DE4109931C2

DE4109931C2 - Ablenkmagnet zum Ablenken eines Strahls von geladenen Teilchen auf einer halbkreisförmigen Bahn

Info

Publication number: DE4109931C2
Application number: DE4109931A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Matsuda; Shunji Yamamoto; Tadatoshi Yamada; Toshie Ushijima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH03276100A; GB9019608D0; JP2896188B2; US5111173A; GB2244370A; GB2244370B; DE4109931A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ablenkmagneten gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1, 2 oder 4.

Mit geladenen Teilchen arbeitende Vorrichtungen gewinnen nicht nur für die Forschung, sondern auch für industrielle Anwendungen immer größere Bedeutung. Beispielsweise sind Synchrotrons heute als Lichtquellen in der Röntgenlitho graphie für die Fertigung von höchstintegrierten bzw. VLSI- Schaltkreisen interessant. Derartige Synchrotrons umfassen allgemein ein Paar von 180°-Umlenk- oder -Ablenkmagneten. Es soll nun zuerst der Gesamtaufbau eines typischen supraleiten den Ablenkmagneten unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 er läutert werden, die eine Perspektivansicht bzw. eine Drauf sicht auf den Magneten zeigen.

Der Ablenkelektromagnet 1 umfaßt eine obere und eine untere Hauptspule 2 und 3, die jeweils aus einer in Halbkreisform gebogenen "rennbahnförmigen" Spule bestehen. Ströme fließen in der oberen und unteren Spule 2 und 3 in die gleiche Rich tung entsprechend den Pfeilen m1 bzw. m2, so daß ein zur Ebene der Bahn S der geladenen Teilchen (Elektronen) senk rechtes Magnetfeld erzeugt wird. (Die zur Ebene der Bahn senkrechte Richtung ist mit Z in Fig. 1 bezeichnet.) Somit werden die auf der Gleichgewichts-Bahn S in der durch die Pfeile bezeichneten Richtung laufenden Elektronen von dem durch die Hauptspulen 1 und 2 erzeugten Magnetfeld so abge lenkt, daß sie der Kreisbahn entlang der Bahn S folgen.

Um die Elektronen entlang der Bahn S richtig ablenken zu kön nen, muß das von den Hauptspulen 2 und 3 erzeugte Magnetfeld in der Größenordnung von 1 × 10^-4 bis 1 × 10^-3 entlang der zur Bahn S senkrechten Radialrichtung R homogen sein. Wenn das Magnetfeld nahe der Bahn S nicht homogen ist, weicht der entlang der Gleichgewichts-Bahn S laufende Elektronenstrahl zunehmend von dieser Bahn ab und geht schließlich verloren, wenn die Abweichung so groß wird, daß der Strahl auf die Vakuumkammerwand (nicht gezeigt) auftrifft. Daher muß ein Magnetfeld erzeugt werden, das in Richtung R entlang der gesamten Halbkreislänge der Bahn S homogen ist.

Das von den Hauptspulen 2 und 3 erzeugte Magnetfeld umfaßt jedoch Quadrupol- und Sextupol-Feldkomponenten usw. ebenso wie bipolare Feldkomponenten, so daß sich das Magnetfeld linear und quadratisch usw. entlang der zur Bahn S senkrech ten Radialrichtung R ändert. Daher werden manchmal Trimmspu len als Korrektionsspulen für diese Quadrupol- und Sextupol- Feldkomponenten, die in dem von den Hauptspulen 2 und 3 er zeugten Magnetfeld enthalten sind, verwendet. Solche Trimm spulen, die ohne weiteres nahe der Mitte der halbkreisförmi gen Hauptspulen 2 und 3 (d. h. nahe Θ = 0 in Fig. 2) be festigbar sind, sind jedoch nur unter Schwierigkeiten nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen 2 und 3 anzu bringen, da dort nur wenig Raum zum Befestigen vorhanden ist. Daher wird nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspu len 2 und 3 ein großes Fehlermagnetfeld (d. h. die in Radial richtung R veränderlichen Feldkomponenten) erzeugt, das schwer zu korrigieren ist.

Das nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen 2 und 3 erzeugte Fehlermagnetfeld besteht primär aus der Sextupolkom ponente; dies soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wer den, die die Änderung des Magnetfeldes B_Z entlang der Radial richtung R nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspu len 2 und 3 zeigt. Das von den Hauptspulen 2 und 3 erzeugte Magnetfeld kann als ein zusammengesetztes Feld aus den von den inneren und äußeren Zweigen 2b, 2c, 3b und 3c der Hauptspulen 2 und 3 erzeugten Feldern (Fig. 1) angesehen wer den. Daher ist das Feld B_Z bei R = 0, wo die Radialrichtung R die Elektronenbahn S schneidet, maximal; mit der Zunahme des Absolutwerts von R ausgehend von Null (d. h. mit zunehmendem radialem Abstand von der Bahn S) nimmt ferner das Magnet feld B_Z ab, so daß bei einer Zunahme von R über den radialen Wert hinaus, der den inneren Zweigen 2b und 3b oder den äuße ren Zweigen 2c und 3c der Hauptspulen 2 und 3 entspricht, das Feld B_Z einen negativen Wert annimmt, da die inneren Zwei ge 2b und 3b oder die äußeren Zweige 2c und 3c der Hauptspu len 2 und 3 ein Magnetfeld bilden, das zu dem nahe der Bahn S erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist.

Nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen 2 und 3 ist der radiale Abstand zwischen den inneren und äußeren Zweigen der Hauptspulen 2 und 3 kleiner als nahe der Mitte der Hauptspulen 2 und 3 (nahe Θ = 0); somit tritt die negative Komponente zweiter Ordnung bzw. die Sextupolkomponente nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen besonders her vor. Wie Fig. 3 zeigt, ist somit die Änderung der Größe des Feldes B_Z in bezug auf R nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen im wesentlichen durch eine nach oben konvexe quadratische Kurve gegeben, deren Maximum bei R = 0 liegt, wo die Radialrichtung R die Bahn S schneidet. Andererseits ist die Sextupol-Feldkomponente auf der Bahn S an den von den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen weit entfernten Po sitionen vernachlässigbar. Fig. 4 zeigt die Änderung der Grö ße der Sextupol-Feldkomponente (in T/m²) entlang der Bahn S, und zwar beginnend bei Θ = 0° (in der Mitte der Hauptspulen 2 und 3) und endend unmittelbar nach Θ = 90° (den Endabschnit ten 2a und 3a der Hauptspulen).

Wie oben erwähnt, kann diese Sextupol-Feldkomponente, die nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen am auffäl ligsten ist und sich nachteilig auf die Stabilität des Elek tronenstrahls auswirkt, nicht einfach durch Trimmspulen kor rigiert werden, da zum Befestigen von Trimmspulen nahe den Endabschnitten 2a und 3a der Hauptspulen nur wenig Raum vor handen ist.

Das von den Hauptspulen 2 und 3 erzeugte Magnetfeld enthält nahe den Endabschnitten 2a und 3a weitere multipolare Kompo nenten zusätzlich zu den oben erläuterten vorherrschenden Sextupol-Feldkomponenten. Fig. 5 zeigt eine Form der Haupt spulen 2 und 3 des Ablenkmagneten nach der JP-OS 63-221 598 (Kokai), die zur Unterdrückung der Inhomogenitäts- oder Fehlerkomponenten des Magnetfeldes dienen soll. Fig. 6 ist eine Seitenansicht des in Fig. 5 gezeigten Magneten. Wie Fig. 6 deutlich zeigt, sind die Endabschnitte 2a und 3a der Hauptspulen 2 und 3 von der Ebene der Bahn S (d. h. der Mit tenebene des Ablenkmagneten, relativ zu der die Spulen 2 und 3 symmetrisch angeordnet sind) weg nach außen gebogen; diese Konstruktion soll die Homogenität des Magnetfeldes nahe den Enden der Hauptspulen 2 und 3 verbessern. Der Winkel α der relativ zu Ebene der Bahn S umgebogenen Endabschnitte 2a und 3a ist mit 30° ± 15° (also zwischen 15° und 45°) gewählt. (Wie Fig. 6 zeigt, liegen dabei die inneren Zweige 2b und 3b der Hauptspulen 2 und 3 näher an der Ebene der Bahn S als die äußeren Zweige 2c und 3c; diese Konstruktion ist für die Un terdrückung der Quadrupol-Feldkomponente wirksam, was für die vorliegende Erfindung aber nicht unmittelbar relevant ist.)

Die Magnetkonstruktion der Fig. 5 und 6 bewirkt zwar in ge wissem Umfang eine Verbesserung der Homogenität des Magnet feldes; sie weist aber immer noch die folgenden Nachteile auf. Da die Konstruktion der Hauptspulen 2 und 3 kompliziert ist, und zwar insbesondere an den umgebogenen Endabschnit ten 2a und 3a, wird der kritische Strom der Hauptspulen 2 und 3, bei dem der Übergang von der Supraleitung zur normalen Leitung der Hauptspulen stattfindet, kleiner; es wird daher unmöglich, ein Magnetfeld größerer Stärke zu erzeugen, das zur Erzielung energiereicher Elektronen erforderlich ist; au ßerdem werden die Herstellungsvorgänge kompliziert, wodurch die Herstellungskosten steigen. Ein weiterer Nachteil der Spulenkonstruktion nach den Fig. 5 und 6 besteht darin, daß zwar die Homogenität des Magnetfeldes immer größer wird, je mehr sich der Winkel α der umgebogenen Endabschnitte 2a und 3a einem rechten Winkel nähert, daß aber der Biegewinkel durch die von Natur aus vorhandene Schwierigkeit beim Biegen der supraleitenden Spulen begrenzt ist; somit kann die Homo genität des Magnetfeldes ein bestimmtes Maß nicht überschrei ten.

Bei supraleitenden Ablenkmagneten treten auch andere Schwie rigkeiten als die vorgenannte Inhomogenität des Magnetfeldes auf, und zwar hat die Stärke des Magnetfeldes, das auf die supraleitenden Spulen wirkt, den Maximalwert nahe den Endab schnitten der Spulen, und das auf die Spulen wirkende maxi male Magnetfeld begrenzt den maximalen Strom, der durch die Spulen fließen kann, ohne ihre Supraleitereigenschaft zu zer stören.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen eine Spulenkonstruktion, die den Maximalwert des auf die supraleitenden Hauptspulen 2 und 3 wirkenden Magnetfeldes unterdrücken kann; diese Spulenkon struktion ist z. B. beschrieben in "First superconducting prototype magnets for a compact synchrotron radiation source in operation" von A. Jahnke et al., IEEE Transactions on Magnetics, Bd. 24, Nr. 2, S. 1230-1232, März 1988.

Nach den Fig. 7 und 8 sind die Endabschnitte der oberen supra leitenden Hauptspule 2 jeweils in drei Teile 2A, 2B und 2C unterteilt, die durch Abstandshalter 4 voneinander getrennt sind. Die Summe der Breiten dieser getrennten Teile ist im wesentlichen gleich der Breite der nichtgetrennten Teile der Hauptspulen 2 und 3. Die Abstandshalter 4 bestehen beispiels weise aus GVK (glasfaserverstärktem Kunststoff). Die Elektro nenstrahlen sind an Punkten E auf der Bahn S in den Fig. 7 und 8 dargestellt; die vertikalen Projektionen der zentralen Positionen der getrennten Teile der Hauptspulen 2 und 3 und diejenigen der Abstandshalter 4 auf die Bahn S sind durch aufeinanderfolgende Punkte S1-S5 wiedergegeben, und die Ge samtbreite der Endabschnitte der Hauptspulen 2 und 3 ist mit W bezeichnet.

Es soll nun die Notwendigkeit der Unterdrückung des an die supraleitenden Spulen angelegten maximalen Feldes unter Be zugnahme auf Fig. 10 erläutert werden; dabei bezeichnet die für B-I (Magnetfeld/Strom) charakteristische Kurve C dies ty pische Beziehung zwischen dem Magnetfeld B (das auf der Abszisse in T (Tesla) aufgetragen ist) und dem maximalen Strom I (der auf der Ordinate in A (Ampere) aufgetragen ist), der durch ein kurzes lineares Supraleitermaterial fließen kann, ohne dessen Supraleitfähigkeit zu zerstören: Wenn der Strom I den durch die Kurve C bezeichneten Wert übersteigt, erfolgt der Übergang von der Supraleitung zur Normalleitung. Die Lastkurve B0 des zentralen Magnetfeldes, d. h. des Fel des B0 an der repräsentativen Stelle, an der das Magnetfeld genutzt wird (also an einem im Symmetriezentrum des Magneten liegenden Punkt auf der Bahn S im Fall des Magneten der Fig. 7-9), bezeichnet die Beziehung zwischen der Größe des Stroms I und dem dort erzeugten Magnetfeld B0. Die Lastkurve Bmax1 bezeichnet die Beziehung zwischen dem Strom I und dem maximalen Magnetfeld Bmax1, das an die supraleitenden Spulen angelegt wird, wenn die Spulenenden entsprechend den Fig. 7 und 8 unterteilt sind; andererseits bezeichnet die Lastkurve Bmax2 die Beziehung zwischen dem Strom I und dem maximalen Magnetfeld Bmax2, das an die supraleitenden Spulen angelegt wird, wenn die Spulenenden nicht unterteilt sind.

Wie die Kurve C in Fig. 10 zeigt, nimmt der maximale Strom, der durch die supraleitenden Spulen fließen kann, ohne ihre Supraleitfähigkeit zu zerstören, mit zunehmendem an die Spu len angelegtem Magnetfeld ab. Andererseits wird das an die supraleitenden Spulen angelegte maximale Magnetfeld Bmax (Bmax1 oder Bmax2) an einer Stelle erzeugt, an der der Krüm mungsradius der Spulen klein ist, so daß die von den Spulen erzeugten magnetomotorischen Kräfte konzentriert sind. So wird das auf die Spulen mit unterteilten Enden wirkende maxi male Magnetfeld Bmax2 nahe den Punkten a in Fig. 8 im Fall der Spulen nach den Fig. 7 und 8 erzeugt, wo die Krümmung der Hauptspulen 2 und 3 am kleinsten ist. Das auf die Spulen mit nichtunterteilten Enden wirkende maximale Magnetfeld Bmax1 wird nahe den analogen Punkten, die den Punkten a entspre chen, erzeugt.

Der Betrieb von Spulen mit nichtunterteilten Enden kann wie folgt zusammengefaßt werden. Da ein kleiner Strom ein großes maximales Magnetfeld Bmax1 an den nichtunterteilten Spulenen den erzeugt, hat die Kurve Bmax1 eine geringere Neigung als die Kurve Bmax2. Bei I = 350 A schneidet die Lastkurve Bmax1 die B-I-Kurve C in Fig. 10; das bedeutet, daß durch das li neare supraleitende Material fließender Strom von mehr als 350 A die Supraleitfähigkeit des Materials zerstört. Allge mein verschlechtert sich das Betriebsverhalten der supralei tenden Spulen unter den durch die Kurve C (die die Charakte ristik eines kurzen linearen Materials darstellt) repräsen tierten Wert im Verlauf ihrer Herstellung. Daher ist der Be triebspunkt P auf der Lastkurve Bmax1 bei ca. 80% des Strom werts des Punkts gewählt, bei dem die Lastkurve Bmax1 die Charakteristik C schneidet. Wie durch die Strichlinien, die horizontal vom Betriebspunkt P und dann von der Kurve B0 nach vertikal unten verlaufen, in Fig. 10 angedeutet ist, be trägt das am Betriebspunkt P erzeugte zentrale Magnetfeld B0 etwa 1,6 T.

Im Vergleich mit dem maximalen Feld Bmax1 wird das auf die Spulen mit unterteilten Enden wirkende maximale Feld Bmax2 unterdrückt, wie die stärker geneigte Kurve Bmax2 in Fig. 10 zeigt. Wenn man annimmt, daß der Betriebspunkt Q auf der Kurve Bmax2 bei ca. 80% des Pegels des Schnittpunkts der Kurven Bmax2 und C wie im Fall der Spulen mit nichtunterteil ten Enden gewählt ist, beträgt das am Betriebspunkt Q er zeugte zentrale Magnetfeld B0 bis zu ca. 2,1 T, wie durch die vom Betriebspunkt Q ausgehenden Strichlinien angedeutet ist.

Aus den obigen Erläuterungen kann geschlossen werden, daß das zentrale Magnetfeld B0, das erzeugt werden kann, ohne die Su praleitfähigkeit der Spulen zu zerstören, um so stärker wird, je mehr das auf die Spulen wirkende maximale Magnetfeld Bmax unterdrückt und damit in Richtung zum Pegel des zentralen Magnetfeldes B0 hin reduziert wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 soll nun der Mechanismus erläu tert werden, durch den das auf die Spulen mit unterteilten Enden wirkende maximale Feld Bmax2 unterdrückt wird. Die End teile 2A, 2B und 2C der oberen Hauptspule 2 oder 3A, 3B und 3C der unteren Hauptspule 3 sind voneinander durch einge setzte Abstandshalter 4 getrennt, die die zwischen diesen Teilen wirksamen elektromagnetischen Kräfte aufnehmen. In bezug auf die Richtung der Bahn S sind zwar an ihren Punk ten S1, S3 und S5 magnetomotorische Kräfte vorhanden, aber an den Punkten S2 und S4, über und unter denen die Abstandshal ter 4 angeordnet sind, wirkt keine magnetomotorische Kraft. Die an den Enden der Spulen erzeugten magnetomotorischen Kräfte werden daher verteilt, und dadurch wird das auf die Spulen wirkende maximale Feld Bmax unterdrückt. Dies ist der Mechanismus, durch den das auf die Spulen mit unterteilten Enden wirkende maximale Feld Bmax unterdrückt wird.

Die Unterdrückung des auf die Spulen wirkenden maximalen Fel des Bmax durch die unterteilten Enden entsprechend den Fig. 7 und 8 weist aber die folgenden Nachteile auf: Wenn die Brei te W der Endabschnitte der Hauptspulen 2 und 3 fest vorgege ben ist, ist es ideal, die Endabschnitte der Spulen in unend lich viele Teile zu unterteilen. Tatsächlich jedoch ist die Anzahl Unterteilungen begrenzt (z. B. auf drei, wie die Fig. 7 und 8 zeigen), und zwar durch in der Praxis auftreten de Schwierigkeiten bei der Herstellung der Spulen. Eine Un terteilung in beispielsweise drei Teile, wie dies die Fig. 7 und 8 zeigen, ist zwar zur Unterdrückung des maximalen Fel des Bmax wirksam, aber der Unterdrückungseffekt kann eine be stimmte Grenze, die durch die Anzahl Unterteilungen vorgege ben ist, nicht übersteigen.

Aus der Unterteilung von Spulenenden entsprechend den Fig. 7 und 8 ergeben sich noch weitere Nachteile: Fig. 11 zeigt die durch theoretische Berechnungen erhaltene Magnetfeldstärke B entlang der Bahn S nahe den Endabschnitten der Spulen. Gegen über dem Fall des Feldes B1 (das durch eine Strichlinienkurve dargestellt ist), das durch die Spulen mit nichtunterteilten Enden erzeugt wird, ist der Änderungsbereich des Feldes B2 (durch eine Vollinie bezeichnet), das im Fall der unterteil ten Spulenenden erzeugt wird, über eine größere Länge entlang der Bahn S verteilt, da die elektromotorische Kraft der un terteilten Spulenenden über einen weiteren Bereich entlang der Bahn S verteilt ist; außerdem ist die Änderung des Fel des B2, das durch Spulen mit unterteilten Enden erzeugt wird, ungleichmäßig, da das Feld B2 auf der Bahn S an Positionen geschwächt wird, an denen darüber und darunter Abstandshal ter 4 angeordnet sind, so daß keine magnetomotorische Kraft vorhanden ist. Die ungleichmäßige Änderung des Feldes über einen langen Bereich entlang der Bahn S kann sich auf die Stabilität des Elektronenstrahls nachteilig auswirken, da eine präzise Justierung des Feldes über den langen Änderungs bereich des Feldes entlang der Bahn S für die richtige Ablen kung der Elektronenstrahlen unerläßlich ist.

Aus der DE 35 06 562 A1 ist ein Ablenkmagnet zum Ablenken eines Strahls von geladenen Teilchen auf einer halbkreisför migen Bahn vorbekannt, wobei die dort gezeigte Magnetfeldein richtung für eine Teilchenbeschleunigeranlage verwendet wird. Zwei große, gekrümmte Dipolwicklungen liegen in parallelen Ebenen beiderseits einer Teilchenbahn. Die Leiter der Wick lungen bestehen aus supraleitendem Material. Die Krümmung der Dipolwicklungen entspricht der Teilchenbahn, wobei die Dipol wicklungen gekrümmte, die Wicklungsenden verbindende Endteile aufweisen. Zur Verbesserung der Fokussierung des Teilchen strahles ist gemäß der bekannten Lehre eine zusätzliche Gra dientenwicklung vorgesehen. Durch eine elektrische Leiteran ordnung, die die Teilchenbahn teilweise umschließt, wird ein zusätzliches Führungsfeld während der Beschleunigungsphase gewährleistet. Die Problematik der Beseitigung der Feldinho mogenitäten, insbesondere im Feldbereich nahe den Endab schnitten der Polspulen, wird nicht näher erörtert.

Die gattungsgemäße DS DE 35 30 446 A1 zeigt einen Synchrotron-Aufbau. Dort wird von einer Spule ausgegangen, deren Haupt-, Hin- und Rücklauf schenkel so gekrümmt sind, daß sie im wesentlichen parallel zur Teilchenbahn liegen. Die paarweise Anordnung entspricht einer Unterteilung der oberen und unteren Hauptspule in we nigstens zwei Spulenteile und die Endabschnitte sind versetzt oder stufenförmig unterteilt. Einzelheiten, welche tech nischen Wirkungen mit der Versetzung oder der Teilung er reicht werden sollen, sind der Beschreibung der DE 35 30 446 A1 nicht zu entnehmen.

Bei der Vorrichtung zum Beschleunigen und Speichern von ge ladenen Teilchen gemäß DE 39 28 037 A1 sind Quadrupol-Feinab stimmungs-Korrekturspulen sowie Sextupol-Feinabstimmungs-Kor rekturspulen gezeigt, wobei diese nur an der Innenseite der Hauptablenkspulen angeordnet sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ablenkmagneten zum Ablenken eines Strahles von geladenen Teilchen auf einer halbkreisförmigen Bahn derart weiterzuentwickeln, daß das im Betrieb auf die Spulen wirkende maximale Magnetfeld in wirk samer Weise unterdrückt ist, während gleichzeitig eine gleichmäßige und homogene Verteilung des Feldes nahe den Endabschnitten der Spulen erreicht wird.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen stand nach den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2 oder 4, wo bei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Perspektivansicht der Hauptspulen eines su praleitenden Ablenkmagneten, wobei die Gesamtkon struktion ersichtlich ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Magneten von Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Änderung bzw. Verteilung des nahe den Endabschnitten der Spulen von Fig. 1 er zeugten Magnetfeldes in Radialrichtung zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, das die von dem Ablenkmagneten von Fig. 1 entlang der Bahn S erzeugte Sextupol-Feld komponente zeigt;

Fig. 5 eine Perspektivansicht eines konventionellen su praleitenden Ablenkmagneten, dessen Endabschnitte von der Elektronenstrahlbahn weg umgebogen sind;

Fig. 6 eine Seitenansicht des Magneten von Fig. 5;

Fig. 7 bis 9 die Konstruktion eines konventionellen supralei tenden Magneten mit unterteilten Endabschnitten, wobei Fig. 7 eine Draufsicht, Fig. 8 ein Schnitt längs der Linie VIII-VIII und Fig. 9 ein Schnitt längs der Linie IX-IX des Magneten ist;

Fig. 10 eine typische B-I-Charakteristik eines kurzen li nearen supraleitenden Materials;

Fig. 11 die Änderungen des Magnetfeldes entlang der Elek tronenbahn nahe den Endabschnitten der Hauptspu len;

Fig. 12 bis 14 einen Magneten gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung, wobei Fig. 12 eine Drauf sicht, Fig. 13 ein Schnitt längs der Linie XIII- XIII und Fig. 14 ein Schnitt längs der Linie XIV- XIV des Magneten ist;

Fig. 15 einen der Fig. 13 ähnlichen Schnitt, wobei eine modifizierte Spulenkonstruktion gezeigt ist;

Fig. 16 bis 20 Schnitte durch die oberen Hälften von verschie denen Modifikationen des ersten Ausführungsbei spiels entlang der Elektronenbahn;

Fig. 21 bis 23 einen weiteren Magneten nach der Erfindung mit Aufhebungsspulen, wobei Fig. 21 eine Draufsicht, Fig. 22 ein Schnitt längs der Linie XXII-XXII und Fig. 23 ein Schnitt längs der Linie XXIII-XXIII des Magneten ist;

Fig. 24 eine äquivalente Spulenkonfiguration eines Teils der Spuleneinrichtung nach den Fig. 21-23;

Fig. 25 einen der Fig. 22 ähnlichen Schnitt, der jedoch eine modifizierte Spulenkonstruktion zeigt;

Fig. 26 bis 28 einen weiteren Magneten nach der Erfindung mit Aufhebungsspulen, wobei Fig. 26 eine Draufsicht, Fig. 27 ein Schnitt längs der Linie XXVII-XXVII und Fig. 28 ein Schnitt längs der Linie XXVIII- XXVIII ist;

Fig. 29 eine Draufsicht auf einen weiteren Magneten nach der Erfindung mit Sextupol-Korrektionsspulen;

Fig. 30 die Verteilung der Sextupol-Komponente entlang der Elektronenbahn, die durch die Spuleneinrichtung nach Fig. 29 erhalten wird; und

Fig. 31 und 32 den Fig. 29 bzw. 30 entsprechende Ansichten, die jedoch eine Modifikation zeigen.

Da die Grundkonstruktion und der Betrieb der Ausführungsbei spiele den bekannten Ablenkmagneten entsprechen, soll die folgende Beschreibung im wesentlichen auf die charakteristischen Merkmale beschränkt werden.

Die Fig. 12-14 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel. Die obere und die untere Hauptspule 2 und 3, die in bezug auf die Ebene der Bahn S, auf der die Elektronenstrahlen E abgelenkt werden, symmetrisch angeordnet sind, sind jeweils in zwei Spulenteile 21 und 22 sowie 32 und 31 durch eine zur Ebene der Bahn S parallele Ebene geteilt. Wie die Fig. 12 und 13 deutlich zeigen, sind die Endabschnitte 21a und 22a der Spu lenteile 21 und 22 der oberen supraleitenden Hauptspule 2 zu einander in Richtung der Bahn S so versetzt, daß die Endab schnitte 21a und 22a einander in Richtung der Bahn S nicht überlappen; in gleicher Weise sind die Endabschnitte 31a und 32a der Spulenteile 31 und 32 der unteren Hauptspule 3 in Richtung der Bahn S so versetzt, daß die Endabschnitte 31a und 32a einander in Richtung der Bahn S nicht überlappen. Da bei liegt der Endabschnitt 21a bzw. 31a des Spulenteils 21 bzw. 31, der in Vertikalrichtung von der Bahn S weiter ent fernt ist, in Richtung der Bahn S an der Innenseite des Endabschnitts 22a bzw. 32a des Spulenteils 22 bzw. 32, der in Vertikalrichtung näher an der Bahn S positioniert ist. Die Wicklungen der Endabschnitte 21a und 31a der äußeren Spulen teile 21 und 31 verlaufen von einem Punkt S6 zu einem Punkt S7 entlang der Bahn S, während die Wicklungen der End abschnitte 22a und 32a der inneren Spulenteile 22 und 32 vom Punkt S7 zu einem Punkt S8 entlang der Bahn S verlaufen. Die Breiten der Endabschnitte der Spulenteile, (S7-S6) und (S8-S7), sind bei diesem Ausführungsbeispiel einander gleich: (S7-S6) = (S8-S7); außerdem sind die Dicken der Spulenteile, y1 und y2, einander ebenfalls gleich: y1 = y2. Somit haben die Endabschnitte 21a, 22a, 31a und 32a identi sche Rechteckquerschnittsform.

Die Änderung des Magnetfeldes B entlang der Bahn S nahe den Endabschnitten der Spulen 2 und 3 dieses Ausführungsbeispiels wird, verglichen mit dem Magneten der Fig. 7 und 8, im we sentlichen gleichmäßig, und zwar aus folgendem Grund: Die mittlere Stromdichte in den Spulen 2 und 3 sei mit j angenom men, dann wird die von einem der Spulenteile 21, 22, 31 und 32 der Hauptspulen 2 und 3 innerhalb einer Länge ΔS entlang der Richtung der Bahn S erzeugte magnetomotorische Kraft ΔAT wie folgt beschrieben:

ΔAT = j · y · ΔS,

wobei y die Dicke der Spulenteile (y = y1 = y2) ist. Somit ist die magnetomotorische Kraft AT pro Längeneinheit entlang der Bahn S, die von der oberen oder der unteren Hauptspule 2 oder 3 erzeugt wird, gleich:

AT = ΔAT/ΔS = j · y,

die über die Gesamtlänge W der Endabschnitte der Spulen 2 und 3 entlang der Bahn S konstant ist. Im Gegensatz zu dem Fall von Fig. 8, bei dem die magnetomotorische Kraft an den Abstandshaltern 4 entsprechenden Stellen entlang der Bahn S nicht vorhanden ist, so daß die Änderung des Magnetfeldes un gleichmäßig ist, ändert sich bei diesem Ausführungsbeispiel das an den Endabschnitten der Hauptspulen 2 und 3 erzeugte Magnetfeld gleichmäßig.

Die Unterdrückung des auf die Spulen wirkenden maximalen Magnetfeldes Bmax wird durch die Spulenkonstruktion dieses ersten Ausführungsbeispiels ebenfalls verbessert, und zwar aus den folgenden Gründen. Es ist zu beachten, daß die magne tomotorische Kraft über die Länge W entlang der Bahn S gleichmäßig und homogen verteilt ist. Allgemein ist die Breite W der Endabschnitte der Hauptspulen 2 und 3 durch die Bedingungen vorgegeben, die sich durch andere strukturelle Komponenten des Magneten für die Spulenkonstruktion ergeben. Beispielsweise ist die Breite W durch die in der Praxis mög liche Größe des Kryostaten (nicht gezeigt) begrenzt, der die supraleitende Spuleneinrichtung enthält und sie auf einer ex trem niedrigen Temperatur hält. Ferner besteht der Hauptzweck der Verwendung von supraleitenden Spulen als Ablenkmagneten darin, die Größe von Hochleistungs-Ablenkmagneten mit hoher Ablenkfähigkeit zu verringern.

Eine größere Dimension von W reduziert also die Vorteile der supraleitenden Spulen. Es ist ohne weiteres verständlich, daß dann, wenn bei einer gegebenen Obergrenze der Breite W, wie oben erläutert, die Bereiche, in denen die magnetomotorische Kraft vorhanden ist, und die Bereiche, in denen sie nicht vorhanden ist, einander entlang der Bahn S wie im konventio nellen Fall abwechseln, der Unterdrückungseffekt auf das die Spulen beaufschlagende maximale Magnetfeld Bmax verringert ist, da die magnetomotorische Kraft in kleinen Bereichen ent lang der Bahn S konzentriert ist. Da im Gegensatz dazu beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die magnetomotorische Kraft gleichmäßig über die Breite W entlang der Bahn S verteilt ist, kann im Gegensatz zum konventionellen Fall das auf die Hauptspulen 2 und 3 wirkende maximale Magnetfeld Bmax wirksam unterdrückt werden.

Gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel sind die obere und die untere Hauptspule 2 und 3 jeweils in zwei gesonderte Spulenteile unterteilt. Gemäß Fig. 15 können je doch die obere und die untere Hauptspule 2 und 3 jeweils aus einer integral gewickelten Spule bestehen, wobei die Spulen körper 20 und 30, die in Fig. 15 im Querschnitt gezeigt sind, an ihren Enden mit Stufen ausgebildet sind, so daß die Endab schnitte 21a und 22a sowie 31a und 32a der Hauptspulen 2 und 3 in Richtung der Bahn S zueinander versetzt sind.

Fig. 16 zeigt eine Modifikation des ersten Ausführungsbei spiels. Dabei ist die obere Hauptspule 2 in vier Spulentei le 21, 22, 23 und 24 unterteilt, deren Endabschnitte 21a, 22a, 23a und 24a nacheinander in Richtung der Bahn S versetzt sind; die untere Hauptspule 3 (nicht gezeigt) hat eine damit identische Konstruktion und ist symmetrisch in bezug auf die Ebene der Bahn S angeordnet. Selbstverständlich kann die An zahl von Unterteilungen der Hauptspulen 2 und 3 mehr als vier betragen. Der Unterdrückungseffekt auf das die Spulen beauf schlagende maximale Magnetfeld bzw. die Gleichmäßigkeit der Magnetfeldänderung entlang der Bahn S wird ebenso oder noch stärker als im Fall des ersten Ausführungsbeispiels ver stärkt.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel überlappen ferner die Endabschnitte der Spulenteile einander in Richtung der Bahn S nicht. Nach Fig. 17, die nur die obere Hauptspule 2 zeigt, können jedoch die Endabschnitte 21a und 22a der Spulentei le 21 und 22 in Richtung der Bahn S einander überlappen, wo bei die untere Hauptspule 3 (nicht gezeigt) in bezug auf die Ebene der Bahn S symmetrisch zur oberen Hauptspule 2 ist. Mit dieser Konstruktion werden im wesentlichen die gleichen Vor teile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt. Diese überlappte Ausführung der Spulenenden bietet den zusätzlichen Vorteil, daß die zwischen den Spulenteilen 21 und 22 wirksame elektromagnetische Kraft mit erhöhter Zuverlässigkeit durch die Überlappung der Endabschnitte 21a und 22a aufgenommen werden kann.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind ferner die in Verti kalrichtung von der Bahn S weiter entfernt positionierten Endabschnitte 21a und 31a der Spulenteile 21 und 31 näher an der Innenseite der Spulen 2 und 3 in Richtung der Bahn S po sitioniert als die in Vertikalrichtung näher an der Bahn S positionierten Endabschnitte 22a und 32a der Spulenteile 22 und 32. Die relativen Positionen des Endabschnitts 21a oder 31a und des Endabschnitts 22a oder 32a entlang der Bahn S können entsprechend Fig. 18 umgekehrt sein, wobei nur die obere Hauptspule 2 gezeigt ist.

Nach den Fig. 19 und 20 können ferner die Breiten W1 und W2 und die Dicke y1 und y2 der Spulenteile 21 und 22 (oder der dazu symmetrischen Spulenteile 31 und 32) modifiziert und mit jeweils verschiedenen Werten gewählt sein, so daß die Kombi nation dieser Werte zu einer Maximierung des Unterdrückungs effekts auf das die Hauptspulen 2 und 3 beaufschlagende maxi male Magnetfeld führt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 21-23 wird eine Konstruktion eines Ablenkmagneten beschrieben, deren vorteilhafte Auswir kungen ähnlich wie bei dem Magneten der Fig. 5 und 6 sind.

Dabei sind die obere und die untere Hauptspule 2 und 3 je weils in zwei Spulenteile 21 und 22 sowie 31 und 32 unter teilt, deren Endabschnitte 21a und 22a sowie 31a und 32a in Richtung der Bahn S zueinander versetzt sind. Außerdem sind an den Oberseiten der Endabschnitte 21a und 22a der Spulen teile 21 und 22 der oberen Hauptspule 2 rechteckige Korrektur spulen 25 bzw. 26 angeordnet, so daß die Unterseiten (d. h. die der Bahn S am nächsten liegenden Teile) der Korrektur spulen 25 und 26 parallel zu und nahe den Endabschnit ten 21a und 22a verlaufen und den inneren und äußeren Zweig 21b und 21c der Spulenteile 21 und 22 überbrücken (Fig. 21). Ebenso sind an der vertikal nach außen gerichteten Seite der Endabschnitte 31a und 32a der Spulenteile 31 und 32 der unteren Hauptspule 3 rechteckige Korrekturspulen 35 und 36 so angeordnet, daß die in Vertikalrichtung inneren Seiten der Korrekturspulen 35 und 36 parallel zu und nahe den Endabschnitten 31a und 32a verlaufen und die inneren und äußeren Zweige der Spulenteile 31 und 32 überbrücken.

Im Betrieb sind die Richtung und die Größe des durch die Korrektur spulen 25, 26 fließenden Stroms so gewählt, daß die von den Unterseite (d. h. den in Vertikalrichtung inneren Seiten) der Korrekturspulen 25 und 26 erzeugten magnetomoto rischen Kräfte und die von den dazu parallelen angrenzenden Endabschnitten 21a und 22a erzeugten magnetomotorischen Kräfte gleiche Größe, aber entgegengesetzte Richtung haben. Daher werden die von den Endabschnitten 21a und 22a erzeugten magnetomotorischen Kräfte von den durch die Unterseiten der Korrekturspulen 25 und 26 erzeugten magnetomotorischen Kräfte vollständig aufgehoben.

Ebenso sind Richtung und Größe des durch die Korrekturspu len 35, 36 fließenden Stroms so gewählt, daß die von den in Vertikalrichtung inneren Seiten der Korrekturspulen 35 und 36 erzeugten magnetomotorischen Kräfte und die von den dazu parallelen angrenzenden Endabschnitten 31a und 32a erzeugten magnetomotorischen Kräfte gleiche Größe, aber entgegengesetzte Richtung haben. Daher wird die von den Endabschnitten 31a bzw. 32a erzeugte magnetomotorische Kraft durch die von den in Vertikalrichtung inneren Seiten der Korrekturspulen 35 bzw. 36 erzeugte magnetomotorische Kraft vollständig aufgehoben. Daher kann die äquivalente Spulenkonfiguration des Spulenteils 21 (einschließlich seines inneren und äußeren Zweigs 21b und 21c) und der Korrektur spule 25 (die den inneren und den äußeren Zweig 21b und 21b des Spulenteils 21 überbrückt) sowie des Spulenteils 31 (einschließlich seines inneren und äußeren Zweigs 31b und 31c) und der Korrekturspule 25 (die den inneren und den äußeren Zweig 31b und 31c des Spulenteils 31 überbrückt) ent sprechend Fig. 24 dargestellt werden. Die äquivalente Spulen konfiguration des Spulenteils 22 und der Korrekturspule 26 sowie des Spulenteils 32 und der Korrekturspule 36 ent spricht Fig. 24.

Aus Fig. 24 ist also ersichtlich, daß die Spulenanordnung der Fig. 21-23 der Spulenkonfiguration äquivalent ist, bei der die die inneren und äußeren Zweige der Hauptspulen über brückenden Endabschnitte rechtwinklig dazu so umgebogen sind, daß die Überbrückungsteile der Spulen (die bei 25 und 35 in Fig. 24 gezeigt sind), die in Radialrichtung senkrecht zu der Richtung der Bahn S verlaufen, in Vertikalrichtung ausrei chend weit entfernt von der Bahn S angeordnet sind. Somit ist die Auswirkung des von diesen Überbrückungsteilen der Spulen erzeugten Magnetfeldes auf die Bahn S vernachlässigbar. Es ist zu beachten, daß mit dieser Spulenanordnung eine verbes serte Homogenität des Feldes erzielbar ist, obwohl die Spu lenanordnung ausschließlich aus Flachspulen ohne umgebogene Teile besteht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 21-23 sind die Ebenen der Korrekturspulen 25, 26, 35 und 36 zur Ebene der Bahn S im wesentlichen senkrecht; sie können aber auch unter ca. 30° zur Ebene der Bahn S angeordnet sein. Dann sind die vorteilhaften Auswirkungen der Spulenanordnung denen des Magneten der Fig. 5 und 6 im wesentlichen äquivalent. Ferner ist zu beachten, daß wie im Fall des ersten Ausführungsbei spiels die Unterteilung der oberen und der unteren Hauptspu le 2 und 3 in Spulenteile 21 und 22 sowie 31 und 32, deren Endabschnitte zueinander in Richtung der Bahn S versetzt sind, eine Unterdrückungswirkung auf das die Hauptspulen 2 und 3 beaufschlagende maximale Magnetfeld hat.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 21-23 sind die Korrekturspulen an der Oberseite der Endabschnitte der Spu lenteile angeordnet, d. h. an der von der Bahn S abgelegenen Seite der Endabschnitte. Wie Fig. 25 zeigt, können aber die Korrekturspulen 25, 26, 35 und 36 auch an der in Horizontal richtung äußeren Seite der Endabschnitte 21a, 22a, 31a bzw. 32a der Spulenteile 21, 22, 31 bzw. 32 angeordnet sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 21-23 sind ferner die obere und die untere Hauptspule 2 und 3 durch eine zur Ebene der Bahn S parallele Ebene in zwei Spulenteile unter teilt. Nach den Fig. 26-28 können jedoch die obere und die untere Hauptspule 2 und 3 durch eine zur Ebene der Bahn S senkrechte gekrümmte Fläche jeweils in zwei Spulenteile un terteilt sein. Dabei ist die obere Hauptspule 2 in einen in neren und einen äußeren Spulenteil 27 und 28 und die untere Hauptspule 3 in einen inneren und einen äußeren Spulenteil 37 und 38 unterteilt. Die Korrekturspulen 45 und 46 sind an der Oberseite der Endabschnitte 27a und 28a der Spulenteile 27 und 28 angeordnet; in gleicher Weise sind die Korrekturspu len 55 und 56 an den von der Bahn S weggerichteten Oberflä chen der Endabschnitte 37a und 38a der Spulenteile 37 und 38 angeordnet.

Mit dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 26-28 sind im we sentlichen die gleichen vorteilhaften Auswirkungen wie mit demjenigen nach den Fig. 21-23 in bezug auf die Gleichmä ßigkeit des Magnetfeldes nahe der Bahn S sowie die Unter drückung des die Spulen beaufschlagenden maximalen Feldes erzielbar Ferner ist in bezug auf die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 21-28 zu beachten, daß die Absolutwerte der magnetomotorischen Kräfte der Endabschnitte der Hauptspulen und der dazu parallel und benachbart verlaufenden Abschnitte der Korrekturspulen nicht unbedingt gleich sein müssen, wie dies bei den obigen Ausführungsbeispielen der Fall ist, wenn das Verhältnis der magnetomotorischen Kräfte derart ist, daß die Inhomogenität des Magnetfeldes nahe der Elektronenbahn minimiert wird, oder derart ist, daß von der Spulenanordnung nur bestimmte inhomogene Magnetfeldkomponenten nahe der Elektronenbahn erzeugt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 29 wird nachstehend ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben, das Sextupol-Korrekturspu len aufweist.

Wie in der Einleitung unter Bezugnahme auf die Fig. 1-4 ge sagt wurde, weist das von den Hauptspulen 2 und 3 nahe ihren Endabschnitten 2a und 3a erzeugte Magnetfeld ein Fehlerfeld auf, das primär aus Sextupolkomponenten besteht. Daher ist gemäß Fig. 29 eine Sextupol-Korrekturspule 5 an der Außen seite jedes der Endabschnitte 2a (und 3a) der Hauptspulen 2 (und 3) angeordnet. (Hinsichtlich der Gesamtkonstruktion der Hauptspulen 2 und 3 wird auch auf die Fig. 1 und 2 verwie sen.) Jede Sextupol-Korrekturspule 5 besteht beispielsweise aus einer oberen und einer unteren rennbahnförmigen Spule, die parallel zueinander verlaufen, und erzeugt ein positives Sextupol-Magnetfeld (ein Feld B_Z, das sich in Radialrichtung R entsprechend einer nach unten konvexen quadratischen Kurve ändert) nahe der Bahn S. Daher ist die von der Spulenanord nung von Fig. 29 erzeugte Sextupol-Magnetfeldkomponente ent lang der Bahn S veränderlich, wie Fig. 30 zeigt. Wie Fig. 30 weiter zeigt, grenzt der Bereich der von einer Korrektur spule 5 erzeugten positiven Sextupol-Komponente entlang der Bahn S an den Bereich der von den Hauptspulen nahe ihren Endabschnitten erzeugten negativen Sextupol-Komponente an; die Größe des Stroms durch die Sextupol-Korrekturspulen 5 ist so eingestellt, daß das Integral der Sextupol-Komponente entlang der Länge der Bahn S verschwindet.

Wie aus den Ergebnissen der Strahlverfolgung bekannt ist, wird daher die Auswirkung der negativen Sextupol-Komponente auf den Elektronenstrahl durch diejenige der angrenzenden po sitiven Sextupol-Komponente aufgehoben, so daß der Elektro nenstrahl entlang der Bahn S richtig abgelenkt wird. In die sem Zusammenhang ist zu beachten, daß dieser Aufhebungseffekt der positiven Sextupol-Komponente in bezug auf die negative Sextupol-Komponente, wie ebenfalls aus den Ergebnissen der Strahlverfolgung bekannt ist, verlorengeht, wenn der Bereich der positiven Komponente von demjenigen der negativen Kompo nente um eine einen bestimmten Wert übersteigende Strecke entlang der Bahn S getrennt ist.

Wenn also der Bereich der von den Hauptspulen nahe ihren Endabschnitten erzeugten negativen Sextupol-Feldkomponenten über eine große Strecke entlang der Bahn S verläuft, ist es gemäß Fig. 31 bevorzugt, daß ein Paar von Sextupol-Korrek turspulen 5 und 6 sowohl an der Innen- als auch an der Au ßenseite jedes Endabschnitts 2a und 3a der Hauptspulen 2 und 3 entlang der Bahn S angeordnet ist. Die Konstruktion je der Sextupol-Korrektionsspule 5 und 6 von Fig. 31 entspricht derjenigen der Sextupol-Korrekturspulen 5 von Fig. 29, und die Sextupol-Korrekturspulen erzeugen ein negatives Sex tupol-Magnetfeld nahe der Bahn S. Fig. 32 zeigt die Vertei lung der von der Spulenanordnung von Fig. 31 erzeugten Sex tupol-Komponente entlang der Bahn S. Die Größen der Ströme durch die Sextupol-Korrekturspulen 5 und 6 sind so gewählt, daß das Integral der Sextupol-Komponenten entlang der Bahn S verschwindet.

Es ist zu beachten, daß Korrekturspulen ähnlich denen der Fig. 29 und 31 auch zur Aufhebung bzw. Kompensation der Aus wirkung von von der Sextupol-Komponente verschiedenen multi polaren Magnetfeldkomponenten - Quadrupol-, Oktupolkomponen ten und allgemein von 2n-Polkomponenten - verwendbar sind. Ferner können die Hauptspulen 2 und 3 abgewinkelte Abschnitte nach den Fig. 5 und 6 aufweisen oder in zwei oder mehr Spu lenteile unterteilt sein.

Claims

1. Ablenkmagnet zum Ablenken eines Strahls von geladenen Teilchen auf einer halbkreisförmigen Bahn (S), umfassend eine obere und eine untere supraleitenden Hauptspule (2, 3) in Form eines halbkreisförmig gebogenen Ovals, wobei die obere und die untere Hauptspule (2, 3) in bezug auf die Ebene der Bahn des Strahls geladener Teilchen symmetrisch angeordnet sind und die obere und untere Hauptspule (2, 3) jeweils parallel zu der halbkreisförmigen Bahn (S) verlaufende radial innere und äußere halbkreisförmige Zweige und diese verbindende oder überbrückende Endteile (21, 22, 31, 32) aufweisen, wobei die Endteile (21, 22, 31, 32) der oberen und der unteren Hauptspule (2, 3) in Abschnitte stufenförmig unterteillt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung in vier oder mehr Endabschnitte (21a-24a), erfolgt, die in Richtung der Bahn (S) zuein ander stufenförmig derart versetzt sind, daß sie einander ma ximal teilweise überlappen und/oder wobei die Breiten (W1, W2) und die Dicken (Y1, Y2) der jeweiligen Endabschnitte (21a, 22a) zur Verbesserung der Homogenität des Magnetfeldes nahe den Endabschnitten unterschiedlich dimensioniert sind.

2. Ablenkmagnet zum Ablenken eines Strahles von geladenen Teilen entlang einer halbkreisförmigen Bahn (S), umfassend eine obere und eine untere supraleitende Hauptspule (2, 3) in Form eines halbkreisförmig gebogenen Ovals, wobei die obere und die untere Hauptspule (2, 3) in Bezug auf die Ebene der Bahn des Strahls geladener Teilchen symmetrisch angeordnet sind und die obere und untere Hauptspule (2, 3) jeweils parallel zu der halbkreisförmigen Bahn (S) verlaufende radial innere und äußere halbkreisförmige Zweige und diese verbindende oder überbrückende Endteile (21, 22, 31, 32) aufweisen, wobei diese in Abschnitte stufenförmig unterteilt sind, gekennzeichnet durch Unterteilung der Endteile (21, 22, 31, 32) nur in Endab schnitten (21a, 22a, 31a, 32a), die in Richtung der Bahn (S) zueinander stufenförmig versetzt sind; rechteckige Korrekturspulen (25, 26, 35, 36), die jeweils an einem der Endabschnitte (21a, 22a, 31a, 32a) der Hauptspulen (2, 3) angeordnet sind, wobei jede rechteckige Korrekturspule (25, 26, 35, 36) eine parallel und benachbart zu einem der Endabschnitte der Korrekturspulen (2, 3) verlaufende Seite hat, die Ebene jeder Korrekturspule (25, 26, 35, 36) zur Ebene der Bahn (S) einen Winkel von im wesentlichen zwischen 30 und 90° bildet und Richtung und Größe des in jeder Korrekturspule (25, 26, 35, 36) fließenden Stroms derart gewählt sind, daß die magnetomotorische Kraft des Stroms, der durch die zu einem Endabschnitt (21a, 22a, 31a, 32a) der Hauptspulen (2, 3) parallele und benachbarte Seite jeder Korrekturspule fließt, gleiche Größe und entgegengesetzte Richtung wie die magnetomotorische Kraft eines durch den jeweiligen Endabschnitt (21a, 22a, 31a, 32a) fließenden Stroms hat.

3. Ablenkmagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (21a, 22a, 31a, 32a) jedes Spulenteils mit einer Korrektur spule (25, 26, 35, 36) versehen ist, die jeweils eine parallel und benachbart zu dem Endabschnitt verlaufende Seite hat.

4. Ablenkmagnet zum Ablenken eines Strahls von geladenen Teilchen entlang einer halbkreisförmigen Bahn (S), umfassend eine obere und eine untere supraleitende Hauptspule (2, 3) in Form eines halbkreisförmig gebogenen Ovals, wobei die obere und untere Hauptspule (2, 3) in Bezug auf die Ebene der Bahn des Strahls geladener Teilchen symmetrisch angeordnet sind und die obere und untere Hauptspule (2, 3) jeweils parallel zu der halbkreisförmigen Bahn (S) verlaufende radial innere und äu ßere halbkreisförmige Zweige und diese verbindende oder über brückende Endteile (2a, 3a) aufweisen, wobei diese in Abschnitte unterteilt sind, gekennzeichnet durch multipolare Korrekturspulen (5), die jeweils nahe der Außen- und/oder Innenseite der Endteile (2a, 3a) der Hauptspulen (2, 3) entlang der Bahn (S) der geladenen Teilchen angeordnet sind, wobei der durch die multipolaren Korrekturspulen (5) fließende Strom in Richtung und Größe so eingestellt ist, daß die multipolaren Inhomogenitätskomponenten entlang der Länge der Bahn (S) nahe bei den Endteilen (2a, 3a) kompensiert wird.

5. Ablenkmagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die multipolaren Korrekturspulen Sextupol-Korrek turspulen (5) umfassen.