6, 7) parallel zu einem die Speiseleistung liefernden Hochspannungsgenerator ► (8) liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,,daß die Widerstandsanordnung aus einem variablen Widerstand (6) besteht, der die zwischen der Kathode (2) und einer Wehneltelektrode (3) einerseits und der Anorde (4) der Elektronenkanone andererseits liegende Spannung liefert (Fig. 1).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsanordnung (6) einen ersten, die Spannung für eine Wehneltelektrode (3) bestimmenden variablen Widerstand (6.1), einen zweiten zur Steuerung der Lage der Strahleinschnürung (10) dienenden variablen Widerstand (6.2),

" zwei unter sich gleiche Seriewiderstände (6.3, 6.4) und zwei zu den letztgenannten Seriewiderständen parallelgeschaltete Doppelpotentiometer (6.5/6,6, 6.7/6.8) enthält, wobei der erste (6.1) und der zweite (6.2) variable Widerstand und die Seriewiderstände unter sich und zum Steuer— potentiometer (7) in Reihe geschaltet sind, daß die Abgriffe der genannten Doppelpotentiometer (6.5/6.6, 6.7/6.8) je mit einem in der Elektronenkanone vorgesehenen Ablenkplattenpaar (14) verbunden sind, welche Plattenpare senkrecht zueinander angeordnet sind und zum Erzeugen von zwei senkrecht zur Achse des Strahlenbündels gerichteten und sich

■ ■ ^l - 7 -

109850/1197

kreuzweise durchdringenden Ablenkfeldern dienen, wobei die Abgriffe jedes der Doppelpotentiometer zwecks Synchronlauf miteinander gekuppelt sind, und daß die Anodenspannung der Elektronenkanone an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Seriewiderständen (6.3, 6.4) atapgriffen ist (Fig. 2).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden, zu den genannten Doppelpotentiometern zusammengeschalteten Potentiometer bezüglich der verschiebbaren Abgriffe antiparallel geschaltet sind.

5. Einrichtung najich den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsanordnung (6) einen ersten, die Spannung für eine Wehneltelektrode (3) bestimmenden, variablen Widerstand Cl), einen zweiten, zur Bestimmung der Lage der Strahleinschnürung (10) dienenden Widerstand (6.2) und einen dritten, variablen Widerstand (6.9) enthält, wobei der erste, der zweite und der dritte Widerstand unter sich und zum Steuerpotentiometer (7) in Serie geschaltet sind, und daß zur Fokussierung eine Fokussiervorrxchtung in der Form einer magnetischen Linse (18) vorgesehen ist, deren Steuerspannung mittels des genannten dritten Widerstandes (6.9) regelbar ist (Fig. 3).

109850/1197

Leerseite