- Zyklotronanordnung zur Erzeugung eines Stromes rasch fliegender
Ionen Die Erfindung betrifft eine Zyklotronanordnung zur Erzeugung eines Stromes
sehr rasch fliegender Ionen. Die bekannten Zyklotronanordnungen bestehen aus zwei
Beschleunigungselektroden aus Blech, welche durch einen geraden Spalt voneinander
getrennt sind und zusammen die Form einer flachen, kreisrunden Dose besitzen, die
in der Mitte längs eines Durchmessers halbiert ist. Zwischen den beiden Elektroden
wird eine Wechselspannung angelegt, und die von"einer z. B. im Zentrum angebrachten
Ionenquelle gelieferten Ionen werden durch das zwischen den Elektroden herrschende
elektrische Feld bei jedem Durchlauf durch den Spalt beschleunigt. Durch ein in
- axialer Richtung wirkendes Magnetfeld werden die Ionen auf Kreisbahmen geführt.
Eine derartige Anordnung bewährt sich, wenn es sich nicht darum handelt, besonders
hohe Umlaufgeschwindigkeiten der Ionen zu erzielen. Beim Übergang zu sehr hohen
Geschwindigkeiten aber macht sich bereits die relativistische Vergrößerung der Masse
bemerkbar, so daß die Resonanz zwischen dem beschleunigenden Wechselfeld und dem
Zonenumlauf nicht mehr vorhanden ist.- Cyclotron arrangement for generating a current that is rapidly flying
Ions The invention relates to a cyclotron arrangement for generating a current
ions that fly very quickly. The known cyclotron arrangements consist of two
Accelerating electrodes made of sheet metal, which are separated by a straight gap
are separated and together have the shape of a flat, circular box, the
is halved in the middle along a diameter. Between the two electrodes
an alternating voltage is applied, and that of "one applied in the center, for example
Ions supplied to the ion source are replaced by the ions prevailing between the electrodes
electric field accelerated with each pass through the gap. Through an in
- A magnetic field acting in the axial direction, the ions are guided on circular frames.
Such an arrangement is particularly useful when it is not the case
to achieve high rotational speeds of the ions. When transitioning to very high
However, the relativistic increase in mass is already making itself felt at speeds
noticeable, so that the resonance between the accelerating alternating field and the
Zone circulation no longer exists.
Mit der vorliegenden Anordnung gelingt es, den Fehler, der sich durch
die Vergrößerung der Maße beim Übergang zu sehr hohen Geschwindigkeiten ergibt,
zu beseitigen und die Resonanz zwischen dem Ionenumlauf und der treibenden Spannung
herzustellen. Erfindungsgemäß wird die Anordnung so getroffen, daß auf jeder Seite
des Spaltes, in dem die Ionen beschleunigt werden, mehrere konzentrische, einander
umschließende Beschleunigungselektroden angeordnet sind, von denen die innerste
der Beschleunigungselektroden kreisförmig ist und die sie umschließenden weiteren
Beschleunigungselektroden die Form von Kreisringen haben, und daß die Wellenlängen
der zwischen den zusammengehörigen B schleunigungselektrodlen angelegten Wechselspannungen
derart gewählt sind,- daß sie von Elektrode zu Elektrode nach außen zunehmen. Es
ist also die Wellenlänge der an die innerste Elektrode angelegten Spannung am kleinsten,
während die Wellenlänge der an die äußerste Elektrode angelegten Spannung ,am größten
ist.The present arrangement succeeds in eliminating the error that is caused by
increases the dimensions when transitioning to very high speeds,
and eliminate the resonance between the ion circulation and the driving voltage
to manufacture. According to the invention, the arrangement is made so that on each side
of the gap in which the ions are accelerated, several concentric to each other
surrounding acceleration electrodes are arranged, of which the innermost
of the acceleration electrodes is circular and the others surrounding them
Accelerating electrodes have the shape of circular rings, and that the wavelengths
the alternating voltages applied between the associated acceleration electrodes
are chosen such that they increase outwards from electrode to electrode. It
so the wavelength of the voltage applied to the innermost electrode is the smallest,
while the wavelength of the voltage applied to the outermost electrode, is greatest
is.
Auf die beschriebene Weise gelingt es, die relativistische Massenänderung
zu kempensieren. Je weiter ein Ion nach außen gelangt, um so mehr vergrößert sich
im Verhältnis die Länge seiner Bahn und um so länger braucht es, bis es nach einem
Durchgang durch den Spalt wieder zum Spalt zurückgelangt. Die Frequenz, in welcher
die
Spannung zwischen den Beschleunigungselektroden schwankt, ist
aber nun auch entsprechend niedriger geworden, so daß zwischen der treibenden Spannung
und dem:-Ionenumlauf die notwendige Resonanz 13e.-, steht.The relativistic mass change succeeds in the manner described
to fight. The further an ion gets to the outside, the more it enlarges
in proportion the length of its path and the longer it takes to get to one
Passing through the gap back to the gap. The frequency in which
the
Voltage fluctuates between the accelerating electrodes
but now it has also become correspondingly lower, so that between the driving tension
and the: -ion circulation the necessary resonance 13e.- is available.
Die Figur zeigt schematisch eine Anorcf°'; nung nach der Erfindung.
Mit i ist die innerste Beschleunigungselektrode bezeichnet, mit z die darauffolgende,
welche die innerste Elektrode ringförmig umschließt. Auf diese folgt wiederum eine
weitere Beschleunigungselektrode 3. q. ist der Spalt, bei dessen Durchfliegen die
Ionen beschleunigt werden. Die Wellenlängen der Schwingungen, mit welc 'hen die
einzelnen Beschleunigungselektroden beaufschlagt werden (wobei stets der eine Pol
der Spannungsquelle an die eine und der andere Pol an die andere je zweier zusammengehöriger
Beschleunigungselektroden gelegt wird, wie in der Figur durch die Zeichen -F-und
- angedeutet ist), sind von innen nach außen abgestuft, derart, daß die innerste
Beschleunigungselektrode i mit der Spannung gespeist wird, welche die kleinste Wellenlänge
besitzt, während für die äußerste Elektrode die größte Wellenlänge gilt. Es @ergibt
sich bei einer Anordnung der vorliegenden Art ein Ionenstrahl, der in der Schwebungsfrequenz,
welche sich durch die überlagerung der einzelnen Frequenzen ergibt, zerbackt ist,
also kein völlig kontinuierlich umlaufender Ionenstrom. Die Anordnung bietet jedoch
die Möglichkeit, sehr hohe Ionengeschwindigkeiten bei guter Ausbeute zu erreichen.
Eine weitere- Erhöhung der Ausbeute ist dadurch möglich, daß man zur Führung der
Ionen auf Kreishahnen ein magnetisches Führungsfeld verwendet, dessen Intensität
örtlich nicht konstant ist, sondern mit zunehmendem Radius abnimmt. Durch eine solche
Feldverteilung werden nämlich die Ionen fokussiert und ein Verlust an Ionen durch
Abwandern derselben oder Abschleu-. dern an die Wand weitgehend vermieden. ":Pei-der
Wahl der Frequenzen für die Schwingungen, welche den Beschleunigungselekrkoden aufgedrückt
werden, muß man auf diese Feldform insofern Rücksicht nehmen, als man die Wellenlänge
von innen :nach außen etwas stärker zunehmen läßt, als dies bei einem örtlich konstanten
Magnetfeld zur Einhaltung der Resonanzbedingung erforderlich wäre.The figure shows schematically an anorcf ° '; tion according to the invention.
The innermost acceleration electrode is denoted by i, the following one by z
which surrounds the innermost electrode in a ring. This in turn is followed by another
further acceleration electrode 3. q. is the gap through which the
Ions are accelerated. The wavelengths of the vibrations with which they
individual acceleration electrodes are applied (whereby always the one pole
the voltage source to one and the other pole to the other two related poles
Accelerating electrodes is placed, as shown in the figure by the characters -F- and
- is indicated), are graduated from the inside out, in such a way that the innermost
Accelerating electrode i is fed with the voltage which is the smallest wavelength
possesses, while for the outermost electrode the greatest wavelength applies. It @ results
In an arrangement of the present type, an ion beam, which is in the beat frequency,
which results from the superposition of the individual frequencies, is broken,
so no completely continuously circulating ion current. However, the arrangement offers
the possibility of achieving very high ion velocities with good yield.
A further increase in the yield is possible in that one leads to the
Ions on circular taps used a magnetic guide field whose intensity
is locally not constant, but decreases with increasing radius. By such a
Field distribution, namely the ions are focused and a loss of ions through
Migration of the same or deportation. largely avoided on the wall. ": Pei-der
Choice of the frequencies for the vibrations, which are pressed on the acceleration electrode
one has to take this field form into account in so far as one has to change the wavelength
from inside: to the outside it can increase a little more than this with a locally constant
Magnetic field would be required to comply with the resonance condition.