DE868639C - Einrichtung fuer die Erzeugung von Elektronen hoher Energie durch ein elektrisches Wirbelfeld - Google Patents

Einrichtung fuer die Erzeugung von Elektronen hoher Energie durch ein elektrisches Wirbelfeld

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DE868639C
DE868639C DES6273D DES0006273D DE868639C DE 868639 C DE868639 C DE 868639C DE S6273 D DES6273 D DE S6273D DE S0006273 D DES0006273 D DE S0006273D DE 868639 C DE868639 C DE 868639C
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DE
Germany
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field
electrons
magnetic
vacuum vessel
generation
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Expired
Application number
DES6273D
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English (en)
Inventor
Konrad Dipl-Ing Gund
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Reiniger Werke AG
Original Assignee
Siemens Reiniger Werke AG
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    • HELECTRICITY
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

  • Einrichtung für die Erzeugung von Elektronen hoher Energie durch ein elektrisches Wirbelfeld Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Erzeugung von Elektronen hoher Energie, durch das elektrische Wirbelfeld eines sich zeitlich ändernden magnetischen Hauptfeldes. Bei einer durch die amerikanische Patentschrift r 645 30'4 bekannten derartigen Einrichtung befindet sich in dem elektrischen Wirbelfeld ein Vakuumgefäß mit einer Glühkathode. Dabei wirkt außer dem elektrischen Wirbelfeld noch ein von Dauermagneten erzeugtes magnetisches Feld auf die Elektronen. Dieses Magnetfeld besitzt aber nicht in allen Richtungen des Raumes stabilisierende Eigenschaften. Die Elektronen, die sich in der :Mittelebene des Vakuumgefäßies auf Spiralbahnen bewegen sollten, werden daher durch die geringsten Störungen (Zusammenstöße mit Restgasmolekülen u. dgl.) aus der Mittelebene abgelenkt und gelangen an die Wandungen des Vakuumgefäßes, so daß praktisch keine Ausbeute an schnellen Elektronen möglich ist. Ferner ist durch diedeutsche Patentschrift 698 867 eine Einrichtung für die Beschleunigung von Elektronen im elektrischen Wirbelfeld bekannt, mit der Elektronen extrem hoher Geschwindigkeit erzeugt werden können. Bei dieser bekannten Einrichtung ist ein rotationssymmetrisches, zeitlich veränderliches Führungsfeld vorhanden, das in allen Richtungen stabilisierende Eigenschaften besitzt und außerdem mit dem Hauptfeld durch die sogenannte i : 2-Bedingung ver'knüpf't ist. Die Elektronen werden dabei auf einer Kreisba(hn beschleunigt, die mehrmals durchlaufen wird. Die Ausbeute an schnellen Elektronen ist aber bei dieser Einrichtung verhältnismäßig gering, da immer nur eine beschränkte Anzahl von Elektronen auf die Kreisbahn gebracht werden kann. Es ist auch bekannt, daß die Leistungsfähigkeit einer Einrichtung für die Erzeugung von Elektronen hoher Energie dadurch gesteigert werden kann, daß man den Elektronen eine möglichst große Änfangsgeschwindigkeit erteilt (»The Acceleration öf Electrons by Magnetic Induction« vonD. W. Kerst in »Physical Review«, R:.'. do, i. Juli 1944 S. 47 bis 53).
  • Die vorliegende Erfindung besteht darin, die bei den Einrichtungen für die Elektronenbeschleunigung mixt zeitlich veränderlichem Führungsfeld an sich bekannten Gesetzmäßigkeiten, soweit es in Frage kommt, 'bei einer solchen Einrichtung mit zeit'lic'h unveränderlichem Führungsfeld, bei der die Elektronen Spiralbahnen durchlaufen, anzuwenden. Dadurch werden besondereVortei,le erzielt, da die Schwierigkeiten, die fier den Einrichtungen mit veränderlichem Führungsfeld durch die Elektronenbewegung .auf einer Kreisbahn bestehen, bei der neuen Einrichtung nicht auftreten und eine große Ausbeute an beschleunigten Elektronen möglich ist. Ausgehend von einer Einrichtung für die Erzeugung von Elektronen hoher Energie durch das elektrische Wirbelfeld eines sich zeitlich ändernden magnetischen Hauptfeldes, bei der ein ratationssymmetrisches, mit -dem Hauptfeld gleichachsiges magnetisches Führungsfeld verwendet wird, dessen Feldstärke von der Mitte nach außen hin stets weniger stark. als umgekehrt proportional dem Radius abnimmt, wird eine Vergrößerung -der Ausbeute an beschleunigten Elektronen gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß das Führungsfeld zeitlich unveränderlich ist, daß eine Vorbeschleunigungseinrichtttng den= zu- beschleunigenden Elektronen eine möglichst hohe Anfangsgeschwindigkeit erteilt und daß bei lern ringförmigen Vakuumgefäß fürs die zu beschleunigenden Elektronen das Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser groß ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung ist .in Fig. i im Querschnitt und .in Fig. 2 teilweise in einem Schnitt längs der Geraden A-B der Fig. i schematisch. dargestellt. Hierbei ist ein einfacher geschlossener Eisenkern i verwendet, rauf dessen einem Sclieükel idie beiden Spulen :i für die Erzeugung des magnetischen Hauptfeldes und zwei tellerfÖzm1ge Scheiben 3 aus magnetischem Material angeordnet sind. Die Scheiben 3 umschließen in vorteilhafter Weise an ihrem äußeren Rand die gegebenenfalls zweiteilige Erregerstromspule 4 des magnetischen Führungsfe'lides und stellen so einen Teildes Vakuumgefäßes 5 für die zu beschleunigenden Elektronen und zugleich die Polschuhe für das Führungsheld dar: Diese Polschuhe haben eine solche Form bzw.gegenseitige Lage, . daß die magnetische Feldstärke des dazwischenliegenden rotationssymmetrischen, mit dem Hauptfeld gleichachsigen, zeitlich unveränderlichem Führungsfeldes von der Mitte nach außen hin stets weniger stark als umgekehrt proportional mit dem Radius abnimmt. Ein so bemessenes Führungsfeld übt auf die zu beschleunigenden Elektronen eine derartige stabilisierende Wirkung aus, daß diese während ihrer Beschleunigung in der Mittelebene des Vakuumgefäßes bleiben. Damit das Vakuumgefäß 5 nicht als Kurzschlußwind'ung wirkt, ist es bei 6 aufgesägt und -mit einem Streifen, aus Isollermateri.al abgedichtet. Zwischen die inneren Ränder der Polschuhe (Scheiben 3) des Führungsfeldes ist ein Isoliereinsatz 7 mit einer Hochspannungszuführungsleitung 8 für die :dort angebrachte Elektronenquelle 9 mit Vorbeschleunigungseinrichtung io eingebaut. Dia die Elektronen bei der neuen Einrichtung spiralförmige Bahnen beschreiben, die nur eine beschränkte Anzahl von Windungen haben, kann deren Endgeschwindigkeit nicht beliebig hoch gesteigert werden. Um eine möglichst hohe Geschwindi-gkeit oder Elektronen zu erhalten, ist bei der neuen Einrichtung das Verhältnis des Außendurchmessers des ringförmigen Vakuumgefäßes 5 zu dessen Innendurchmesser groß gewählt. Ferner ist aus diesem Grunde die Elektronenquelle 9, die in den Fig. 3 und 4 in etwas größerem Maß-stabe in einer Vorderansicht und in der Draufsicht schematisch dargestellt ist, mit der Vorbeschleunigungseinrichtung io versehen. Zur Vermeidung der magnetischen Rückwirkung der kreisenden Elektronen sind die Innenflächen der Polschuhe für das Führungsfeld mit einem Kupferbelag i i versehen. Die Vorbeschleunigungseinrichtung io der Elektronenquelle 9 ist über den Haltebügel i2 mit dem Kupferbelag i i 'leitend verbunden und geerdet. An dem Isoliereinsatz 7 sind zwei scheibenförmige Ansätze 13 vorhanden, die zur Isolation der Elektronenquelle 9 gegen den geerdeten Kupferbelag i z bestimmt sind. Am äußeren Rande des Führungsfeldes. ist für die Röntgenstrahlenerzeugung eine Wolframplatte 14 und in dem Vakuumgefäß 5 ein Strahlenaustrittsfenster 15 angebracht. Gegebenenfalls kann an Stelle der Wolframplatte, ähnlich wie beim Zyklotron, auch eine tangential angeordnete, elektrisch geladene Ablenkplatte vorhanden sein, durch die die Elektronen in einen rohrförmigen Ansatzstutzen des Vakuumgefäßes abgelenkt werden.
  • Damit die Erregerstromspule 4 des F1i'hrungsfeldes den Eisenkern i nicht vormagnetisiert; ist auf diesem die Kompensationsspule 16 angeordnet.
  • Während die Einrichtungen mit zeitlich veränderlichem Führungsfeld nur sehr kleine Elektronenströme mit extrem hohen Endgeschwindigkeiten ermöglichen, werden bei der neuen Einrichtung verhältnismäßig große Elektronenströme, jedoch mit niedrigeren Endgeschwindigkeiten erzeugt. Da sich die Elektronen bei oder erfindungsgemäßen Einrichtung nicht auf einer Kreisbahn, sondern auf Spiralbahnenbewegen,bleibt jedes einzelne Elektron nur kurze Zeit im Führungsfeld. Es entsteht daher dort nur eine sehr geringe Raumladungsdichte, so daß keine großen Verluste durch gegenseitige Abstoßung der Elektronen auftreten. Die große Ausbeute an Elektronen ist weiterhin dadurch bedingt, daß während der ganzen Zeit der Ummagnetisierung des Hauptfeldes dauernd Elektronen von der Elektronenquelle nachgeliefert und am Rande des Führungsfeldes abgegeben werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung, die sich durch besondereEinfachheit in derAusfübrung und beim Betrieb auszeichnet, können mit verhältnismäßig geringem elektrischem Aufwand bei Betrieb mixt iooo Per./Sek. und einer Vorbeschleunigungsspannung für die Elektronen von ioo kV Elektronenströme von einigen mA und Endgeschwindigkeiten von etwa 5oo ekV erzielt werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung für die Erzeugung von Elektronen hoher Energie durch (das elektrische Wirbelfeld eines sich ,zeitlich ändernden magnetischen Hauptfeldes, bei der ein rotationssymmetrisches, mit :dem Hauptfeld gleichachsiges magnetisches Führungsfeld verwendet wird, dessen Feldstärke von der Mitte nach außen hin stets weniger stark als umgekehrt proportional dem Radius abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ,das Führungsfeld zeitlich unveränderlich ist, @daß eine Vorbeschleunigungseinrichtung den zu beschleunigenden Elektronen eine möglichst hohe Anfangsgeschwindigkeit erteilt' und daß das Verhältnis des Außendurchmessers des ringförmigen Vakuumgefäßes für die tzu beschleunigenden Elektronen zum Innendurchmesser groß ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Erzeugung des magnetischen Führungsfeldes zwischen zwei auf dem Magnetkern des Hauptfeldes angeordneten tellerförmigen Scheiben aus magnetischem Material, die an ihrem äußeren Rande :die gegebenenfalls zweiteilige Erregerstrom.spule des Führungsfeldes umschließen.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, @daß die als Polschule für das Führungsfeld dienenden tellerförmigen Scheiben einen Teil ides Vakuumgefäßes für die zu beschleunigenden Elektronen bilden. q..
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die inneren Ränder der Polschuhe des Führungsfeldes ein Isoliereinsatz mit einer Hochspannungszuführungslieitung für die dort angebrachte Elektronenquelle mit Vorbeschleunigungseinrichtung eingebaut ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder q., da-,durch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Polschuhe für das Führungsfeld zur Vermeidung der magnetischen Rückwirkung der kreisenden Elektronen mit gut leitendem Material, z. B. Kupfer, belegt sind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode der Vorbeschleunigungseinrichtung mit dem leitenden Belag der Polschuhe verbunden und geerdet ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Rand dels Führungsfeldes eine Platte oder Kugel aus Wolfram oder einem ähnlichen Material zur Röntgen.strahlherstellung und in dem Vakuumgefäß ein Strahlenaustrittsfenster angebracht sind.
DES6273D 1942-07-29 1942-07-29 Einrichtung fuer die Erzeugung von Elektronen hoher Energie durch ein elektrisches Wirbelfeld Expired DE868639C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE959305C (de) * 1944-12-05 1957-03-07 Mueller C H F Ag Einrichtung zum Betrieb eines Strahlentransformators

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE959305C (de) * 1944-12-05 1957-03-07 Mueller C H F Ag Einrichtung zum Betrieb eines Strahlentransformators

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