DE3717819A1 - Synchrotron - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Synchrotron zum Beschleunigen oder Sammeln von geladenen Teilchen wie zum Beispiel Elektronen und Ionen, und im besonderen die Miniaturisierung des Synchrotrons.

Fig. 1 zeigt als Beispiel ein herkömmliches Synchrotron, wie es in der Veröffentlichung "The Design of Synchrotron for Incident Charged Particle" von Molecular Science Research Institute, erschienen im März 1981, gezeigt ist. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist am vorderen Ende einer Niederenergie-Transportröhre 2 ein Ablenkelement (Inflektor) 3 installiert, das von einem Hilfsbeschleuniger 1, beispielsweise einem Linearbeschleuniger oder Mikrotron, gelieferte Strahlen in eine Vakuumkammer 4 einfallen läßt. Entlang der Vakuumkammer 4 sind angeordnet: Störelemente (Perturbatoren) 5 zum Verschieben der Umlaufbahn der eintretenden Teilchen, bipolare Elektromagnete 6 zum Ablenken der geladenen Teilchen zwecks Bildung einer geschlossenen Umlaufbahn, tetrapolare Elektromagnete 7 zum Fokussieren der Strahlen, eine Hochfrequenz-Kammer 8 zum Beschleunigen der Teilchen, ein Kicker (Stoßelement) 9 zum Abbiegen der Strahlen zum Zeitpunkt des Austritts, etc. Ein Ablenkelement (Deflektor) 10 wird zum Aussenden eines Austrittsstrahls an eine Hochenergie-Transportröhre verwendet.

Die bipolaren Elektroden 6 und die tetrapolaren Elektroden 7, die an gebogenen Randbereichen sitzen, sind in gleichen Abständen angebracht und bilden einen Kreis mit sechs äquivalenen Abschnitten.

Die durch den Hilfsbeschleuniger 1 beschleunigten Strahlen werden durch die tetrapolaren Elektromagnete 7 a, 7 b fokussiert und durch die Niederenergie-Transportrohre 2 in die Vakuumkammer 4 eingeführt, nachdem sie durch das Ablenkelement (Inflektor) 3 abgelenkt worden sind. Die Störelemente (Perturbatoren) 5 führen die einfallenden Strahlen ein, wobei ihre anfängliche Umlaufbahn nach außen verschoben und die Umlaufbahn stufenweise zur Innenseite zurückgeführt wird. Die einfallenden Strahlen werden durch die bipolaren Elektromagnete 6 abgelenkt und in der geschlossenen Umlaufbahn bewegt, jedoch in horizontalen und vertikalen Richtungen fokussiert, während sie durch die tetrapolaren Elektromagnete 7 hindurchgeführt und anderweitig veranlaßt werden, zwischen ihnen gestreut zu werden, um einen stabilen Modus mit sechs Perioden pro Kreis zu bilden.

Nach Beendigung des vorgenannten Einfalls wird die an die Hochfrequenz-Kammer 8 angelegte Spannung erhöht, um die Energie zu steigern durch gegenseitige Verknüpfung der Intesnität der magnetischen Felder der bipolaren Elektroden 6 und der tetrapolaren Elektroden 7. Der Kicker 9 wird zu dem Zeitpunkt gestartet, zu dem die Energie den vorbestimmten Pegel erricht hat, und die Strahlen werden hierdurch abgelenkt von der stabilisierten Umlaufbahn und am Ablenkelement (Deflektor) 10 nach auswärts gebogen, wobei sie zur Hochenergie-Transportröhre 11 ausgesendet werden.

Die dermaßen herausgeführten Strahlen können sich für eine kurze Zeitperiode verteilen und werden dann in einen nicht dargestellten Speicherring oder in einen Analysator eingeführt, wobei sie durch an der Transportröhre 11 angeordnete tetrapolare Elektroden 7 e, 7 f fokussiert werden.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung des Prinzips der Wirkungsweise eines anderen Synchrotrons konventioneller Bauart, das in "Journal of Japan Physical Society", Bd. 17, Nr. 4 (1962), S. 271-278, beschrieben ist, wobei dieses Synchrotron die gleiche Konstruktion hat wie das Synchrotron von Fig. 1. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, bilden bipolare Ablenk-Elektromagnete 6 die zentrale Umlaufbahn 22 für die geladenen Teilchen. Entlang der zentralen Umlaufbahn sind ein Ablenkelement (Inflektor) 3 zum Einlaß der von einem Linearbeschleuniger 1 stammenden geladenen Teilchen in das Synchrotron und eine Hochfrequenzkammer 8 zur Energieabgabe an die geladenen Strahlen angeordnet.

Fig. 3 zeigt einen konventionellen bipolaren Ablenk-Elektromagneten 6, der mit Ablenkspulen 11 ausgestattet ist, die mittels Spulenklammern 12 an einen Eisenkern 13 angepaßt sind, und eine Vakuumkammer 4, durch welche die geladenen Strahlen passieren. Die geladenen Strahlen, die vom Hilfsbschleuniger 1 durch das Ablenkelement (Inflektor) 3 herkommen, werden im Ablenk-Elektromagnet 6 abgelenkt und bilden die geschlossene Umlaufbahn 22, die in Fig. 2 gezeigt ist. Der Krümmungsradius δ der geladenen Strahlen ist proportional zu deren Energie E und umgekehrt proportional zum Magnetfeld B des Ablenk-Elektromagneten 6, d. h.

δ α E/B.

Wenn Energie mittels der Hochfrequenz-Kammer 8 auf die geladenen Strahlen übertragen wird, wird das magnetische Feld des bipolaren Ablenk-Elektromagneten 6 proportional erhöht, um Anderungen der Umlaufbahn der geladenen Strahlen zu verhindern. Dieser Vorgang wird allgemein als Beschleunigung der geladenen Teilchen durch das Synchrotron bezeichnet. Die zur Beschleunigung benötigte Zeit liegt normalerweise im Bereich von 10 bis mehreren 100 ms. Mit anderen Worten, der bipolare Ablenk-Elektromagnet 6 wird innerhalb der Zeit von 10 bis mehreren 100 ms erregt aus einem schwachen magnetischen Feld (im allgemeinen einige 10 Gauss) entsprechend der Energie des einfallenden geladenen Strahls bis zu einem starken magnetischen Feld (im allgemeinen über 10000 Gauss) entsprechend der Energie des beschleunigten geladenen Strahls. Dementsprechend hat der Eisenkern 13 des bipolaren Ablenk-Elektromagneten 6 üblicherweise einen laminierten Aufbau.

Fig. 4(a) bis 4(c) zeigen die Konfiguration des Eisenkerns 13 und Fig. 5 zeigt die Konfiguration einer der laminierten Eisenplatten 14. In Fig. 4(b) zeigt eine gerade Linie 16 die Richtung, in welcher die Eisenplatten laminiert sind. Keilförmige Füllkörper 15 dienen zur Bildung des fächerförmigen Eisenkerns 13. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der keilförmige Füllkörper 15 derart geformt, daß verschobene Eisenplatten laminiert werden, und zeigt eine Festigkeit, die geringfügig niedriger ist als diejenige eines gewöhnlichen Laminats. Die laminierten Eisenplatten 14 werden zwischen den keilförmigen Füllkörpern 15 laminiert. Die keilförmigen Füllkörper 15 sind in gleichen Abständen innerhalb des Eisenkerns 13 angeordnet und formen den fächerförmigen laminierten Eisenkern. Jedes der beiden Enden des Eisenkerns von Fig. 4(b) entspricht einem Teil des Radius des Bogens des fächerförmigen Kerns.

In konventionellen Synchrotrons, wie sie oben beschrieben sind, werden mehr als sechs bipolare Elektromagnete verwendet, wodurch die Synchrotrons in ihren Abmessungen groß und teuer werden. Es ist notwendig, die Anzahl der bipolaren Elektromagnete zu verringern, um das Gerät kompakt zu machen. Jedoch kann dabei das Problem auftreten, daß die geladenen Teilchen veranlaßt werden, mit der Wand der Vakuumkammer zu kollidieren, und verloren gehen, weil der Ablenkungswinkel eines jeden bipolaren Elektromagneten vergrößert werden muß, so daß die Fokussierwirkung auf die geladenen Teilchen in horizontaler Richtung zunimmt.

Ein anderes Problem besteht darin, daß infolge der Anordnung des Kicker 9 und des Störelements (perturbators) 5 am gleichen linearen Teil ein Verbindungsmittel beispielsweise in Form eines Flansches dazwischenzusetzen ist, vorausgesetzt, jedes dieser Elemente ist ein einer unterschiedlichen Vakuumkammer enthalten, und daß das verlängerte lineare Teil die Verminderung der Abmessungen des Gerätes erschwert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes und kostengünstiges Synchrotron zu schaffen.

Das erfindungsgemäße Synchrotron umfaßt eine röhrenförmige Vakuumkammer, in welcher eine geschlossene Umlaufbahn gebildet ist und durch welche geladene Teilchen passieren, vier oder weniger bipolare Magnete zum Ablenken geladener Teilchen und Mittel zum Dämpfen der von den bipolaren Magneten ausgehenden Fokussierwirkung auf die geladenen Teilchen in horizontaler Richtung.

Da erfindungsgemäß vier oder weniger bipolare Magnete installiert werden sollen, ist das Gerät weniger teuer als konventionelle Geräte, die sechs oder mehr bipolare Magnete erfordern. Erfindungsgemäß wird der Ablenkwinkel eines jeden bipolaren Magneten größer und die horizontale Fokussierwirkung auf die geladenen Teilchen nimmt zu. Jedoch werden erfindungsgemäß Mittel zum Dämpfen der Fokussierwirkung eingesetzt, so daß die geladenen Teilchen daran gehindert werden, mit der Wandung der Vakuumkammer zu kollidieren und verloren zu gehen.

Ferner werden im erfindungsgemäßen Synchrotron der Kicker, der Inflektor oder der Deflektor als Eintritts- und Austrittsmittel in die Nähe des als Beeinflussungselement dienenden Perturbators gesetzt und diese zwei Eintritts- und Austrittsmittel sind in einer einzigen Vakuumkammer enthalten. Deshalb kann der Abstand zwischen dem Kicker, etc. und dem Perturbator kleiner gewählt werden, da ein Flansch, der normalerweise dazwischengesetzt ist, entfallen kann, wodurch der lineare Teil gekürzt werden kann.

Außerdem ist jeder bipolare Elektromagnet, der im erfindungsgemäßen Synchrotron enthalten ist, so konstruiert, daß die die Umlaufbahn der geladenen Teilchen schneidende Endfläche seines Eisenkerns zwei oder mehr Flächen hat. Deshalb weist jeder der bipolaren Elektromagnete minimierte Bereiche auf, die von der Vakuumkammer abstehen, wodurch der lineare Bereich der Vakuumkammer kürzer gestaltet werden kann. Folglich kann ein kompaktes Gerät weniger teuer hergestellt werden.

Fernerhin hat der bipolare Elektromagnet gemäß der Erfindung einen fächerförmigen Eisenkern, dessen beide Enden nur durch laminierte Eisenplatten gebildet werden, wobei keilförmige Füllkörper nur in den Kreisbogenbereich des Kerns eingesetzt sind. Daher kann erfindungsgemäß nicht nur die mechanische Festigkeit der beiden Enden, sondern auch die Genauigkeit des magnetischen Feldes an den beiden Enden verbessert werden.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein konventionelles Synchrotron in der Ansicht,

Fig. 2 eine Darstellung des Prinzips der Wirkungsweise des konventionellen Synchrotrons,

Fig. 3 einen konventionellen bipolaren Elektromagneten in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4(a) den Eisenkern eines konventionellen bipolaren Elektromagneten in der Ansicht,

Fig. 4(b) den Gegenstand der Fig. 4(a) in der Ansicht von oben,

Fig. 4(c) den Gegenstand der Fig. 4(a) in der Seitenansicht,

Fig. 5 eine der laminierten Eisenplatten, die den Eisenkern gemäß Fig. 4 bilden, in der Seitenansicht,

Fig. 6 den keilförmigen Füllkörper von Fig. 4 im Schnitt,

Fig. 7 eine erste Ausfürhrungsform des erfindungsgemäßen Synchrotrons in der Ansicht,

Fig. 8 den Bereich des bipolaren Elektromagneten aus Fig. 7 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 9 den Bereich eines bipolaren Elektromagneten einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Synchrotrons in vergrößerter Darstellung,

Fig. 10 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Synchrotrons in der Ansicht,

Fig. 11 den wesentlichen Teil von Fig. 10 im senkrechten Schnitt,

Fig. 12 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Synchrotrons in der Ansicht,

Fig. 13 den bipolaren Elektromagneten von Fig. 12 in der Ansicht, und

Fig. 14 den wesentlichen Teil eines Eisenkerns einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Synchrotrons in der Ansicht.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 wird nachfolgend eine erste Ausführungform der Erfinudung beschrieben. In Fig. 7 und 8 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 gleiche oder entsprechende Teile.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sind vier bipolare Elektromagnete 6 entlang der Wandung der Vakuumkammer 4 angeordnet, welche eine geschlossene Umlaufbahn bildet. Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereiches des bipolaren Elektromagneten 6. Die Endfläche 6 a des bipolaren Elektromagneten 6 ist derart gestaltet, daß die Senkrechte 32 zur Endfläche 6 a außerhalb der geschlossenen Umlaufbahn liegt, welche mit der Röhrenachse 33 der Vakuumkammer 4 gebildet ist. Der Winkel der Senkrechten 32 zur Röhrenachse 33 beträgt ungefähr 20°.

Die Wirkungsweise des Synchrotrons wird nachfolgend beschrieben. Die geladenen Teilchen, die durch den Hilfsbeschleuniger 1 beschleunigt werden, werden durch eine Niederenergie-Transportröhre 2 geschickt und durch ein Ablenkelement (Inflektor) 3 in ihrer Bahn abgebogen, bevor sie ein die Vakuumkammer 4 eingeführt werden. Ein Störelement (Perturbator) 5 verschiebt die Umlaufbahn der geladenen Teilchen zunächst von der geschlossenen Umlaufbahn nach außen und stellt die Umlaufbahn in der Folge wieder her, während die eintretenden Teilchen hereingenommen werden. Die eintretenden Teilchen werden in ihrer Bahn durch die bipolaren Elektromagneten 6 abgebogen und zum Umlauf im geschlossenen Kreis veranlaßt.

Da in dieser Ausführungsform vier bipolare Elektromagnete 6 installiert sind, ist der Ablenkwinkel für die geladenen Teilchen 90°. Deshalb wird die Fokussierwirkung in jedem bipolaren Elektromagnet 6 größer. Da die Endfläche 6 a des bipolaren Elektromagneten 6 nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen steht, sondern da die Senkrechte 32 zur Endfläche 6 a außerhalb der Röhrenachse 33 liegt, wie in Fig. 8 dargestellt ist, werden jedoch in diesem Fall die geladenen Teilchen an der Endfläche 6 a in horizontaler Richtung gestreut. Das bedeutet, daß die Fokussierwirkung auf die geladenen Teilchen in horizontaler Richtung abgeschwächt wird, so daß die geladenen Teilchen in stabiler Weise auf dem geschlossenen Kreis bewegt werden.

Da die vier bipolaren Elektromagnete zur Bildung des Synchrotrons verwendet werden, kann der Platzbedarf für das Gerät verringert werden, und da Anzahl der benötigten Teile klein ist, kann es weniger teuer hergestellt werden.

Obgleich der Winkel R der Senkrechten 32 zur Röhrenachse 33 auf ungefähr 20° festgesetzt ist, kann er größer als 15° und kleiner als 25° sein. Falls der Winkel größer als 25° gemacht wird, kann die Fokussierwirkung zu viel abgeschwächt werden, und wenn die geladenen Teilchen den bipolaren Elektromagneten 6 verlassen, können sie mit der Wandung der Vakuumkammer 4 in der Nähe des tetrapolaren Elektromagneten 7 kollidieren und verloren gehen. Ist der Winkel R kleiner als 15°, kann die Fokussierwirkung unzureichend abgeschwächt werden und bevor die geladenen Teilchen vom bipolaren Elektromagneten 6 ausgesandt werden, können sie beispielsweise mit der Wandung der Vakuumkammer 4 in dem bipolaren Elektromagneten zusammenstoßen und verloren gehen.

Fig. 9 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, sind an den jeweiligen Eintritts- und Austrittseiten der bipolaren Elektromagnete 6 für die geladenen Teilchen tetrapolare Elektromagnete 34 installiert, so daß die von den bipolaren Elektromagneten 6 in horizontaler Richtung verursachte Fokussierwirkung auf die geladenen Teilchen verringert werden kann. Der gleiche Effekt kann mit den vorgenannten Mitteln zusätzlich zu den vier bipolaren Elektromagneten 6 erzielt werden.

Obgleich bei den vorgenannten Ausführungsformen der bipolare Elektromagnet als bipolarer Magnet verwendet wird, sind Permanentmagnete ebenfalls verwendbar.

Weiterhin können die tetrapolaren Elektromagnete und die Eintritts- und Austrittseinrichtungen anstatt in den dargestellten spezifischen Anordnungen auch in anderer Weise angeordnet werden.

In den vorgenannten Ausführungsformen wurden vier bipolare Elektromagnete zusammen mit den Mitteln zum Abschwächen der Fokussierwirkung installiert. Es können jedoch auch weniger als vier Elektromagnete eingesetzt werden.

Fig. 10 und 11 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Störelement (Pertuarbator) und ein angrenzender Kicker 9 in einer K.p. Vakuumkammer 42 enthalten sind.

Bipolare Elektromagnete 6 in gebogenen Anordnungen und tetrapolare Elektromagnete 7 sind in gleichen Abständen installiert und bilden einen Kreis mit vier Aquivalenten (äquivalenten Gruppen).

Die gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 1 bezeichnen gleiche oder entsprechende Teile.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Das Störelement (Perturbator) 5 verschiebt die Umlaufbahn der der eintretenden Strahlen nach außen, wenn sie hereingenommen werden, und führt die Umlaufbahn stufenweise zur Innenseite zurück. Nach Abschluß des Eintritts und der Beschleunigung mittels einer Hochfrequenz-Kammer 8 wird der Kicker 9 wirksam gemacht. Die Strahlen werden von der stabilen Umlaufbahn verschoben und in die Lage versetzt, die Position des Ablenkelementes (Deflektors) 10 zu erreichen. Die Strahlen werden an dieser Position nach außen gebogen und hinausgesandt zur Hochenergie-Transportröhre 11.

Im Hinblick auf die Energieausnutzung sollten das Beeinflussungselement (Perturbator) 5 und der Kicker 9 vorzugsweise nahe am Strahlengang angeordnet werden und zu diesem Zweck in der K.P. Vakuumkammer 42 enthalten sein. Bei konventionellen Anordnungen sind die Eintritts- und Austrittseinrichtungen wie zum Beispiel des Beeinflussungselement (Perturbator) 5 und der Kicker 9 jeweils in unterschiedlichen Vakuumkammern enthalten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind beide Elemente in einer einzigen Vakuumkammer 42 enthalten, ohne daß die vorgenannte Wirkung beeinträchtigt wird.

In den vorgenannten Ausführungsformen wurde ein Vier-Perioden-Synchrotron beschrieben. Jedoch kann die Anzahl der Perioden unterschiedlich sein.

Weiterhin kann, obgleich die Anordnung von Beeinflussungselement (Perturbator) und Kicker in einer einzigen Vakuumkammer vorgesehen wurde, der gleiche Effekt erzielt werden durch die Installation einer Kombination anderer Eintritts- und Austrittseinrichtungen wie zum Beispiel einem nach innen wirkenden und einem nach außen wirkenden Ablenkelement und einem Perturbator.

Unter Bezugnahme auf Fig. 12 und 13 wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Fig. 12 zeigt in der Ansicht den Aufbau eines Synchrotrons als eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Fig. 13 zeigt eine Ansicht des bipolaren Elektromagneten nach dieser Ausführungsform.

Gemäß Fig. 12 und 13 sind bipolare Elektromagnete 6 an der Peripherie einer Vakuumkammer 4 installiert. Sie sind durch erste Eisenkerne 61 mit dazwischenliegender Vakuumkammer 4 und durch einen zweiten Eisenkern 62 zum Verbinden der ersten Eisenkerne gebildet, wobei eine Endfläche 61 a des ersten Eisenkerns 61 und eine Endfläche 62 a des zweiten Eisenkerns 62 nicht die gleichen Ebene bilden. Der Winkel zwischen der Senkrechten auf die Endfläche 61 a, die vom Eisenkern nach außen weist, und der Röhrenachse der Vakuumkammer 4 ist beispielsweise auf 20° festgesetzt. Die Endfläche 62 a ist zur Röhrenachse senkrecht gestellt (z. B. bildet die Endfläche 61 a mit der Endfläche 62 a einen Winkel von 20°, wie in Fig. 13 gezeigt ist).

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Die durch den Hilfsbeschleuniger 1 beschleunigten geladenen Teilchen werden durch die Niederenergie-Transportröhre 2 gesandt und durch das Ablenkelement (Inflektor) 3 abgebogen, bevor sie in die Vakuumkammer 4 eingeleitet werden. Der Perturbator 5 verschiebt die Umlaufbahn der geladenen Teilchen zunächst von der geschlossen Umlaufbahn und führt die Umlaufbahn in der Folge nach innen zurück, während die geladenen Teilchen hereingenommen werden. Die eintretenden Teilchen werden durch die bipolaren Elektromagnete 6 abgelenkt und zum Umlauf im geschlossenen Kreis veranlaßt.

Da die Endfläche 61 a des Eisenkerns des bipolaren Elektromagneten, der die Vakuumkammer schneidet, nicht senkrecht zur Umlaufrichtung der geladenen Teilchen ist, bewirkt die Endfläche, daß die geladenen Teilchen in der horizontalen Richtung beim Ein- und Austritt gestreut werden, während die Streuwirkung durch die konvergierende Wirkung in den Ablenkbereichen aufgewogen wird, so daß die geladenen Teilchen in ihrer Bahn stabil gehalten werden.

Da die Endfläche 62 a des Eisenkerns, welcher die Vakuumkammer nicht schneidet, senkrecht zur Achse der Vakuumkammer ist, kann der bipolare Elektromagnet 6 auch kompakt gestaltet werden und sein Vorsprung zum linearen Bereich wird ebenfalls minimiert. Außerdem behindert der bipolare Elektromagnet nicht die Anordnung anderer Einrichtungen wie z. B. von tetrapolaren Elektroden und Eintritts- und Austrittseinrichtungen.

Obgleich die tetrapolaren Elektroden und die Eintritts- und Austrittseinrichtungen in den vorgenannten Ausführungsformen in einer spezifischen Weise angeordnet wurden, können sie auch hiervon abweichend angeordnet werden.

Obgleich in den vorgenannten Ausführungsformen Synchrotrons dargestellt wurden, ist die Erfindung mit dem gleichen Effekt auch auf einen Sammler für geladene Teilchen anwendbar.

Die Endfläche 6 a des Eisenkerns wurde in der Zusammensetzung aus zwei Flächen dargestellt. Jedoch kann die Endfläche auch aus mehr als zwei Flächen zusammengesetzt sein oder eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.

Fig. 14 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, worin jeder Eisenkern 13 Endflächen aufweist, die um den Winkel gedreht sind, um die konvergierende Kraft auf die geladenen Teilchen zu verändern (z. B. zum Hinzufügen des Randeffektes). Beide Enden des Eisenkerns 13 bestehen nur aus laminierten Eisenplatten 140, von denen sich jede hinsichtlich ihrer Gestalt von den anderen unterscheidet. Insbesonders sind die Eisenplatten gemäß Fig. 5 auf der magnetischen Seite (der linken Seite) um einen jeweils geringfügig unterschiedlichen Betrag ausgeschnitten und in die laminierten Eisenplatten 140 geformt. Die keilförmigen Füllkörper 15 sind nur in die Kreisbogenbereiche des Eisenkerns eingesetzt.

Da bei der oben erwähnten Ausbildung die keilförmigen Füllkörper 15 nicht an beiden Enden des Eisenkerns 13 eingesetzt sind, wird die mechanische Festigkeit des Endbereiches verbessert und es wird ermöglicht, einen ausgezeichneten Randeffekt zu erzielen, der frei ist von Störungen des magnetischen Feldes, welche von winzigen Spalten in den keilförmigen Füllkörpern herrühren.

Nach den ersten und zweiten Ausführungsformen der Erfindung umfaßt das Synchrotron eine röhrenförmige Vakuumkammer, in welcher die geschlossene Umlaufbahn gebildet wird und die geladenen Teilchen umlaufen, weniger als vier bipolare Elektroden zum Ablenken der geladenen Teilchen und Mittel zum Abschwächen der konvergierenden Wirkung auf die geladenen Teilchen in der horizontalen Richtung, so daß ein kompaktes, kostengünstiges Synchrotron erzielt werdden kann.

Nach der dritten Ausführungsform kann aufgrund der Tatsache, daß der Perturbator und der Kicker in einer einzigen Vakuumkammer enthalten sind, nicht nur der lineare Bereich, sondern auch das Synchrotron selbst in den Abmessungen verringert werden, so daß ein kostengünstiges Synchrotron entsteht.

Nach der vierten Ausführungsform ist aufgrund der Tatsache, daß die Endfläche des Eisenkerns des bipolaren Elektromagneten, welche die Umlaufrichtung der geladenen Teilchen schneidet, aus zwei oder mehr Flächen zusammengesetzt ist, ein kompaktes und kostengünstiges Synchrotron erzielbar.

Nach der fünften Ausführungsform wird aufgrund der Tatsache, daß beide Enden des Eisenkerns nur aus laminierten Eisenplatten bestehen und die keilförmigen Füllkörper nur in die Kreisbogenbereiche des Eisenkerns eingesetzt sind, die mechanische Festigkeit des Endbereiches des Eisenkerns erhöht und die Störung des magnetischen Feldes an jedem Ende wirksam reduziert.

Claims (12)

1. Synchrotron, gekennzeichnet durch

• - eine röhrenförmige, eine geschlossene Umlaufbahn bildende Vakuumkammer (4, 42), in der geladene Teilchen umlaufen,
• - weniger als vier (sechs?) entlang der Vakuumkammer (4, 42) installierte, bipolare Magnete (6), die zum Ablenken der geladenen Teilchen verwendet werden, und
• - Mittel zum Abschwächen der von den bipolaren Magneten ausgehenden konvergierenden Wirkung auf die geladenen Teilchen in horizontaler Richtung.

2. Synchrotron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abschwächen der konvergierenden Wirkung auf die geladenen Teilchen so angeordnet sind, daß jede Endfläche (6 a) der bipolaren Magnete (6) dadurch definiert ist, daß eine nach der Außenseite des bipolaren Magneten (6) orientierte Senkrechte (32) auf die Endfläche (6 a) zur Außenseite der geschlossenen, durch eine Röhrenachse (33) der Vakuumkammer (4, 42) gebildete Umlaufbahn gerichtet ist.

3. Synchrotron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel zwischen der Senkrechten (32) und der Röhrenachse (33) der Vakuumkammer (4, 42) innerhalb eines Bereiches von 15° bis 25° liegt.

4. Synchrotron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abschwächen der konvergierenden Wirkung aus tetrapolaren divergierenden Elektroden (7) bestehen, die jeweils an Eintritts- und Austrittsseiten des bipolaren Magneten (6) für die geladenen Teilchen angeordnet sind.

5. Synchrotron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bipolare Magnet (6) ein bipolarer Elektromagnet ist.

6. Synchrotron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder bipolare Magnet (6) einen Eisenkern enthält mit ersten Eisenkernteilen (61), zwischen denen die Vakuumkammer (4, 42) angeordnet ist, und mit einem zweiten Eisenkernteil (62), welches die ersten Eisenkernteile (61) verbindet, wobei eine Endfläche des Eisenkerns, welche die Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen schneidet, zwei oder mehrere Ebenen aufweist, und eine nach der Außenseite des Eisenkerns orientierte Senkrechte auf die Ebene der ersten Eisenkernteile (61) zur Außenseite der geschlossenen, durch eine Röhrenachse der Vakuumkammer gebildete Umlaufbahn gerichtet ist.

7. Synchrotron nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel zwischen der Senkrechten und der Röhrenachse der Vakuumkammer innerhalb eines Bereiches von 15° bis 25° liegt.

8. Synchrotron nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endfläche (62 a) des zweiten Eisenkernteils (62) senkrecht zur Röhrenachse der Vakuumkammer angeordnet ist.

9. Synchrotron nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (13) in fächerförmiger Gestalt ausgebildet ist mit laminierten Eisenplatten (14) und dazwischengesetzten keilförmigen Füllkörpern (15), wobei jedes Ende des Eisenkerns (13) nur aus laminierten Eisenplatten gebildet ist und die keilförmigen Füllkörper (14) nur in einen Bogenabschnitt des fächerförmigen Eisenkerns (13) eingesetzt sind.

10. Synchrotron, gekennzeichnet durch

• - eine röhrenförmige, eine geschlossene Umlaufbahn bildende Vakuumkammer (4, 42), in der geladene Teilchen umlaufen,
• - weniger als vier (sechs?) entlang der Vakuumkammer (4, 42) installierte, bipolare Magnete (6), die zum Ablenken der geladenen Teilchen verwendet werden, und
• - Mittel zum Abschwächen der von den bipolaren Magneten ausgehenden konvergierenden Wirkung auf die geladenen Teilchen in horizontaler Richtung.
• - ein Ablenkelement (Inflektor) (3) an der Vakuumkammer (4, 42), um Strahlen eintreten zu lassen,
• - Störelemente (Perturbatoren) (5) zum Verschieben einer Umlaufbahn der eintretenden Strahlen entlang der Vakuumkammer (4, 42),
• - einen Kicker (9) zum Abbiegen einer Umlaufbahn für Austrittsstrahlen,
• - ein Ablenkelement (Deflektor) (10) zum Aussenden von Austrittsstrahlen an eine Hochenergie-Transportröhre (11),

wobei jeweils einer der Kicker (9), Ablenkeler zum Einlassen von Strahlen (Inflektor) (3) und Ablenker zum Aussenden von Strahlen (Deflektor) (10) sowie das Störelement (Perturbator) (5) in einer einzigen Vakuumkammer (4, 42) enthalten sind.

11. Synchrotron nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch vier lineare Abschnitte.