DE905297C

DE905297C - Vorrichtung zur Messung des Strahlstromes pulsierender Elektronen- oder Ionenstrahlen

Info

Publication number: DE905297C
Application number: DES23784A
Authority: DE
Inventors: Dr Konrad Gund
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1951-07-04
Filing date: 1951-07-04
Publication date: 1954-03-01

Description

Vorrichtung zur Messung des Strahlstromes pulsierender Elektronen-oder Ionenstrahlen Bei einer Reihe von Teilchenbeschleunigern (Zyklotron, Betatron, Synchrotron, Linearbeschleuniger usw.) treten die beschleunigten Teilchen in kurzzeitigen Impulsen aus, die sich mit der Frequenz, mit der die Apparatur betrieben wird, wiederholen. Bei allen diesen Apparaturen besteht der Wunsch, die Zahl der sekundlich austretenden geladenen Teilchen, d. h. den Strahlstrom zu messen, ohne den Teilchenstrahl selbst irgendwie zu beeinträchtigen.
Bei einer ,bisher häufig verwendeten Meßmethode hat man den Strahl oder wenigstens einen Teil desselben durch eine Ionisationskammer treten lassen und die Zahl der im Kammervolumen erzeugten Ionenpaare gemessen. Dabei wurde der Strahl beim Durchtritt durch die Kammerwände gestreut; die Messung ließ sich also ohne Beeinträchtigung des Strahles nicht durchführen. Auch ist die Zahl der in der Ionisationskammer gebildeten Ionenpaare von der Energie der durchgeschossenen Teilchen abhängig. Man mißt also nicht eine Größe, die in jedem Falle der Zahl der Teilchen proportional ist, und muß daher bei der Messung von Teilchen unterschiedlicher Energien unter Umständen Korrekturfaktoren anbringen. Eine direkte Messung des Strahlstromes ist nur möglich, wenn man den Strahl mit einem Faradaykäfig auffängt (die Teilchen vollständig abbremst) und den Käfig über ein Meßinstrument entlädt.
Bei der Meßeinrichtung gemäß der Erfindung (Skizze I), die einem Ringkernstromwandler ähnelt, wird der Strahl a durch einen Ringkern b aus sehr fein lamelheftem Mu-Metall oder einem anderen hochpermeablen Ferromagnetikum hindurch- geschossen. Da es sich stets um sehr kurzzeitige Impulse handelt, hat man es trotz niedriger zeitlicher Mittelwerte des Strahlstromes (bei der Elektronenschleuder Io-8 bis IowiAmp.) mit verhältnismäßig hohen Momentanströmen (Io-4 i bis 10-2 Amp.) zu tun. Diese erzeugen im Ringkern kurze Magnetisierungs'stöße, deren zeitlicher Nerlauf (Skizze 2a) dem des Strahlstromes entspricht.
Durch die Magnetisierungsstöße treten in der um den Kern gelegten Sekundärwicklung c (Skizze I) kurzzeitige Spannungsstöße (Skizze 2b) auf, die einer Differentiation der Kurve 2 a entsprechen. Die Spannungsstöße werden einem Verstärker zugeleitet und nach Verstärkung (Skizze2c) elektrisch integriert (Skizze 2 d). Die Kurve 2 d entspricht also wieder dem zeitlichen Verlauf des Strahlstromes.
Skizze 3 zeigt die Meßschaltung. Die elektrische Integration geschieht mit Hilfe eines Widerstandes a und des Kondensators b nach Angreifen der verstärkten Spannungsstöße an dem Widerstand c des Verstärkerausgangs über einen Kondensator d.
Die Spannung an a wird mit einem hochohmigen Instrument mit Gleichrichter gemessen und gibt eine dem Strahlstrom proportionale Anzeige.
Das Meßergebnis ist unabhängig von der Lage des Strahls innerhalb des Kerns und unabhängig von der Energie der Teilchen. Grundsätzlich muß auch hier, wie bei jeder Messung, eine Beeinflussung der Meßgröße auftreten, und zwar wird hier die Teilchenenergie beim Durchfliegen durch den Ringkern um Bruchteile eines Elektronenvolts verringert. Da man die Strahlstrommessung im allgemeinen in unmittelbarer Nähe der Beschleunigungsapparatur vornehmen möchte, ist es nötig, den Ringkern gegen die elektrischen und magnetischen Felder des Beschleunigers abzuschirmen. Zu diesem Zweck wird der Ringbandkern am besten mit einer Kapsel aus massivem Mu-Metall umgeben (Skizze 4), die eine Öffnung für den Durchtritt des Elektronenstrahls frei läßt. Den Bandkern wird man im allgemeinen dem Querschnitt des Teilchenstrahles anpassen (Skizze4). Da der Strahl strom einen pulsierenden Gleichstrom darstellt, so wächst mit der Zahl der Impulse die Remanenz an, und man kommt im Dauerbetrileb unter Umständen in ein Gebiet kleinerer Permeabilität. Man wird dann nach jedem Impuls für Entmagnetisierung des Ringkerns, beispielsweise durch Entladung eines Kondensators in gedämpfter Schwingung über die Ringkernwicklung, sorgen müssen.
An Hand eines Rechenbeispiels sollen die elektrischen Daten einer solchen Meßanordnung dargestellt werden: Ein Mu-Metallkern von I cm2 Querschnitt und 10 cm mittlerem Umfang liefert infolge seiner hohen Anfangspermeabi.lität von 45 000 G/AW/cm bei einem Strahlimpuls von 1 mA Momentanwert einen Fluß impuls von 4,5 M. Dauert der Impuls 1 o-5 Sekunden (d /&t N + I,8 ' 106 M/sec) und hat der Ringkern I000 Sekundänvindungen, so entsteht eine Spannungsspitze von etwa + I8 Volt, die dem Verstärker zugeführt werden kann. Nach entsprechender Leistungsverstärkung und elektrischer Integration ergibt sich daraus ohne Schwierigkeiten eine gut meßbare Spannung.

Claims

PATENTANSPRUCHE: I. Vorrichtung zur Messung des pulsierenden Strahlstromes von Elementarteilchen, insbesondere bei einer Elektronenschleuder, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter, vorzugsweise eine den pulsierenden Strahl geladener Teilchen umgebende Toroidspule, zusammen mit einem Meßinstrument zur Messung des Strahlstromes mittels der im Leiter durch die vom magnetischen Wechselfeld des Strahlstromimpulses induzierten Spannung angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker für die Spannungsimpulse vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter und ein Integrator für die Spannungsimpulse vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Toroidspule auf einen Ringeisenkern gewickelt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Toroidspule mittels hochpermeabler die Ringspiile umgebender Materialien von äußeren Störfeldern abgeschirmt ist.