DE2632752A1

DE2632752A1 - Extraktionselektrode

Info

Publication number: DE2632752A1
Application number: DE19762632752
Authority: DE
Inventors: Bernard Hurt; Jacques Kervizic; Duc Tien Tran
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1975-07-21
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1977-02-17
Also published as: SE7608283L; FR2319273B1; GB1524457A; CA1057348A; SE403027B; JPS5214199A; JPS617720B2; FR2319273A1

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19 &.Ό O 2. I U

8 München 60

C.G.R. MeV 20. Juli 1976

13, square Max-Hymans
75015 Paris / Frankreich

Unser Zeichen; C 3093

Extraktionselektrode

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an der Extraktionselektrode, die in der Nähe der Teilchenquelle angeordnet ist, welche ihrerseits in der Nähe des Zentrums von Teilchenbeschleunigern der Zyklotronbauart angeordnet ist. Diese verbesserte Extraktionselektrode gestattet die Verringerung der Wirkungen der vertikalen Fokussierung und Defokussierung aufgrund des zur Beschleunigung dienenden elektrischen Hochfrequenzfeldes, das zwischen den Dees und der Masse eines Zyklotrons (oder eines Synchrozyklotrons) erzeugt wird.

ORIGINAL INSPECTED 709807/0707

In einem Zyklotron wird der aus der in der Nähe seines Zentrums angeordneten Teilchenquelle austretende Teilchenstrahl einem beschleunigenden elektrischen Hochfrequenzfeld und einem Magnetfeld ausgesetzt, welche bewirken, daß sich der Strahl auf einer Spiralbahn in den Dees bewegt. Die Beschleunigung wird bei jeder Drehung um einen vorbestimmten Winkel θ mittels eines beschleunigenden Hochfrequenzfeldes erreicht, welches in den zwischen den Dees befindlichen Beschleunigungszwischenräumen erzeugt wird.

Der Wert des Magnetfeldes ist in der zentralen Zone des Zyklotrons gewöhnlich größer, um eine passende Fokussierung des Strahls im Verlauf seiner ersten Umläufe zu erreichen.

Entsprechend der Phase des elektrischen Hochfrequenzfeldes werden jedoch die den Beschleunigungszwischenraum durchquerenden Teilchen durch dasselbe defokussiert oder fokussiert und können sich in den Wänden des Beschleunigers durch übermäßige Fokussierung oder Defokussierung verlieren. Daraus ergibt sich eine Verringerung der Zone "wirksamer Phase".

Die Extraktionselektrode nach der Erfindung gestattet, die Vertikalfokussierungs— und -defokussierungswirkung zu verringern, die auf den Teilchenstrahl ausgeübt wird und von dem beschleunigenden elektrischen Hochfrequenzfeld herrührt.

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Gemäß der Erfindung ist eine Extraktionselektrode, die zur Anbringung in der Nähe der Quelle des Teilchenstrahls eines Beschleunigers der Zyklotronbauart bestimmt ist, äer wenigstens zwei Elektroden oder Dees, die zwischen den Polschuhen eines Elektromagneten angeordnet sind, und Einrichtungen aufweist, die gestatten, in dem Zwischenraum zwischen den Dees ein elektrisches Hochfrequenzfeld zum periodischen Beschleunigen des Strahls zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Metallblock von im wesentlichen prismatischer Form besteht, der auf seiner Eingangsseite mit wenigstens einem Fenster für den Durchtritt des Strahls versehen ist, das in einen in dem Block gebildeten tiefen Einschnitt mündet, der durch zwei gekrümmte Seitenwände begrenzt ist, welche einen Kanal für den Durchgang des Strahls bilden, wobei das elektrische Hochfrequenzfeld in diesem Kanal in der zu der Ebene der mittleren Bahnen des Strahls rechtwinkeligen Richtung eine Komponente mit kleinem Wert hat.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigent

Fig. 1 eine Ionenquelle, der eine Extraktions

elektrode nach der Erfindung zugeordnet ist,

die Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele einer Extraktions

elektrode nach der Erfindung, und

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die Fig. 4 bis 10 weitere Ausführungsbeispiele einer

Extraktionselektrode nach der Erfindung.

Ein Beschleuniger der Zyklotronbäuart enthält in seinem Zentrum eine TeüchenqueUe-^S, beispielsweise eine Ionenquelle , wie in Fig. 1 dargestellt, wobei diese Ionenquelle im allgemeinen aus einem Metallrohr 1 mit kleinem Querschnitt besteht, an dessen beiden Enden eine Katode 2 bzw. eine Antikatode 3 angeordnet sind, die die Ionisierung des in das Rohr 1 eingeleiteten Gases gestatten. Ein in Richtung der Achse XX des Rohres 1 oder "Quellenkörpers" erzeugtes Magnetfeld bewirkt eine passende Eingrenzung des in dem Rohr 1 erhaltenen Plasmas. Eine Extraktionselektrode E ist außerhalb dieses Quellenkörpers 1 vor einem im Zentrum desselben gebildeten Seihlitz 4 angeordnet. Wenn die Teilchen Ionen sind, werden sie der Quelle 1 während der negativen Halbperiode des elektrischen Hochfrequenzfeldes entnommen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispi el einer Extraktionselektrode nach der Erfindung. Diese Extraktionselektrode besteht aus einem Metallblock 10 (beispielsweise einem Kupferblock) von im wesentlichen prismatischer Form, der eine Strahleintrittsseite 12 und eine Strahlaustrittsseite 13 hat. Die Eintrittsseite 12 ist mit einem Fenster 14 versehen, das gegenüber der Teilchenquelle S angeordnet wird. Das Fenster 14 öffnet sich in einen tiefen Einschnitt 11, der sich erweiternd bis zu der Austrittsseite

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geht, an der er mündet. Der Einschnitt 11 bildet einen Kanal C, welcher einen Durchlaß für den Teilchenstrahl F darstellt. Der Kanal C ist durch Seitenwände 15 und 16 begrenzt, deren gekrümmte Form von den Kenndaten des Strahls und des Magnetfeldes abhängig ist. Der Metallblock 10, der die Extraktionselektrode nach der Erfindung bildet, kann an dem Rand eines der Dees 17 mechanisch befestigt werden, beispielsweise mittels Schrauben 18. Der Kanal C ist in seinem oberen und seinem unteren Teil offen, um die Vertikalfokussierungs- und -defokussierungseffekte zu eliminieren, denen gewöhnlich der Teilchenstrahl ausgesetzt ist. Diese Fokussierungs- und Defokussierungseffekte rühren von der Komponente des elektrischen Hochfrequenzfeldes her, die zu der Ebene der mittleren Bahnen des Strahls senkrecht ist. Unter diesem Gesichtspunkt wird der Kanal C umso wirksamer sein, je kleiner seine Breite gegenüber seiner Höhe ist.

Damit die Extraktionselektrode so nahe wie möglich bei der Quelle S angeordnet werden kann, kann die Eintrittsseite des Blockes 100 eine konvexe Form aufweisen, wie in Fig. gezeigt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Extraktionselektrode nach der Erfindung. Diese Elektrode besteht aus einem Block 101, der auf seiner Eintrittsseite 30 zwei Fenster 31 und aufweist, die sich in zwei Kanäle C und C öffnen, welche durch ein Mittelteil 33 voneinander getrennt sind. Die beiden

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Kanäle C und C führen sich erweiternd zu der Austrittsseite 34 und münden in dieser .Seite. Die Kanäle C. und C gestatten den Durchgang von zwei Teilchenstrahlen, was zwei möglichen Betriebsarten des. Zyklotrons bei Frequenzen mit unterschiedlichen Ordnungen der Harmonischen entspricht« Die Form des gekrümmten Mittelteils 33 wird entsprechend den Kenndaten des Strahls und des Beschleunigers gewählt.

In einem in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist der die Extraktionselektrode bildende Block 110 mit zwei Kanälen C und C versehen, die durch ein bewegliches Mittelteil 35 voneinander getrennt sind, mittels welchem den Kanälen

C„ und C₁ Breiten mit unterschiedlichen Werten gegeben werden 3 4

können. In diesem Beispiel sind durch das Mittelteil 35 zwei Stifte 33 und 37 hindurchgeführt, die mit dem Block 110 fest verbunden sind, Die beiden Stifte 33 und 37, die zu der Ebene der mittleren Bahnen des Strahls parallel sind, ermöglichen die Führung des Mittelteils 35 bei seiner Positionierung in bezug auf die Seitenwände 115 und 116. Einer dieser Stifte, beispielsweise der Stift 33, dient als Führung, während der Stift 37 mit Gewinde versehen ist und die fortschreitende Verschiebung des Mittelteils 35 gestattet.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ausführlich zwei Ausführungsvarianten des beweglichen Mittelteils 35. Das Ende des Mittelteils 35, das an dem Eingang der Extraktionselektrode angeordnet wird, ist mit zwei Schultern 33 und 39 versehen, welche gestatten, das Mittelteil einerseits in eine Öffnung 40 einzuführer., die durch

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das Mittelteil 35 unterteilt wird, um die Fenster 31 und 32 zu bilden, und andererseits auf dem oberen Rand 41 und. dem unteren Rand 42 dieses Fensters 40 zu verschieben (Fig. 5). Das Mittelteil 35 kann in der gewählten Position mit Hilfe einer Platte P gehalten werden, die an dem Ende des Mittelteils 35 befestigt ist, das die Schultern 38 und 39 trägt, wobei die Ränder 46, 47 (Fig. 6) der Platte P sich auf der Eintrittsseite 103 der Extraktionselektrode (Fig. .5) abstützen können. Die Platte P (Fig. 6) hat eine ebene Außenfläche 43, die der Teilchenquelle S zugewandt ist. Sie kann, wie in Fig. 7 gezeigt, eine Außenfläche 44 von konvexer Form oder, wie in Fig. 8 gezeigt, eine Außenfläche 45 haben, die einen trapezförmigen Vorsprung bildet. Die Wahl der Form und der Abmessungen der Außenflächen 43 bis 45 der Platte P gestattet das Erzeugen einer Vertikalfokussierungskomponente mit gewünschtem Wert, die von dem elektrischen Hochfrequenzfeld herrührt, das zwischen der Quelle 1 und dem Dee in der Nähe dieser Quelle S herrscht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Mittelteil 35 Seitenflächen 50 und 51 haben, wie sie in den Fig. 9 und 10 dargestellt sind. Die Seitenflächen 50 und 51 haben eine derartige Form, daß sie sich genau entweder an die Seitenwand 52 oder an die Seitenwand 53 des Einschnittes 11 des Blockes 111 anlegen können, der die Extraktionselektrode bildet.

Der auf diese Weise erhaltene Kanal C . (oder C_), der in Fig.

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( bzw. Fig. 10) gezeigt ist, wird genau begrenzt. Die Kanäle C und C gestatten den Durchgang von zwei Bündeln F und F ,

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die zwar aus ein und derselben Quelle S stammen, jedoch dem Betrieb des Zyklotrons mit beispielsweise zwei verschiedenen Ordnungen der Harmonischen entsprechen.

Die Extraktionselektrode nach der Erfindung wird vorteilhafterweise benutzt: ,

- in den Zyklotrons, die Dees mit geringer Höhe aufweisen; in diesem Fall sind nämlich die Vertikalfokussierungs- und -defokussierungseffekte des Strahls aufgrund des elektrischen Hochfrequenzfeldes im Verlauf der beiden ersten Durchgänge des Strahls durch die Beschleunigungszwischenräume groß und die Extraktionselektrode gestattet das Korrigieren dieser Effekte, die für das richtige Arbeiten des Zyklotrons schädlich sind;

- wenn das Zyklotron mit einer hohen Ordnung der Harmonischen arbeiten soll (beispielsweise ein mit schweren Ionen arbeitendes Zyklotron). In diesem Fall soll nämlich die'Beule" des Magnetfeldes, die zu der Vertikal fokussierung des Strahls in der zentralen Zone des Zyklotrons beiträgt, nicht zu groß sein, um die Phasenverschiebung zu begrenzen, die zu der Amplitude dieser "Beule" und zu der Ordnung der Harmonischen proportional ist. Die Verwendung der Extraktionselektrode nach der Erfindung gestattet, die Fokussierungs- und Defokussierungseffekte aufgrund des elektrischen Hochfrequenzfeldes sehr klein zu machen, so daß sich eine starke Vergrößerung des Wertes des Magnetfeldes in dem Beschleunigungszwischenraum erübrigt.

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Claims

Patentansprüche :

1 .)Extraktionselektrode, die zur Anbringung in der Nähe der Quelle des Teilchenstrahl eines Beschleunigers der Zyklotronbauart bestimmt ist, welcher wenigstens zwei Elektroden oder Dees, die zwischen den Polschuhen eines Elektromagneten angeordnet sind, und Einrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes in dem Zwischenraum zwischen diesen Dees zum periodischen Beschleunigen des Strahls aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Metallblock von im wesentlichen prismatischer Form besteht, der auf seiner Eingangsseite mit wenigstens einem Fenster (14) für den Durchtritt des Strahls versehen ist, das sich in einen in dem Block gebildeten breiten Einschnitt (Q öffnet, der durch zwei gekrümmte Seitenwände (15, 16) begrenzt ist, die einen Kanal für den Durchgang des Strahls bilden, wobei das elektrische Hochfrequenzfeld in diesem Kanal eine Komponente mit kleinem Wert in der Richtung der Senkrechten zu der Ebene der mittleren Bahnen des Strahls hat.
2. Elektrode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sie an einem der Dees lösbar befestigt ist. .
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite mit zwei Fenstern (31, 32) versehen ist, die sich in zwei Kanäle (C bzw. C) mit gekrümmten Seiten— wänden öffnen, wobei ein gekrümmter Mittelteil zur Trennung

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der Kanäle zwischen den Seitenwänden (115, 116) angeordnet ist.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (33) fest ist.
5. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (35) beweglich ist.
6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (35) gekrümmte Seitenflächen hat, die so geformt sind, daß sich die Seitenflächen an die eine bzw. die andere der Seitenwände (115, 116) des Einschnittes anlegen können.
7. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Mittelteil (35) wenigstens ein Stift (33) hindurchgeführt ist, der parallel zu der Ebene der mittleren Bahnen des Strahls angeordnet ist, und daß das Mittelteil längs dieses Stiftes verschiebbar ist.
8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Mittelteil (35) zwei Stifte (36, 37) hindurchgeführt sind, die zu der Ebene der mittleren Bahnen des Strahls parallel sind, und daß das Mittelteil (35) längs dieser beiden Stifte (33, 37) verschiebbar ist, von denen ein Stift (37) mit einem Gewinde versehen ist, so daß das Mittelteil (35) fortschreitend verschiebbar ist.

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9. Elektrode nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurchgekennzeichnet, daß das Mittelteil (35) an einem seiner Enden mit einer oberen Schulter (37) und mit einer unteren Schulter (38) versehen ist, so daß einerseits das Mittelteil (35) in eine Öffnung (40) einführ bar ist, die mit ihm die Fenster (31 , 32) bildet, und andererseits auf dem oberen Rand (41) und dem unteren Rand (42) dieser Öffnung (40) verschiebbar ist.
10. Elektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Quelle gegenüberliegenden Seite des Mittelteils (35) an dem die Schultern tragenden Ende desselben eine abnehmbare Platte (P) mechanisch befestigt ist, die eine Höhe hat, welche im wesentlichen gleich der Höhe des Mittelteils (35) ist, und an der Eintrittsseite des die Extraktionselektrode bildenden Blockes in Anlage bringbar ist.
11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß' die Platte (P) rechteckförmig ist und eine ebene Außenfläche (43) hat.
12. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (P) rechteckförmig ist und eine Außenfläche (44) hat, die einen konvexen Vorsprung bildet.
13. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (P) rechteckförmig ist und eine Außenfläche (45) hat, die einen trapezförmigen Vorsprung bildet.

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