DE856491C - Einrichtung zur Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen - Google Patents

Description

Es sind Hinrichtungen zur Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen bekannt, bei welchen, wie z.B. beim Strahlentransformator (Betatron), der Induktionsfluß und der Steuerfluß mittels derselben Erregerwicklung erzeugt werden, die mit sinusförmigem Strom gespeist wird, und bei denen beide Flüsse sich über eine Anzahl von in Radialebenen zur Wicklungsachse dieser Spule sternförmig angeordneten Jochen schließen. Bei einem derartigen Strahlentransformator muß in jedem Augenblick eine bestimmte Beziehung zwischen der magnetischen Induktion B im Erregerfluß und im Steuerfeldraum erfüllt sein, damit während des Beschleunigungsvorganges die Elektronen sich auf der vorgeschriel>enen Kreisbahn, dem sogenannten Gleichgewichtskreis, bewegen. Der zeitlich sinusförmige Verlauf der Steuerfeldstärke muß mit der ebenfalls sinusförmigen Induktionsfeldstärke im Erregerfluß gleichphasig sein, und ferner muß die Steuerfeldstärke eine bestimmte Größe gegenüber ao der Feldstärke im Erregerfluß besitzen. Ist die Induktion in einem Teil des Steuerfeldraumes kleiner oder größer als es dieser Bedingung entspricht, so weichen die Elektronen von der gewünschten Kreisbahn ab, und zwar möglicherweise so stark, daß sie nicht mehr auf den ursprünglichen Gleichgewichtskreis zurückgelenkt werden können, wie es in einem gewissen Bereich in der Umgebung des Gleichgewichtskreises bei einem bestimmten Verlauf des Steuerfeldes in radialer und axialer Richtung

der Fall ist. Die Elektronen fliegen sodann auf die Wand der Kreisringröhre und gehen für die weitere Beschleunigung verloren.

Es hat sich nun gezeigt, daß dies hauptsächlich dann auftreten kann, wenn der Steuerfeldverlauf an einem Teil des Elektronenbahnumfangs eine gewisse Phasenverschiebung gegenüber dem erforderlichen Verlauf hat, was z. B. durch größere oder kleinere Eisenverluste in einem der Joche der Fall sein kann, ίο In Fig. ι zeigt die Kurve S den richtigen zeitlichen Steuerfeldverlauf während der Beschleunigungsperiode an, der für die ganze Elektronenbahn vorhanden sein müßte, um eine Abweichung vom Gleichgewichtskreis zu vermeiden, und die Kurve F den tatsächlich vorhandenen Steuerflußverlauf in einem Joch, der durch zu hohe Eisenverluste in diesem Joch hervorgerufen sein kann. Man sieht, daß, wenn die Kurve .S" den richtigen den eingangs erwähnten Bedingungen gehorchenden Steuerfeldverlauf darstellt, ein Verlauf gemäß Kurve F diesen Bedingungen nicht mehr genügen kann, sondern daß das Steuerfeld unter diesem Joch dann etwas zu klein ist, wodurch der Induktionsfluß und der Steuerfluß nicht mehr im richtigen Verhältnis zueinander stehen.

Außer bei Strahlentransformatoren muß auch bei Synchrotrons eine bestimmte magnetischeFeldstärke und ein über den ganzen Kreis gleicher zeitlicher Verlauf derselben aufrechterhalten werden, solange die Elektronen das beschleunigende Potentialfeld immer von neuem durchlaufen. Für die Erzeugung des Steuerfeldflusses gelten somit bei einem Synchrotron entsprechende Regeln wie bei einem Strahlentransformator.

Da erfahrungsgemäß die erwähnten lokalen Phasenverschiebungen des Steuerfeldes auch bei großer Sorgfalt im Bau der Eisenteile auftreten können, soll gemäß der Erfindung in einer Einrichtung zur Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen, bei welcher der Steuerfluß mittels einer mit sinusförmigem Strom gespeisten Spule erzeugt wird und sich über einer Anzahl von in Radialebenen zur Windungsachse dieser Spule sternförmig angebrachten Jochen schließt, auf mindestens einem dieser Joche eine Spule angeordnet sein, die einen zeitlich gegenüber dem Steuerfluß phasenverschol >enen Zusatzfluß einstellbarer Größe in demjenigen Teil der Kreisringröhre erzeugt, welche dem betrachteten Joch am nächsten liegt. Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 2 einen Vertikalschnitt und Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch einen Strahlentransformator. In Fig. 2 ist mit io der Luftspalt im Wege des Erregerflusses mit den beiden Polflächen ti und 12 bezeichnet und mit 13 der Querschnitt durch eine Kreisringröhre, die innerhalb des konische Polschuhflächen 14, 15 besitzenden Steuerfeldraumes liegt. Der Fluß durch den Luftspalt 10 und der Fluß durch den Steuerfeldraum wird mittels derselben Wicklungen, die nur schematisch angedeutet und mit 16, 17 bezeichnet sind, erzeugt. Diese beiden Flüsse schließen sich z. B. über sechs Joche 18 bis 23, welche den, wie es Fig. 3 erkennen läßt, aus Blechen in sogenannter Radialanordnüng aufgebauten und den Steuer- und Induktionsfluß führenden Kern sternförmig umgeben. Auf jedem dieser sechs Joche ist je eine Spule 24 bis 29 mit nur etwa zehn Windungen angebracht, die einen phasenverschobenen Zusatzfluß einstellbarer Größe zu dem Steuerfluß in dem dem betrachteten Joch am nächsten liegenden Teil der Kreisringröhre erzeugen soll.

Dies kann beispielsweise derart geschehen, daß die Spulen 24 bis 29 in Parallelschaltung an eine Spannung angeschlossen werden, die um 90⁰ phasenverschoben gegenüber der an der Wicklung 16, 17 liegenden Spannung ist. Die Polarität dieser Spannung ist frei wählbar und ebenso mittels eines jeder Spule vorgeschalteten Widerstandes die Größe des Stromes in jeder Spule. Ist dieser Widerstand groß gegenüber der Induktivität der auf dem betrachteten Joch angebrachten Spule, so ist auch der Zusatzfluß um nahezu 90⁰ phasenverschoben gegenüber dem von der Wicklung 16, 17 erzeugten Steuerfluß, so daß man also das in Fig. 4 wiedergegebene Vektordiagramm für die Steuerfeldinduktion Bf (entsprechend der Kurve F in Fig. 1) und die zusätzliche Induktion Bz, die durch die Spule auf dem betrachteten Joch hervorgerufen ist, zeichnen kann. Die Vektoren Bp und B% setzen sich zu einem Vektor Bs zusammen, der mit Hilfe des Widerstandes auf die Phasenlage eingestellt werden kann, die der gewünschten Kurve ,S¹ in Fig. 1 entspricht. Somit läßt sich durch Einstellung des Widerstandes vor jeder Spule bei geeigneter Polarität der 9O°-Spannung jede Phasendifferenz zwischen den Kurven F und 5¹ beseitigen, d. h. die Störung durch lokale Phasenverschiebungen des Steuerfeldes vollständig vermeiden. ..

Die Tatsache, daß der in einem der Joche erzeugte Zusatzfluß sich zum weitaus größten Teil über den dem Joch zunächst gelegten Teil des Steuerfeldluftspaltes schließt, ist darauf zurückzuführen, daß die in der Radialrichtung des zentralen Eisenkörpers liegenden Bleche durch Wirbelstrombildung ein Hindurchtreten des Flusses durch andere Teile der Kreisringröhre praktisch verhindern.

Statt die Spulen 24 bis 29 einzeln an eine gegenüber der Erregerspannung für die Steuerfeldspule um 90⁰ phasenverschobene Spannung vor- oder nacheilender Phasenlage anzuschließen, kann man die Spulen auch einzeln über je einen einstellbaren Widerstand kurzschließen. Der von den Spulen 16, 17 erzeugte Fluß induziert dann in den Spulen auf den einzelnen Jochen eine um 90⁰ nacheilende Spannung, die wegen der rein Ohmschen Belastung durch die erwähnten Widerstände zu einem praktisch phasengleichen Strom und somit zu einem um 90⁰ nacheilenden Zusatzfluß durch das betreffende Joch führen. Wenn also in einem Joch der Fluß F, in den anderen der Fluß 6" auftritt, so werden durch die Einstellung der Widerstände in diesen letzteren Jochen nacheilende Zusatzflüsse erzeugt, derart, daß alle Joche dann einen Fluß nach der Kurve/⁷ in Fig. ι führen, d. h. keine lokalen Phasenverschiebun-

gen des Steuerflusses längs des ganzen Elektronenbahnumfangs mehr auftreten, sondern der Steuerfluß, wie erforderlich, überall phasengleich mit dem Induktionsfluß ist.

Es sei noch erwähnt, daß die Erfindung sowohl für Strahlentransformatoren ohne Vormagnetisierung als auch für solche mit Vormagnetisierung anwendbar ist. Die Gleichstromkomponente, welche für den Betrieb mit Vormagnetisierung zum Steuerfluß hinzugefügt werden muß, ist lediglich eine additive Größe ohne einen Einfluß auf die sich auf die Wechselkomponenten im Steuerfhiß und im Induktionsfluß beziehenden eingangs erwähnten Bedingungen zu haben.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen, bei welcher der Steuerfluß mittels einer mit sinusförmigem Strom gespeisten Spule erzeugt wird und sich über einer Anzahl von in Radialebenen zur Windungsachse dieser Spule sternförmig angebrachten Jochen schließt, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem dieser Joche eine Spule angeordnet ist, die einen zeitlich gegen- as über dem Steuerfluß phasenverschobenen Zusatzfluß einstellbarer Größe in demjenigen Teil der Kreisringröhre erzeugt, welcher dem betrachteten Joch am nächsten liegt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen der Joche an eine gegenüber der Erregerspannung an der den Streufluß erzeugenden Spule um 90⁰ phasenverschobene Spannung von wählbarer Polarität über einen einstellbaren Widerstand angeschlossen sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Spulen über einen einstellbaren Widerstand kurzgeschlossen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   O 5498 11.52