DE3047387C2 - Isolierstützsäule für einen Hochspannungsbeschleuniger - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

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— der ovale Querschnitt zumindest eines Teils der Schirmelektroden (2,3, 4) in mindestens einem der Bereiche (9, 11, 13) der Säule durch Zusammenfügen der Elemente von wenigstens zwei Ovalen (a, b) so gebildet ist, daß ein vom Hochpotentialende der Säule gemessener erster Winkel (<x) zwischen der großen Achse des Ovals (a) des einen Elements durch die nach außen von der Säule weisende Spitze (15) und die Tangente (16) zur Außenfläche der Sektionen gebildet wird,

— während zwischen der Fortsetzung der großen Achse durch die zum Innern der Säule hin gerichtete Spitze (14) des Ovals (b)des anderen Elements verläuft und die gleiche Tangente (16) ein zweiter Winkel (λι) gebildet wird, der größer als der erste Winkel (λ) ist.

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolierstützsäule für einen Hochspannungsbeschleuniger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Isolierstützsäulen' sind bereits bekannt. Isolierstützsäulen werden verwendet, um die Hochspannungsausführung des Beschleunigers im Raum über der geerdeten Grundplatte der Säule zu halten. Die Stützsäule und die Hochspannungsausführung sind gewöhnlich im Innern einer geerdeten Elektrode untergebracht, die in Form eines zu diesen koaxial angeordneten Zylindergefäßes ausgebildet ist, das mit einem isolierenden Hochdruckgasgemisch als Isoliermittel gefüllt wird.

Aus der US-PS 34 24 929 ist eine Isolierstützsäule eines Hochspannungsbeschleunigers bekannt, welche Sektionen aufweist, unter denen das Arbeitspotential verteilt ist und die einen Hochpotentialbereich, der an die Hochspannungsausführung des Beschleunigers angrenzt, einen Niederpotentialbereich, der an die geerdete Grundplatte der Säule angrenzt, und einen zwischen diesen beiden liegenden Bereich bilden. Die Außenfläche der Sektionen ist durch Schirmelektroden gebildet, die als Reifen von kreisförmigem Querschnitt gestaltet sind und die Funktion von Äquipotentialringen haben.

Der kreisförmige Querschnitt der Schirmelektroden führt dazu, daß das Hochpotentialende der Säule eine geringe Durchschlagfestigkeit aufweist Dadurch ist die Säule ein schwaches Glied in der Isolierung des Beschleunigers und begrenzt das Arbeitspotential desselben. Auch seine Zuverlässigkeit ist beeinträchtigt, da ein Durchschlag von der Säule her maximale Oberspannungen an den Einbauteilen des Beschleunigers hervorruft

Aus den Proceedings of the International Conference on the Technology of Electrostatic Accelerators, Daresbury, 1973, Seiten 91 und 197 ist eine ähnliche Isolierstützsäule für einen Hochspannungsbeschleuniger bekannt, bei der die Schirmelektroden einen ovalen Querschnitt haben, der derart orientiert ist daß die große Achse des Ovals parallel der Tangente zur Außenfläche der Sektionen verläuft Bei dieser Ausführung der Schirmelektroden liegt die elektrische Festigkeit in der Querrichtung lediglich um 10 bis 15% höhe-, so Jaß die Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers ebenfalls gering bleibt Außerdem wird das Isoliermittel nur im Hochpotentialbereich vollständig, in den übrigen Bereichen hingegen ungenügend ausgenutzt

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer aus Nuclear Instruments and Methods, 1980, V. 171, Seiten 219 H-222 bekannten Isolierstützsäule für einen Hochspannungsbeschleuniger, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs umrissen ist Auch bei dieser bekannten Isolierstützsäule ist die elektrische Festigkeit in der Querrichtung nur um 10% erhöht und sie bleibt ein schwächeres Glied in der Isolierung des Beschleunigers. Die Betriebszuverlässigkeit auch dieses Beschleunigers ist mithin nur wenig erhöht.

Darüber hinaus weist der Raum zwischen benachbarten Sektionen, welcher durch die Elektrodenoberflächen starker Krümmung gebildet ist, eine verminderte Durchschlagfestigkeit auf, und es gelingt nicht, eine hohe Durchschlagfestigkeit der Säule sowohl in Längsais auch in Querrichtung zu erreichen.

Um das Arbeitspotential des Beschleunigers zu steigern, muß man im Prinzip — unabhängig von den vorstehend betrachteten Ausbildungen der Schirmelektroden — entweder den Zwischenraum zwischen der Säule und der die Säule und die Hochspannungsausführung des Beschleunigers umgebenden geerdeten Elektrode vergrößern, oder, wie aus US-PS 22 30 473 bekannt, in diesem Zwischenraum zusätzliche Schirme anordnen, die den Aufbau und die Wartung des Beschleunigers komplizieren, oder ein teures und durchschlagfesteres Isoliermittel verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolierstützsäule für einen Hochspannungsbeschleuniger mit hoher Durchschlagfestigkeit sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung zu schaffen, so daß eine Erhöhung der Betriebszuv,iässigkeit des Beschleunigers gelingt.

Diese Aufgabe wird von einer Isolierstützsäule für einen Hochspannungsbeschleuniger gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst. Durch die erfin-

dungsgemäße Ausbildung wird eine gesteigerte elektrische Festigkeit der Säule sowohl in der Querrichtung als auch in der Längsrichtung erzielt und diese beiden Kenngrößen können wahlweise vorgegeben werden. Die Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers ist erhöht und seine Betriebskosten sinken, weil die Zahl und Zeitdauer der zur Reparatur der bei Durchschlägen der Isolierung ausfallenden Bauteile der Säule notwendigen Abschaltungen geringer wird.

In einigen Beschleunigern gelingt es, nur durch die erfindungsgemäße Querschnittsgestaltung der Schirmelektroden ein um 20 bis 40% höheres Arbeitspotential gegenüber den Beschleunigern zu verwirklichen, bei denen die Schirmelektroden einen kreisförmigen Querschnitt haben. Damit können die Teilchen auf Energiewerte beschleunigt und Betriebszustände gewährleistet werden, welche bisher nicht erreichbar sind, sowie gleichzeitig die Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers erhöht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Isolierstützsäule mit einem Teil von Schirmelektroden, welche einen von zwei Ovalen gebildeten Querschnitt im Hochpotentialbereich haben (Längsschnitt);

Fig.2 schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Säule nach Fi g. 1 mit Schirmeiektroden mit einem von zwei Ovalen gebildeten Querschnitt im Hochpotentialbereich (Längsschnitt durch eine Hälfte der Säule);

F i g. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Säule mit einem Teil der Elektroden, die einen von zwei Ovalen gebildeten Querschnitt im Bereich aufweisen, der sich zwischen dem Hochpotential- und dem Niederpotentialbereich befindet (Längsschnitt durch eine Hälfte der Säule);

F i g. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Säule mit Schirmelektroden, deren Querschnitt im Niederpotentialbereich aus zwei Ovalen besteht (Längsschnitt durch eine Hälfte der Säule);

Fig.5 eine andere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Säule mit Schirmelektroden, die einen von zwei Ovalen gebildeten Querschnitt im Hochpotentialbereich und einen von drei Ovalen gebildeten Querschnitt im Niederpotentialbereich (Längsschnitt durch eine Hälfte der Säule) aufweisen;

Fig.6 eine erfindungsgemäße Isoliersiützsäule mit Schirmelektroden, die einen Querschnitt aus zwei Ovalen im Hochpotentialbereich, aus drei Ovalen im Niederpotentialbereich haben, und mit Schirmelektroden, die an den Elektroden der genannten Bereiche anliegen und einen von einem Oval gebildeten Querschnitt haben (Längsschnitt);

F i g. 7 schematische Darstellung einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Säule mit Schirmelektroden, die einen von drei Ovalen gebildeten Querschnitt in allen Bereichen (Längsschnitt durch eine Hälfte der Säule) aufweisen;

Fig.8 eine weitere Ausführungsvariante der Säule nach der Erfindung mit Schirmelektroden, die einen Querschnitt aus drei Ovalen im Hochpotentialbereich (Längsschnitt durch eine Hälfte der Säule) haben;

Fig. 9 den Feldstärkeverlauf eines elektrostatischen Feldes längs der Außenfläche der Hochspannungsausführung des Beschleunigers und der Säule nach F i g. 2;

Fig. 10den Feldstärkeverlauf eines elektrostatischen Feldes längs der Außenfläche der Hochspannungsausführung des Beschleunigers und der Säule nach F i g. 8. Die erfindungsgemäße Isolierstützsäule eines Hochspannungsbeschleunigers enthält eine Vielzahl von Sektionen 1 (Fig. 1) mit einem unter diesen verteilten Arbeitspotential. Jede solche Sektion 1 ist mit äußeren Schirmelektroden 2, 3, 4 versehen, die als Reifen ausgestaltet und an inneren Elektroden 5 befestigt sind, welche ihrerseits an Metallrahmen 6 befestigt sind. An den benachbarten Rahmen 6 sind Widerstände 7 eines

ίο Spannungsteilers befestigt. · Es kann ein beliebiger Spannungsteiler verwendet werden. Die Sektionen 1 sind voneinander mittels Isolatoren 8 getrennt

Die Sektionen 1 bilden einen Hochpotentialbereich 9, der an die Hochspannungsausführung 10 des Beschleunigers angrenzt, einen Niederpotentialbereich 11, der sich einer geerdeten Grundplatte 12 der Säule anschließt, und einen zwischen diesen beiden liegenden Bereich 13.

Die Außenfläche der Sektionen 1 der erfindungsge-

maß ausgeführten Säule ist durch die Elektroden 2,3, 4 gebildet, welche, wie oben beschrieben, als Reifen gestaltet sind. Die Elektroden 2 und 3 der Sektionen 1 gehören zum Hochpotentialbereich 9, während die Elektroden 4 dem Bereich 13 bzw. dem Niederpotentialbereich 11 zugeordnet sind.

Die Elektroden 2 der Sektionen 1 haben einen ovalen Querschnitt, der durch Zusammenfügung der Elemente zweier Ovaie a und b gebildet und derart orientiert ist, daß die eine Spitze 14 eines Ovals b zum Innern der Säule hin und die andere Spitze 15 des zweiten Ovals a nach außen von der Säule gerichtet ist. Die durch die Spitze 15 verlaufende große Achse des Ovals a bildet mit einer Tangente 16 zur Außenfläche einen Winkel «, der vom Hochpotentialende der Säule gemessen wird.

Die Fortsetzung der die Spitze 14 schneidenden großen Achse des Ovals b bildet mit der Tangente 16 einen Winkel «ι, der größer als der Winkel α ist und ebenso wie der Winkel « vom Hochpotentialende der Säule gemessen wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Säule, die am zweckmäßigsten zur Sicherung einer hohen Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers verwendet wird, beträgt der Winkel α 15° und der Winkel αϊ 25°.

Die Elektroden 3 der Sektionen 1 weisen einen ovalen Querschnitt auf, der durch ein Oval gebildet und so orientiert ist, daß die eine Spitze 17 des Ovals zum Innern der Säule und die andere Spitze 18 desselben nach außen von der Säule gerichtet ist und die durch diese verlaufende große Achse des Ovals mit der

>o Tangente 19 zur Außenfläche der Sektionen einen Winkel «₂ bildet, der vom Hochpotentialende der Säule gemessen wird. In der vorliegenden Ausführungsform der Säule ist der Winkel a.2 gleich 10°.

Die Elektroden 4 der Sektionen 1 haben einen kreisförmigen Querschnitt.

Vorstehend wurde die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Säule beschrieben, bei der aus Elementen zweier Ovale a und b ein ovaler Querschnitt nur eines Teils der Elektroden 2 des Huchpotentialbereiches 9 gestaltet ist.

Es ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Säule möglich, bei der der ovale Querschnitt sämtlicher Elektroden 20 (Fig. 2) des Hochpotentialbereiches 9 durch Zusammenfügung von Elementen zweier Ovale a und b gebildet ist. Eine solche Variante wird am zweckmäßigsten zur Sicherung einer höheren Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers verwendet.
In F i g. 3 ist eine Ausführungsform der Säule nach der

Erfindung dargestellt, bei der der ovale Querschnitt eines Teils von Elektroden 21 der Sektionen 1 des Bereichs 13 durch Konjugation der Elemente zweier Ovale a und b zusammengesetzt und ähnlich wie bei den Elektroden 2 (Fig. 1) und 20 (Fig. 2) orientiert ist. Die übrigen Elektroden 4 (F i g. 3) des Bereichs 13 sowie die Elektroden 4 des Niederpotentialbereichs 11 und die Elektroden des Hochpotentialbereiches 9 haben einen kreisförmigen Querschnitt.

Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Säule wird zweckmäßigerweise zur Erhaltung einer hohen elektrischen Festigkeit der Säule in der Querrichtung verwendet, wenn der Durchmesser der Hochspannungsausführung 10 des Beschleunigers den Außendurchrnesser der Sektionen 1 der Säule merklich übersteigt und der Hochpotentialbereich 9 durch die Hochspannungsausführung 10 abgeschirmt ist.

Die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform der Säule verwendet man zur Erhaltung einer hohen elektrischen Festigkeit der Stützsäule in Längsrichtung und zur Verkleinerung des Längsmaßes der Säule.

In dieser Ausführungsform der Säule ist der ovale Querschnitt aller Elektroden 23 der Sektionen 1 des Niederpotentialbereiches 11 durch Zusammenfügung der Elemente zweier OvaM a und b gebildet. Dieser ovale Querschnitt ist in der gleichen Weise, wie dies oben beschrieben wurde, orientiert. In diesem Fall ist jedoch der Winkel α gleich 60° und der Winkel λ, 80°.

Die Elektroden 3 der Sektionen 1 des Hochpotentialbereiches 9 und die Elektroden 4 der Sektionen 1 des Bereiches 13 sind ebenso wie die Elektroden 3 bzw. 4 nach Fig. 1 ausgeführt. Hierbei beträgt der Winkel «2 10°.

Bei der Ausführungsvariante der Säule nach F i g. 5 sind die Elektroden 2 und 4 der Sektionen 1 des Hochpotentialbereiches 9 und des Bereiches 13 ebenso gleich wie bei der Säule nach F i g. 1 ausgeführt.

Der ovale Querschnitt der Elektroden 24 (F i g. 5) der Sektionen 1 des Niederpotentialbereiches 11 ist durch Zusammenfügung der Elemente dreier Ovale c, d, e gebildet. Dieser ovale Querschnitt ist derart orientiert, daß die eine Spitze 25 eines Ovals e zum Innern der Säule und die andere Spitze 26 des zweiten Ovals c nach außen von der Säule gerichtet ist. Die durch die Spitze 26 verlaufende große Achse des Ovals c bildet mit der Tangente 27 zur Außenfläche einen Winkel λ 3, der vom Hochpotentialende der Säule gemessen wird. Die große Achse des Ovals d bildet mit der Tangente 27 einen Winkel au und die Fortsetzung der durch die Spitze 25 verlaufenden großen Achse des Ovals e mit der Tangente 27 einen Winkel λ 5.

In der hier zu betrachtenden Ausführungsform der Säule macht der Winkel α 3 60°, der Winkel «₄ 80° und der Winkel a₅100° aus.

Es ist wünschenswert, diese Ausführungsform zur Erhaltung einer hohen elektrischen Festigkeit sowohl in der Quer- als auch in der Längsrichtung sowie zur Sicherung einer hohen Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers unter gleichzeitiger Verkleinerung des Längsmaßes der Säule zu verwenden.

Bei der Ausführungsform der Säule nach F i g. 6 sind die Elektroden 2 der Sektionen 1 des Hochpotentialbereiches 9 und die Elektroden 24 der Sektionen 1 des Niederpotentialbereiches 11 ähnlich den Elektroden dieser Bereiche der in Fig.5 gezeigten Säule ausgeführt

Die Elektroden 4 (Fig.6) der Sektionen 1 des Bereiches 13 sind analog den Elektroden desselben Bereiches der Säule nach Fig.5 ausgestaltet, mit Ausnahme der Elektroden 28 (F i g. 6) und 29, die jeweils an einer Elektrode 2 des Hochpotentialbereiches 9 und einer Elektrode 24 des Niederpotentialbereiches 11 anliegen.

Die Elektrode 28 weist einen ovalen Querschnitt auf, der durch ein Oval gebildet ist, dessen große Achse parallel der Tangente 16 zur Außenfläche der Sektionen 1 ist.

Die Elektrode 29 hat einen ovalen Querschnitt, der aus einem Oval besteht, dessen große Achse senkrecht zur Tangente 27 zur Außenfläche der Sektionen 1 verläuft.

Diese Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Säule wird zweckmäßigerweise im Falle der Kombination der Elektroden 2, die eine hohe elektrische Festigkeit in der Längs- und Querrichtung im Hochpotentialbereich 9 aufweisen, und der eine besonders hohe elektrische Festigkeit in der Längsrichtung im Niederpotentialbereich 11 aufweisenden Elektroden 24 mit den Elektroden 4 verwendet, die einen kreisförmigen Querschnitt im Bereich 13 haben. Übergangszonen, bestehend aus Elektroden 28 und 29, sind zum Ausgleich der Feldstärke an den Stoßstellen dieser Bereiche bestimmt. Dadurch gelingt es, einen kürzeren Hochpotentialbereich 9 und einen längeren Niederpotentialbereich 11 (in der Zeichnung ist dies nicht abgebildet, um das Wesen der Erfindung nicht zu verdunkeln) zu erhalten.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Säule ist der ovale Querschnitt sämtlicher Elektroden 30, 31, 32 der Sektionen 1 in allen Bereichen 9, 13, 11 durch Fügung der Elemente dreier Ovale c, d, e gestaltet. Dieser ovale Querschnitt ist so orientiert, daß die eine Spitze 33 eines

Ovals e zum Innern der Säule hin und die zweite Spitze

34 des anderen Ovals c nach außen von der Säule c gerichtet. Die durch die Spitze 34 verlaufende große Achse des Ovals c bildet mit der Tangente 35 zur Außenfläche der Sektionen 1 einen Winkel α*, der vom Hochpotentialende der Säule gemessen wird. Die große Achse des Ovals d bildet mit der Tangente 35 einen Winkel «7 und die Fortsetzung der großen Achse des Ovals e, die durch die Spitze 33 geht, mit der Tangente

35 einen Winkel «s-

Bei der betrachteten Ausführungsform der Säule ist der Winkel Ot₆ gleich 20°, α? 30° und a₈ 40°. Eine solche Ausführungsform ist für einen Beschleuniger zu verwenden, bei dem die die Säule und die Hochspannungsausführung umgebende geerdete Außenelektrode

(nicht gezeigt) über die Länge der Säule mit deren Außenfläche einen Zwischenraum bildet, der zur Gründpiatte der Säule hin abnimmt.

Bei der Ausführungsform der Säule nach F i g. 8 sind die Elektroden 30 der Sektionen 1 des Hochpotentialbereiches 9 ebenso gleich wie die Elektroden dieses Bereiches der Säule nach F i g. 7 ausgeführt, während die Elektroden 4 des Bereiches 13 und des Niederpotentialbereiches 11 analog den Elektroden dieser Bereiche der Säule nach F i g. 1 ausgeführt sind

Die Säule nach F i g. 8 kann mit Erfolg zur Erhaltung einer hohen elektrischen Festigkeit in der Längs- und Querrichtung sowie zur Sicherung einer hohen Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers bei geringsten Abwandlungen im Säulena"fljau benutzt werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Isolierstützsäule eines Hochspannungsbeschleunigers besteht im folgenden.
An der Hochspannungsausführung 10 (Fig. 1) er-

zeugt man ein Arbeitspotential. Die Widerstände 7 des Spannungsteilers stellen eine vorgegebene Potentialverteilung zwischen den Sektionen 1 der Säule sicher. Die Elektroden 2, 3, 4 schirmen die inneren Elemente der Sektionen 1 gegen ein elektrostatisches Fremdfeld ab. Die Isolierung dieser Elektroden muß ohne Durchschlag Potentialdifferenzen standhalten, die sowohl in der Quer- als auch in der Längsrichtung auftreten.

Üblich nimmt man an, daß die elektrische Festigkeit des Beschleunigers desto höher ist, je niedriger die Feldstärke des elektrostatischen Feldes an der Hochspannungsausführung 10 und an den Elektroden 2 (unter dem höchsten Arbeitspotential des Beschleunigers) ist. 1st beispielsweise bei einer Säule des Beschleunigers, in der a'iie Elektroden des Hochpotentiaibereiches einen kreisförmigen Querschnitt haben, der mittlere Säulengradient in Längsrichtung gleich 1,25 MV · m~' und das an der Hochspannungsausführung liegende Potential gleich 2,5 MV, so erreicht die Feldstärke an den Elektroden der Säule den Höchstwert an deren Hochpotentialende und beträgt 16MV - m-', das Maximum der Feldstärke an der Hochspannungsausführung macht 13 MV · m~' aus, wie dies in den Beiträgen der 6. Allunionskonferenz über Teilchenbeschleuniger (Band 2, 1979, Dubna, Resvykx K. A, Romanov V. A. »Berechnung des elektrostatischen Feldes von Hochspannungsanordnungen komplizierter Konfiguration«, Seiten 116 bis 119) beschrieben ist.

Um das Wesen der vorliegenden Erfindung anschaulicher zu beleuchten, wird in Fig.9, wo auf der Abszissenachsc der Abstand Z entlang der Längsachse der Säule in m und auf der Ordinatenachse das Feldstärkemodul E des elektrostatischen Feldes an der Hochspannungsausführung 10 (Fig. 2) und an den Elektroden 20 in MV · m-¹ abgetragen sind, der Feldstärkeverlauf dieses Feldes angeführt. Dieser Verlauf entspricht der oben genannten Säule des Beschleunigers bei demselben Potential von 2,5 MV · m-¹ sowie bei den gleichen geometrischen Parametern, mit Ausnahme des Querschnittes der Elektroden 20, der durch Fügung zweier Ovale a und b mit Winkeln α und «ι gebildet ist, die gleich 15° bzw. 25° sind.

Der Höchstwert 36 (Fig.9) der Feldstärke des elektrostatischen Feldes an der Ausführung 10 beträgt etwa 13 MV · m~' und das Maximum 37 der Feldstärke des elektrostatischen Feldes an den Elektroden 20 der Säule ist gleich 9 MV - m-'. Die Spitzenwerte der Feldstärke, welche an den Elektroden mit kreisförmigen Querschnitt vorgekommen sind, sind erheblich dadurch verringert, daß sich

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Krümmung aufweisende Oberfläche der Elektroden 20 (Fig.2), die dem Hochpotentialende der Säule zugewandt ist, in einem Gebiet befindet, wo die Längskomponente der Feldstärke von der Querkomponente derselben abgezogen wird. Die Oberfläche der Elektroden 20 mit einer großen Krümmung, welche zur Grundplatte 12 der Säule hin gerichtet ist, wird in einem Feldbereich untergebracht, der durch die benachbarte Elektrode 20 abgeschwächt ist Infolgedessen besitzt die Stützsäule nach der Erfindung eine höhere Durchschlagfestigkeit gegenüber der Hochspannungsausführung 10 des Beschleunigers, was eine Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers und in einigen Fällen die Erzeugung eines höheren Potentials des Beschleunigers ermöglicht
Das Wirkungsprinzip der Säule nach F i g. 3 bis 8 ist ähnlich dem der Säule nach F i g. 1 und 2. Nachstehend wird nur auf einige Unterschiede eingegangen, die diesen Ausführungsformen der Säule eigen sind.

In der in F i g. 3 gezeigten Stützsäule schirmt die Ausführung 10 den Hochpotentialbereich 9 der Säule ab, und der Bereich 13 beginnt mit den Elektroden 21, die eine hohe Durchschlagfestigkeit aufweisen.

Bei der Säule nach F i g. 4 weisen die Elektroden 23 eine hohe Durchschlagfestigkeit in der Längsrichtung

ίο auf, weil die Spitze 14 des Ovals b von den Elektroden der Sektionen 1 umgeben ist, während an der Spitze 15 des Ovals a die Feldstärke infolge einer verminderten Potentialgröße an den Elektroden 23 im Bereich U begrenzt ist.

Bei der Säule nach F i g. 5 weist der Niederpotentialbereich 11 eine noch höhere Durchschlagfestigkeit als bei der Säule nach F i g. 4 auf. Ist ein lineares Gesetz zur Teilung des Potentials über die Länge der Säule angenommen und übersteigt dessen Winkelkoeffizient im Bereich 11 (Fig.5) um das 2- bis 3fache den Winkelkoeffizient in den übrigen Bereichen 9 und 13 der Säule, dann wird die Gesamtlänge der Säule ohne Senkung der Durchschlagfestigkeit derselben verkürzt.

In der Säule nach Fig.6 besitzt der Bereich 13 bestehend aus Elektroden 28 und 29 Übergangszonen, die den Feldstärkeverlauf an den Stoßstellen der Bereiche der Stützsäule glätten.

In F i g. 7 ist die Säule eines Beschleunigers gezeigt, über deren Länge mit der Abnahme des Potentials der Zwischenraum zwischen den Elektroden 30, 31 und 32 und der geerdeten Elektrode (nicht gezeigt) des Beschleunigers verkleinert wird, in dem die Säule angeordnet ist. Deswegen zeichnen sich die Elektroden 30, 31 und 32 durch eine gleich hohe elektrische Festigkeit in der Querrichtung aus.

Der Hochpotentialbereich 9 der in F i g. 8 dargestellten Säule arbeitet ähnlich diesem Bereich der in F i g. 7 gezeigten Säule, während die Bereiche 11 und 13 analog diesen Bereichen der in F i g. 1 abgebildeten Säule funktionieren. Jedoch ist zum deutlicheren Veraiändnis des Erfindungswesens in Fig. 10 der Verlauf der Feldstärke E eines elektrostatischen Feldes längs der Hochspannungsausführung 10 des Beschleunigers und der Elektroden 30 und 4 gezeigt, der der Säule nach F i g. 8 entspricht. Auf den Achsen der F i g. 10 sind die gleichen Werte wie die in F i g. 9 abgetragen.

Das Maximum 38 (Fig. 10) der Feldstärke des elektrostatischen Feldes an der Hochspannungsausführung 10 beträgt etwa 13 MV · m-¹, das Maximum 39

so der Feldstärke des elektrostatischen Feldes an den Elektroden 30 macht zum Unterschied vom Maximum 37 (F i g. 9) der Feldstärke des elektrostatischen Feldes an den Elektroden 20 (F i g. 2), das 9 MV - m-¹ gleich ist, 11 MV - m-'aus.

Jedoch ist bei der Säule nach F i g. 2 ein Spitzenwert 40 (F i g. 9) der Feldstärke des elektrostatischen Feldes zwischen den Sektionen 1 der Säule vorhanden, der deren Durchschlagfestigkeit senkt Eine Erhöhung der Durchschlagfestigkeit in der Längsrichtung gelingt entweder durch Verminderung des Winkelkoeffizienten des linearen Gesetzes zur Teilung des Potentials im Hochpotentialbereich 9 unter entsprechender Vergrößerung des Winkelkoeffizienten in den benachbarten Bereichen oder durch erfindungsgemäße Ausbildung des Querschnittes der Elektroden 30 (F i g. 8) als Fügung von drei Ovalen ede. Die Beseitigung, des Spitzenwertes 40 (Fig.9) durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Querschnittes der Elektroden 30

(F i g. 8) ist in F i g. 10 dargestellt.

Die Gegenüberstellung der Feldstärkeverläufe des elektrostatischen Feldes nach Fig.9 und 10 erlaubt es, die Auswahl der Winkel <x zu veranschaulichen. Die Winkel <x = 15° und «i = 25° (F i g. 2) stellen eine hohe Durchschlagfestigkeit in der Querrichtung sicher, führen hingegen zu einer geringen Durchschlagfestigkeit in der Längsrichtung. Die Winkel «6 = 20°, λ₇ = 30° und Λ₈ = 40° (F i g. 8) gewährleisten eine genügend hohe Durchschlagfestigkeit der Säule in beiden Ricniungen.

Die — von der Hochspannungsausführung 10 (F i g. 8) gerechnet — fünfte Elektrode 4 des Beschleunigers hat einen kreisförmigen Querschnitt und tritt als erste Elektrode des Bereiches 13 auf. Das Maximum der Feldstärke des elektrostatischen Feldes an dieser Elektrode beträgt 14MV · m-'. Für das gegebene Beispiel wird die hohe Durchschlagfestigkeit der Säule in der Querrichtung bei zehn bis fünfzehn Sektionen 1 garantiert, die dem Hochpotentialbereich 9 zugeordnet sind. So beträgt beispielsweise bei 10 Sektionen 1 der Spitzenwert der Feldstärke 12MV-m-' und bei fünfzehn Sektionen 110 MV ■ m-'.

Der Spitzenwert 41 der Feldstärke am Übergang von einem Bereich zu einem anderen kann, wie oben angegeben, durch Bildung von Übergangszonen geglättet werden.

Also erhöht die nach Fig.8 erfindungsgemäß ausgeführte Stützsäule selbst ihre Durchschlagfestigkeit sowohl in der Quer- als auch in der Längsrichtung.

Somit wird erfindungsgemäß nur durch Formänderung der Elektroden die Betriebszuverlässigkeit erhöht und in einer Reihe von Fällen das Arbeitspotential der Säule gesteigert. Bei unveränderlichem Arbeitspotential gelingt es, das Quermaß der geerdeten Elektrode des Beschleunigers oder den Betriebsdruck des isolierenden Gasgemisches ungefähr um 30% zu senken sowie die Betriebskosten durch Verbilligung des isolierenden Gasgemisches herabzusetzen.

Die Verkürzung der Länge der erfindungsgemäßen

•ο Stützsäule erhöht ihre Steifigkeit und erleichtert den Transport von geladenen Teilchen. Jedoch entspricht die minimale Länge der Säule einer verringerten Durchschlagsfestigkeit in deren Querrichtung.

Die Kombination der Elektroden mit unterschiedliehern Querschnitt ermöglicht eine gleichmäßigere Ausnutzung der !soüereigenschaften des !soliermhtels, wobei jeder Bereich der Säule seine Funktion erfüllt, und zwar: der Hochpotentialbereich sorgt für die Durchschlagsfestigkeit in der Querrichtung und die Betriebszuverlässigkeit des Beschleunigers, der Niederpotentialbereich, der eine hohe elektrische Festigkeit in der Längsrichtung aufweist, verkleinert das Längsmaß der Säule, der Mittelbereich mit Elektroden eines unkomplizierten Querschnittes trägt zur Senkung der

gesamten Herstellungskosten der Säule bei und die Übergangszonen zwischen den Bereichen garantieren die erforderliche Durchschlagfestigkeit bei einer optimalen Länge der Bereiche.
Durch die erfindungsgemäß ausgeführte Stützsäule wird ermöglicht, die bestehenden Stützsäulen leicht und schnell zu modernisieren.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Isolierstützsäule für einen Hochspannungsbeschleuniger

   — mit einer Vielzahl von Sektionen (1),

   — mit eineni Niederpotentialbereich (11), der an eine geerdete Grundplatte (12) der Isolierstützsäule angrenzt

   — mit einem Hochpotentialbereich (9), der an die ι ο Hcchspannungsausführung (10) des Hochspannungsbeschleunigers angrenzt,

   — und mit einem zwischen diesen beiden liegenden Bereich (13),

   — bei der die Außenflächen der Sektionen (1) durch Schirmelektroden (2, 3, 4) gebildet sind, die als Reifen gestaltet jind und die Funktion von Äquipotentialringen haben,

   — bei der die Sektionen (1) mittels Isolatoren (8) voneinander getrennt sind und durch Widerstände (7) eines Spannungsteilers der Beschleunigerarbeitsspannung beaufschlagt sind,

   — wobei die Schirmelektroden (2, 3, 4) in zumindest einem der Bereiche einen ovalen Querschnitt haben, der derart orientiert ist daß die eine Spitze des Ovals nach innen und die andere Spitze nach außen von der Säule gerichtet ist.