DE839392C - Einrichtung zur Beeinflussung von kreisfoermigen Elektronenbahnen - Google Patents

Einrichtung zur Beeinflussung von kreisfoermigen Elektronenbahnen

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DE839392C
DE839392C DEP21814D DEP0021814D DE839392C DE 839392 C DE839392 C DE 839392C DE P21814 D DEP21814 D DE P21814D DE P0021814 D DEP0021814 D DE P0021814D DE 839392 C DE839392 C DE 839392C
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Rolf Dr-Ing Wideroee
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BBC Brown Boveri France SA
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BROWN AG
BBC Brown Boveri France SA
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H11/00Magnetic induction accelerators, e.g. betatrons

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  • Particle Accelerators (AREA)

Description

In verschiedenen Apparaten, wie beispielsweise einem Strahlentransformator zur Herstellung von hohen Spannungen, werden Elektronen gezwungen, längere Zeit in einer durch Stabilisierungskräfte erzeugten kreisförmigen Potentialrinne zu kreisen und eine grolle Zahl von Umläufen auszuführen. Es hat sich dal>ei als l>esonders schwierig ergelien, die Elektronen in die I'otentialrinne ein- bzw. aus derselben herauszuführen bzw. sie unter vorteilhaften Bedingungen auf einer Antikathode abzubremsen. Diese Schwierigkeiten rühren insbesondere daher, dafci alle Kräfte, die man verwendet, um den Elektronenstrahl zusätzlich zu beeinflussen, eine relativ lange Zeit, verglichen mit der Umlaufszeit der Elektronen in der Potentialrinne, (diese Zeit ist von der Größenordnung 10—8 see), zu ihrer Herstellung benötigen. Die Elektronenbahnen werden sich deswegen adiabatisch, d. h. als ob die Elektronen den Ablenkkräften trägheitslos folgen könnten, ändern, also allmählich und kontinuierlich und im allgemeinen o'hne überlagerte freie Störschwingungen. Unter diesen Umständen ist es sehr schwierig, Kräftefelder herzustellen, die solche Bahnen erzeugen, daß der größte Teil' der "Elektronen in einem engbegrenzten Strähl mit mäßiger Divergenz aus der Beschleunigungsröhre heraus bzw. zum gewünschten Ziel geführt wird. Wenn man beispielsweise die Elektronenkreisbahnen
durch zusätzliche Magnetfelder ständig erweitert, werden die Elektronen nach Erreichen der äußeren ßegrenzungskante der Potentialrinne, wo die Stabilisierungskräfte Null werden, spiralförmig nach außen verlaufen. Da aber die Potentialrinne wegen der Kreisbewegung axialsymmetrisch sein muß, werden die Elektronen die Beschleunigungsröhre gleichmäßig am ganzen Umfang verlassen, was nicht dem Gewünschten entspricht. Auch wenn
ίο man die Potentialrinne am äußeren Rand in einem gewissen Bereich durch zusätzliche Kräfte verändert, kann diese Veränderung niemals so plötzlich erfolgen, daß die Elektronen, die im allgemeinen gleichzeitig auch durch kleine zufällige Störungen beeinflußt werden, nicht an unbeabsich-. tigten Stellen aus der Beschleunigungsröhre herausgeschleudert werden.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung von kreisförmigen Elektronienbahnen,
ao bei welcher Mittel zur Ausübung von die Elektronen beeinflussenden, senkrecht zu deren Geschwindigkeit gerichteten Kräften über einen Teil des Umfanges der Elektronenkreisbahn, welcher höchstens ein Viertel dieser Kreisbahn beträgt, vorhanden sind und gleichzeitig zusätzliche Mittel zur entgegengesetzt gerichteten "Beeinflussung dieser Elektronen vorgesehen sind.
Fig. ι und 2 zeigen· Schnitte durch einen Strahlentransformator mit Ausführungsbeispielen der Erfindung. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Zentralachse des Transformators, während Fig 2 einen Schnitt in der Kreisbahnebene durch den Zentralkern des Transformators zeigt. In dem Transformatoreisen 8 wird durch die Erregerspulen 1 und 1' ein magnetischer Fluß erzeugt.
Ein Teil 3 dieses Flusses fließt über die inneren Pole 2, 2' des Transformators und erzeugt durch Induktion ein elektrisches Wirbelfeld, welches die Elektronen beschleunigt, während ein weiterer Teil 4 des Flusses über die außenliegenden Steuerpole 5, 5' fließt und hier ein magnetisches Feld erzeugt, welches die Elektronen zu einer Kreisbewegung mit dem Radius A'o in der Vakuumröhre 7 zwingt. Durch eine zweckmäßige Formgebung der Steuerpole 5, 5' übt das Magnetfeld in bekannter Weise eine Lorentzkraft auf die bewegten Elektronen aus, welche zusammen mit der Zentrifugalkraft der Kreisbewegung eine resultierende Kraft, die Stabilisierungskraft Pslai„ erzeugt, welche die Elektronen auf einen Bahnkreis mit dem Radius R0 hindrängt. Das Potential fPstabdR dieser Stabilisierungskraft ergibt dann die vorhin erwähnte Potentialrinne, in welcher die Elektronen gewissermaßen wiekleine Kugelnherumrollen. Mit 9, 9' ist ein Elektrodenpaar bezeichnet, welches über einen kleinen Teil des Kreisumfanges ablenkende Kräfte auf die Elektronen ausübt, während mit 10, 10' ein Elektrodenplattenpaar bezeichnet worden ist, welches die entgegengesetzt wirkenden Kräfte auf die Elektronen ausübt. Es ist bereits bekannt, Mittel zur Ausübung von die Elektronen l>eeinflussenden Kräften anzuwenden, die nur über einen kleinen Teil der Kreisbahn vorhanden sind; aber die Erfahrung hat gezeigt, daß die bisher angewandten Mittel nicht zu dem gewünschten Ziel führen. Wenn man beispielsweise, wie bereits öfter vorgeschlagen, eine kurze Ablenke spule oder auch kurze, radial wirkende Ablenkelektroden kurz vor der Stelle anbringt, wo man die Elektronen ausführen möchte, so zeigt sich, daß die Elektronen erst nach etwa einem weiteren halben Umlauf in der Beschleunigungsröhre die Potentialrinne verlassen, und zwar über einen unerwünscht breiten Winkelbereich. Die Fig. 3 zeigt die abgewickelte Kreisbahn K bei der Anwendung eines kurzen Ablenkfeldes F. Die Figur ist auf Grund genauer Berechnung der erzwungenen Elektronenbahnen gezeichnet worden und zeigt, daß die Elektronenbahn B tatsächlich erst um i8o° von dem Ablenkfeld F entfernt ihre größte Abweichung erfährt, wobei aber die Kurve in dieser Gegend G gleichzeitig sehr flach verläuft, so daß die Elektronen über einen breiten Winkelbereich aus der Potentialrinne heraustreten können.
Wenn man dagegen, wie in Fig. 4 gezeigt, über den restlichen Kreisumfang eine zusätzliche entgegengesetzte Kraftwirkung F2 hinzufügt, läßt sich die Bahnkurve B derart verschieben, daß die größte Abweichung 5" der Elektronenbahnen an der Stelle des Ablenkfeldes F1 auftritt, wobei die Bahnkurve eine ausgesprochen spitze Form erhält, die ein Herausführen der Elektronen über einen kleinen Teil des Umfanges ermöglicht. Die ablenkenden und entgegengesetzt wirkenden Kräfte können dabei, wie in Fig. "5 gezeigt, auch mittels besonderer, nur das Steuerfeld umfassender Spulen 11 und 11' erzeugt werden oder auch, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, durch Abierikelektroden 10, ip', die ein radiales elektrostatisches Feld erzeugen, welches die Elektronen im gewünschten Sinn ablenkt.
Die entgegengesetzten Kräfte lassen sich aber auch dadurch erzeugen, daß das im übrigen konstante Verhältnis zwischen dem Steuerfeld und dem induzierenden Feld in an sich bekannter Weise geändert wird. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß man in den Induktionspolen oder in den Steuerpolen mittels Eisensättigung eine Veränderung des Verhältnisses der beiden Felder herbeiführt. Das gleiche kann auch dadurch erreicht werden, daß man in bekannter Weise zwischen dem Steuerfeld und dem induzierenden Feld eine Phasenverschiebung erzeugt. '
Die entgegengesetzt wirkenden Kräfte können auch über nur einen Teil des Kreisumfanges wirksam sein, wie dies in Fig. 6 und 8 gezeigt worden ist. In Fig. 6 sind die entgegengesetzt wirkenden Kräfte 12 und 13 symmetrisch vor und hinter dem Ablerakfeld 14 angeordnet. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß der Fluß durch die Ablenkspule sich symmetrisch auf beiden Seiten derselben wieder schließt und dadurch entgegengesetzt gerichtete Flüsse erzeugt. Zu diesem Zweck kann man die Ablenkspule, wie in Fig. 7 angegeben, wickeln. Die resultierenden Elektronenbahnen werden dann eine kurze Spitze 15 aufweisen, die für die Herausführung der Elektronen sehr günstig ist. In Fig. 8
sind die entgegengesetzt gerichteten Felder i6und 17 unsymmetrisch zu dem Ablenkfeld 18 angeordnet, und die Elektronenbahn 15' wird dann, wie man ersieht, ebenfalls unsymmetrisch verlaufen.
Die ablenkenden und die entgegengesetzt gerichteten Kräfte können auch etwa durch Schrägstellen der Spulen bzw. Ablenkelektroden eine zur Radialrichtung senkrechte Komponente enthalten, und die Elektronenbahnen treten dann aus der sonst übliehen Ebene 19, 19' (Fig. 9) der Kreisbahn heraus. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Elektronen zum Zweck der weiteren Ablenkung zwischen weitere Ablenkplatten eintreten sollen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. In diesem Fall sollen nur diejenigen Elektronen zwischen den Platten 21, 21' abgelenkt werden, die sich bereits von der normalen Kreisbahn 19, 19' entfernt haben, und durch den schragen Einlauf 20 in das Feld zwischen 21, 21' wird verhindert, daß die Elektronen auf die innere
ίο Ablenkelektrode auftreffen und von dieser absorbiert werden. Man kann mittels derartiger Ablenkplatten 21, 2t' die Elektronen endgültig aus der Potentialrinne bzw. der Vakuumröhre herausfuhren; man kann al>er auch in umgekehrter Weise, wie in Fig. 10 gezeigt, das gleiche Verfahren dazu l>enutzen, um die Elektronen von einer außerhalb der Potentialrinne angebrachten Elektronenquelle 22 in die Potentialrinne 23 einzuführen.
Fig. 11 zeigt schematisch eine weitere Anordnung, uin die Elektronen in die Potentialrinne einzuführen. Die Gleichgewichts-ba'hn ist hier mit A' l>ezeichnet, wahrend die Kanten der Potentialrinne mit 24, 24' l>ezeichnet sind. Eine Elektronenquelle 22 Ik? findet sich etwas außerhalb der Potentialrinne und schießt Elektronen parallel bzw. unter einem flachen Winkel zu der Kante 24 in die Potentialrinne ein. Die Bahn 23 derselben wird durch die Spule 27, 28, welche zuerst eine nach der Kreisbahn A hin gerichtete Kraft 25 und direkt daneben eine entgegengesetzt gerichtete Kraft 26 erzeugt, parallel in Richtung der Kreisbahn verschoben und in dieser Weise in die Potentialrinne hineinverlegt. Falls nach weiteren Umläufen die Elektronen nochmals in den Wirkungsbereich der Spule 27, 28 kommen sollten, tritt abermals eine gleichartige Parallelverschiebung in Richtung der Kreisbahn ein, was sich für die Bewegung der Elektronen innerhalb der Potentialrinne als günstig erweist.
Um Röntgenstrahlen zu erzeugen, kann man die in Fig. 9 gezeigten Ablenkelektroden durch eine Antikathode ersetzen, in welcher die Elektronen abgebremst werden.
Sowohl die ablenkenden wie auch die entgegengesetzt wirkenden Mittel können kurzzeitig und periodisch mit der Frequenz des Transformatorfeldes eingeschaltet werden. Dies ist in Fig. 2 durch den Schalter 24 angedeutet worden, welcher die Ablenkelektrode an die Spannungsquelle 25 anschließt.
Die hier beschriebenen Anordnungen lassen sich sowohl }>ei einem Strahlentransformator wie auch l>ei Apparaten ähnlicher Art, wo kreisförmige Elektrouenbahnen vorkommen, verwenden, wie z. B.
bei dem Synchrotron sowie auch bei Betastrahlspektrographen mit kreisförmigen Elektronenbahnen.

Claims (13)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Einrichtung zur Beeinflussung von kreisförmigen Elektronenbahnen, bei welcher Elektronen in einer Vakuumröhre in einer Potentialrinne umlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Ausübung von die Elektronen beeinflussenden, senkrecht zu deren Geschwindigkeit gerichteten Kräften über einen Teil des Umfanges der Elektronenkreisbahn, welcher höchstens ein Viertel dieser Kreisbahn beträgt, vorhanden und gleichzeitig zusätzliche Mittel zur radial entgegengesetzt gerichteten Beeinflussung dieser Elektronen vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich wirkenden Mittel über den ganzen restlichen Umfang der Kreisbahn wirksam sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich wirkenden Mittel nur über einen Teil der Kreisbahn wirksam sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich wirkenden Mittel aus mindestens einer, mindestens einen Teil nur des Steuerfeldes umfassenden Spule bestehen, welche radial auf die Elektronen wirkende Kräfte erzeugt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich wirkenden Mittel aus mindestens einem, mindestens längs eines Teiles der Elektronenbahn angeordnetem Elektrodenpaar bestehen, welches radial auf die Elektronen wirkende Kräfte erzeugt.
6. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich auf die Elektronen wirkenden Kräfte durch eine Sättigung der Steuerpole hervorgerufen werden.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich auf die Elektronen wirkenden Kräfte durch eine Sättigung der Induktionspole hervorgerufen werden.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich auf die Elektronen wirkenden Kräfte durch eine Phasenverschiebung zwischen dem Steuerfeld und dem Indüktionsfeld hervorgerufen werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge^ kennzeichnet, daß die Mittel zur Ausübung von die Elektronen beeinflussenden Kräften sowie auch die zusätzlich wirkenden Mittel Kraftkomponenten erzeugen, die senkrecht zu der radialen Richtung gerichtet sind. iao
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle, wo die Mittel zur Ausübung von die Elektronen beeinflussenden Kräften sdch befinden, eine Antikathode angeordnet ist. i»5
11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-
kennzeichnet, daß an der Stelle, wo die Mittel zur Ausübung von die Elektronen beeinflussenden Kräften sich befinden, weitere Hilfsmittel angeordnet sind, um die Elektronen aus der Potentialrinne heraus- bzw. in die Potentialrinne hineinzuführen.
12. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausübung von die Elektronen beeinflussenden Kräften kurzzeitig wirksam sind.
13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Mittel zur Ausübung von die Elektronen beeinflussenden Kräften in radialer Richtung nur über einen Teil der radialen Breite der Potentialrinne wirksam ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Q 5020 5.
DEP21814D 1947-10-11 1948-11-16 Einrichtung zur Beeinflussung von kreisfoermigen Elektronenbahnen Expired DE839392C (de)

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