DE954814C

DE954814C - Verfahren zur Herausfuehrung der in einem Induktionsbeschleuniger beschleunigten Teilchen und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE954814C
Application number: DEA16797A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Rolf Wideroee
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1952-10-18
Filing date: 1952-11-04
Publication date: 1956-12-20
Also published as: CH305551A; US2935691A; NL95556C; FR1085214A; NL181692B; GB756872A

Description

In einem magnetischen Induktionsbeschleuniger werden die durch das elektrische Wirbelfeld eines zeitlich veränderlichen magnetischen. Beschleunigungsflusses beschleunigten Teilchen (im folgenden ist als Beispiel stets von Elektronen die Rede) bekanntlich durch ein sogenanntes Steuerfeld auf einer kreisförmigen Bahn geführt. Damit sich eine »Potentialrinne« bildet, in welcher die Elektronen auch· dann stabil umlaufen können, wenn sie radiale Schwingungen um die Mittelllinie dar Bahn ausführen, muß die Stärke des Steuerfeldes mit wachsendem Radius R abnahmen, und zwar weniger stark als die Funktion ilR.

Die in einem solchen Gerät beschleunigten Elektronen werdein meist zwecks. Erzeugung von Röntgenstrahlen auf eine Antikathode gelenkt, welche sich in der Bahnebene der Elektronen im Innern der Beschleunigungsröhre befindet. Dies geschieht beispielsweise durch eine sogenannte Expansion oder Kontraktion der Elektronembaihn, d. h. durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung ihres Durchmessers, je nachdem, ob sich die Antikathode außerhalb oder innerhalb des während der Beschleunigung von den Elektronen durchlaufenen Bahnkreises -befindet. Expansion oder Kontraktion werden meist durch Spulen bewirkt, welche das

Verhältnis von Steuerfeld zu Beschleunigungsfluß verändern. Oft ist es jedoch erwünscht, die beschleunigten Elektronen nicht auf eine Antikathode, sondern zwecks anderer Verwendung aus der Beschleunigungsröhire heraus zu lenken. Wird zu diesem Zweck eine Expansion, des Elektronenbahnkreises vorgenommen, so verlassen die Elektronen die Kreisbahn an allen Stellen ihres Umfanges. In der Praxis ist dies jedoch unerwünscht; von Nutzen ίο ist nur ein Elektronenstrahl, welcher die Kreisbahn an einer wohldefinierten Stelle verläßt. Aus der schweizerischen Patentschrift 265 656 sind Mittel zur Deformation der Elektronenbahn nach erfolgter Beschleunigung bekannt, mit denen bezweckt wurde, eine mehr oder weniger spitze Ausbuchtung der Bahnkurve an einer ganz bestimmten Stelle zu erzeugen, damit die Elektronen möglichst nur an dieser Stelle die während der Beschleunigung durchlaufene Bahn verlassen.

Die dort angegebenen Mittel wirken gut zur Lenkung der beschleunigten Elektronen auf eine Antikathode. Es hat sich aber gezeigt, daß die Ausführung der beschleunigten Elektronen an einer wohl definierten Stelle der Kreisbahn durch die angegebenen Mittel keinen guten Wirkungsgrad ergibt. Ein beträchtlicher Teil der Elektronen verläßt vielmehr die Kreisbahn an anderen Stellen. Dies rührt daher, daß die Mittel nicht nur die tiefste Stelle der Potentialrinne (die sogenannte Gleichgewichtsbahn) deformieren, in welcher die Elektronen während der Beschleunigung laufen, sondern daß in gewissem Maße auch die Ränder der Potentialrinne in demselben Sinne verschoben werden. Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Elektron die Potentialrinne gerade an.-der gewünschten: Stelle verläßt, ist daher nicht sehr viel größer als die Wahrscheinlichkeit, daß es an irgendeiner andern Stelle aus der Potential rinne austritt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Nachteile zu beseitigen, welche die bekannte Anordnung für die Ausführung der Elektronen aus der Beschleunigungsröhre aufweist. Sie ist dadurch, gekennzeichnet, daß während der Expansion des Bahnkreises über einen relativ geringen Teil des Kreisumfanges und über die gesamte Breite des stabilisierenden Bereiches ein Kraftfeld erzeugt wird, welches in derselben Richtung auf die Elektronen wirkt wie das Steuerfeld, und welches so geschaffen ist, daß die in Richtung der Elektronenbahn gemittelten Zentripetalkräfte größer sind als auf dem restlichen Teil und mit wachsendem Radius stärker abnehmen als die Funktion i/R. Diese Maßnahme erzeugt an einer ganz bestimmten Stelle der Kreisbahn eine radiale Instabilität, wodurch die Potentialrinne an dieser Stelle sozusagen aufgetrennt ist.

Zur Erläuterung diene die Fig. 1.

Der relativ geringe Teil des Kreisumfanges ist

zwischen, den Radien A₁ und A₂ eingeschlossen.

B ist die mittlere während der Beschleunigung von den Elektronen durchlaufene Bahn. Zum Zwecke der Herausführung der Elektronen nach erfolgter Beschleunigung wird während der Expansion in dem eingeschlossenen Teil auf jedes Elektron die Zentripetalkraft P₁^ ausgeübt, wobei ernndungsgemäß gilt:

dA

dR

A₂

Pit ■ dA <

-ι.

Innerhalb des eingeschlossenen Teils ist also* bei der Expansion die auf dem übrigen Teil der Kreisbahn durch das Steuerfeld aufgebaute Potentialrinne, welche zwischen den Grenzen G_; und G^ liegt, nicht vorhanden. Durch diese Unstetigkeitsstelle werden die Elektronen in kräftige Radialschwingungen versetzt. Wenn diese eine genügend große Amplitude erreicht haben, verlassen dieElektrotten die Potentialrinne an derselben Stelle, weil hier die stabilisierenden Kräfte fehlen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher die Ausführung eines größeren Teiles der beschleunigten Elektronen an einer ganz bestimmten Stelle des Bannkreises, als es auf die bekannte Weise möglich ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie Auslenkungsspulen enthält, welche ein senkrecht zur Ebene der kreisförmigen Bahn verlaufendes und sich über die gesamte Breite der Potentialrinne erstreckendes Magnetfeld erzeugen, welches eine im Vergleich zum Kreisumfang geringe Länget! besitzt und so beschaffen ist, daß der auf das Flächenelement A · dR entfallende magnetische Fluß Φ mit wachsendem Radius R abnimmt.

Solche Spulen werden mit Vorteil in paarweiser Anordnung symmetrisch zu beiden Seiten der Ebene der Kreisbahn angeordnet. Sie können gemäß Fig. 2 so gestaltet sein, daß sie ein Magnetfeld von wenigstens annähernd konstanter Länge', aber mit dem Radius abnehmender Feldstärke erzeugen. Es ist auch möglich, eine Spulenbauart gemäß Fig. 3 anzuwenden, welche ein wenigstens angenähert homogenes Magnetfeld erzeugt, dessen in Richtung der Kreisbahn gemessene Länge mit wachsendem Radius abnimmt.

Die Speisung der Auslenkungsspulen erfolgt mit nc besonderem Vorteil durch den für die Erregung der Expansionsspulen dienenden Strom oder durch einen zu diesem wenigstens angenähert proportional verlaufenden Strom. Die Auslenkungsspulen können also einfach in Serie zu den Expansionsspulen geschaltet sein, gegebenenfalls unter Benutzung eines Transformators.

Eventuell ist auf die Unterdrückung des netzfrequenten Stromes zu achten, welcher durch den Beschleunigungsfluß in den Expansionsspulen induziert wird und welcher zufolge des in den erfxndungsgemäß verwendeten Auslenkungsspulen erzeugten Magnetfeldes den Beschleunigungsvorgang insbesondere an seinem Anfang stören könnte. Die Unterdrückung kann beispielsweise dadurch gefchehen, daß in die Serieschaltung ein netzfre-

quenter Strom passender Größe eingeführt wird, dessen Phase derjenigen des induzierten Stromes entgegengesetzt ist.

Dadurch, daß die Elektronen schon durch den Expansionsvorgang nahe an den äußeren Rand der Potentialrinne gebracht werden, kann das gemäß der Erfindung anzuwendende Magnetfeld relativ schwach sein und trotzdem die beabsichtigte Wirkung hervorrufen. Der technische Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist daher insbesondere in dem geringen Aufwand an zusätzlichen Mitteln für eine wirkungsvolle Elektronenausführung zu sehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herausführung der in einem Induktionsbeschleuniger beschleunigten Elektronen aus der während der Beschleunigung unter Einwirkung eines stabilisierendien Steuerfeldes durchlaufenen kreisförmigen Bahn, dadurch gekennzeichnet, daß während der Expansion des Bahnkreises über einen relativ geringen Teil des Kreisumfanges und über die gesamte Breite des stabilisierenden Bereiches ein Kraftfeld erzeugt wird, welches in derselben Richtung auf die Elektronen wirkt wie das Steuerfeld, und welches so beschaffen ist, daß die in Richtung der Elektronenbahnen gemittelten, durch das Kraftfeld und das Steuerfeld zusammen auf die Elektronen ausgeübten Zentripetalkräfte in diesem Teil größer sind als auf dem restlichen Teil und mit wachsendem Radius stärker abnehmen als die Funktion i/R.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Auslenkungsspulen zur Erzeugung eines senkrecht zur Ebene der kreisförmigen Bahn verlaufenden und sich über die gesamte Breite des stabilisierenden Bereiches erstreckenden Magnetfeldes mit der relativ zum Kreisunifang geringen Länge A, welches so beschaffen ist, dlaß der auf das Flächenelement A · dR entfallende magnetische Fluß Φ mit wachsendem Radius abnimmt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Auslenkungsspulen zur Erzeugung eines· mit wachsendem Radius abnehmenden Magnetfeldes.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, -gekennzeichnet dadurch, daß die Auslenkungsspulen ein wenigstens angenähert homogenes Magnetfeld erzeugen und daß die in Richtung der Kreisbahn gemessene Länge des Magnetfeldes mit wachsendem Radius abnimmt.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 für einen Induktionsbeschleuniger, bei welchem die Expansion des Bahnkreises mittels stromdurchflossener Expansionsspulen geschieht, gekennzeichnet dadurch, daß die Auslenkungsspulen durch einen Strom gespeist werden, welcher dem in den Expansionsspulen fließenden Strom wenigstens angenähert proportional verläuft.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Unterdrückung des durch den Beschleunigungsfluß in den Expansionsspulen induzierten Stromes.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 839 392, 939 221; schweizerische Patentschrift Nr. 265 656;
Physical Review, Bd. 70, 1946, S. 95; Bd. 73, 1948, S. 1223;

journal of Applied Physics., Bd. 17, 1946, S. 444; National Bureau of Standards Report 1001, 1951.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 715 12.56