DE938867C - Zweistrahl-Betatron - Google Patents

Description

In einem Betatron können bekanntlich die Elektronen nach ihrer Beschleunigung durch eine Expansion oder Kontraktion des Gleichgewichtskreises nutzbar gemacht werden. Dazu kann eine besondere Wicklung (Expansionswicklung oder Kontraktionswicklung) dienen, welche mindestens einen Teil des beschleunigenden magnetischen Flusses umfaßt und welche, wenn sie vom Strom durchflossen ist, das während des Beschleunigungsvorganges einzuhaltende Verhältnis vom Beschleunigungsiiuß zu Steuerfeldstärke und damit den Radius des Gleichgewichtskreises verändert.

Es ist eine besonders vorteilhafte Einrichtung für die Erzeugung von Stromimpulsen in einer solchen Wicklung bekannt, durch welche der Gleichgewichtskreis vergrößert wird. Dabei ist die Expansions wicklung mit der Serienschaltung eines Kondensators und zweier gittergesteuerter Gas- oder Dampfentladungsröhren (Steuerröhren) verbunden, welch letztere unter sich mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen parallel geschaltet sind. Die Steuerröhren werden abwechslungsweise jeweils dann leitend gemacht, wenn der beschleunigende magnetische Fluß einen Extremwert erreicht, und es entstehen jeweils in diesen Zeitpunkten, wenn die Elektronen ihre maximale Geschwindigkeit erreicht haben, Stromimpulse (Expansionsimpulse) in der. Expansionswicklung. Der besondere Vorteil dieser bekannten Einrichtung liegt im äußerst geringen erforderlichen Aufwand. Vor allem ist keine besondere Stromquelle für die Expansionsimpulse notwendig; die benötigte Energie wird vielmehr dem von der Expansionswick-

lung umfaßten Teil des magnetischen Flusses entnommen. Die Einrichtung ist insbesondere für sogenannte Zweistrahl-Betatrons geeignet, welche Elektronen abwechslungsweise in beide Umlauf richtungen beschleunigen.

Es sind sodann Einrichtungen bekannt oder vorgeschlagen worden, welche dasselbe Prinzip verwenden, wie es der beschriebenen Einrichtung zugrunde liegt, welche es aber gestatten, die Energie der Elektronen ίο des einen Strahls oder beider Strahlen willkürlich zu verändern. Dazu muß der Zeitpunkt der Expansionsimpulse relativ zur Phase der Wechselspannung, welche das Betatron speist, veränderbar sein. Es muß aber gleichzeitig darauf geachtet werden, daß die Expansionsimpulse die richtige Amplitude aufweisen, welche mit Vorteil proportional zur - gewünschten Elektronenenergie ist. Bekannt bzw. vorgeschlagen sind Einrichtungen zur Einstellung der Energien beider Strahlen, wobei beide Strahlen stets dieselbe Energie aufweisen, und Einrichtungen zur Einstellung der Energie des einen Strahles, wobei die Energie des zweiten Strahles stets wenigstens angenähert auf ihrem Maximalwert bleibt.

Schließlich ist eine Einrichtung vorgeschlagen worden, mittels welcher wahlweise Expansionsimpulse oder Kontraktionsimpulse erzeugt werden können. In dieser Einrichtung kann die Serienschaltung von Kondensator und Steuerröhren mittels eines Umschalters wahlweise mit der Expansionswicklung oder mit der Serienschaltung vonExpansionswicklung undErregerwicklung des Betatrons verbunden werden. Dieselbe Maßnahme ist auch im erfindungsgemäßen Betatron anwendbar; der Einfachheit halber wird jedoch im folgenden nur die Erzeugung von Expansionsimpulsen behandelt.

Die Erfindung betrifft nun ein Zweistrahl-Betatron, das ebenfalls eine Expansionswicklung enthält, welche von wenigstens einem Teil des Beschleunigungsflusses durchsetzt wird und welche mit der Serienschaltung eines Kondensators und zweier mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen zueinander parallel geschalteter gittergesteuerter Gas- oder Dampfentladungsröhren (Steuerröhren) verbunden ist. Es fehlen also auch im erfindungsgemäßen Betatron besondere Stromquellen für die Expansionsimpulse. Im erfindungsgemäßen Zweistrahl-Betatron können aber, imGegensatz zu den bekannten bzw. vorgeschlagenen Einrichtungen, die Energien der beiden Strahlen unabhängig voneinander eingestellt werden.

Das dem erfindungsgemäßen Betatron zugrunde liegende Prinzip wird an Hand der Fig. ι bis 4 erklärt. Die Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild des Betatrons, welches nur die zur Erklärung notwendigen Teile'enthält. Die Erregerwicklung P, welche sowohl das beschleunigende Magnetfeld wie auch das Steuerfeld erzeugt, wird über die Klemmen S, T aus einer Phase des Drehstromnetzes gespeist. Mit der Wicklung P ist die Expansionswicklung W magnetisch gekoppelt. An den Klemmen dieser Wicklung liegt der Kondensator C in Serie zu den beiden Steuerröhren F₁, F₂. Diese Steuerröhren sind einander mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen parallel geschaltet. Die elektrische Verbindung zwischen Expansionswicklung W und Kondensator C erfolgt jeweils beim Zünden einer der Steuerröhren mittels der passend verlaufenden Zündspannungen UV bzw. Uz«·

Die Fig. 2 zeigt die zeitliche Ordnung im Ablauf einiger wichtiger Vorgänge. Sie umfaßt eine Periode der speisenden Wechselspannung. Die Beschleunigung der Elektronen für den ersten Strahl beginnt bei der Phase α =0°; sie dauert bis höchstens α = go⁰ (Pfeil I). In diesem Zeitpunkt erreichen die Elektronen die maximal mögliche Energie E_max. Die Beschleunigung kann aber durch Expansion des Gleichgewichtskreises auch zu einem beliebigen früheren Zeitpunkt Ct₁ abgebrochen werden, wenn nicht die volle Energie benötigt wird. Die erreichte Energie ist dann E₁ = E_max ·. sin Ct₁. Die Beschleunigung der Elektronen für den zweiten Strahl in der anderen Umlaufrichtung (Pfeil II) beginnt bei α = i8o° und dauert bis höchstens α = 270°. Auch sie kann zu einem beliebigen früheren Zeitpunkt ct₂ beendet werden. ·

Die Fig. 2 zeigt weiterhin die durch den Beschleunigungsfluß in der Expansionswicklung induzierte Spannung U_{. Sie verläuft nach der Funktion U₁ = ZJ₀ · cos a, wobei die Amplitude U₀ durch die Anordnung der Expansionswicklung und durch ihre Windungszahl .gegeben ist.

Die Fig. 2 zeigt schließlich das Prinzip der Erzeugung von Expansionsimpulsen. Es sei angenommen, daß der Kondensator C (Fig. 1) zunächst auf die Spannung U₀ = UV' aufgeladen sei. Im Zeitpunkt a_x werde die Steuerröhre F₁ gezündet. Wäre sie für beide Stromrichtungen leitend, so würde sich der Kondensator oszillatorisch über die Expansionswicklung W entladen, gemäß der mit stark vergrößertem Zeitmaßstab gestrichelt eingezeichneten gedämpften Sinusschwingung. In Wirklichkeit gestattet aber die Steuerröhre nur einen Stromfluß in einer Richtung. Die Schwingung wird also nach einer Halbperiode abgebrochen, wie es durch die ausgezogene Kurve U₀ dargestellt ist. Zufolge der geringen Dämpfung des aus C, W und F₁ bestehenden Schwingungskreises liegt die nach der Zündung am Kondensator herrschende Spannung U₀ = U_n, um praktisch gleich viel unter der momentanen Klemmenspannung U_n? der Expansionswicklung, wie die Spannung U^ darüber lag. Durch die Expansionswicklung ist bei der Umladung des Kondensators ein Stromimpuls geflossen, dessen Höhe proportional zum Spannungsunterschied Uv'—U_m> war.

Ein analoger Entladungsvorgang ist bei a₂ gezeigt. Die Kondensatorspannung U₀ besaß vor der Zündung den-Wert UV»; nach der Zündung der Steuerröhre F₂ liegt sie bei U_n», wobei U_n« und UV» wiederum sehr angenähert symmetrisch zur Klemmenspannung U_{ liegen, welche im Moment der Zündung den Wert U_m« aufwies.

Im gezeigten Beispiel ist der bei a₂ ausgelöste Expansionsimpuls höher als derjenige bei Ct₁, denn die Spannungsdifferenz U> —· U_m» ist größer als die Spannungsdifferenz U_n' — U_m>. Nun ist es bekanntlich vorteilhaft, wenn die Amplitude jedes Expansionsimpulses und damit die jeweilige Spannungsdifferenz U h

g pg proportional zur erreichten Elektronen-

energie ist, also proportional zu sin a. Wird also zur Expansion der auf maximal mögliche Energie beschleunigten Elektronen bei α = go° eine Spannungsdifferenz JJ₁ benötigt (dieser Wert ist einerseits durch die Bauart der Expansionswicklung und anderseits durch die gewünschte Vergrößerung des Gleichgewichtskreises bestimmt), so beträgt diese Differenz im allgemeinen Fall U_v — Ui= U₁- sin α. Da nun Danach der Funktion U₀ · cos α verläuft, ist die notwendige Kondensatorspannung U'„/ resp. U_v» in Abhängigkeit von den Expansionszeitpunkten Ct₁ resp. a₂ gegeben durch die Funktion

U_v> = CT₀ · cos Ci₁ + U₁- sin OL₁ bzw.

U_v" = U₀ · cos Ci₂ + U₁- sin a₂.

Nach den Expansionen liegt die Kondensatorspannung U_c bei den Werten

U_n' = U₀ ■ cos Ci₁ — U₁- sin O₁ bzw.

U_nir = JJ₀ · cos Gt₃ — U₁- sin ct_a.

Erfindungsgemäß wird nun die jeweils für die nächste Expansion benötigte Kondensatorspannung U_vv (bzw. ZJ₁/) dadurch aus der von der vorhergegangenen Expansion stehengebliebenen Kondensatorspannung U_n' (bzw. U_n") gewonnen, daß die Steuerröhre, welche die vorhergehende Expansion bewirkt hat, vor der nächsten Expansion noch einmal gezündet wird. Der Zeitpunkt a₃ (bzw. a₄) für diese zusätzliche Zündung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung so gewählt, daß sich der Kondensator vom alten Spannungswert U_n> (bzw. U_n») gerade auf den benötigten neuen Spannungswert U_v« (bzw. U_n') umlädt. Die Umladung muß daher zu demjenigen Zeitpunkt geschehen, in welchem die Klemmenspannung Uj in der Mitte zwischen dem alten und dem neuen Spannungswert liegt. Für den als vorteilhaft bekannten Fall, nach dem die Amplituden der Expansionsimpulse proportional zur Elektronenenergie sind, errechnet sich aus den weiter oben angegebenen Formeln leicht, daß die Phasen a_s bzw. a_t gegeben sind durch die Beziehungen

cos (Z₃ = — (cos Ci₁ -f- cos «₂ — k (sin a_x — sin Ct₂))

bzw.

cos Ci₄ = — (cos Ci₁ + cos Ci₂ + k (sin Ci₁ — sin α₂)) ,

wobei

k =

El. U₀'

Die Fig. 3 zeigt die interessierenden Spannungsverläufe in einem erfindungsgemäßen Betatron für den dargestellten Fall; sie umfaßt wiederum eine Periode der speisenden Wechselspannung. Es ist der Einfachheit halber angenommen, daß die notwendige Impulsspannung U_v — Uf zur Expansion bei maximaler Energie gleich der Amplitude der in der Expansionswicklung induzierten Wechselspannung sei; es gilt also U₁ = U₀ und A = I. Dieser Zustand läßt sich, wenn erwünscht, durch geeignete Dimensionierung der Expansionswicklung realisieren. Die für eine Expansion notwendige Spannung U_v verläuft also in Abhängigkeit von der Expansionsphase α nach der Funktion U₀ ■ ]/!"· sin (α+π/4) (gestrichelte Kurve); nach jeder Expansion besteht am Kondensator die Spannung U_n = U₀- YT · cos (α + π/4) (strichpunktierte Kurve).

Als Beispiel sei nun angenommen, daß der erste Strahl bei der Phase O₁ = 60° expandiert wird, der zweite Strahl bei der Phase a₂ = 2oo°. Der erste Strahl weist also rund 87°/,,, der zweite Strahl rund 35% der maximal möglichen Energie auf. Die beiden Steuerröhren V₁ bzw. F₂ werden also bei denPhasen Ci₁ = 6o° bzw. a₂ = 200° gezündet. Bei der Phase Ct₁ springt die Kondensatorspannung vom Wert ZJ₁/ = 1,37 · U₀ auf den Wert U_n'-= — 0,37· U₀; bei der Phase a₂ betragen die entsprechenden Werte U_v» = —1,28 · U'„ bzw. U_nIi = — 0,60 · U₀. Erfindungsgemäß wird nun die Steuerröhre F₁ zusätzlich bei der Phase a_s = 146⁰ gezündet. Bei dieser Phase liegt nämlich die Klemmenspannung der Expansionswicklung bei — 0,825 ' U₀, d. h. gerade in der Mitte zwischen dem bestehenden Wert U_n' ■= — 0,37 · U₀ und dem nächsten benötigten Wert U_vii = —1,28 · ZJ₀. Am Kondensator steht also, noch bevor die Beschleunigung der Elektronen für den zweiten Strahl begonnen hat, die für dessen Expansion bei a = 200° notwendige Spannung zur Verfügung. Nach dieser Expansion wird in analoger Weise die Steuerröhre F₂ zum zweitenmal gezündet, und zwar bei der Phase 04 = 293 °, bei welcher die Spannung U{ mit 0,385 · ZJ₀ in der Mitte zwischen der seit der zweiten Expansion bestehenden Spannung U_nIi = — 0,60 · ZJ₀ und der für die nächste Expansion benötigten Spannung ZJ„/ = 1,37 · ZJ₀ liegt. Der untere Teil der Fig. 3 zeigt die Lagen und Größen der Stromimpulse, welche durch die Expansionswicklung fließen. Die Impulse I und III sind Expansionsimpulse, welche die bei a = o° bzw. a = 180° begonnenen Beschleunigungsvorgänge beenden. Es ist ersichtlich, daß die Impulshöhen proportional zu den in den Expansionszeitpunkten erreichten Elektronenenergien sind und daß die Polaritäten der Expansionsimpulse abwechseln entsprechend den abwechselnden Umlaufrichtungen der Elektronen. Die Impulse II und IV, welche 'bei den Umladungen des Kondensators auf die jeweils für die nächste Expansion benötigten Spannungswerte entstehen, haben keinen weiteren Einfluß auf die Funktion des Betatrons, da sich zu den Zeitpunkten ihres Auftretens keine Elektronen auf dem Gleichgewichtskreis befinden.

Zusammenfassend ist also das erfindungsgemäße Betatron dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerröhre nach dem ihm zugeordneten Expansionsvorgang, aber vor dem nächsten Expansionsvorgang noch iao einmal gezündet wird. Mit Vorteil erfolgt diese zusätzliche Zündung wenigstens angenähert zu dem Zeitpunkt, in welchem die durch den Beschleunigungsfluß in der Expansionswicklung induzierte Spannung U₁ in der Mitte liegt zwischen der seit der vorausgegangenen Expansion am Kondensator liegenden Spannung

U_n und der für die nächste Expansion benötigte Spannung U_v<

Die naturgemäß · stets vorhandenen Widerstände bewirken, daß die Spannungsdifferenzen U_n — U. nicht gleich den Spannungsdifferenzen U_v — U_m sind, sondern etwas kleiner als diese. Die Verkleinerung beträgt in der Praxis etwa 5 bis 15%. Die Konsequenzen dieser Verkleinerung sind meist unbedeutend. Sollen sie aber vermieden werden, so können die ίο Phasen a₃, a₄ der zusätzlichen Zündungen um einen geringen Betrag größer als der weiter oben berechnete Wert gewählt werden. Aus der Fig. 3 ist entnehmbar, daß in diesem Fall die Spannungen U bzw. U_v' etwas größer werden, wodurch der dämpfende Einfluß der Widerstände kompensiert werden kann. Es kann auch gemäß einer Weiterausbildung des Erfindungsgedankens nach dem in Fig. 4 skizzierten ' Programm gearbeitet werden. Danach wird zwischen der eine Expansion bewirkenden Zündung (a_x bzw. a₂) und der erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Zündung (a₃ bzw. a₄) einer Steuerröhre die andere Steuerröhre gezündet, und zwar bei den Phasen a₅ bzw.. (Z₆. Es ist ersichtlich, daß dann bei den Phasen a₃ bzw. a₄ der zusätzlichen Zündungen größere Spanas nungsdifferenzen U_n-U_n als beim Programm nach Fig. 3 zur Verfügung stehen. Auf Grund des Programms nach Fig. 4 kann übrigens praktisch zu jeder beliebigen Expansionsphase ein Expansionsimpuls von beliebiger Amplitude hergestellt werden. Es kann also insbesondere für gewisse Zwecke von der im allgemeinen vorteilhaften Norm abgewichen werden, gemäß welcher diese: Amplitude proportional zur erreichten Elektronenenergie sein soll.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Betatron werden die Zündimpulse bei den Phasen %, a₂, a_s und a₄ (Fig. 3) durch je einen einstellbaren Phasenschieber in Verbindung mit einer von diesem gespeisten impulsformenden Schaltung erzeugt. Derartige Anordnungen sind in mannigfachen Ausführungsformen bekannt. Die zwei Phasenschieber zur Festlegung der Expansionszeitpunkte und damit der gewünschten Elektronenenergie erzeugen Impulse, welche in den Bereichen 0° < Cc₁ < 90° bzw. 180° < (X₂ <■ ²7°° verschiebbar sind. Die Phasenschieber zur Erzeugung der Impulse für die zusätzlichen Zündungen bei den Phasen 90° < a_s < 180° bzw_fc 270⁰ < a₄ < 360° können von Hand, z.B. unter Benutzung eines Kathodenstrahloszülographen, eingestellt werden; vorteilhafter ist j edoch ihre Einstellung auf das Maximum der Elektronenausbeute. Dadurch werden die Einflüsse der Dämpfung von selbst eliminiert.

Bequemer zu bedienen sind natürlich Betatrons, bei welchen nur die Expansionsphasen a_x und- a₂ je nach den gewünschten Elektronenenergien von Hand einstellbar sind, wobei besondere Mittel zur selbsttätigen Herstellung von Impulsen für die zusätzlichen Zündungen bei den richtigen Phasen a₃ bzw. a ₄ vorhanden sind. Jede dieser Phasen hängt nach den weiter oben abgeleiteten Zusammenhängen von den beiden Expansionsphasen ab.· Es können also beispielsweise die gemäß dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel vorhandenen Phasenschieber für die Erzeugung der zusätzlichen Impulse über ein geeignetes mechanisches Getriebe mit den Phasen-Schiebern für die Erzeugung der Expansionsimpulse gekoppelt sein. Es können auch die Phasen für die zusätzlichen Zündungen unter Anwendung eines geeigneten Regelverfahrens z. B. gemäß der schweizerischen Patentschrift (Gesuch 76 998) selbsttätig auf das Maximum der Elektronenausbeute eingestellt werden. Die Fig. 5 zeigt als weiteres Beispiel die Erzeugung der Impulse für die zusätzlichen Zündungen mit rein elektrisch arbeitenden Mitteln. Es sind zunächst die schon an Hand der Fig. 1 erklärten Teile dargestellt. Zusätzlich werden die Schaltungen zur Erzeugung der Expansionsimpulse und der zusätzlichen Impulse gezeigt. Die Einrichtung enthält zwei identische Schaltungen, von denen die eine, welche im gestrichelten Rechteck II enthalten ist und ausführlich zu besprechen sein wird, die Zündimpulse für die Steuerröhre V₂ bei den Phasen a₂ und a₄ erzeugt. Die andere Schaltung, welche die Zündimpulse für die Steuerröhre F₁ erzeugt, ist durch das mit I bezeichnete Rechteck symbolisiert.

Bei den folgenden Ausführungen ist vorausgesetzt, daß jede Steuerröhre dann zündet, wenn seine Gitterspannung, von negativen Werten herkommend, den Wert Null erreicht. Trifft diese Voraussetzung für die zur Verwendung vorgesehenen Steuerröhren nicht zu, so kann eine konstante Gittervorspannung passender Größe vorgesehen werden, wobei dann die gezeigte Einrichtung in unveränderter Form verwendbar ist. Zunächst wird" die Erzeugung des Expansionsimpulses bei der willkürlich einstellbaren Phase a_a besprochen. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Punkt M der Schaltung dasselbe Potential wie der Punkt B aufweist, welcher mit der Kathode der Steuerröhre F₂ verbunden ist. Daß diese Voraussetzung im hier interessierenden Intervall 180° < Ot₂ < 270° tatsächlich besteht, wird weiter unten begründet werden. Im Transformator T₁ wird aus einer sinusförmig verlaufenden Primärspannung U₁ durch Sättigungserscheinungen im Eisenkern als Sekundärspannung U₂ eine Folge von abwechselnd positiven und negativen kurzdauernden Impulsen erzeugt. Die Primärspannung wird aus dem willkürlich einstellbaren Phasenschieber D₂ bezogen. Dabei ist die Phase der Spannung ZJ₁ in einem derartigen Bereich verschiebbar, daß die positiven Impulse zu einer beliebig wählbaren Phase des Intervalls i8o° < a₂ < 270⁰ auftreten. Auf das fest eingestellte Phasendrehglied, welches in der Figur durch einen Kondensator und einen Widerstand symbolisiert ist, wird noch zurückzukommen sein. Damit die Steuerröhre F₂ durch die positiven Impulse gezündet werden kann, liegt an seinem Steuergitter normalerweise eine konstante negative Gittervorspannung Ug. Diese ist in Serie zur Impulsspanriung U₂ geschaltet, und ihre Größe soll der Impulsamplitude entsprechen. Die Gleichspannung U_a wird über den

-leichrichter G₁ und den Transformator T₂ aus der vom Phasenschieber T₂, stammenden Wechselspannung U₀ erzeugt.

Nun wird die Erzeugung der Spannung für die zusätzliche Zündung der Steuerröhre F₂ bei der Phase Ct₄ besprochen. Diese Zündung muß gemäß den weiter

oben angegebenen Beziehungen dann erfolgen, wenn (gleich Fig. 3)

U_n,,

oder

ist.

ίο Gemäß Fig. 5 wird am Widerstand R₂ des Spannungsteilers S₁, S, S₂ eine Spannung U₃ abgegriffen, welche proportional zur Spannungsdifferenz U_{ — U_n,, verläuft: ZJ₃ = p ■ (Ui— U_n,,). Zu dieser Spannung wird eine zur Spannung U₁ proportionale Spannung ZJ^ addiert, welche aus dem Transformator T₃ stammt: ZJ^ = p · U₁. Die Primärwicklung dieses Transformators wird dazu aus derselben Phase des Drehstromnetzes gespeist wie die Erregerwicklung P des Betatrons. Schließlich muß von der Summe ZJ₃ -f U₁, = ρ · (2 Ui ■—■ U_n") einezur Spannung ZJ₁/proportionale Spannung p · U_v, subtrahiert werden. Dies ist eine Gleichspannung ZJ₄, deren Höhe nach den weiter oben abgeleiteten Beziehungen von der mit dem Phasenschieber D₁ eingestellten Phase a_x abhängt gemäß der Bedingung ZJ\=p-U_i-']/-z · sin (a_x + π/4). Eine solche Gleichspannung wird über den Gleichrichter G₂ und den Transformator T₁ aus der vom Phasenschieber D₁ gelieferten Wechselspannung ZJ₅ gewonnen, wenn ZJ₅ die geometrische Summe der Spannung an der beweglichen Sekundärwicklung des Phasenschiebers und der Spannung der Phase S — O ist. Dies ist bei der gezeichneten Serienschaltung der Sekundärwicklung d₂ mit der Wicklung d_x der Fall, wenn die von der Sekundärwicklung gelieferte Spannung dieselbe Amplitude aufweist wie die Spannung an der Primärwicklung H_x. Damit eine Drehung der Phase der Spannung ZJ₅ in einem Bereich von δ = go° möglich ist, muß die Sekundärwicklung in einem Bereich von 2<5=i8o° verdrehbar sein. Die vom Phasenschieber D₁ gelieferte Wechselspannung ZJ₅ dient gleichzeitig zur Erzeugung des Expansionsimpulses für die Steuerröhre F₁ mit Hilfe der im Block I enthaltenen Mittel. Andererseits wird die vom Phasenschieber D₂ gelieferte Wechselspannung ZJ₀ im Block I in die zur Herstellung des zusätzlichen Impulses für die Steuerröhre F₁ benötigte Gleichspannung verwandelt. Daß die Amplituden der Spannungen ZJ₀ bzw. ZJ₅ bei der Verstellung der Phasenschieber veränderlich sind, ist für die Erzeugung der Expansionsimpulse praktisch bedeutungslos, wenn berücksichtigt wird, daß sich Impulsspannung ZJ₂ und Gittervorspannung U₀ im gleichen Maße ändern. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß dann, wenn die Spannung ZJ₀ beispielweise ihre maximale Amplitude aufweist, ihre Phase um 30° gegenüber der Phase 5—T verschoben ist, welche das Betatron speist. Aus Fig. 3 ist aber entnehmbar (s. die gestrichelte Kurve), daß die maximale Amplitude der Spannung ZJ₀ bei der Phase a = 45 ° auftreten soll. Es ist daher das fest eingestellte Phasendrehglied F vorgesehen, welches das richtige gegenseitige Verhältnis zwischen der Phase der Impulsspannung ZJ₂ und der Höhe der Gleichspannung ZJ₄ herstellt.

Die Spannung am Punkt N erreicht also gerade dann den Wert Null, wenn die zusätzliche Zündung der Steuerröhre V₂ stattfinden soll. Eine nähere Untersuchung zeigt aber, daß die Spannung am Punkt N im Intervall o° < α < i8o° nochmals den Wert Null erreichen kann. Damit hierbei keine Zündung stattfinden kann, wird am Widerstand R₃ durch den Gleichrichter G₃ und den Transformator T₅ eine pulsierende Gleichspannung erzeugt, welche aus negativen Sinushalbwellen besteht, die im genannten Intervall auftreten. Dazu ist die Primärwicklung des Transformators T₅ mit einer Spannung gespeist, deren Phase um 90° gegenüber derjenigen der Spannung U₁ verschoben ist, also aus den Leitungen R und O des Drehstromnetzes. Damit im Moment der zusätzlichen Zündung auch das Steuergitter der Steuerröhre F₂ trotz der Gittervorspannung U_g die Spannung Null erhält, wird zur Spannung am Punkt N eine positive Gleichspannung U_g, addiert. Diese wird über den Gleichrichter G₄ und den Transformator T₂ aus der vom Phasenschieber D₂ gelieferten Wechselspannung ZJ₀ gewonnen; ihre Größe verändert sich daher beim Verstellen der Phase a₂ im gleichen Maß wie die Größe der Gittervorspannung U_g.

Schließlich ist noch der Widerstand S₄ in Verbindung mit dem Gleichrichter G₅ wirksam. Dieser Gleichrichter verbindet den Punkt M mit dem Punkt B, sobald die in den links vom Gleichrichter gezeichneten Teilen erzeugte Spannung negativ gegenüber dem Punkt B wird. Dies ist insbesondere im Bereich i8o^c<a<27O^c der Fall, in welchem der Expansionsimpuls für die Steuerröhre F₃ auftritt. In diesem Bereich liegt also, wie weiter oben vorausgesetzt wurde, der Punkt M an der Kathode der Steuerröhre V₂, und es sind allein die Gittervorspannung U_g und die Impulsspannung U₂ am Steuergitter der Steuerröhre F₂ wirksam Der Widerstand S₄ verhindert eine zu große Belastung der Spannungsquellen während der Zeiten, da der Gleichrichter G₅ Strom führt.

Es hat sich in der Praxis als sehr vorteilhaft erwiesen, die in dem punktiert gezeichneten Rechteck des Blockes II und die entsprechenden im Block I enthaltenen Teile durch je ein Abschirmgehäuse zu umgeben, welches mit der Kathode der zugeordneten Steuerröhre leitend verbunden ist. Auf diese Weise ist ein regelmäßiger Betrieb trotz der großen Potentialsprünge, die bei Umladungen des Kondensators C auftreten,, gesichert.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Zweistrahl-Betatron mit einer Expansionswicklung, welche wenigstens einen Teil des Beschleunigungsflusses umfaßt und welche mit der Serienschaltung eines Kondensators und zweier mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen zueinander parallel geschalteter gittergesteuerter Gas- oder Dampf entladungsröhren (Steuerröhren) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils für die nächste Expansion benötigte Kondensatorspannung aus der von der vorhergegangenen Expansion stehengebliebenen Kondensatorspannung gewonnen wird, indem jede Steuerröhre nach dem

   ihr zugeordneten Expansionsvorgang, aber vor dem nächsten Expansionsvorgang, noch einmal zusätzlich gezündet wird.
2. 2. Betatron nach Anspruch i, gekennzeichnet durch vier einstellbare Phasenschieber, deren Ausgangsspannungen zur Erzeugung von Zündimpulsen dienen.
3. 3. Betatron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Phasenschieber zur Erzeugung der zusätzlichen Zündimpulse selbsttätig auf größte Ausbeute des zugeordneten Elektronenstrahls eingestellt werden.
4. 4. Betatron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Zündungen jeweils wenigstens angenähert in demjenigen Zeitpunkte erfolgen, in welchem die durch den Beschleunigungsfluß in der Expansionswicklung induzierte Spannung (JJ₄) in der Mitte liegt zwischen der seit der vorangegangenen Expansion am Kondensator liegenden Spannung (U_n) und der für die nächste Expansion benötigten Spannung (U_Ό). '
5. 5. Betatron nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei unabhängig voneinander einstellbare Phasenschieber zur Einstellung der gewünschten Expansionsphasen (a_± bzw. a₂) und durch Mittel zur Erzeugung von zusätzlichen Zündimpulsen, deren Phasen (a₃ bzw. a₄) von den eingestellten Expansionsphasen abhängen.
6. 6. Betatron nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Zündimpulse durch zwei Phasenschieber erzeugt werden, welche über ein mechanisches Getriebe mit den beiden unabhängig voneinander einstellbaren Phasenschiebern gekoppelt sind.
7. 7. Betatron nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der zusätzlichen Zündimpulse rein elektrisch arbeiten.
8. 8. Betatron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der eine Expansion bewirkenden Zündung und der zusätzlichen Zündung einer Steuerröhre die andere Steuerröhre gezündet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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