DE4233830A1 - Strahlpositionsmonitor und verfahren zur erfassung der strahlposition - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlpositionsmonitor, der mit einem kreisförmigen Beschleuniger für gelade­ ne Teilchen verwendet wird, und ein Verfahren zur Messung der Position eines Strahls von geladenen Teilchen in einem derartigen Beschleuniger.

Fig. 13 zeigt ein typisches Beispiel eines bekannten kreisförmigen Beschleunigers für geladene Teilchen in Form eines Synchrotrons. Im allgemeinen wird ein Strahl von in das Synchrotron eingebrachten geladenen Teilchen durch einen Krümmungs-Elektromagneten 1 ge­ krümmt, um in einem hohlen Ring oder ringförmigen Kanal zu kreisen. Der im Ring kreisende kontinuierli­ che Strahl wird durch elektromagnetische Hochfre­ quenzfelder gebündelt und beschleunigt, d. h. geladene Teilchen im Strahl werden gesammelt oder zusammenge­ drängt und beschleunigt. Die gesamten geladenen Teil­ chen des gesammelten Strahls kreisen entlang einer einzigen Strahl-Flugbahn, während sie hierum oszil­ lieren. Eine maximale Größe dieser Oszillationen wird als Strahlgröße bezeichnet.

Obgleich die Strahl-Laufbahn so konzipiert ist, daß sie durch die Mitte einer rohrförmigen Vakuumkammer in den kreisförmigen Ring läuft, kann die tatsächli­ che Strahl-Flugbahn von der Mitte der Vakuumkammer abweichen, beispielsweise aufgrund von Änderungen in der Montageposition des Krümmungs-Elektromagneten 1 und dergleichen. Da der Strahl in der Vakuumkammer anwesend sein sollte, verringert eine derartige Ab­ weichung der Strahl-Flugbahn einen Bereich oder Raum, in welchem der Strahl eine Bahnbewegung durchführen kann, wodurch sich ein entsprechend verringerter Strahlstrom ergibt, der eingebracht und beschleunigt werden kann. Um dies zu vermeiden, ist eine Vielzahl von Strahlpositionsmonitoren 2 um den Ring herum an­ geordnet zur Erfassung oder Messung der Position des Strahls in der Vakuumkammer darin und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals, auf dessen Grundlage nicht gezeigte Korrektur-Elektromagnete, die um den Ring herum angeordnet sind, so betätigt werden, daß die Position der Strahl-Flugbahn geeignet korrigiert oder verändert wird.

Fig. 14 zeigt im Querschnitt ein Beispiel eines be­ kannten Strahlpositionsmonitors 2, wie er bei dem "Sixth Symposium on Accelerator Science and Technolo­ gy", Tokio, 1987, veröffentlicht wurde. Hierin ent­ hält der Monitor 2 eine hohle Vakuumkammer 3, durch welche ein Strahl 5 von geladenen Teilchen hindurch­ geht, und eine Mehrzahl (vier im dargestellten Bei­ spiel) von Knopfelektroden 4A bis 4D, die in der Va­ kuumkammer 3 angeordnet sind.

Es wird nun das Arbeitsprinzip des Strahlpositions­ monitors 2 nach Fig. 14 kurz erläutert. Jedesmal, wenn der Strahl 5 aus geladenen Teilchen durch eine dargestellte bestimmte Position in der Vakuumkammer 3 hindurchgeht, werden Ladungen in den jeweiligen Elek­ troden 4A bis 4D induziert. Zu dieser Zeit wird die größte Ladungsmenge in der Elektrode 4A induziert, die dem Strahl 5 am nächsten ist, wohingegen die ge­ ringste Ladungsmenge in der Elektrode 4D induziert wird, die vom Strahl 5 am weitesten entfernt ist. Wenn der Strahl 5 durch die Mitte der Vakuumkammer 3 hindurchgeht, werden die induzierten Ladungsmengen in den jeweiligen Elektroden 4A bis 4D einander gleich. Obgleich dies nicht dargestellt ist, sind die Elek­ troden 4A bis 4D jeweils über Widerstände geerdet, so daß eine Spannung über jeden Widerstand gemessen wird, um die Position des Strahls zu erfassen. In dieser Hinsicht ist festzustellen, daß die Größe der so induzierten Spannung proportional zur Ladungsmenge des Strahls differenziert durch die Zeit ist, so daß ein kontinuierlicher Strahl eine induzierte Spannung null ergibt. Daher muß der Strahl gebündelt werden.

Demgemäß erzeugt der Strahlpositionsmonitor ein Aus­ gangssignal in der Form einer Impulsreihe, welche, wenn sie in eine Fourier-Reihe erweitert wird, gleich einem Vielfachen der Frequenz der Bahnbewegung des Strahls wird. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, verarbeitet eine Signalverarbeitungsschaltung 6 ein Ausgangssi­ gnal des Strahlpositionsmonitors in der folgenden Weise, um eine Signalverstärkung bei einem hohen Rauschabstand durchzuführen. Es wählt nämlich eine bestimmte Hochfrequenzkomponente aus dem Monitor-Aus­ gangssignal aus, verstärkt sie nach dem Überlage­ rungsverfahren, wandelt sie dann von einer analogen in eine digitale Form um liest sie schließlich durch einen Computer 7 aus.

Ein bekanntes Verfahren zur Korrektur der Strahlposi­ tion durch Verwendung des Strahlpositionsmonitors 2 nach Fig. 14 wird nachfolgend unter Bezug auf Fig. 16 beschrieben. In dieser Figur ist der Strahlpositions­ monitor 2 ähnlich dem in Fig. 14, obwohl die Gestalt der Vakuumkammer 3 etwas verschieden von der in Fig. 14 ist.

Zuerst wird, wie in Fig. 16 gezeigt ist, ein Schlit­ tentisch 9 in Richtung der x-Achse oder y-Achse be­ wegt, um dementsprechend den darauf befestigten Strahlpositionsmonitor 2 zu versetzen, während eine Antenne 8 in Form eines dünnen Drahtes, die in das zylindrische hohle Innere der Vakuumkammer 3 einge­ setzt ist, Hochfrequenzimpulse erzeugt. Während der Bewegung des Strahlpositionsmonitors 2 werden Span­ nungen über die jeweiligen Elektroden 4A bis 4D ge­ messen zur Berechnung der folgenden beiden Spannungs­ verhältnisse:

H = (A + D-C-B)/(A + B + C + D),
V = (A + B-C-D)/(A + B + C + D),

wobei A eine Spannung über die Elektrode 4A, B eine Spannung über dieElektrode 4B, C eine Spannung über die Elektrode 4C und D eine Spannung über die Elek­ trode 4D darstellen. Fig. 17 zeigt diese Spannungs­ verhältnisse H, V, wenn die Antenne 8 relativ zum Strahlpositionsmonitor 2 in Richtung der x-Achse oder y-Achse bewegt wird. Die Verhältnisse H, V werden auf der H-V-Ebene aufgezeichnet, wenn die Antenne 8 sich in Richtung der y-Achse bewegt, während der Wert von x konstant gehalten wird (z.B x = 0, ±1 mm, ±2 mm, ...), oder in Richtung der x-Achse, während der Wert von y konstant gehalten wird (z. B. y = 0, ±1, ±2, ...).

Somit kann durch Aufzeichnung der vom Strahlposi­ tionsmonitor 2 angegebenen Spannungsverhältnisse H, V auf der H-V-Ebene, wie in Fig. 17 gezeigt ist, wäh­ rend die Zahl von horizontalen oder vertikalen ausge­ zogenen Linien pro Längeneinheit geändert wird, die Position der Antenne 8 festgestellt und dann auf der Grundlage hiervon in eine geeignete Position korri­ giert werden. Aus diesem Grund werden die ausgezoge­ nen Linien als "Korrekturkurven" bezeichnet. Im Falle des Strahlpositionsmonitors 2 kann die Position des Strahls erkannt werden auf der Basis der vom Monitor 2 ausgegebenen Spannungsverhältnisse H, V und der auf der H-V-Ebene aufgezeichneten Korrekturlinien. Die offensichtliche Asymmetrie der Korrekturlinien in bezug auf die Mitte der H-V-Ebene ergibt sich aus Veränderungen in der Befestigung der Elektroden 4A bis 4D.

Mit den vorbeschriebenen bekannten Korrekturverfahren des Strahlpositionsmonitors 2 können genaue Posi­ tionsmessungen in den Fällen durchgeführt werden, in denen die Größe oder der Durchmesser des Strahls so klein ist wie die bzw. der der Antenne 8, aber sie werden unmöglich, selbst wenn die Strahlmitten kon­ zentrisch mit der Antenne 8 ist, solange wie der Durchmesser oder die Größe des Strahls größer als der Antennendurchmesser ist mit einer von der Mitte des Strahlpositionsmonitors 2 abweichenden Strahlmitte. In einem Synchrotron für die elektromagnetische Be­ schleunigung eines in dieses eingebrachten niedrigen­ ergetischen Strahls ist es sehr schwierig, die Posi­ tion des Strahls genau festzustellen, da der Durch­ messer des Strahls zum Zeitpunkt seiner Einbringung sehr groß ist.

Demgemäß besteht die Absicht der vorliegenden Erfin­ dung darin, die vorbeschriebenen Probleme bei dem bekannten Strahlpositionsmonitor zu überwinden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Strahlposi­ tionsmonitor zu schaffen und ein Verfahren zur Fest­ stellung der Strahlposition zu entwickeln, mit denen die Position eines Strahls genau erfaßt werden kann, selbst wenn der Strahldurchmesser groß ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach einem Aspekt der Erfindung ein Strahlpositionsmonitor vorgesehen, wel­ cher aufweist: eine Vakuumkammer, durch welche ein Strahl von geladenen Teilchen hindurchgeht; eine Mehrzahl von in der Vakuumkammer angeordneten Elek­ troden zum Induzieren von Spannungen, wenn der Strahl durch die Vakuumkammer hindurchgeht; eine Vorrichtung zur Bestimmung eines ersten Spannungsverhältnisses auf der Grundlage der durch den Strahl an den jewei­ ligen Elektroden induzierten Spannungen; eine in der Vakuumkammer an einer Stelle, durch die der Strahl hindurchgeht, angeordnete Antenne zum Induzieren von Spannungen an den jeweiligen Elektroden; und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines zweiten Spannungs­ verhältnisses auf der Grundlage der durch die Antenne an den jeweiligen Elektroden induzierten Spannungen und zur Korrektur des ersten Spannungsverhältnisses unter Verwendung des so bestimmten zweiten Spannungs­ verhältnisses, worin die Antenne eine Querschnitts­ fläche hat, die gleich der des Strahls ist.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Strahlpositionsmonitor vorgesehen, welcher aufweist: eine Vakuumkammer, durch welche ein Strahl von gela­ denen Teilchen hindurchgeht; eine Mehrzahl von in der Vakuumkammer angeordneten Elektroden zum Induzieren von Spannungen, wenn der Strahl durch die Vakuumkam­ mer hindurchgeht; eine Vorrichtung zur Bestimmung eines ersten Spannungsverhältnisses auf der Grundlage der durch den Strahl an den jeweiligen Elektroden induzierten Spannungen; eine in der Vakuumkammer an einer Stelle, durch die der Strahl hindurchgeht, an­ geordnete Antenne zum Induzieren von Spannungen an den jeweiligen Elektroden; und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines zweiten Spannungsverhältnisses auf der Grundlage der durch die Antenne an den jeweiligen Elektroden induzierten Spannungen und zur Korrektur des ersten Spannungsverhältnisses unter Verwendung des so bestimmten zweiten Spannungsverhältnisses, worin die Antenne eine Querschnittsfläche hat, die wesentlich kleiner ist als die des Strahls, und das zweite Spannungsverhältnis wird erhalten durch Kor­ rektur des ersten Spannungsverhältnisses durch Be­ rechnungen.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Feststellung einer Strahlposition die Schritte auf: Beschleunigen eines Strahls in einem Beschleunigungsring auf einen vorbestimmten höheren Energiepegel durch Anwendung elektromagnetischer Fel­ der; Abbremsen des so beschleunigten Strahls auf ei­ nem anfänglichen Energiepegel, bei dem der Strahl in den Beschleunigungsring eingebracht wird; und Messen der Position des so auf den anfänglichen Energiepegel abgebremsten Strahls.

Nach noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Strahlpositionsmonitor vorgesehen, welcher aufweist: einen in einer Strahlbahn angeordneten Strahlschaber zum Schaben eines in einem Beschleunigungsring krei­ senden Strahls auf eine vorbestimmte Strahlgröße und eine Vorrichtung zum Messen der Position des geschab­ ten Strahls mit der vorbestimmten Strahlgröße.

Nach wiederum einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Feststellung einer Strahlpo­ sition die Schritte auf: Erzeugen eines elektromagne­ tischen Einbringungsimpulses zur Änderung eines Teils einer Strahlbahn in einem Beschleunigungsring nahe einem Strahleinbringungspunkt; Einbringen eines Strahls von geladenen Teilchen in den Beschleuni­ gungsring in einer solchen Weise, daß die Zeit der Beendigung der Strahleinbringung im wesentlichen mit der Zeit zusammenfällt, in der der elektromagnetische Einbringungsimpuls eine Spitze erreicht; und Erfassen der Position des eine kleine Querschnittsfläche auf­ weisenden Strahls.

Nach schließlich noch einem weiteren Aspekt der Er­ findung weist ein Verfahren zur Feststellung einer Strahlposition die Schritte auf: Erzeugen eines elek­ tromagnetischen Einbringungsimpulses zur Änderung eines Teils einer Strahlbahn in einem Beschleuni­ gungsring nahe einem Strahleinbringungspunkt; Ein­ bringen eines Strahls von geladenen Teilchen in den Beschleunigungsring zu einer Zeit, zu der der elek­ tromagnetische Einbringungsimpuls eine Spitze er­ reicht, wobei der Strahl eine Länge hat, die im we­ sentlichen gleich der Umfangslänge des Beschleuni­ gungsringes ist; und Erfassen der Position des eine kleine Querschnittsfläche aufweisenden Strahls.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Strahl­ positionsmonitor nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung wiedergibt,

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung allgemei­ ner Operationsmuster eines kreisförmi­ gen Beschleunigers für geladene Teil­ chen,

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung der Wel­ lenform eines elektromagnetischen, von einem Perturbator erzeugten Feldimpul­ ses und von Strahleinbringungszeit­ punkten nach der Erfindung,

Fig. 5 die Bahn eines Strahls, der sich in verschiedener Weise zwischen einem Paar von Perturbatoren ändert,

Fig. 6 eine Annahmefläche, in der ein Strahl existieren kann,

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Strahl­ schaber nach der Erfindung,

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine Schlitz­ vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 9 eine abgewandelte Form einer Abschirm­ platte, die verwendbar ist mit der Schlitzvorrichtung nach Fig. 8 gemäß der Erfindung,

Fig. 10 eine leicht vergrößerte Darstellung der Abschirmplatte nach Fig. 9, jedoch deren Arbeitsweise zeigend,

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine abgewan­ delte Form eines Strahlschabers nach der Erfindung,

Fig. 12 in vergrößertem Maßstab eine Abschirm­ platte des Strahlschabers nach Fig. 11,

Fig. 13 eine schematische Draufsicht eines allgemeinen Typs eines kreisförmigen Beschleunigers für geladene Teilchen,

Fig. 14 einen Querschnitt durch einen bekann­ ten Strahlpositionsmonitor,

Fig. 15 eine schematische Darstellung eines Signalverarbeitungssystems für den Strahlpositionsmonitor nach Fig. 14,

Fig. 16 eine Perspektivdarstellung zur Erläu­ terung eines bekannten Verfahrens zur Korrektur der Strahlposition unter Verwendung des Monitors nach Fig. 14, und

Fig. 17 das Ergebnis der nach dem bekannten Verfahren durchgeführten Korrektur.

Fig. 1 illustriert im Querschnitt einen Strahlposi­ tionsmonitor nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Figur werden Elemente, die die gleichen wie in Fig. 14 sind oder diesen entspre­ chen, durch die gleichen Bezugszeichen identifiziert, und es wird daher auf ihre nähere Beschreibung ver­ zichtet. Eine Antenne 10 in Fig. 1 hat eine Quer­ schnittsfläche, die annähernd gleich der Größe eines Strahls von geladenen Teilchen ist. Das Verfahren zur Korrektur der Strahlposition gemäß der Erfindung ist im wesentlichen das gleiche wie das vorerwähnte be­ kannte Verfahren mit Ausnahme der Tatsache, daß die Größe der Antenne 10 unterschiedlich ist gegenaüber der der bekannten nach Fig. 14. Durch Verwendung der großen Antenne 10 ist es möglich, die Position des Strahls genau zu messen oder zu erfassen, selbst wenn die Größe oder der Durchmesser des Strahls groß ist und die Mitte des Strahls von der Mitte des Monitors 2 abweicht. Obgleich die dargestellte Antenne 10 ei­ nen elliptischen Querschnitt hat, kann sie auch eine andere Querschntitsform aufweisen, wie eine Kreisform oder dergleichen.

Obgleich im vorstehenden ersten Ausführungsbeispiel eine Antenne 10 mit einem großen Querschnitt verwen­ det wird, um Korrekturkurven für einen Strahl von großem Querschnitt zu bilden, können solche Korrek­ turkurven durch mathematische Berechnungen erhalten werden. In diesem Fall können jedoch Variationen in den Montagepositionen der Elektroden 4A bis 4D, die zu einer Asymmetrie der gemessenen Korrekturkurven führen, nicht durch Berechnungen gefunden werden. Um dieses Problem zu bewältigen, werden zuerst Korrek­ turkurven für einen großen Strahl berechnet und dann modifiziert oder korrigiert durch Verwendung einer herkömmlichen feinen Antenne 8 (s. Fig. 14) mit einem kleinen Durchmesser (d. h. geringer als die Strahlgrö­ ße) zur Erzielung genauer Korrekturkurven.

Fig. 2 zeigt die Arbeitsweise dieses Ausführungsbei­ spiels. Zuerst wird im Schritt S1 die Größe des Strahls auf einen willkürlichen Wert gesetzt, und Spannungsverhältnisse H, V in bezug auf die Strahlpo­ sition (x, y) werden durch Berechnungen bestimmt, d. h. durch Verwendung eines bekannten Analyseverfah­ rens für zweidimensionale elektromagnetische Felder, wie einem kommerziellen Programm, das "Poisson" be­ zeichnet und von Ronulard Holsinger hergestellt sowie vom Los Alamos National Laboratory vertrieben wird. Dann werden im Schritt 2 Korrekturkurven berechnet durch aufeinanderfolgende Bewegung der Position des Strahls Schritt für Schritt (z. B. jedesmal um 1 mm) in Richtung der x-Achse oder y-Achse. Nachfolgend wird im Schritt S3 die Beziehung zwischen den Span­ nungsverhältnissen H, V und der Strahlposition (x, y) gemessen unter Verwendung der feinen Antenne 8 wie in der bekannten Vorrichtung nach Fig. 14, und dann wer­ den im Schritt S4 Korrekturkurven, wie in Fig. 13 ge­ zeigt, gemessen, während die Strahlposition (x, y) aufeinanderfolgend in Schritten von 1 mm in Richtung der x-Achse oder y-Achse bewegt wird. In diesem Fall enthalten die im Schritt S2 erhaltenen berechneten Korrekturkurven Einflüsse aufgrund der Strahlgröße, und die gemessenen Korrekturkurven enthalten Einflüs­ se aufgrund von Veränderungen hinsichtlich der Befe­ stigung der Elektroden 4A bis 4D. Demgemäß werden im Schritt S5 die Intervalle zwischen den gemessenen Korrekturkurven gleich denen der berechneten Korrek­ turkurven gemacht, so daß die schließlichen Korrek­ turkurven hierdurch im Schritt S6 erhalten werden. Obgleich in diesem Fall die Strahlposition (x, y) schrittweise um 1 mm bewegt wird, kann die Größe je­ der schrittweisen Bewegung einen anderen Wert aufwei­ sen.

Fig. 3 zeigt ein Operationsmuster eines kreisförmigen Beschleunigers für geladene Teilchen wie eines Syn­ chrotrons gemäß Fig. 13. In Fig. 3 bezeichnet die Abszisse die Zeit t, und die Ordinate bezeichnet die Strahlenergie E. Um einen Strahl von geladenen Teil­ chen mit dem geringsten Energieverlust zu beschleuni­ gen, ist es notwendig, die magnetischen Feldstärken jedes Krümmungs-Elektromagneten 1 (s. Fig. 18) und jedes nicht gezeigten Quadrupolmagneten, die um den Strahlbeschleunigungsring oder -kanal herum angeord­ net sind, gemäß dem Anstieg der Strahlenergie E zu erhöhen, während das Feldstärkenverhältnis des Krüm­ mungsmagneten zum Quadrupolmagneten auf einem kon­ stanten Wert gehalten wird.

Das Operationsmuster des gewöhnlichen kreisförmigen Beschleunigers für geladene Teilchen nach Fig. 13 ist derart, daß ein Strahlbeschleunigungs/-bremsmuster, wie in Fig. 3 gezeigt, in kontinuierlicher Weise wie­ derholt wird. Um einen Strahl aus dem Strahlbeschleu­ nigungsring herauszunehmen, nachdem der Strahl auf einen vorbestimmten Energiepegel beschleunigt wurde, ist es nicht erwünscht, die Leistungszufuhr zu allen Magneten in ihren relativen Verhältnissen in gleichem Maße herabzusetzen, insbesondere in einem Bereich, in welchem die Magnetfeldstärke abfällt. Wenn jedoch in einem solchen Magnetfeldbereich die Magnetfelder von allen Magneten relativ zueinander in gleichem Maße reduziert werden, kann der Strahl auf den Einbringungs-Energiepegel (z. B. 20 MeV) ohne Energie­ verlust herabgesetzt werden, wenn er nicht aus dem Beschleunigungsring herausgenommen wird.

Im Falle eines Elektronenbeschleunigungsgeräts wird, je höher die Strahlenergie ist, desto geringer die Strahlgröße aufgrund eines Strahlungsverlustes von Energie. Wenn es beispielsweise 0, 5 Sekunden dauert, den Strahl von einem Einbringungs-Energiepegel (z.B. 20 MeV) auf einen vorbestimmten höheren Energiepegel (z. B. 100 MeV) zu beschleunigen, und der dann abge­ bremst wird, wird die Strahlgröße ausreichend klein, selbst nachdem der Strahl auf den Einbringungs-Ener­ giepegel abgebremst ist. Demgemäß werden gute Ergeb­ nisse erhalten, wenn die Position des Strahls zu ei­ ner Zeit erfaßt wird, nachdem der Strahl zuerst be­ schleunigt und dann abgebremst wurde.

In einem gewöhnlichen Synchrotron wird eine gute Mes­ sung oder Erfassung durchgeführt, wenn die Position eines Strahls erfaßt wird, nachdem die Strahlenergie von ihrem Einbringungs-Energiepegel angehoben ist, um die Strahlgröße zu reduzieren. Da die Position oder die Bahn eines Strahls im allgemeinen abhängig von seinem Energiepegel variiert und da eine Strahlposi­ tionsinformation in einem niedrigen Energiebereich erforderlich ist, in dem die Energie eines Einbrin­ gungsstrahls liegt, ist das vorstehende Verfahren wirksam. Die Gründe, weshalb die Strahlpositionsin­ formation im niedrigen Energiebereich erforderlich ist, sind folgende. Im niedrigen Energiebereich näm­ lich ist die Strahlgröße groß, und daher ist ein grö­ ßerer Bereich oder Raum erforderlich für die Bahnbe­ wegung des Strahls, und eine Abweichung von der Strahlposition oder -bahn wird am größten bei einem niedrigen Strahlenergiepegel infolge von Einflüssen von magnetischen Restfeldern von um den Strahlbe­ schleunigungsring oder -kanal angeordneten Elektroma­ gneten.

Selbst wenn beispielsweise ein Strahl von 100 mA in einem horizontalen Bereich von 100 mm zum Zeitpunkt der Strahleinbringung existiert, nimmt die Strahlgrö­ ße ab entsprechend der erhöhten Geschwindigkeit des Strahls. Somit wird die horizontale Strahlgröße auf 10 mm reduziert, wenn der Strahl von 100 mA auf einen Energiepegel von 100 meV beschleunigt wurde. Das heißt, die erforderliche horizontale Länge der Vaku­ umkammer mit einer Strahlenergie von 100 MeV kann 10 mm sein, obwohl die zum Zeitpunkt der Strahleinbrin­ gung erforderliche 100 mm beträgt. Demgemäß ergeben sich in einem Energiebereich von 100 MeV mit einer Vakuumkammergröße von 100 mm keine Probleme, selbst wenn eine Abweichung von mehreren cm in der Strahlpo­ sition auftritt, jedoch führt zur Zeit der Strahlein­ bringung eine derartige Abweichung zu einer Abnahme des Strahlstroms. Daher wird nach der Feststellung einer Abweichung der Strahlposition in dieser Weise die Strahlbahn mittels eines Korrektur-Elektromagne­ ten korrigiert oder modifiziert, um eine vorbestimmte Strahlposition zu erhalten, wodurch die Einbringungs- Strahlenergie erhöht wird.

Hier ist festzustellen, daß, je größer der Strahl­ strom ist, desto größer der Ausgangssignalpegel des Strahlpositionsmonitors 2 wird, wodurch eine entspre­ chend verbesserte Strahlpositionserfassung ermöglicht wird. Nach dem vorbeschriebenen Verfahren, bei wel­ chem ein neuer Strahl eingebracht wird, nachdem die Größe des bereits existierenden, im Beschleunigungs­ ring kreisenden Strahls durch Abbremsen ausreichend reduziert wurde, bewirkt die Einbringung des neuen Strahls keinen bemerkenswerten Verlust der bereits angesammelten Energie des existierenden, im Beschleu­ nigungsring kreisenden Strahls, so daß die Größe des Gesamtstrahlstroms mit wiederholtem Einbringen von Strahlen allmählich erhöht wird. Jedoch geht eine begrenzte Menge von Strahlenergie bei jeder Einbrin­ gung, jeder Beschleunigung und jeder Bremsung des Strahls verloren, so daß der Anstieg des Strahlstroms auf einen bestimmten Maximalwert begrenzt ist, der durch die Größe des Energieverlustes bestimmt wird. Es ist offensichtlich, daß, je geringer der Energie­ verlust ist, eine desto größere Menge des Strahl­ stroms angesammelt werden kann.

In dem Synchrontron kann ein Teil des Strahls während der Beschleunigungen verloren gehen, so daß, um den Umfang des Energieverlustes zu minimieren, es er­ wünscht ist, daß die Beschleunigungen und Abbremsun­ gen wiederholt bei der geringstmöglichen Energie durchgeführt werden. Fig. 3 zeigt eine derartiges Beispiel. In dieser Figur ist ein höherer Energiepe­ gel auf 100 MeV gesetzt, obgleich er bestimmt werden sollte unter Berücksichtigung eines Strahlungsverlu­ stes. In diesem Beispiel wird ein Strahl mit einem anfänglichen oder Einbringungs-Energiepegel von etwa 20 MeV auf etwa 100 MeV beschleunigt, dann auf den anfänglichen oder Einbringungs-Energiepegel abge­ bremst, worauf ein neuer Strahl eingebracht wird. Ein derartiges Operationsmuster wird so oft wie nötig wiederholt, so daß, nachdem der Strahlstrom ausrei­ chend zugenommen hat, der Strahl weiter beschleunigt wird auf einen vorbestimmten Energienennwert (zum Beispiel etwa 1 GeV), und dann wird die Strahlposi­ tion erfaßt. Der Grund, weshalb die Strahlposition nicht im Muster der Erhöhung der Strahlenergie auf 100 MeV und nachfolgenden Abbremsung auf den Einbrin­ gungs-Energiepegel erfaßt wird, liegt darin, daß die Strahlposition in diesem Beschleunigungs/Abbremsungs- Muster im allgemeinen unterschiedlich gegenüber der ist, die im Muster der Beschleunigung eines Strahle auf die Nennenergie und Abbremsung auf den Einbrin­ gungs-Energiepegel festgestellt wird.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Im allgemeinen wird, wie in Fig. 13 dargestellt ist, ein Strahl durch einen Ein­ lenkkondensator 11 in einen Strahlbeschleunigungsring oder -kanal eingebracht. Zu diesem Zweck ist es er­ forderlich, die Strahlbahn zu einem Einbringungspunkt oder Einlaß des Einlenkkondensators 11 zu versetzen und sie nach Beendigung der Strahleinbringung in die ursprüngliche Bahn zurückzuführen. Einbringungs-Im­ pulsgeneratoren oder Perturbatoren 12 in Form von Elektromagneten sind an den den Einlenkkondensatoren 11 entgegengesetzten Seiten angeordnet und werden nur zur Zeit einer Strahleinbringung erregt, um einen Magnetfeldimpuls zu erzeugen, der beispielsweise die in Fig. 4 gezeigte Wellenform hat. Die Zahl der Per­ turbatoren 12 beträgt im allgemeinen zwei oder drei und sie dienen nur dazu, die Strahlbahn zwischen den Perturbatoren 12 einschließlich des Einlenkkondensa­ tors 11 zu verändern. Fig. 5 zeigt die Veränderung der Strahlbahn 14 auf unterschiedliche Weise zwischen den Perturbatoren 12.

Bei dieser Art von Strahleinbringungsverfahren wird eine Vielzahl von Strahleinbringungen durchgeführt, um die Vakuumkammer mit einer Vielzahl von Strahlen zu füllen. Der Strahldurchmesser ist unmittelbar nach der Strahleinbringung sehr groß. Fig. 6 zeigt einen Bereich in der Vakuumkammer, in der Strahlen auftre­ ten können, und dieser Bereich wird nachfolgend als "Annahmebereich" bezeichnet. Da die Bewegung jedes Elektrons in einem Strahl einen Neigungswinkel rela­ tiv zur Richtung der Übertragung oder Bewegung des Strahls hat, liegt der Annahmebereich im allgemeinen nicht in einer zweidimensionalen Ebene (d. h. nicht in einer horizontalen oder vertikalen Ebene), sondern er wird dargestellt in einer Phasenebene, in welcher die Ordinate einen Neigungswinkel und die Abszisse die Strahlgröße anzeigen. Demgemäß gibt es zwei Arten von Annahmebereichen, von denen der eine in einer hori­ zontalen Ebene und der andere in einer vertikalen Ebene angenommen wird. In Fig. 6 ist ein Annahmebe­ reich in der horizontalen oder x-Achsen-Richtung al­ lein gezeigt, der einen kreisförmigen Bereich bildet und durch eine äußere Peripherielinie oder einen Kreis einer äußersten Ringfläche, die mit a3 bezeich­ net ist, definiert wird. Im Falle der Einbringung eines Strahls schwankt der Einbringungsstrahl nicht in einer vertikalen Richtung, so daß nur ein horizon­ taler Annahmebereich zu betrachten ist.

Wenn ein Strahl in den Beschleunigungsring zu einer Zeit während einer Einbringungszeitdauer 15 gemäß Fig. 4 eingebracht wird, ist der vorerwähnte kreis­ förmige Annahmebereich, der in Fig. 6 dargestellt ist, anfänglich mit dem Strahl gefüllt. Der einge­ brachte Strahl wird dann aufeinanderfolgend durch elektromagnetische Hochfrequenzfelder im Beschleuni­ gungsring beschleunigt, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Mit zunehmender Strahlenergie nimmt die Strahlgröße bzw. dessen Durchmesser ab.

Um den so eingebrachten Strahl auf optimale Weise zu beschleunigen, ist es erforderlich, die genaue Posi­ tion des umlaufenden Strahls zu erfassen. Zu diesem Zweck ist eine Mehrzahl von Strahlpositionsmonitoren 2 entlang des Beschleunigungsrings angeordnet, wie in Fig. 13 illustriert ist. Jedoch können aus den vor­ erwähnten Gründen die Strahlpositionsmonitoren 2 die exakte Position des Strahls, der eine erhebliche Grö­ ße oder große Querschnittsfläche hat, nicht erfassen bzw. messen. Somit ist es unmöglich, die genaue Bahn eines Strahls unmittelbar nach seiner Einbringung zu erfassen bzw. zu messen.

Um dieses Problem zu bewältigen, wird der Strahl durch einen Strahlschaber auf eine geringere Größe gebracht und die Position des auf diese Weise redu­ zierten Strahls wird dann gemessen. Fig. 7 zeigt ei­ nen Querschnitt eines derartigen Strahlschabers und Fig. 13 zeigt die Position des Strahlschabers 18 im Beschleunigungsring. Gemäß Fig. 7 sind ein Paar von ersten oder vertikalen Abschirmplatten 19 in Form von Metallplatten und ein anderes Paar von zweiten oder horizontalen Abschirmplatten 20 in der Form von Me­ tallplatten einander entgegengesetzt in einer Vakuum­ kammer 3 angeordnet, so daß sie durch eine Antriebs­ vorrichtung 21 in Form von Motoren aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden können. Das Paar von zweiten Abschirmplatten 20 ist senkrecht zu dem Paar von ersten Abschirmplatten 19 angeordnet. Deh­ nungsmanschetten 22 sind zwischen der zugeordneten Antriebsvorrichtung 21 und der Vakuumkammer 3 ange­ ordnet, so daß sie die entsprechenden Antriebsstäbe der Antriebsvorrichtungen 21 umschließen zur Aufrech­ terhaltung des Vakuums in der Vakuumkammer 3 und zur Vermeidung eines Lufteintritts. Der beabsichtigte Zweck des Strahlschabers besteht darin, den Strahl zu reduzieren, um die Stärke und Verteilung des Strahls zu erfassen, wenn der Strahl in einem hohen Energie­ zustand stabil ist. Um diesen Zweck zu erreichen, kann der Strahlschaber irgendwo im Beschleunigungs­ ring angeordnet sein. Um die Position des Strahls unmittelbar nach seiner Einbringung zu erfassen, sollte der Strahlschaber an einer anderen Stelle als zwischen den benachbarten Perturbatoren 12 angeordnet sein. Wenn nämlich der Strahlschaber zwischen den Perturbatoren 12 angeordnet ist, kann ein Einbringungsstrahl auf die Abschirmplatten 20 auf­ treffen, so daß ein ordnungsgemäßer Eintritt in den Beschleunigungsring verhindert wird, wenn die Rich­ tung oder die Stelle der Einbringung des Strahls durch die Perturbatoren 12 eingestellt oder verändert wird. Die an einer anderen Stelle angeordneten Ab­ schirmplatten dagegen verhindern nicht den Eintritt eines Strahls oder stören die Richtung des eintreten­ den Strahls, wenn sie zur Einstellung der Größe des umlaufenden Strahls bewegt werden. Somit kann die Größe des kreisenden Strahls durch die Abschirmplat­ ten willkürlich eingestellt werden, ohne daß die Ein­ bringung eines Strahls in irgendeiner Weise beein­ trächtigt wird.

Obgleich in dem in Fig. 7 illustrierten Ausführungs­ beispiel zwei Paare von Abschirmplatten 90, 20 ver­ wendet werden, kann auch nur ein Paar von diesen oder nur eine Abschirmplatte eingesetzt werden, wenn dies gewünscht oder notwendig sein sollte.

Darüber hinaus kann eine Schlitzvorrichtung gemäß Fig. 8 anstelle des Strahlschabers nach Fig. 7 ver­ wendet werden unter Erzielung des im wesentlichen gleichen Ergebnisses. Gemäß Fig. 8 ist eine Abschirm­ platte 23 in Form eines Metallblocks mit einem Durch­ gangsloch oder Schlitz 23a darin in einer Vakuumkam­ mer 3 angeordnet und über einen Antriebsstab 21a mit einer Antriebsvorrichtung 21 in Form eines Motors verbunden, so daß sie von der Antriebsvorrichtung 21 angetrieben wird zur Bewegung zwischen einer ersten oder zurückgezogenen Stellung, in welcher sie sich außerhalb der Bahn des Strahls befindet, und einer zweiten oder ausgefahrenen Stellung, in welcher sie sich in der Bahn des Strahls befindet, derart, daß sie das Innere der Vakuumkammer 3 in einer Richtung senkrecht zur Bahn des Strahls durchquert, um den Durchgang eines Teils des Strahls zu ermöglichen und die Querschnittsfläche oder Größe des Strahls in eine Querschnittsform entsprechend der des Schlitzes 23a zu bringen. Eine Dehnungsmanschette 22 ist zwischen der Antriebsvorrichtung 21 und der Vakuumkammer 3 angeordnet, um das Vakuum in dieser abzudichten.

Fig. 9 zeigt eine abgewandelte Form einer Abschirm­ platte 30, die die Abschirmplatte 23 gemäß Fig. 8 ersetzen kann. Bei dieser Abwandlung besteht die Ab­ schirmplatte 30 aus einer keramischen Platte mit ei­ ner fluoreszierenden Beschichtung und sie weist meh­ rere (im dargestellten Beispiel 2) Durchgangslöcher oder Schlitze 30a, 30b für den Durchgang eines Strahls auf. Die Durchgangslöcher 30a, 30b haben ei­ nen gegenseitigen Abstand in der Richtung der Bewe­ gung der Abschirmplatte 30 und sie haben eine unter­ schiedliche Größe bzw. Querschnittsfläche. Im illu­ strierten Beispiel ist das Durchgangsloch 30a nahe dem hinteren Ende der Platte 30 größer als das Durch­ gangsloch 30b an deren vorderem Ende. Beispielsweise liegt der Durchmesser des Durchgangsloches 30a im Bereich von etwa 4 mm bis etwa 5 mm.

Fig. 10 illustriert die Abschirmplatte 30 in einem etwas vergrößerten Maßstab, in der eine durch eine unterbrochene Linie wiedergegebene größere Ellipse einen die Platte 30 treffenden Strahl 33a bei einer ersten Umdrehung nach der Einbringung des Strahls darstellt, und eine durch eine ausgezogene Linie wie­ dergegebene kleinere Ellipse 33b stellt den Strahl bei einer zweiten Umdrehung dar. Im Betrieb läuft der vom Einlenkkondensator 11 (siehe Fig. 13) eingebrach­ te Strahl durch den Beschleunigungsring oder Strahl­ kanal, wobei seine Position und Größe bzw. Durchmes­ ser durch magnetische Hochfrequenzfelder, die durch um den Strahlkanal angeordnete, nicht gezeigte Elek­ tromagnete erzeugt werden, verändert werden, und er erreicht die fluoreszierende Platte 30, die zuvor durch die Antriebsvorrichtung 21 an eine Stelle be­ wegt wurde, die vom Strahl passiert wird. Der Strahl trifft auf die fluoreszierende Platte 30 und erzeugt ein fluoreszierendes Licht, das durch ein nicht ge­ zeigtes Fenster in einer Wand der Vakuumkammer 3 mit­ tels einer nicht dargestellten Kamera beobachtet wer­ den kann. Somit können die Querschnittsform und die Position des Strahls von der Kamera festgestellt oder gemessen werden. Insbesondere kann durch Betrachten der fluoreszierenden Platte 30 durch die Kamera eine Bedienungsperson den Motor 21 steuern, um die Platte 30 in einer Richtung quer zur Strahlbahn einzustel­ len, so daß der Strahl 33a bei einer ersten Umdrehung durch das Durchgangsloch 30a in der Platte 30 hin­ durchgehen kann. Auf diese Weise wird der Strahl 33a durch die Platte 30 auf die gleiche Größe wie das Durchgangsloch 30a reduziert, und der durch das Durchgangsloch 30a hindurchgehende Teil bewegt sich entlang des Strahlkanals und trifft bei der zweiten Umdrehung wieder auf die Platte 30 als Strahl 33b, wobei er ein zweites Mal ein fluoreszierendes Licht erzeugt. Somit kann die Position des Strahls 33b bei der zweiten Umdrehung beobachtet und damit mehr In­ formation durch Verwendung eines einzelnen Monitors erhalten werden. Zusätzlich kann durch geeignete Ein­ stellung der Platte 30 mittels des Motors 21 der Strahl 33b bei der zweiten Umdrehung durch das klei­ nere Durchgangsloch 30b hindurchgehen, so daß der Strahl bei der dritten Umdrehung für weitere Informa­ tionen beobachtet werden kann.

Der Strahl 33 hat bei der ersten Umdrehung einen Durchmesser von etwa 30 bis 40 mm und ist damit rela­ tiv groß, und seine Energie ändert sich von seiner radial inneren Seite zu seiner radial äußeren Seite. Demgemäß kann durch geeignete Einstellung der Platte 30 das Durchgangsloch 30a dazu dienen, einen speziel­ len Teil des Strahls 33a mit einem bestimmten Ener­ gieband hindurchzulassen, wodurch sich ändernde Strahlparameter gemessen werden können. Anstelle der Verwendung eines einzigen Durchgangslochs kann auch eine Mehrzahl von Durchgangslöchern mit unterschied­ lichen Durchmessern für den gleichen Zweck eingesetzt werden. In diesem Fall kann gleichzeitig eine Mehr­ zahl von Strahlen mit sich ändernden Energiebändern erzeugt werden.

Obgleich im gezeigten Ausführungsbeispiel die Durch­ gangslöcher 30a, 30b kreisförmig sind, können sie eine andere Gestalt annehmen wie die einer Ellipse und dergleichen. Weiterhin kann eine Mehrzahl von fluoreszierenden Platten mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern an unterschiedlichen Stellen ange­ ordnet werden, so daß erforderlichenfalls einige der Platten selektiv in den Weg des Strahls bewegt werden können.

Fig. 11 zeigt eine weitere Abwandlung des Strahlscha­ bers. Dieser entspricht im wesentlichen dem nach Fig. 8 mit folgender Ausnahme. Eine Abschirmplatte 40 in der Vakuumkammer 3 ist mit dem hinteren Ende einer Antriebsstange 21a einer Antriebsvorrichtung 21 in Form eines Motors verbunden. Die Position der Ab­ schirmplatte 40 in der Vakuumkammer 3 wird abgetastet und durch einen Positionssensor in Form eines am Mo­ tor 21 befestigten Potentiometers 42 angezeigt. Eine Kamera in Form einer Fernsehkamera 44 ist außerhalb der Vakuumkammer vorgesehen, um die Abschirmplatte 40 durch ein Fenster 43 in einer Wand der Vakuumkammer 3 zu beobachten. Die Abschirmplatte 40 ist unter einem Winkel relativ zur Bahn des Strahls angeordnet, so daß sie durch die Fernsehkamera 44 beobachtet werden kann, welche im wesentlichen auf einer zur Strahlbahn senkrechten und durch die Mitte der Abschirmplatte 40 hindurchgehenden Linie angeordnet ist. Ein Röntgen­ strahlensensor 45 ist außerhalb der Vakuumkammer 3 in der Nähe der Abschirmplatte 40 vorgesehen, wobei sein vorderes Ende auf die Abschirmplatte 40 gerichtet ist. Die Abschirmplatte 40 ist aus einem Metall wie Tantal gebildet, wobei ein andersartiges Metall auf seiner Oberfläche niedergeschlagen ist zur Bildung eines Gitters oder von sich kreuzenden Streifen, wie in Fig. 12 gezeigt ist.

Wenn geladene Teilchen in einem Strahl auf die Ab­ schirmplatte 40 auftreffen, werden Röntgenstrahlen erzeugt und vom Röntgenstrahlensensor 45 erfaßt. Die Position der Abschirmplatte 40 wird zu diesem Zeit­ punkt vom Potentiometer 42 festgestellt. Eine Bedie­ nungsperson kann die Querschnittsform des auftreffen­ den Strahls mit Hilfe der Fernsehkamera 44 durch das Fenster 43 beobachten. Obgleich die Abschirmplatte 40 nicht senkrecht, sondern schräg zur Bahn des Strahls steht, kann die genaue Position des auf die Abschirm­ platte 40 auftreffenden Strahls bestimmt werden auf der Grundlage des Strahlauftreffpunktes auf der git­ terförmigen oder mit gekreuzten Streifen versehenen Oberfläche der Abschirmplatte 40 und des Winkels der Platte 40 in bezug auf die Strahlbahn.

Anstelle der Verwendung einer Metalldampfabscheidung können gekreuzte Markierungslinien auf einer Oberflä­ che der Metallplatte 40 zur Bildung eines Gitters vorgesehen werden. Die Abschirmplatte 40 kann senk­ recht zur Strahlbahn angeordnet werden und in diesem Fall ist die Fernsehkamera 40 in einem Winkel zur Oberfläche der Platte 40 angeordnet, so daß sie die Plattenoberfläche beobachten kann.

Es wird nun ein fünftes Ausführungsbeispiel der Er­ findung beschrieben. Eine gewöhnliche mehrfache Strahleinbringung wird durch Verwendung von zwei oder drei Perturbatoren 12 (siehe Fig. 13) durchgeführt. Jeder der Perturbatoren 12 erzeugt ein pulsierendes magnetisches Feld, das im Bereich von Mikrosekunden pulsiert abhängig von der Größe oder dem Außendurch­ messer des Beschleunigungsringes des kreisförmigen Beschleunigers für geladene Teilchen, um so vorüber­ gehend die Strahlbahn in die Nähe der Richtung oder der Stelle der Einbringung eines Strahls zu bewegen oder zu versetzen. Andererseits, wenn der umlaufende Strahl nach mehreren Umdrehungen notwendigerweise zu der anfänglichen oder ursprünglichen Position zurück­ kehrt, dann trifft er gegen die Wände des Einlenkkon­ densators 11 und verschwindet. Wenn weiterhin ein Strahl in einen Bereich eingebracht wird, in dem das pulsierende Magnetfeld ansteigt, wird der Strahl in gleicher Weise verschwinden. Daher muß der Strahl in einen Bereich oder zu einem Zeitpunkt eingebracht werden, in dem das pulsierende Magnetfeld abfällt.

Wie vorbeschrieben ist, illustriert Fig. 6 die hori­ zontale Position und den Neigungswinkel des umlaufen­ den oder kreisenden Strahls relativ zum Einbringungs­ strahl auf einer Phasenebene. Der Bereich, in dem der kreisende und der eingebrachte Strahl miteinander existieren können, wird bestimmt in Abhängigkeit von der Größe der Vakuumkammer 3 sowie von der Größe ei­ ner Strahldurchgangsfläche in jeder der anderen im Ring vorgesehenen Vorrichtungen. Wie erläutert wurde, definiert in Fig. 6 der äußere periphere Kreis der Fläche a3 die Grenze einer derartigen Fläche, in der die Strahlen zusammen existieren können.

Insbesondere sei angenommen, wie in Fig. 4 illustriert ist, daß eine Mehrzahl von während des Einbringungszeitbereichs 15 in den Beschleunigungs­ ring eingebracht wird, wenn ein Magnetfeld mit der dargestellten Wellenform durch den Perturbator 12 erzeugt wird. In diesem Fall kreist der im ersten Zeitpunkt t1 eingebrachte Strahl im Beschleunigungs­ ring, während er durch eine erste Fläche a1 in Fig. 6 hindurchgeht. In entsprechender Weise kreisen die Strahlen, die zu einem mittleren oder zweiten Zeit­ punkt t2 und zu einem letzten oder dritten Zeitpunkt t3 eingebracht wurden, in einer zweiten und einer dritten Fläche a2, a3. Jeder Strahl nimmt unmittelbar nach seiner Einbringung nicht eine ringförmige Ver­ teilung an, wie in Fig. 6 gezeigt ist, sondern er nimmt über die Zeit eine ringförmige Verteilung an. Somit kann ein Strahl von geringer Größe gebildet werden durch Entfernen der Strahlen, die durch die zweite und die dritte Fläche a2, a3 hindurchgehen, während der Strahl, der durch die erste Fläche a1 allein hindurchgeht, übriggelassen wird. In diesem Fall wird die Stärke des Strahls natürlich reduziert, aber der reduzierte Strahl kann immer noch durch den Strahlpositionsmonitor 2 in einer zufriedenstellenden Weise erfaßt werden.

Zu diesem Zweck wird der Zeitpunkt der Einbringung eines Strahls in bezug auf die Wellenform 13 eines von den Perturbatoren 12 erzeugten elektromagneti­ schen Feldimpulses in einen Einbringungszeitbereich 16 gelegt, in welchem der von den Perturbatoren 12 erzeugte elektromagnetische Feldimpuls ansteigt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Auf diese Weise kann der wäh­ rend des Anstiegs des Magnetfelds eingebrachte Strahl nicht leben oder existieren, so daß nur der Strahl im ersten Bereich al existent bleibt.

Es wird nun ein sechstes Ausführungsbeispiel der Er­ findung beschrieben. Die Strahlgröße kann reduziert werden, indem ein kurzer Strahl mit einer Länge, die so kurz ist wie eine volle Kreislänge des Beschleuni­ gungsringes, an einer Stelle in der Nähe einer Spitze der pulsförmigen Magnetfeld-Wellenform eingebracht wird. Es gibt eine Anzahl von Verfahren zur Verkür­ zung der Strahllänge. Ein Beispiel von diesen Verfah­ ren besteht darin, die Zeit herabzusetzen, in der Leistung zu einem Strahlengenerator wie einer Elek­ tronenkanone, einer Ionenerzeugungsquelle und der­ gleichen geführt wird. Ein anderes Beispiel besteht in der Verkürzung der Länge eines Strahls in einer Strahlübertragungsleitung mittels eines Zerhackers.

Claims (14)

1. Strahlenpositionsmonitor mit einer Vakuumkammer, durch die ein Strahl von geladenen Teilchen hin­ durchgeht, mehreren Elektroden, die in der Vaku­ umkammer angeordnet sind zum Induzieren von Spannungen, wenn der Strahl durch die Vakuumkam­ mer hindurchgeht, einer Vorrichtung zur Bestim­ mung eines ersten Spannungsverhältnisses auf der Grundlage der durch den Strahl induzierten Span­ nungen an den jeweiligen Elektroden, um die Po­ sition des Strahls festzustellen, und einer in der Vakuumkammer an einer Stelle, durch die der Strahl hindurchgeht, angeordneten Antenne zum Induzieren von Spannungen an den jeweiligen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Bestimmung eines zwei­ ten Spannungsverhältnisses auf der Grundlage der durch die Antenne induzierten Spannungen an den jeweiligen Elektroden und zur Korrektur des er­ sten Spannungsverhältnisses unter Verwendung des so bestimmten zweiten Spannungsverhältnisses vorgesehen ist und daß die Antenne eine Quer­ schnittsfläche hat, die gleich der des Strahls ist.

2. Strahlpositionsmonitor mit einer Vakuumkammer, durch die ein Strahl von geladenen Teilchen hin­ durchgeht, mehreren Elektroden, die in der Vaku­ umkammer angeordnet sind zum Induzieren von Spannungen, wenn der Strahl durch die Vakuumkam­ mer hindurchgeht, einer Vorrichtung zur Bestim­ mung eines ersten Spannungsverhältnisses auf der Grundlage der durch den Strahl induzierten Span­ nungen an den jeweiligen Elektroden, um die Po­ sition des Strahls festzustellen, und einer in der Vakuumkammer an einer Stelle, durch die der Strahl hindurchgeht, angeordneten Antenne zum Induzieren von Spannungen an den jeweiligen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Bestimmung eines zwei­ ten Spannungsverhältnisses auf der Grundlage der durch die Antenne induzierten Spannungen an den jeweiligen Elektroden und zur Korrektur des er­ sten Spannungsverhältnisses unter Verwendung des so bestimmten zweiten Spannungsverhältnisses vorgesehen ist und daß die Antenne eine Quer­ schnittsfläche hat, die wesentlich kleiner ist als die des Strahls, wobei das zweite Spannungs­ verhältnis durch Korrektur des ersten Spannungs­ verhältnisses mittels Berechnungen erhalten ist.

3. Verfahren zur Feststellung einer Strahlposition, gekennzeichnet durch die Schritte:
Beschleunigen eines Strahls in einem Beschleuni­ gungsring auf einen vorbestimmten höheren Ener­ giepegel durch Anwendung elektromagnetischer Felder,
Abbremsen des so beschleunigten Strahls auf ei­ nen anfänglichen Energiepegel, bei dem der Strahl in den Beschleunigungsring eingebracht wird, und
Messen der Position des auf den anfänglichen Energiepegel abgebremsten Strahls.

4. Strahlpositionsmonitor, gekennzeichnet durch einen Strahlschaber, der in einer Strahlbahn angeordnet ist zum Begrenzen eines in einem Be­ schleunigungsring kreisenden Strahls auf eine vorbestimmte Strahlgröße, und eine Vorrichtung zum Messen der Position des begrenzten Strahls mit der vorbestimmten Strahlgröße.

5. Strahlpositionsmonitor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlschaber aufweist:
eine Vakuumkammer (3), durch die ein Strahl von geladenen Teilchen hindurchgeht,
eine Abschirmplattenvorrichtung, die in der Va­ kuumkammer angeordnet ist zur Begrenzung des durch die Vakuumkammer hindurchgehenden Strahls, und
eine Antriebsvorrichtung (21) zur Bewegung der Abschirmplatte (n) in einer Richtung quer zu einer Strahlbahn.

6. Strahlpositionsmonitor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplattenvorrich­ tung wenigstens eine Abschirmplatte (30) auf­ weist, in der wenigstens ein Durchgangsloch (30a, 30b) ausgebildet ist.

7. Strahlpositionmonitor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abschirmplatte (30) mehrere Durchgangslöcher (30a, 30b) mit unter­ schiedlicher Querschnittsfläche ausgebildet sind.

8. Strahlpositionsmonitor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplattenvorrich­ tung eine Mehrzahl von Abschirmplatten aufweist, in denen jeweils wenigstens ein Durchgangsloch ausgebildet ist.

9. Strahlpositionsmonitor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Abschirmplatten auf einer Oberfläche eine fluo­ reszierende Beschichtung trägt, die ein fluores­ zierendes Licht erzeugt, wenn der Strahl auf die Abschirmplatte trifft.

10. Strahlpositionsmonitor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplattenvorrich­ tung eine Abschirmplatte (40) mit einer Kreuz­ markierung zur Lieferung von Informationen über die Position eines auf die Abschirmplatte auf­ treffenden Strahls aufweist.

11. Strahlpositionsmonitor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Beob­ achtung der Abschirmplattenvorrichtung durch ein Fenster (43) in der Wand der Vakuumkammer (3) vorgesehen ist.

12. Strahlpositionsmonitor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplattenvorrich­ tung wenigstens eine erste Abschirmplatte (19) und wenigstens eine zweite, senkrecht zur ersten Abschirmplatte angeordnete Abschirmplatte (20) aufweist, und daß die Antriebsvorrichtung (21) mehrere jeweils mit den Abschirmplatten verbun­ dene Motoren enthält zur Bewegung der ersten und zweiten Abschirmplatte (n) in einer die Strahl­ bahn durchquerenden Richtung.

13. Verfahren zur Feststellung einer Strahlposition, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erzeugen eines elektromagnetischen Einbringungs­ impulses zur Änderung eines Teils einer Strahl­ bahn in einem Beschleunigungsring nahe einer Strahleinbringungsstelle,
Einbringen eines Strahls von geladenen Teilchen in den Beschleunigungsring in der Weise, daß die Zeit der Beendigung der Strahleinbringung im wesentlichen mit der Zeit zusammenfällt, in der der elektromagnetische Einbringungsimpuls einen Spitzenwert erreicht, und
Erfassen der Position des Strahls mit einer kleinen Querschnittsfläche.

14. Verfahren zur Feststellung einer Strahlposition, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erzeugen eines elektromagnetischen Einbringungs­ impulses zur Änderung eines Teils einer Strahl­ bahn in einem Beschleunigungsring nahe einer Strahleinbringungsstelle,
Einbringen eines Strahls von geladenen Teilchen in den Beschleunigungsring zu einem Zeitpunkt, zu dem der elektromagnetische Einbringungsimpuls einen Spitzenwert erreicht, wobei der Strahl eine Länge aufweist, die im wesentlichen gleich der Umfangslänge des Beschleunigungsrings ist, und
Erfassen der Position des Strahls mit einer kleinen Querschnittsfläche.