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Elektronenschleuder mit Außeninjektor Bei Elektronenschleudern erfolgt
bekanntlich am Ende des Beschleunigungsvorganges eine Störung der Stabilisierungsbedingungen
für die Elektronen derart, daß die Elektronen durch Erweiterung oder Verengerung
ihrer Bahn vom Sollkreis zur äußeren oder inneren Grenze des stabilisierenden Bereiches
des Führungsfeldes abwandern und von dieser Grenze aus entweder sonnenradartig oder
durch Ablenkmittel u. dgl, wenigstens zum Teil gebündelt abgeschleudert werden.
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Für die Nutzbarmachung der Elektronen außerhalb des stabilisierenden
Bereiches des Führungsfeldes ist es wesentlich, daß die Elektronen nicht innerhalb
des stabilisierenden Bereiches auf Hindernisse treffen. Ein solches Hindernis stellt
z. B. der Elektroneninjektor dar, der zur Einführung der Elektronen in den stabilisierenden
Bereich des Führungsfeldes mindestens während des Einschießvorganges und mindestens
mit seiner Elektronenaustrittsöffnung im stabilisierenden Bereich liegen muß.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, ein Hindernis für das Austreten
der Elektronen aus dem stabilisierenden Bereich einer Elektronenschleuder, wie es
der Elektroneninjektor darstellt, durch Mittel zu beseitigen, die eine zeitweilige
Veränderung des Umfanges des stabilisierenden Bereiches des Führungsfeldes in der
Weise bewirken, daß der Elektroneninjektor mindestens während des Einschießens der
Elektronen wenigstens mit seiner Elektronenaustrittsöffnung in diesem Bereich und
mindestens beim Austritt der Elektronen aus dem stabilisierenden Bereich vollständig
außerhalb dieses Bereiches liegt.
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Diese zeitweilige Veränderung kann durch zusätzliche :Magnetfeldspulen
(Verschiebungsspulen) erzeugt werden, die innerhalb des Führungsfeldes, vorzugsweise
symmetrisch zur Sollkreisebene zu
beiden Seiten des toroidförmigen
Beschleunigungsgefäßes, zwischen den Führungsfeldpolen liegen, deren mittlerer Radius
im wesentlichen gleich ist dem Radius des äußeren Grenzkreises des Führungsfeldes
und die synchron mit der Erregerfrequenz der Schleuder in einem vorgegebenen Zeitpunkt
kurzzeitig (impulsartig) von Strom durchflossen werden. Zur zeitweiligen Veränderung
können aber auch Teile der Führungsfeldpole so ausgebildet sein, daß zu einem vorgegebenen
Zeitpunkt kurzzeitig eine magnetische Absättigung von Polteilen eintritt. Die Mittel
zur zeitweiligen Veränderung des Umfanges des stabilisierenden Bereiches des Führungsfeldes
können bei einem sogenannten Außeninjektor so ausgebildet sein, daß die Veränderung
lediglich in der äußeren Zone des stabilisierenden Bereiches erfolgt.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand des in den Fig. i bis
7 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In diesen Figuren veranschaulicht
Fig. i die rotationssymmetrischen Magneteisenpole des Wechselstrommagneten einer
Elektronenschleuder mit je einem zentralen Innenteil für den Beschleunigungsfluß
und je einem ringförmigen Außenteil für den Führungsfeldfluß und einem zwischen
den Polschuhen für den Führungsfeldfluß liegenden, et-,va kreisringförmigen Vakuumgefäß
im Vertikalschnitt mit einem darin eingebauten Injektor (Außeninjektor) ; die zur
Erzeugung des Beschleunigungs- und Führungsfeldes erforderliche Magnetspule und
weitere Einzelteile der Schleuder sind in dieser Figur der besseren Übersicht wegen
nicht dargestellt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Sollkreisebene A-B der Fig. i,
Fig. 3 und 4 den Verlauf von Kurven B und B - r in Abhängigkeit von
r, worin B die magnetische Kraftflußdichte auf der Sollkreisebene
und r den radialen Abstand von der Achse C-D der Fig. i bedeuten, Fig. 5 den Verlauf
der Kurve B bzw. B - r in der Nähe des äußeren Grenzkreises des stabilisierenden
Führungsfeldbereiches in Abhängigkeit von der Zeit t, Fig. 6 eine elektrische Schaltanordnung
zur Steuerung der Stromimpulse für die Zusatzspulen und Fig. 7 eine der Fig. i entsprechende
Anordnung mit gegenüber dieser Figur abweichender Ausbildung der Führungsfeldpolschuhe.
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Die mittels des Außeninjektors i (Fig. i und 2) in das kreisringförmige
Vakuumgefäß 2 eingeschossenen Elektronen werden durch das elektrische Wirbelfeld,
das mit dem zeitlich veränderlichen, das Vakuumgefäß in Richtung der Achse C-D durchsetzenden
Magnetfeld des Wechselstrommagneten verbunden ist, auf rasch wachsende Umlaufgeschwindigkeiten
beschleunigt und hierbei durch das magnetische Führungsfeld innerhalb der beiden
Grenzkreise 3, .4 des stabilisierenden Führungsfeldbereiches geführt, so daß sie
sich auf dem Gleichgewichtskreis (Sollkreis) 5 sammeln können. Am Ende der Beschleunigung
wird durch Erregen der Störspule 6, die lediglich den zentralen Innenteil 7 des
Magnetfeldes umschließt und somit nur den Beschleunigungsfluß, nicht aber auch das
weiter außen liegende Führungsfeld verstärkt, die Gleichgewichtsbedingung (i:2-Bedingung)
gestört, so daß der Elektronenring sich nach außen erweitert und die Elektronen
den stabilisierenden Führungsfeldbereich verlassen. Bei den bekannten Elektronenschleudern
laufen hierbei die Elektronen auf die Elektronenaustrittsmündung (innere Einlenkelektrode)
8 des Injektors auf, wodurch Röntgenstrahlen entstehen.
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Gemäß der Erfindung sind die beiden Elektromagnetspulen io, i i (Zusatzspulen)
vorgesehen, die symmetrisch zur Sollkreisebene A-B (Fig. i) innerhalb des Führungsfeldes
an den Führungsfeldpolschuhen 12 befestigt sind und deren mittlerer Radius mit dem
Radius des äußeren Grenzkreises 4 annähernd übereinstimmt. Beim Einschalten der
Zusatzspulen durch besondere, im Zusammenhang mit der Fig. 6 näher beschriebene
Schaltmittel wird der äußere Teil des Führungsfeldes zeitweilig derart geschwächt,
daß der äußere Grenzkreis 4. des stabilisierenden Führungsfeldbereiches jeweils
nach dem Einschießen, spätestens kurz vor dem Austreten der Elektronen so weit nach
innen wandert, bis er die Lage des Kreises 4' (verschobener äußerer Grenzkreis)
erreicht hat, in der die Elektronenaustrittsöffnung des Injektors außerhalb dieses
Kreises liegt und die Elektronen aus der Schleuder austreten können, ohne auf irgendeinen
Teil des Injektors zu stoßen.
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Die Wirkungsweise der Zusatzspulen wird nachfolgend an Hand der Fig.
3 und 4 erläutert.
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In Fig. 3 ist in Übereinstimmung mit den Fig. i und 2 angenommen,
daß die innere Einlenkelektrode 8 der Elektronenaustrittsmündung des Injektors innerhalb
des unverschobenen äußeren Grenzkreises 4 und damit auch innerhalb des stabilisierenden
Führungsfeldbereiches 3, 4., und zwar zwischen den Kreisen 4 und 4' (verschobener
äußerer Grenzkreis), angeordnet ist. Der Gleichgewichtskreis 5 (Sollkreis) liegt
zwischen den beiden Grenzkreisen 3 und 4. Außerdem ist angenommen, daß das Magnetfeld
(Hauptfeld) des Wechselstrommagneten der Schleuder in der Nähe des äußeren Grenzkreises
des stabilisierenden Führungsfeldbereiches in der Richtung der geradlinigen Pfeile
13 verläuft und die in diesem Feld angeordneten Zusatzspulen io, ii in zueinander
entgegengesetzter, durch einen Punkt bzw. durch ein Kreuz angedeuteten Richtung
stromdurchflossen sind. Die von den Zusatzspulen erzeugten Magnetfelder (Zusatzfelder)
verlaufen dann in Richtung der Pfeilringe 14 bzw. der entgegengesetzt gerichteten
Pfeilringe 15. Die Zusatzfelder wirken hierbei teils im gleichen, teils im entgegengesetzten
Sinne wie das Hauptfeld und bewirken, daß die magnetische Kraftflußdichte B auf
der Sollkreisebene A-B (Fig.i) in der Nähe des äußeren Grenzkreises des stabilisierenden
Führungsfeldbereiches sowie das Produkt B - r (Kraftflußdichte - radiale
Entfernung
von der Achse C-D) geringer werden und nicht mehr den
Kurven B bzw. B - r (Fig. 3), sondern den Kurven B' bzw.
B # r' entsprechen. Damit die Elektronen nicht in axialer Richtung
unstabil werden, muß die B - r'-Kurve innerhalb des neuen Grenzkreises überall weniger
steil als proportional r ansteigen. Der äußere Grenzkreis wandert deshalb zu dem
neuen, den stabilisierenden Bereich nach außen begrenzenden Maximum (41 d. h. nach
innen bis zur Lage des Kreises 4 (verschobener äußerer Grenzkreis). Bei dieser Lage
des äußeren Grenzkreises befinden sich die Einlenkelektroden 8 des Injektors außerhalb
des Elektronenringes, so daß die Elektronen den stabilisierenden Bereich verlassen
können, ohne auf die Einlenkelektroden oder irgendeinen anderen Teil des Injektors
zu stoßen.
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In Fig.4, die weitgehend der Fig. 3 entspricht, sind die magnetischen
Verhältnisse so gewählt, daß im Gegensatz zu der Fig. 3 die innere Einlenkelektrode
8 des Injektors außerhalb des unverschobenen äußeren Grenzkreises 4 liegt. Hierbei
besitzen die Ströme in den beiden Zusatzspulen io, i i die entgegengesetzte Richtung
wie bei der Anordnung gemäß Fig. 3, und das durch die Pfeile 14, 15 angedeutete
Zusatzfeld zwischen den beiden Zusatzspulen hat die gleiche Richtung wie das durch
die Pfeile 13 angedeutete Hauptfeld. Das Hauptfeld wird deshalb an dieser Stelle
verstärkt, wie aus dem Verlauf der Kurven B und B - r in Fig. 4 ersichtlich
ist. Dadurch ist erreicht, daß das den stabilisierenden Bereich nach außen begrenzende
Maximum der Kurve B - r bis zur Lage des Kreises q.' (verschobener äußerer
Grenzkreis) nach außen wandert. Bei dieser Lage des äußeren Grenzkreises befinden
sich die Einlenkelektroden 8 des Injektors wiederum innerhalb des äußeren Grenzkreises,
so daß die Elektronen in den stabilisierenden Bereich eingeschossen werden können.
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Die Verschiebung des äußeren Grenzkreises des stabilisierenden Führungsfeldbereiches
erfolgt in einem bestimmten, einstellbaren Zeitpunkt. Aus dem Zeitdiagramm nach
Fig. 5 ist ersichtlich, daß die magnetische Kraftflußdichte B, gemessen auf der
Sollkreisebene A-B der Fig. i, in der Nähe des äußeren Grenzkreises des stabilisierenden
Führungsfeldbereiches und damit auch das Produkt B - r
zeitlich nach einer
Sinuskurve verläuft. Dabei ist angenommen, daß die Elektronen kurz nach dem Nulldurchgang
des magnetischen Führungsfeldes (B) eingeschossen und spätestens beim Erreichen
des Feldmaximums durch Störung der i : 2-Bedingung ausgeworfen «-erden, was durch
den Pfeil 16 (Einschießen) bzw. durch den Pfeil 17 (Störung) angedeutet ist. Die
Verschiebung des äußeren Grenzkreises (Fig. i bis 3) erfolgt in dem durch den Pfeil
18 (Fig. 5) angedeuteten Zeitpunkt nach innen bzw. bei Anordnung der Einlenkelektroden
des Injektors außerhalb des unverschobenen äußeren Grenzkreises (Fig.4) in dem durch
den Pfeil 20 (Fig. 5) angedeuteten Zeitpunkt nach außen. Die im ersten Fall bewirkte
Schwächung des Führungsfeldes ist durch die gestrichelte Linie i9 und die im zweiten
Fall erzeugte Verstärkung des Führungsfeldes durch die gestrichelte Linie 21 (Fig.
5) veranschaulicht.
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Bei der Schaltanordnung nach Fig.6 wird der Kondensator 24 jeweils
über die Netzklemmen 22 und den Ladewiderstand 23 aufgeladen und mittels des Stromtores
26 über die auf den äußeren Grenzkreis des Führungsfeldbereiches einwirkende Zusatzspule
25 entladen. Das Stromtor 26 ist über die Sekundärwicklung 27 des Impulstransformators
27-3o steuerbar, dessen Kern 28 aus magnetischem Material mit vorzugsweise im wesentlichen
rechteckiger Magnetisierungskurve besteht und dessen Primärwicklung 29 vom Erregerwechselstrom
der Elektronenschleuder durchflossen ist. Die dritte Spule 3o des Transformators
ist als Hilfsspule zur Erzeugung einer Gleichstromvormagnetisierung des Kernes über
den Regelwiderstand 31 und die Klemmen 32 an eine Gleichstromquelle angeschlossen.
Mit dem Regelwiderstand wird der Steuerimpuls für die Zusatzspule geändert und damit
der Zeitpunkt (Lage des Pfeiles 18 bzw. 20 der Fig. 5) zur Verschiebung des äußeren
Grenzkreises des stabilisierenden Führungsfeldbereiches eingestellt.
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Die Schaltanordnung kann bei Verschiebung des äußeren Grenzkreises
entsprechend Fig.4 nach außen, abweichend von der Schaltanordnung nach Fig. 6, auch
so getroffen sein, daß beim Auswerfen der Elektronen mittels der Störspule 6 (Fig.
i) der das Auswerfen verursachende Stromimpuls (Störimpuls) auf die Zusatzspule
25 (Fig. 6) und die Störspule gemeinsam einwirkt.
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Die Anordnung nach Fig.7 entspricht weitgehend der Anordnung nach
den Fig. i und 2 und unterscheidet sich von dieser Anordnung dadurch, daß die Verschiebung
des äußeren Grenzkreises 4 des stabilisierenden Führungsfeldbereiches nicht mittels
einer Zusatzspule,' sondern durch eine entsprechende Ausbildung der Führungsfeldpole
33 bewirkt wird. Die äußeren ringförmigen Enden der Führungsfeldpolschuhe 34 sind
gegenüber dem übrigen Magneteisenkern derart schwach bemessen, daß beim Erregen
der Schleuder die Führungsfeldstärke zuerst in bekannter Weise proportional mit
dem im zentralen Teil 7 des Magneteisens vorhandenen Beschleunigungsfluß wächst
und dann eine magnetische Sättigung nur im äußeren schwächer bemessenen Teil 34
der Führungsfeldpolschuhe bereits bei einer gegenüber der Endfeldstärke kleinen
Feldstärke des Führungsfeldes eintritt. Der äußere, unverschobene Grenzkreis 4 des
stabilisierenden Führungsfeldbereiches 3, 4 wandert hierbei ebenfalls zeitweilig
von außen nach innen bis zu der Lage des Kreises 4 (verschobener äußerer Grenzkreis).
Bei dieser Lage des Grenzkreises befinden sich dann jeweils die Einlenkelektroden
8 des Injektors nicht mehr innerhalb, sondern außerhalb des Elektronenringes. Die
Elektronen können also von diesem Zeitpunkt an ebenfalls ohne Behinderung durch
die Einlenkelektroden oder irgendeinen anderen Teil des Injektors aus der Schleuder
austreten.
Eine vorübergehende frühzeitige Absättigung von Teilen
der Führungsfeldpolekann auch dadurch erreicht werden, däß für die Führungsfeldpole
verschiedene Magneteisensorten mit unterschiedlicher magnetischer Sättigungsgrenze
verwendet werden. So können beispielsweise die im äußeren Teil des Führungsfeldes
liegenden ringförmigen Enden der Führungsfeldpolschuhe aus einem Magneteisen bestehen,
z. B. aus Massekerneisen, das sich beim Erregen der Schleuder frühzeitig sättigt,
während die übrigen Teile des Magneteisens eine höhere Sättigungsgrenze aufweisen
und während der Erregung der Schleuder möglichst ungesättigt bleiben.