DE953896C

DE953896C - Zyklotron mit kleiner Anfangsphase

Info

Publication number: DE953896C
Application number: DEI7559A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Werner Hardt
Original assignee: FOERDERUNG DER KERNPHYSIKALISC
Current assignee: FOERDERUNG DER KERNPHYSIKALISC
Priority date: 1953-08-05
Filing date: 1953-08-05
Publication date: 1956-12-06

Description

Zyklotron mit kleiner Anfangsphase Für die Ausbeute ,eines Zyklotrons spielt es eine wesentliche Rolle, mit welchen Anfangsphasen Teilchen starten können. Schon lange ist .es bekannt, daß unter sonst vorgegebenen Betriebsbedingungen nur solche Teilchen durchkommen, d. h. bis auf hohe Energie beschleunigt werden, welche innerhalb eines bestimmten Bereichs der Anfangsphase starten. Bei den bis heute in Betrieb befindlichem Zyklotronen lassen sich diese Anfangsphasen nicht willkürlich beeinflussen, sondern es stellen sich automatisch bestimmte Phasenbereiche ein,, innerhalb deren Teilchen beschleunigt werden. Unter bestimmten Bedingungen, die nachstehend angegeben werden, stellen sich die Teilchen nach wenigen Umläufen auf einen sehr engen Phasenbereich ein, der im allgemeinen für die weitere Beschleunigung nicht optimal ist: Natürlich benutzte man meist für die Berechnung der Phasenbeziehung die Näherung, daß die Breite des Beschleunigungsspaltes klein sein soll im Vergleich zum Radius der Teilchenbahn. In diesem Falle ergibt sich, da,ß Teilchen mit allen Phasen von o, bis zc/2 starten können. Mit Wa wird dabei die Phase bezeichnet, bei der das Teilchen gerade im Augenblick des Spannungsmaximums durch den Beschleunigungsspalt geht. Diese Näherung ist aber :nur bei Zyklotronen mit extrem hoher Hochfrequenzspannung und auch bei diesen nur sehr schlecht erfüllt.
Eine wesentlich andere Phasenbeziehung erhält man, wenn man die Näherung -macht, daß für die ersten Umläufe der Bahnradius klein ist gegenüber der Breite des Beschleunigungsspaltes. Diese Näherung ist bei den meisten frequenzkonstanten Zyklotronen noch einigermaßen gut erfüllt, bei den Synchrozyklotronen ist sie regelmäßig sehr gut erfüllt. Bei dieser Näherung ergibt sich nun, daß alle Teilchen nach wenigen Umläufen mit der Phase a/2 den Beschleunigungsspalt passieren. Die Ausbeute wird dadurch schlechter, als man nach einer Theorie, die auf die erstgenannte Näherung aufbaut, erwarten müßte. Durch die Betriebsweise des Zyklotrons läßtsich die Phasenlage nicht willkürlich beeinflussen.
Die Erfindung betrifft eine Veränderung im Aufbau des Zyklotrons, um die Phasenlage der Teilchen im Beginn ihrer Bahn willkürlich beeinflussen zu können. Die Neuerung besteht darin, daß in der Nähe des Zentrums eine zusätzliche Vorrichtung eingebaut wird, die es erlaubt, eine willkürliche Änderung der Anfangsphase vorzunehmen und diese insbesondere gegenüber dem Wert n/2 nach kleineren Phasenwinkeln hin zu drehen, so daß man eine maximale Ausbeute erreichen kann. Diese Veränderung der Phasenlage soll sich nur auf die ersten Umläufe beziehen.. Sobald der Bahnradius der Teilchen wesentlich größer wird als die Breite des Beschleunigungsspaltes, sollen die Teilchen sich selbst überlassen bleiben. Die Änderung der Phasenlage kann auf zweierlei Weise bewerkstelligt werden. Entweder besteht die Vorrichtung aus besonderen Beschleunigungselektroden, die sich als azimutal verdrehte »Fühler« auffasen lassen (»Fühler« im üblichen Sinne der Zyklotron-Literatur), oder aus einem Einsatz mit einem Hochfrequenzwechselfeld, das parallel zum Hauptfeld steht, in der Frequenz mit diesem übereinstimmt, aber in seiner Phase gegenüber diesem verschoben oder verschiebbar ist. Bei bekannten Einrichtungen (vgl. die deutschen Patentschriften 695 782 und 699 439, die sich nur auf -frequenzkonstante Zyklotrone beziehen) wird die Phasenlage der Teilchen im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung in den äußeren Bahnbereichen durch die besondere Gestaltung der Beschleunigungselektroden geändert, um der Inhomogenität des Magnetfeldes und dem relativistischen Massenzuwachs zusätzlich Rechnung zu tragen. Auch bei diesen Einrichtungen läßt sich die Erfindung anwenden, ohne daß sich die beiden Vorrichtungen gegenseitig stören oder in ihrer Wirkung beeinträchtigen. Die vorliegende Erfindung bringt zudem Vorteile beim Synchrozyklotron besonders deswegen, weil sich eine größere Ausbeute bei kleinen Modulat'ionsfrequenzen ergibt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Zyklotrone, gekennzeichnet durch eine in seiner Mitte angeordnete Vorrichtung, durch die die Anfangsphase der Teilchen beeinflußt, insbesondere gegenüber dem Wert n/2 nach kleineren Phasenwinkeln hin gedreht werden kann.
2. Zyklotron nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Beeinflussung der Anfangsphase der Teilchen dienende Vorrichtung aus besonderen Beschleunigungselektroden besteht, die gegenüber dem Beschleunigungsspalt azimutal verdreht werden können.
3. Zyklotron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Beeinflussung der Anfangsphase der Teilchen dienende Vorrichtung aus einem Elektrodeneinsatz besteht, der mit einer Hochfrequenzspannung betrieben wird,, deren Frequenz mit der des Hauptfeldes übereinstimmt, deren Phase jedoch gegenüber dem Hauptfeld veränderbar ist.
4. Zyklotron nach Anspruch 1 sowie 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Beeinflussung der Anfangsphase der Teilchen dienende Vorrichtung von außen so einstellbar ist, daß der Winkel der Anfangsphase der Teilchen während des Betriebs gedreht werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 695 782, 699 439; R i e z 1 e r, »Einführung in die Kernphysik«, 195o, S. 162, 163; »Physical Review«, Bd.53, 1938 S--392 bis 408; Bd.72, 1947, S.649 bis 661.