DE3943786C2

DE3943786C2 - Vorrichtung zum Speichern von geladenen Teilchen

Info

Publication number: DE3943786C2
Application number: DE3943786A
Authority: DE
Inventors: Shuhei Nakata; Chihiro Tsukishima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-11-24
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2009-11-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Speichern geladener Teilchen in einem Speicherring, wobei die Teilchen über einen Linearbeschleuniger und einen langsam gepulsten Elektromagneten dem Vakuumgefäß des Speicherringes zugeführt werden.

Der Aufbau eines herkömmlichen Ladungsträgerspeichers ist schematisch in Fig. 1 dargestellt und wird beispielsweise auf Seite 22 des TELL-TERAS ACTIVITY REPORT (1980 bis ca. 1986) beschrieben; er weist ein ringförmiges Vakuumgefäß 1, Ablenk magneten 2, Quadrupol-Elektromagneten 3, einen langsam gepul sten Elektromagneten 4, einen schnell gepulsten Elektromagneten 5 und einen Hochfrequenzschlitz bzw. -hohlraum 6 auf. Diese Teile bilden zusammen einen Sammelring. Die schnellen Elek tronen erzeugt dabei ein Linearbeschleuniger 7.

Fig. 2 zeigt den geometrischen Ort eines geladenen Teilchens in einer Phasenebene am Ausgang des langsam gepulsten Elek tromagneten 4. In dieser Fig. 2 ist auf der Abszisse die Ablenkung aus der mittleren Umlaufbahn aufgetragen, während auf der Ordinate die Neigung des Korpuskularstrahls gegenüber der Mittelachse aufgetragen ist. Dabei entspricht ein Punkt 8 der Lage eines am Ausgang des langsam gepulsten Elektromagneten 4 auftreffenden geladenen Teilchens, während ein Punkt 9 den Zustand des auftreffenden geladenen Teilchens an der Position des schnell gepulsten Elektromagneten 5 bezeichnet. Ein Punkt 10 gibt den Zustand des auftreffenden geladenen Teilchens an, nachdem dieses den Impulsmagneten 5 durchlaufen hat, und ein Punkt 11 bezeichnet den Zustand des auftreffenden geladenen Teilchens nach dessen Rückkehr zur Position des langsam gepulsten Elektromagneten 4. Der Punkt 12 entspricht der Position des auftreffenden Teilchens, wenn dieses einen Umlauf durch den Speicherring beendet hat. Die Punkte 13 bis 17 stellen jeweils die Position gespeicherter Ladungs teilchen dar. Eine Wandung 18 bezeichnet die Seitenwand des langsam gepulsten Elektromagneten 4.

Somit weist der herkömmliche Ladungsträgerspeicher den vorbe schriebenen Aufbau auf. Nachfolgend wird nun die Bewegung der geladenen Teilchen zum Zeitpunkt ihrer Einleitung erläutert. Die vom Linearbeschleuniger 7 erzeugte Elektronenbahn wird durch den langsam gepulsten Elektromagneten 4 so abgelenkt, daß jedes Elektron in einen Zustand übergeht, wie er beispielsweise durch den Punkt 8 in Fig. 2 angegeben ist. Erreicht das Elek tron den schnell gepulsten Elektromagneten 5, entspricht die Position des Elektrons in der Phasenebene der durch den Punkt 9 angedeuteten Lage. Zu diesem Zeitpunkt verändert sich die Schräglage des Elektrons schrittweise unter dem Einfluß des vom schnell gepulsten Elektromagneten aufgebauten vertikalen Magnetfeldes in einer Weise, daß sich der Zustand des Elektrons zu der durch den Punkt 10 verdeutlichten Position hin verän dert. Erreicht das Elektron anschließend wieder den langsam gepulsten Elektromagneten 4, so entspricht die Position des Elektrons dem Punkt 11. Erreicht das Elektron danach den langsam gepulsten Elektromagneten 4, wobei es der vorbe schriebenen Wirkung nochmals ausgesetzt wird, entspricht die Position des Elektrons der Lage des Punkts 12. Das Elektron bewegt sich unter Wiederholung dieses Zyklus in der Phasenebene. Stößt das Elektron erst dann gegen die Seiten wandung, wenn das Magnetfeld des schnell gepulsten Elektro magneten 5 nicht mehr besteht, gilt das von außen zugeführte Elektron als im Ladungsträgerspeicher erfaßt. Andererseits bewegen sich die Positionen anderer, bereits gespeicherter Elektronen nacheinander vom Punkt 13 bis zum Punkt 17, wobei sie der gleichen Wirkung unterworfen sind.

Nachstehend wird dieser Vorgang näher erläutert. Der gepulste Elektromagnet 5 baut in der Umlaufbahn für den Korpuskular strahl ein Magnetfeld in vertikaler Richtung allein zu dem Zweck auf, die Bahn des Korpuskularstrahls in gewissem Umfang abzulenken. Der Impulsmagnet 5 ist aus folgendem Grund not wendig. In dem Fall, daß nur eine einzige Magnetfeldkonstante gegenüber der Zeit auf den Strahl einwirkt, verläuft der Strahl entlang einer Linie, die beispielsweise dem Kreisbogen ent spricht, der in Fig. 2 dargestellt ist und konzentrisch die Mittelachse der Phasenebene umgibt. Mit anderen Worten verläuft der Strahl auf einem Kreisbogen durch den Punkt 8, wie er gestrichelt in Fig. 2 angegeben ist, worauf er in die Position am Punkt 8 zurückkehrt. In diesem Fall kann der Strahl jedoch nicht eingelenkt werden, da er gegen die Seitenwandung 18 des langsam gepulsten Elektromagneten 4 stößt. Um den eingelenkten Strahl innerhalb des Speichers zu halten, muß die Umlaufbahn des Strahls durch den Impulsmagneten 5 nur für eine bestimmte Zeit abgelenkt werden. Wird die Stromzufuhr zum gepulsten Elektromagneten 5 abgeschaltet, beispielsweise nach Veränderung des eingelenkten Strahls auf die Position am Punkt 10, so verläuft der Strahl angeschließend auf dem Kreisbogen, der konzentrisch zur Mittelachse aus Fig. 2 ist, wie durch die gestrichelte Linie durch den Punkt 10 angedeutet wird. Damit folgt der eingelenkte Strahl der Kreisbahn, die innerhalb der ersten Position in Fig. 2 liegt, und wird nicht von dieser Bahn nach außen abgelenkt.

Dieser herkömmliche Ladungsträgerspeicher wirft jedoch in fol genden Punkten Probleme auf:

1. die Kreisbahnen für gespeicherte Ladungsteilchen werden dadurch gestört, daß der schnell gepulste Elektromagnet 5 das vertikale Magnetfeld gleichmäßig erzeugt;
2. die Kapazität der Stromquelle für den schnell gepulsten Elektromagneten ist hoch, da der mit dem aufgebauten Magnetfeld zu füllende freie Raum groß ist;
3. die als nächstes zu speichernden Ladungsteilchen lassen sich erst dann einbringen, wenn die veränderten Umlauf bahnen für die bereits gespeicherten Ladungsteilchen wieder hergestellt wurden;
4. aus diesem Grund kann der Speicher bei der Einbringung von Teilchen nicht als Synchrotron- Strahlungsquelle einge setzt werden;
5. eingebrachte Ladungsteilchen stoßen gegen die Seitenwandung des langsam gepulsten Elektromagneten, wenn die Impulsbreite beim schnell gepulsten Elektromagneten nicht klein genug ist;
6. deshalb ist ein weiterer Ausbau der Kapazität der Stromquelle erforderlich;
7. und schließlich durchlaufen eingebrachte Ladungsteilchen einen Punkt in großem Abstand von der mittleren Umlaufbahn, während es notwendig ist, den wirksamen Bereich des Magnetfeldes jedes Ablenkmagneten und des Quadrupol- Elektromagneten im Sammelring zu vergrößern.

Aus der US 46 31 743 ist ein Synchrotron zur Erzeugung von Röntgenstrahlung bekannt, bei dem ein schnell gepulster Dipol- Kickermagnet zum leichteren Injizieren von geladenen Teilchen verwendet wird. Auch der dort gezeigte Kickermagnet führt zu einer Störung der im Synchrotronspeicherring bereits befind lichen Teilchen, so daß die Effektivität beim Betreiben eines derartigen Speicherrings unzureichend ist.

Aus der EP 0 239 646 A1 ist ein Kreisbeschleuniger nach Art eines Betatrons vorbekannt, bei welchem durch ein veränder liches Magnetfeld und ein daraus resultierendes elektrisches Wirbelfeld im Speicher befindliche Teilchen entlang einer Kreisbahn beschleunigt werden können. Der dort vorgesehene Kickermagnet dient dem Einschießen der Teilchen in den Kreisbeschleuniger, wobei durch den Kickermagneten die Lebensdauer bereits im Speicherring befindlicher Teilchen durch unerwünschte Feldeinwirkungen verkürzt wird. Um die Einflüsse des Kickermagneten auf die im Beschleuniger befindlichen Teilchen zu verringern, wird das Beschleunigungsmagnetfeld als Octupolmagnetfeld ausgebildet und der Kickermagnet derart gestaltet, daß dieser ein zeitlich veränderliches Quadrupolfeld erzeugt. Einzelheiten, wie der Kickermagnet aufgebaut ist, sind nicht offenbart. Im übrigen handelt es sich bei der letztge nannten Lösung nicht um einen Beschleuniger mit einer Hochfrequenzbeschleunigerstrecke nach Art eines Synchrotrons.

Die DE 37 17 819 A1 zeigt eine Synchrotron mit einer röhrenförmigen Vakuumkammer zur Bildung einer Umlaufbahn für geladene Teilchen und bipolarer Magnete, die entlang der Vakuumkammer installiert sind um die Teilchen auf der Umlaufbahn zu halten. Weiterhin sind Mittel zur Dämfung der Fokussierwirkung der bipolaren Magneten eingesetzt, um die in der Umlaufbahn befindlichen Teilchen an einer Kollision mit der Wandung der Vakuumkammer zu hindern. Gemäß US 4,507,614 ist zur Stabilisierung eines Strahles geladener Teilchen der Einsatz einer Blumlein-Schaltung in einem Beschleuniger bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Speicherung geladener Teilchen in einem Speicherring anzugeben, welcher eine Hochfrequenzbeschleunigungseinrichtung aufweist und wobei in einer möglichst kurzen Zeit eine ausreichende Teilchenanzahl injiziert und auf eine exakte Bahnposition gebracht werden kann, ohne daß bereits auf der Umlaufbahn des Ringes befind liche Teilchen in ihrer Bewegung nachteilig beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 3 gelöst.

Erfindungsgemäß sind die Richtungen der vom schnell gepulsten Elektromagneten aufgebauten Magnetfelder einander entgegenge setzt und um die Mittelachse symmetrisch. Die Stärke des Magnetfeldes ist proportional zum Abstand von der Mittelachse (proportional zu x in der Phasenebene gemäß Fig. 4). Je stärker ein von außen eingelenktes geladenes Teilchen von der Mittel achse abgelenkt wird, um so größer wird die auf das Ladungsteilchen einwirkende Kraft des Magnetfeldes immer größer, wodurch das Ladungsteilchen wieder in die Mittelachse zurückgetrieben wird. Die Position des geladenen Teilchens, wie sie in der Phasen ebene bei jedem Umlauf des Teilchens dargestellt ist, ist um den Ursprung mit der vorherigen Position (auf einer bestimmten Geraden durch den Ursprung) symmetrisch.

Gemäß einer Ausgestaltung sieht die Erfindung eine Leistungs oberflächenschaltung für den Impulselektromagneten vor, d. h. eine Hochspannungs-Impulsgeberschaltung, mit der sich Impulse mit verkürzter Anstiegszeit erzeugen lassen, während ein Ladestrom mit niedriger Spannung zugeführt wird.

Nachstehend wird nun die Erfindung anhand einiger Ausführungs beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisierten Grundriß eines herkömmlichen Ladungsspeichers;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Bewegungen geladener Teilchen in dem in Fig. 1 gezeigten Speicher, in einer Phasenebene;

Fig. 3 einen schematisierten Grundriß eines Ladungsträgerspeichers gemäß Ausführungsbeispiel;

Fig. 3A einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des schnell gepulsten Elektromagneten in der Speicher vorrichtung gemäß Fig. 3;

Fig. 4 eine schematisierte graphische Darstellung der Bewegungen geladener Teilchen in dem in Fig. 3 dargestellten Speicher, in einer Phasenebene;

Fig. 5 ein Schaltschema eines herkömmlichen Hochspannungs- Impulsgebers und

Fig. 6 bis 8 jeweils ein Schaltschema eines ersten bis dritten Ausführungsbeispiels des vorgesehenen Hochspannungs-Impulsgebers.

Der schematisierte Grundriß in Fig. 3 zeigt ein erstes Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung geladener Teilchen. Dabei erzeugt ein schnell gepulster Elek tromagnet 9a ein Quadrupol-Magnetfeld. Die weiteren Bauelemente sind genauso wie bei dem herkömmlichen Aufbau gemäß Fig. 1 ausgebildet und werden mit den gleichen Bezugszeichen ange geben. Fig. 3A zeigt dabei einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des schnell gepulsten Elektromagneten 9a, bei welchem innerhalb eines Jochs 90 ein Quadrupol-Elektro magnet 91 für den Aufbau eines Quadrupol-Magnetfeldes ange ordnet ist. Dieser Elektromagnet 91 weist vier einzelne Elektromagneten auf, von denen jeder aus einem Kern 91a und einer Spule 91b besteht. Jeder dieser Elektromagneten erzeugt ein Magnetfeld, das zur Mitte eines Vakuumgefäßes 92 hin gerichtet ist. Die im Inneren des Vakuumgefäßes 92 eingezeich neten Punkte 93 und 94 entsprechen der Position eines gespei cherten Ladungsteilchens bzw. der Position eines auftreffenden geladenen Teilchens.

Fig. 4 zeigt den geometrischen Ort eines Ladungsteilchens in einer Phasenebene am Ausgang eines langsam gepulsten Elektro magneten 4. Gemäß Fig. 4 entspricht ein Punkt 8 dabei der Position eines auftreffenden Ladungsteilchens am Ausgang des langsam gepulsten Elektromagneten 4, während ein Punkt 9 den Zustand des auftreffenden Ladungsteilchens an der Position des schnell gepulsten Elektromagneten 9a bezeichnet. Der Punkt 10 gibt den Zustand des auftreffenen Ladungsteilchens nach dessen Durchgang durch den schnell gepulsten Elektromagneten 9a an, und ein Punkt 11 bezeichnet den Zustand des auftreffenden Ladungsteilchens bei dessen Rückkehr an die Position des langsamen Elektromagneten 4. Ein Punkt 12 entspricht der Position des auftreffenden Teilchens, wenn dieses einen Umlauf durch den Speicherring abgeschlossen hat, und die Punkte 13 bis 17 geben die Position des jeweiligen Ortes gespeicherter Ladungsteilchen an. Eine Wandung 18 entspricht einer Seitenwand des langsam gepulsten Elektromagneten 14.

In dem auf diese Weise aufgebauten Ladungsträgerspeicher wird die vom Linearbeschleuniger 7 erzeugte Elektronenbahn durch den langsam gepulsten Elektromagneten 4 so abgelenkt, daß jedes Elektron in einen Zustand überführt wird, den der Punkt 8 in Fig. 4 bezeichnet. Erreicht das Elektron den schnell gepulsten Elektromagneten 9a, so entspricht die Position des Elektrons in der Phasenebene der Lage des Punktes 9. Zu diesem Zeitpunkt verändert sich die Schräglage des Elektrons schrittweise unter dem Einfluß des vertikalen Magnetfeldes, welches der schnell gepulste Elektromagnet 9a aufbaut, in der Weise, daß der Zustand des Elektrons in den vom Punkt 10 dargestellten Zustand übergeführt wird.

Die Position am Punkt 11 erreicht das Elektron, wenn es anschließend wieder den langsam gepulsten Elektromagneten erreicht, und kann in die zum Punkt 8 um den Ursprung symme trische Position gebracht werden, wenn die Stärke des verwen deten schnell gepulsten Elektromagneten 9a entsprechend gewählt wird. Weist der durch den schnell gepulsten Elektromagneten 9a fließende Strom eine Rechteckform auf, können sich die einge brachten Ladungsteilchen immer entlang einer Geraden bewegen, die den Punkt 8 mit dem Ursprung verbindet, da die Stärke des vom schnell gepulsten Elektromagneten 9a aufgebauten Magnet feldes proportional zum Abstand von der Mitte ist.

Gelangt das Elektron anschließend unter der Einwirkung des gleichen Effekts zu dem langsam gepulsten Elektromagneten 4, erreicht seine Position den Punkt 12. Unter Wiederholung dieses Zyklus bewegt sich das Elektron konvergierend zum Ursprung in der Phasenebene. Auf diese Weise lassen sich die eingebrachten Ladungsteilchen im Ring speichern, ohne verloren zu gehen, auch wenn die große Impulsbreite für den schnell gepulsten Elektro magneten 9a vergrößert wird. Andererseits befinden sich die Positionen der bereits gespeicherten Ladungsteilchen in der Nähe des Ursprungs; auf sie hat der schnell gepulste Elektro magnet 9a keinen Einfluß, da die Stärke des vom schnell gepul sten Elektromagneten 9a aufgebauten Magnetfeldes hier im wesent lichen gleich Null ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Quadrupol-Elektromagnet als schnell gepulster Elektromagnet eingesetzt. Die gleichen Wirkungen sind jedoch auch in dem Fall zu erwarten, in dem mit einem mehrpoligen Elektromagneten gearbeitet wird, der ein Magnetfeld höherer Ordnung aufbauen kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der den schnell gepulsten Elektromagneten durchfließende Strom eine Rechteckwellenform, doch sind die gleichen Wirkungen auch dann zu erwarten, wenn mit einer anderen Wellenform gearbeitet wird, beispielsweise einer gedämpften Schwingungswelle, einer Sinus halbwelle oder einer Dreieckwellenform.

Gemäß einem ersten Aspekt wird statt mit einem herkömmlichen schnell gepulsten Elektromagneten für den Aufbau eines verti kalen Magnetfeldes mit einem mehrpoligen Elektromagneten gearbeitet, wodurch Ladungsteilchen von außen zugeführt werden können, ohne daß die bereits gespeicherten Teilchen in erheb lichem Umfang beeinflußt werden. Bei dem beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel wird auch das Ausmaß der Divergenz der einge brachten Ladungsteilchen verringert, wodurch es möglich wird, den Wirkungsbereich der Magnetfelder des Ablenkmagneten und des Quadrupol-Elektromagneten des Sammelrings zu verkleinern und damit die Größe jedes Elektromagneten ebenfalls zu verringern.

Gemäß einem zweiten Aspekt ist eine Stromversorgungsschaltung für gepulste Elektromagneten, speziell für einen schnell gepulsten Elektromagneten vorgesehen, d. h. eine Hochspannungs- Impulsgeberschaltung, die bei Zuführung einer niedrigen Ladespannung Impulse mit kurzer Anstiegszeit erzeugen kann.

Fig. 5 zeigt ein Schaltschema eines bereits vorgeschlagenen Hochspannungs-Impulsgebers. Dabei ist eine mit H.V. bezeichnete Gleichspannungsquelle über einen Ladewiderstand 22 an ein Ende einer Ladeschaltung 21 mit einer Impedanz Z vom Typ eines Impulsbildungsnetzes (PFN) angeschlossen. Das andere Ende der Ladeschaltung 21 ist mit einer Übertragungsleitung 24 über eine Schalteinrichtung 23, beispielsweise ein Thyratron, verbunden. Die Übertragungsleitung 24 weist eine Impedanz Z auf und besteht beispielsweise aus einem Koaxialkabel. Zwischen den innenliegenden und den außenliegenden Leiter der Übertra gungsleitung an deren Ausgangsseite sind ein Abgleichwiderstand 25 mit einem Widerstand R_M und eine Last in Reihe geschaltet, beispielsweise eine Impulsspule 26 eines (nicht dargestellten) Drosselmagneten. Parallel zum Abgleichwiderstand 25 ist eine Streukapazität C_f vorhanden, während in Reihe dazu eine Vorschaltkapazität C₀ liegt. Die Impulsspule 26 mit einer Induktivität L_k erzeugt eine Vorschalt-Streuinduktivität L_f.

Vor dem Hochlaufen des so aufgebauten Hochspannungs-Impuls gebers bleibt die Schalteinrichtung 23 ausgeschaltet. Dement sprechend lädt die Hochspannungs-Gleichstromquelle die PFN- Ladeschaltung 21 mit einer Spannung V auf. Wird die Schaltein richtung 23 eingeschaltet, wird die in der PFN-Ladeschaltung 21 gespeicherte elektrische Ladung über die Schalteinrichtung 23 und den innenliegenden Leiter der Übertragungsleitung 24 an den Abgleichwiderstand 25 und an die Impulsspule 26 abgegeben und kehrt damit über den außenliegenden Leiter wieder zu der Schalteinrichtung 23 zurück. Die elektrische Ladung wird an der Schalteinrichtung 23 zur (nicht dargestellten) Masse abge leitet.

Setzt man die zur Impulsweiterleitung über die PFN-Ladeschal tung 21 erforderliche Zeit mit T an, so werden der Übertragungsleitung 24 Impulse mit einer Impulsbreite 2T und einer Spannung gleich V/2 zugeführt, sofern die PFN-Ladeschaltung 21 und die Übertragungsleitung die gleiche Impedanz besitzen, d. h. wenn Z so geschaltet ist, wie Fig. 5 dies zeigt.

Der Anstieg der die Impulsspule 26 durchfließenden Stromstärke wird dabei durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

wobei I₀ einen Wert der Stromstärke I im statischen Zustand bezeichnet und durch die folgende Beziehung ausgedrückt wird:

Zur Verkürzung der Anstiegszeit des Stromes I muß entweder der Widerstandswert RM des Abgleichwiderstands 25 erhöht oder die Größe der Impulsspule 26 verringert werden, um in der vorste henden Gleichung den Wert von (L_f + L_k) zu verringern. Da (L_f + L_k) und I₀ im allgemeinen durch die erforderliche Größe der Impulsspule 26 und durch die geforderte Stärke des aufge bauten Magnetfeldes bestimmt werden, wird im Normalfall die Schaltung so ausgelegt, daß mit einem größeren Wert für R_M gearbeitet wird. Um die Anstiegszeit des Stroms I zu verkürzen, ist es folglich notwendig, die Ladespannung zu erhöhen, da die Spannung V der Hochspannungs-Gleichstromquelle gleich 2R_M.I₀ ist. Die Konstruktion zur Erhöhung der Ladespannung mit dem Ziel, Impulse mit kürzerer Anstiegszeit zu erreichen, führt zu höheren Herstellungskosten für diese Schaltung und erweist sich außerdem im Zusammenhang mit der elektrischen Isolierung als nachteilig.

Gemäß dem zweiten Aspekt wird also mit einem Hochspannungs- Impulsgeber gearbeitet, bei dem sich die Ladespannung verringern läßt.

Bei diesem zweiten Aspekt ist mindestens eine Ladeschaltung nach Blumlein mit einem Paar parallel angeschlossener Koaxkabel vorgesehen, die jeweils eine Impedanz von Z/2 aufweisen, statt der PFN-Ladeschaltung mit einer Impedanz Z. Impulse mit einer Spannung V gleich der Spannung der Gleichstromversorgung bzw. mit einer Spannung 2 V werden dabei der Impulsspule zugeführt. Mit anderen Worten läßt sich die Ladespannung auf die Hälfte bzw. ein Viertel der Spannung verringern, mit der ein herkömm licher Impulsgeber arbeitet.

Fig. 6 zeigt ein Schaltschema für ein erstes Ausführungsbei spiel des Hochspannungs-Impulsgebers gemäß dem zweiten Aspekt. Die Bauelemente 22 bis 26 entsprechen dabei denen aus Fig. 5. Hier ist allerdings eine Blumlein-Ladeschaltung 27 vorgesehen, die beispielsweise aus einem Paar parallel angeschlossener Koaxkabel 27a und 27b, jeweils mit der Impedanz Z/2, besteht. Eingangsseitig ist an der Blumlein-Ladeschaltung 27 der innenliegende Stromleiter des Koaxkabels 27a an die negative Klemme der Hochspannungs-Gleichstromversorgung angeschlossen, während ein Verbindungspunkt zwischen den außenliegenden Leitern der Koaxkabel 27a und 27b über den Ladewiderstand an die positive Klemme der Hochspannungs-Gleichstromquelle ange schlossen ist. Die Schalteinrichtung 23 ist zwischen die negative Klemme und den äußeren Klemmenanschlußpunkt geschaltet. An der Ausgangsseite der Blumlein-Ladeschaltung 27 ist der innenliegende Leiter des Koaxkabels 27a mit dem innenliegenden Leiter der Übertragungsleitung 24 verbunden, während der innenliegende Leiter des Koaxkabels 27b zum außenliegenden Leiter der Übertragungsleitung 24 geführt ist.

Bei dem auf diese Weise aufgebauten ersten Ausführungsbeispiel bleibt die Schalteinrichtungt 23 zunächst ausgeschaltet, während die Hochspannungs-Gleichstromversorgung die Blumlein- Ladeschaltung 27 mit einer Spannung V auflädt. Wird die Schalteinrichtung 23 eingeschaltet, wird die in der Blumlein- Ladeschaltung 27 gespeicherte elektrische Ladung impulsförmig mit der Spannung V über die Übertragungsleitung 24 und den Abgleichwiderstand 25 der Impulsspule 26 zugeführt.

Fig. 7 veranschaulicht die Schaltungsanordnung für ein zweites Ausführungsbeispiel des Hochspannungs-Impulsgebers, welches ein Paar Hochspannungs-Gleichstromversorgungen +H.V. und -H.V., ein Paar Ladewiderstände 22A und 22B, ein Paar Schalteinrichtungen 23A und 23B, ein Paar Blumlein-Ladeschaltungen 27A und 27B und ein Paar Übertragungsleitungen 24A und 24B aufweist, wobei die Notwendigkeit für die Anordnung eines Abgleichwiderstands 25 entfällt. Die Blumlein-Ladeschaltung 27A besteht aus einem Paar parallel geschalteter Koaxkabel 27Aa und 27Ab, deren Impedanz jeweils Z/2 beträgt.

Eingangsseitig ist an der Blumlein-Ladeschaltung 27A der innenliegende Leiter des Koaxkabels 27Aa mit der Gleichspan nungsversorgung -H.V. über die Schalteinrichtung 23A und den Ladewiderstand 22A verbunden, während ein Verbindungspunkt zwischen den außenliegenden Leitern der Koaxkabel 27Aa und 27Ab mit der Gleichspannungsversorgung -H.V. über den Ladewiderstand 22A verbunden ist. Ausgangsseitig ist an der Blumlein-Lade schaltung 27A der innenliegende Leiter des Koaxkabels 27Aa mit dem außenliegenden Leiter der Übertragungsleitung 24A verbun den, während der innenliegende Leiter des Koaxkabels 27Ab mit dem innenliegenden Leiter der Übertragungsleitung 24A verbunden ist. Die Gleichspannungsquelle +H.V., der Ladewiderstand 22B, die Schalteinrichtung 23B, die Blumlein-Ladeschaltung 27B und die Übertragungsleitung 24B sind dabei in gleicher Weise geschaltet. An der Ausgangsseite der Übertragungsleitungen 24A und 24B ist die Impulsspule 26 zwischen den innenliegenden Leitern angeschlossen, während die außenliegenden Leiter über einen Stromleiter 28 miteinander verbunden sind.

Bei dem auf diese Weise aufgebauten zweiten Ausführungsbeispiel bleibt die Schalteinrichtung 23A zunächst ausgeschaltet, während die Blumlein-Ladeschaltung 27A mit einer Spannung -V durch die Gleichspannungsversorgung -H.V. geladen wird. Gleichzeitig bleibt die Schalteinrichtung 23B zunächst ausge schaltet, die Blumlein-Ladeschaltung 27B wird dagegen von der Gleichspannungsquelle +H.V. mit einer Spannung +H.V. geladen. Beim Einschalten der Schalteinrichtungen 23A und 23B wird die in den Blumlein-Ladeschaltungen 27A und 27B gespeicherte elektrische Ladung in Form von Impulsen mit einer Spannung von V - (-V) = 2 V über die Übertragungsleitungen 24A und 24B der Impulsspule 26 zugeführt. Dieser Effekt bedeutet, daß die Ladespannung auf ein Viertel des bei herkömmlichen Impulsgebern Üblichen Wertes verringert werden kann. Bei dem zweiten Beispiel beträgt die Impedanz der Übertragungsleitungen 24A und 24B auf der Ausgangsseite jeweils Z und entspricht dabei dem Abgleichzustand, so daß keinerlei Abgleichwiderstand erforder lich ist.

Fig. 8 zeigt eine Schaltungsanordnng für ein drittes Ausfüh rungsbeispiel des Hochspannungs-Impulsgebers. Ihre Schal tungselemente entsprechen dabei ganz allgemein denen des zweiten Ausführungsbeispiels, allerdings mit dem Unterschied, daß bei diesem dritten Ausführungsbeispiel nur eine Gleichspannungsquelle und nur eine einzige Schalteinrichtung vorgesehen sind. An der Eingangsseite der Blumlein-Ladeschal tungen 27A und 27B sind die innenliegenden Leiter des Koax kabels 27Aa der Blumlein-Ladeschaltung 27A und der innenlie gende Leiter des Koaxkabels 27Ba der Blumlein-Ladeschaltung 27B miteinander angeschlossen und zusammen über die Schaltein richtung 23 und den Ladewiderstand 22 mit der Gleichspannungs versorgung +H.V. verbunden.

Außerdem sind ein Verbindungspunkt zwischen den außenliegenden Leitern der Koaxkabel 27Aa und 27Ab der parallel geschalteten Blumlein-Ladeschaltung 27A und ein Verbindungspunkt zwischen den außenliegenden Leitern der Koaxkabel 27Ba und 27Bb der ebenfalls parallel liegenden Blumlein-Ladeschaltung 27B miteinander verbunden und werden danach gemeinsam über den Ladewiderstand 22 an die Gleichspannungsversorgung +H.V. angeschlossen. An der Ausgangsseite der Übertragungsleitungen 24A und 24B sind der außenliegende Leiter der Übertragungs leitung 24A und der innenliegende Leiter der Übertragungs leitung 24B über die Impulsspule 26 verbunden, während der innenliegende Leiter der Übertragungsleitung 24A und der außenliegende Leiter der Übertragungsleitung 24B über einen Stromleiter 28 verbunden werden.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel mit dem vorstehend erläu terten Aufbau bleibt die Schalteinrichtung 23 zunächst ausge schaltet, während die beiden Blumlein-Ladeschaltungen 27A und 27B mit einer Spannung +V durch die Gleichspannungsquelle +H.V. aufgeladen werden. Beim Einschalten der Schalteinrichtung 23 wird die in den Blumlein-Ladeschaltungen 27A und 27B gespei cherte elektrische Ladung impulsförmig mit einer Spannung von V + V = 2 V über die Übertragungsleitungen 24A und 24B der Impulsspule 26 zugeführt.

Bei diesen Ausführungsbeispielen werden in den Blumlein-Lade schaltungen Koaxkabel verwendet, können anstelle der Koaxkabel auch Ladeleitungen verwendet werden, deren Impedanz jeweils Z/2 beträgt, wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden.

Entsprechend dem zweiten Aspekt wird mindestens eine Blumlein- Ladeschaltung bestehend aus einem Paar Koaxkabel bzw. Lade leitungen eingesetzt, die in Reihe geschaltet sind und jeweils eine Impedanz von Z/2 aufweisen, wodurch der Aufbau der Schal tung vereinfacht werden kann, während andererseits sicherge stellt ist, daß die Impulsspule Impulse mit einer Spannung V gleich der Gleichstrom-Versorgungsspannung bzw. mit einer Spannung von 2 V erhalten kann, während andererseits gewähr leistet ist, daß die Ladespannung auf die Hälfte bzw. ein Viertel des bei den herkömmlichen Impulsgebern üblichen Wertes verringert werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Speichern geladener Teilchen in einem Speicherring, wobei die Teilchen über einen Linearbeschleu niger und einen langsam gepulsten Elektromagneten (4) dem Vakuumgefäß des Speicherringes zugeführt werden, mit einem Hochfrequenzschlitz (6) zum Beschleunigen der Teilchen, mit Ablenkmagneten (2) zum Ablenken der Teilchen, mit Quadrupolelektromagneten (3) zum konvergierenden Zusammenführen der Teilchen und mit einem über einen Hochspannungs-Impulsgeber schnell gepulsten Elektromagneten (9a), wobei der langsam gepulste Elektromagnet (4), der Hochfrequenzschlitz (6), die Ablenkmagneten (2), die Quadrupolelektromagneten (3) und der schnell gepulste Elektromagnet (9a) entlang des Vakuumgefäßes so angeordnet sind, daß sie das Vakuumgefäß umschließen, und wobei der Hochspannungs-Impulsgeber die folgenden Bauelemente aufweist:

1. - eine Gleichspannungsquelle;
2. - eine zwischen zwei Anschlüsse der Gleichspannungsquelle geschaltete Blumlein-Ladungsschaltung (27), die aus einem Paar Koaxkabel (27a, 27b) besteht, welche parallel angeschlossen sind und jeweils eine Impedanz Z/2 aufweisen;
3. - eine parallel zwischen die Blumlein-Ladungsschaltung und die Gleichspannungsquelle geschaltete und mit der Gleichspannungsquelle verbundene Schalteinrichtung (23);
4. - eine mit der Blumlein-Ladungsschaltung verbundene Über tragungsleitung (24) mit einer Impedanz Z;
5. - einen Abgleichwiderstand (25) und eine in Reihe zwischen einem innenliegenden und einem außenliegenden Leiter der Übertragungsleitung (24) geschaltete Impuls spule (26);
6. - und einen Ladewiderstand (22), welcher in Rei henschaltung mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

2. Vorrichtung zum Speichern geladener Teilchen in einem Speicherring, wobei die Teilchen über einen Linearbeschleu niger und einen langsam gepulsten Elektromagneten (4) dem Vakuumgefäß des Speicherringes zugeführt werden, mit einem Hochfrequenzschlitz (6) zum Beschleunigen der Teilchen, mit Ablenkmagneten (2) zum Ablenken der Teilchen, mit Quadrupolelektromagneten (3) zum konvergierenden Zusammenführen der Teilchen und mit einem über einen Hochspannungs-Impulsgeber schnell gepulsten Elektromagneten (9a), wobei der langsam gepulste Elektromagnet (4), der Hochfrequenzschlitz (6), die Ablenkmagneten (2), die Quadrupolelektromagneten (3) und der schnell gepulste Elektromagnet (9a) entlang des Vakuumgefäßes so angeordnet sind, daß sie das Vakuumgefäß umschließen, und wobei der Hochspannungs-Impulsgeber die folgenden Bauelemente aufweist:

1. - Gleichspannungsquellen für eine positive und eine nega tive Gleichspannung;
2. - ein Paar mit den positiven und negativen Gleichspan nungsquellen getrennt voneinander verbundene Blumlein- Ladungsschaltungen (27A; 27B), von denen jede aus einem Paar Koaxkabel (27Aa; 27Ab) besteht, die parallel geschaltet sind und jeweils eine Impedanz von Z/2 aufweisen;
3. - ein Paar Übertragungsleitungen (24A; 24B), die jeweils mit den Blumlein-Ladungsschaltungen verbunden sind und eine Impedanz Z aufweisen;
4. - eine zwischen innenliegenden Leitern der Übertragungs leitungen (24A; 24B) angeschlossene Impulsspule (26);
5. - einen zwischen außenliegenden Leitern der Übertragungs leitungen (24A; 24B) angeschlossenen Stromleiter (28), sowie
6. - Ladewiderstände (22A; 22B), die jeweils zu den Gleich spannungsquellen in Reihe geschaltet sind.

3. Vorrichtung zum Speichern geladener Teilchen in einem Speicherring, wobei die Teilchen über einen Linearbeschleu niger und einen langsam gepulsten Elektromagneten (4) dem Vakuumgefäß des Speicherringes zugeführt werden, mit einem Hochfrequenzschlitz (6) zum Beschleunigen der Teilchen, mit Ablenkmagneten (2) zum Ablenken der Teilchen, mit Quadrupolelektromagneten (3) zum konvergierenden Zusammenführen der Teilchen und mit einem über einen Hochspannungs-Impulsgeber schnell gepulsten Elektromagneten (9a), wobei der langsam gepulste Elektromagnet (4), der Hochfrequenzschlitz (6), die Ablenkmagneten (2), die Quadrupolelektromagneten (3) und der schnell gepulste Elektromagnet (9a) entlang des Vakuumgefäßes so angeordnet sind, daß sie das Vakuumgefäß umschließen, und wobei der Hochspannungs-Impulsgeber die folgenden Bauelemente aufweist:

1. - eine Gleichspannungsquelle;
2. - ein Paar zusammen an die Gleichspannungsquelle geschal teter Blumlein-Ladungsschaltungen (27A; 27B), die aus einem Paar Koaxkabel (27Aa; 27Ab) bestehen, welche parallel angeschlossen sind und jeweils eine Impedanz Z/2 aufweisen;
3. - eine zwischen den Blumlein-Ladungsschaltungen und der Gleichspannungsquelle geschaltete und mit der Gleich spannungsquelle verbundene Schalteinrichtung (23);
4. - ein Paar jeweils mit den Blumlein-Ladungsschaltungen verbundener Übertragsleitungen (24A; 24B), die jeweils eine Impedanz Z aufweisen;
5. - eine zwischen einem innenliegenden und einem außenlie genden Leiter einer der Übertragungsleitungen (24A, 24B) und einem innenliegenden Leiter der jeweils anderen Übertragungsleitung geschaltete Impulsspule (26);
6. - und einen Ladewiderstand (22), welcher in Reihenschal tung mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist.