DE839392C - Einrichtung zur Beeinflussung von kreisfoermigen Elektronenbahnen - Google Patents
Einrichtung zur Beeinflussung von kreisfoermigen ElektronenbahnenInfo
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- H05H11/00—Magnetic induction accelerators, e.g. betatrons
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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
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)
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.
Applications Claiming Priority (1)
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CH682504X | 1947-10-11 |
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