EP0276360A2 - Magneteinrichtung mit gekrümmten Spulenwicklungen - Google Patents

Magneteinrichtung mit gekrümmten Spulenwicklungen Download PDF

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EP0276360A2
EP0276360A2 EP87111574A EP87111574A EP0276360A2 EP 0276360 A2 EP0276360 A2 EP 0276360A2 EP 87111574 A EP87111574 A EP 87111574A EP 87111574 A EP87111574 A EP 87111574A EP 0276360 A2 EP0276360 A2 EP 0276360A2
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EP
European Patent Office
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winding
magnet device
windings
coil windings
coil
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EP87111574A
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English (en)
French (fr)
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EP0276360B1 (de
EP0276360A3 (en
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Helmut Marsing
Andreas Dr. Jahnke
Konrad Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP0276360A3 publication Critical patent/EP0276360A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/06—Two-beam arrangements; Multi-beam arrangements storage rings; Electron rings

Definitions

  • the invention relates to a magnet device in a curved section of the path of electrically charged particles of an accelerator system, the magnet device being arranged around a beam guiding chamber surrounding the particle path and containing curved coil windings which have convexly shaped outer sides, concave-shaped inner sides and transition areas on the end windings between them Have sides and are made up of superconducting rectangular conductors.
  • a superconducting coil winding for such a magnetic device is e.g. from EP-A-0 190 623.
  • Accelerator systems for charged particles such as Electrons often have storage rings which, because of their curved particle paths, are to be provided with appropriately curved dipole magnets. Such systems can in particular also be of the so-called racetrack type. Your particle path is then composed of two semicircles, each with a corresponding 180 ° deflection magnet, and of two straight path sections (cf. "Nucl. Instrum. And Meth.”, Vol. 177, 1980, pages 411 to 416, or Vol. 204 , 1982, pages 1 to 20). If high end energies are aimed for, the magnetic fields of such deflection magnets can be generated in particular with superconducting coil windings.
  • the synchrotron radiation source known from DE-OS 35 30 446 also has an electron storage ring of the racetrack type.
  • the synchrotron radiation ie the relativistic radiation emission of the electrons, which circulate almost at the speed of light and are deflected in a magnetic field on the specified particle path are maintained, provides X-rays with parallel radiation characteristics and high intensity.
  • This synchrotron radiation can advantageously be used for an X-ray lithography, which is particularly suitable for the production of integrated circuits for the production of microstructures.
  • Corresponding windings can be built up, for example, from superconducting rectangular conductors using a method as can be seen from EP-A mentioned at the beginning. Accordingly, the conductors are wound around a central winding core with a convex outside and a concave inside, as well as a transition area in between, on a winding head and fixed. The result is a winding lying in one plane, the individual turns of which are lined up radially in this plane with respect to the radius of curvature of the winding. The windings produced are then arranged in the magnet device in such a way that their winding planes are at least largely parallel to the plane defined by the particle path.
  • the invention is therefore based on the object of improving the magnetic device of the type mentioned in such a way that the risk of such conductor displacement is significantly reduced.
  • the advantages associated with a corresponding configuration of the magnetic device are to be seen in particular in the fact that radial movements of the superconducting rectangular conductors can be practically excluded by an exact manufacture and position of the groove cross sections which are vertical with respect to the particle path plane.
  • the windings can be formed in a saddle-like manner, bent vertically upwards or downwards with a relatively small radius of curvature. Any such movements there are correspondingly less critical because of the greater distance from the particle path.
  • a vertical prestress can be exerted on the individual conductor stacks in the grooves in a known manner. In this way, changes in length of the conductors and, in particular, displacements of their ends can largely be excluded.
  • a problem in the design of magnetic devices with high demands on the field homogeneity is also the fault-free position of the power supply lines at the conductor ends. Since the disturbing influence decreases with the distance to the particle path, the supply lines can advantageously leave the windings at the winding heads. In this way, the effect of the feed lines is negligible, while the curvature of the entire winding packages upwards or downwards can easily be taken into account when designing the field.
  • FIG. 1 schematically shows part of a synchrotron radiation source with a magnet device designed according to the invention.
  • FIGS. 2 and 3 each schematically illustrate an embodiment of a partial winding for such a magnetic device.
  • This magnetic device contains on both sides of the equatorial plane E spanned by the particle path 2 and lying in the xy direction of a right-angled xyz coordinate system, a curved superconducting dipole coil winding 4 or 5 and possibly additional superconducting coil windings such as correction coil windings 6.
  • the superconducting coil windings with convex The outside, concave inside and winding heads between these sides are advantageously held in structurally identical upper and lower frame structures 7 and 8, which are to be joined together in the equatorial plane E and thereby accommodate a beam guiding chamber 10 enclosing the particle path 2.
  • a dipole field B of sufficient quality is formed within this chamber 10.
  • the chamber 10 extends radially or tangentially to the outside an equatorial outlet chamber 12 which is open on one side and has an outlet opening or mouth 13 for the synchrotron radiation indicated by an arrow 14.
  • the outlet chamber can in particular be slit-shaped, the corresponding slit being able to make up the entire 180 ° arc of the curved particle path section.
  • the individual superconducting dipole coil windings 4 and 5 are located at least with their winding parts defining the convex outside and concave inside in azimuthally circumferential grooves 20 of appropriately designed individual coil formers 15 and 16 made of metal or plastic composite material. These coil formers are fitted into an upper or lower frame piece 17 or 18 of the respective frame structure 7 or 8 and are held perpendicular to the equatorial xy plane E with screws 19.
  • the winding structure can advantageously take place from the respective slot base of the coil body in the direction of the equatorial plane E or in the opposite direction.
  • a graduated bracket part 21 or 22 secures the exact distances and positions of the respective winding edges to the equatorial plane on the one hand, and on the other hand increases the rigidity of the entire construction with a positive fit with the coil formers 15 and 16 and the frame pieces 17 and 18 radially directed Lorentz forces.
  • the clamp parts 21 and 22 can also compress the individual windings with the aid of screws 23 and 24 and thus conductor movements during the operation of the magnet device 3, which lead to a premature, undesirable transition of the superconducting material into the normal conducting state, ie to a so-called quenching of the windings can prevent.
  • stamp-like pressure strips 27 on the respective slot base are used for this purpose, which are to be pressed against the respective winding parts by means of screws 28.
  • the winding inside the slots can be pressed together vertically from two sides.
  • the windings or parts of them can optionally be cast in the slots.
  • the frame pieces 17 and 18 of the frame structures 7 and 8 are rigidly connected to an upper and lower plate element 31 and 32, respectively. This ensures a very precise positioning of the individual superconducting coil windings 4 to 6 relative to the particle track 2.
  • the upper and lower plate elements 31 and 32 of the frame structures 7 and 8 are braced against ring-like, force-transmitting distributor pieces 34 and 35.
  • the slot-like outlet chamber 12 extends outwards between these distributor pieces.
  • the mutual distance and a force support between the distributor pieces 34 and 35 is ensured by at least one support element 40, which is located radially further outside than the mouth of the outlet opening 13. Since the distributor pieces 34 and 35 form parts of a cold helium housing 42 for receiving liquid helium for cooling the superconducting coil windings within a cryostat, the support element 40 running between them is also at this temperature.
  • the suspension and positioning elements of the magnetic device which are not shown in the figure, can also advantageously be connected directly to the ver within a vacuum housing of the cryostat, which is also not shown Partitions 34 and 35 and thus in close proximity to the superconducting coil windings 4 to 6. This brings with it a correspondingly high positioning accuracy of the windings with respect to the particle path.
  • the portion of the synchrotron radiation 14 striking the support element 40 is collected by a radiation absorber 46, which is expediently cooled.
  • Liquid nitrogen is to be regarded as the preferred cryogenic refrigeration medium.
  • each of the coil windings 4 and 5 is made up of a plurality of sub-windings which surround one another in a shell-like manner.
  • three such partial windings each represent a coil winding.
  • One of these partial windings which largely corresponds to the winding of the coil winding 4 designated by 4a in FIG. 1, is illustrated in more detail in FIG. 2 as an oblique view.
  • This partial winding, identified by 4a ist is created from a superconducting rectangular conductor 50, with which so-called "pancakes" 51 are formed from two turns each arranged in a layer next to one another.
  • the rectangular conductor 50 is inserted layer by layer with its broad side in grooves corresponding to the adapted radial expansion.
  • the resulting winding package is then fixed in the grooves, which are not shown in the figure for reasons of clarity.
  • These grooves run in at least one bobbin, also not shown, in such a way that the curved shape of the partial winding 4a ⁇ results with a convex outer side 53 and a concave inner side 54.
  • Two winding heads are formed in the two transition regions between these sides 53 and 54. Of these end windings, only one is shown in the figure and designated 55 ⁇ .
  • the winding head 55 Wick of the partial winding 4a ⁇ is not in a common plane with the the sides 53 and 54 forming curved winding parts 57 and 58.
  • the common plane for the winding parts 57 and 58 is parallel to the plane spanned by the x and y coordinates of the xyz coordinate system according to FIG. 1.
  • the partial winding 4a ⁇ in the area of the winding head 55 ⁇ is bent up like a saddle relative to this common plane or in the manner of a bed frame, that is to say it is led out of this plane.
  • the winding can be bent there so far that it comes to lie in a vertical plane which runs parallel to the plane spanned by the x and z planes of the coordinate system.
  • a relatively small radius of curvature or curvature can advantageously be provided.
  • the two curved winding parts of the partial winding 4a ⁇ need not, as assumed in Figure 2, be arranged in a common plane that is parallel to that through the Particle trajectory runs at a defined level. As can be seen clearly from FIG. 1, the two curved winding parts can also come to lie in two different planes at different distances from the particle path plane.
  • a corresponding embodiment of the partial winding 4a can be seen in FIG. 3, for which a representation corresponding to FIG. 2 is selected.
  • the partial winding 4a which is only partially implemented in FIG. 3, contains a curved winding part 64 which forms the concave inside 54 and runs in a first plane E1.
  • this plane is, for example, the x-y plane of a right-angled x-y-z coordinate system.
  • a winding part 63 running parallel to this winding part 64 and forming the convex outer side 53 of the partial winding 4a then lies in a parallel second plane E2, which is spaced apart from the plane E1 by a distance d.
  • this distance can be compensated, for example, on the end winding 55 by providing a straight intermediate piece 66 running in the z-direction with a corresponding expansion between curved winding parts.
  • the intermediate piece 66 is to be assigned to the inner winding part 64 for level compensation in relation to the outer winding part 63.
  • the magnetic device according to the invention can be advantageous according to the exemplary embodiment indicated in FIG. 1 for a synchrotron radiation source with a radial outlet opening for the synchrotron radiation can be designed.
  • the measures according to the invention can also be used just as well for other types of accelerator systems with curved tracks with their electrically charged particles.

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Abstract

Eine Magneteinrichtung ist in einem gekrümmten Abschnitt der Bahn elektrisch geladener Teilchen einer Beschleunigeranlage um eine Strahlführungskammer angeordnet. Sie enthält gekrümmte, aus supraleitenden Rechteckleitern aufgebaute Spulenwicklungen, die konvex geformte Außenseiten, konkav geformte Innenseiten sowie Übergangsbereiche an den Wickelköpfen zwischen diesen Seiten aufweisen. Erfindungsgemäß sind die supraleitenden Spulenwicklungen (4a) zumindest mit ihren die konvexen Außenseiten (53) und konkaven Innenseiten (54) bildenden Wicklungsteilen (57 bzw. 58) in Nuten entsprechend geformter Spulenkörper der Magneteinrichtung angeordnet, wobei die Nuten zumindest annähernd senkrecht zu der durch die Teilchenbahn festgelegten Ebene (x-y-Ebene) in die Tiefe gehen. Außerdem sind die supraleitenden Spulenwicklungen (4a') im Bereich ihrer Wickelköpfe (55') sattelartig aufgebogen. Mit diesen Maßnahmen läßt sich ein Einfluß unerwünschter Leiterbewegungen auf die Genauigkeit des von den Spulenwicklungen zu erzeugenden Magnetfeldes zumindest weitgehend ausschließen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Magneteinrichtung in einem gekrümmten Abschnitt der Bahn elektrisch geladener Teilchen einer Beschleunigeranlage, wobei die Magneteinrichtung um eine die Teilchenbahn umgebende Strahlführungskammer angeordnet ist und gekrümmte Spulenwicklungen enthält, die konvex geformte Außenseiten, konkav geformte Innenseiten und Übergangsbereiche an den Wickelköpfen zwischen diesen Seiten aufweisen und aus supraleitenden Rechteckleitern aufgebaut sind. Eine supralei­tende Spulenwicklung für eine derartige Magneteinrichtung geht z.B. aus der EP-A-0 190 623 hervor.
  • Beschleunigeranlagen für geladene Teilchen wie z.B. Elektronen weisen vielfach Speicherringe auf, die wegen ihrer gekrümmten Teilchenbahnen mit entsprechend gekrümmten Dipolmagneten zu versehen sind. Derartige Anlagen können insbesondere auch vom sogenannten Rennbahn-Typ sein. Ihre Teilchenbahn setzt sich dann aus zwei Halbkreisen mit jeweils einem entsprechenden 180°-Ablenkmagneten und aus zwei geraden Bahnabschnitten zusammen (vgl. "Nucl. Instrum. and Meth.", Vol. 177, 1980, Seiten 411 bis 416, oder Vol. 204, 1982, Seiten 1 bis 20). Werden hohe Endenergien angestrebt, können die Magnetfelder derartiger Ablenkmagnete insbesondere mit supraleitenden Spulenwicklungen erzeugt werden.
  • Auch die aus der DE-OS 35 30 446 bekannte Synchrotronstrahlungs­quelle weist einen Elektronenspeicherring vom Rennbahn-Typ auf. Die Synchrotronstrahlung, d.h. die relativistische Strahlungs­emission der Elektronen, die nahezu mit Lichtgeschwindigkeit umlaufen und durch Ablenken in einem magnetischen Feld auf der vorgeschriebenen Teilchenbahn gehalten werden, liefert eine Röntgenstrahlung mit paralleler Strahlungscharakteristik und großer Intensität. Diese Synchrotronstrahlung kann vorteilhaft für eine Röntgenstrahl-Lithographie verwendet werden, welche insbesondere bei einer Herstellung von integrierten Schalt­kreisen zur Erzeugung von Mikrostrukturen geeignet ist.
  • Bei einer Herstellung der für einen Speicherring benötigten ge­krümmten Magneteinrichtungen werden hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit ihrer supraleitenden Wicklungen gestellt, um die notwendige Feldhomogenität zu gewährleisten. Entsprechende Wicklungen können beispielsweise aus supraleitenden Rechteck­leitern nach einem Verfahren aufgebaut werden, wie es aus der eingangs genannten EP-A zu entnehmen ist. Dementsprechend wer­den die Leiter um einen zentralen Wickelkern mit konvexer Außenseite und konkaver Innenseite sowie jeweils dazwischenlie­gendem Übergangsbereich an einem Wickelkopf gewickelt und fixiert. Es ergibt sich so eine in einer Ebene liegende Wick­lung, wobei deren einzelne Windungen in dieser Ebene radial bzgl. des Krümmungsradiusʹ der Wicklung nebeneinandergereiht sind. In der Magneteinrichtung werden dann die hergestellten Wicklungen so angeordnet, daß ihre Wickelebenen zumindest weitgehend parallel zu der durch die Teilchenbahn festgelegten Ebene zu liegen kommen.
  • Bei einem derartigen radialen Aufbau einer gekrümmten supralei­tenden Spulenwicklung besteht jedoch die Gefahr, daß bei einem Abkühlen ihrer Supraleiter auf die Betriebstemperatur von bei­spielsweise 4,2 K Längenänderungen auftreten, die zudem noch wegen der gekrümmten Wickelform an der konvexen Außenseite deutlich von denen an der konkaven Innenseite verschieden sind. Damit kann aber insbesondere an den Wickelköpfen eine gegen­seitige Verschiebung der einzelnen Leiter verbunden sein, die zu unerwünschten Feldinhomogenitäten führen.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Magnet­einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu ver­bessern, daß die Gefahr solcher Leiterverschiebungen deutlich vermindert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Die mit einer entsprechenden Ausgestaltung der Magneteinrich­tung verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß durch eine genaue Fertigung und Position der vertikal bezüglich der Teilchenbahnebene ausgedehnten Nutenquerschnitte radiale Bewegungen der supraleitenden Rechteckleiter praktisch auszu­schließen sind. An den Wicklungsköpfen lassen sich die Wick­lungen sattelartig senkrecht nach oben oder nach unten mit ver­hältnismäßig kleinem Krümmungsradius aufgebogen ausbilden. Dort sind eventuelle derartige Bewegungen wegen des größeren Ab­standes von der Teilchenbahn entsprechend weniger kritisch. Darüber hinaus kann auf die einzelnen Leiterstapel in den Nuten in bekannter Weise eine vertikale Vorspannung ausgeübt werden. Auf diese Weise lassen sich Längenänderungen der Leiter und insbesondere Verschiebungen ihrer Enden weitgehend aus­schließen.
  • Ein Problem bei der Auslegung von Magneteinrichtungen mit hohen Anforderungen an die Feldhomogenität stellt ferner die stö­rungsfreie Lage der Stromzuführungen an den Leiterenden dar. Da der störende Einfluß mit dem Abstand zur Teilchenbahn abnimmt, können die Zuleitungen die Wicklungen vorteilhaft an den Wickel­köpfen verlassen. Auf diese Weise ist der Effekt der Zulei­tungen vernachlässigbar, während sich die Krümmung der gesamten Wickelpakete nach oben bzw. unten bei der Feldgestaltung ohne weiteres berücksichtigen läßt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Magnetein­richtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, deren Figur 1 schematisch einen Teil einer Synchrotronstrahlungsquelle mit einer erfindungsgemäß gestal­teten Magneteinrichtung zeigt. In den Figuren 2 und 3 sind je eine Ausführungsform einer Teilwicklung für eine derartige Magneteinrichtung schematisch veranschaulicht.
  • Beim Aufbau der in Figur 1 angedeuteten Strahlungsquelle wird von bekannten Ausführungsformen, insbesondere vom Rennbahn-Typ, ausgegangen (vgl. z.B. DE-PS 35 11 282, DE-OS 35 30 446 oder die Veröffentlichung des "Institute for Solid State Physics" of the University of Tokyo, Japan, Sept. 1984, Ser. B., No. 21, Seiten 1 bis 29 mit dem Titel: "Superconducting Racetrack Electron Storage Ring and Coexistent Injector Microtron for Synchrotron Radiation"). In der Figur ist ein Querschnitt im Bereich ihrer um 180° gekrümmten Teilchenbahn 2 mit einer ent­sprechenden erfindungsgemäßen Magneteinrichtung 3 dargestellt. Der Krümmungsradius ist dabei mit R bezeichnet. Diese Magnet­einrichtung enthält zu beiden Seiten der durch die Teilchen­bahn 2 aufgespannten, in x-y-Richtung eines rechtwinkligen x-y-z-Koordinatensystems liegenden Äquatorialebene E je eine gekrümmte supraleitende Dipolspulenwicklung 4 bzw. 5 und ge­gebenenfalls noch zusätzliche supraleitende Spulenwicklungen wie z.B. Korrekturspulenwicklungen 6. Die supraleitenden Spulenwicklungen mit konvexer Außenseite, konkaver Innenseite und Wickelköpfen zwischen diesen Seiten werden vorteilhaft in baugleichen oberen und unteren Rahmenstrukturen 7 bzw. 8 ge­halten, die in der Äquatorialebene E zusammenzufügen sind und dabei eine die Teilchenbahn 2 umschließende Strahlführungs­kammer 10 aufnehmen. Innerhalb dieser Kammer 10 ist ein Dipol­feld B hinreichender Qualität ausgebildet. Die Kammer 10 geht radial oder tangential nach außen hin eine äquatoriale, ein­seitig offene Austrittskammer 12 mit einer Austrittsöffnung oder -mündung 13 für die durch einen Pfeil 14 angedeutete Synchrotronstrahlung über. Die Austrittskammer kann insbeson­dere schlitzförmig ausgebildet sein, wobei der entsprechende Schlitz den gesamten 180°-Bogen des gekrümmten Teilchenbahn­abschnittes ausmachen kann.
  • Die einzelnen supraleitenden Dipolspulenwicklungen 4 und 5 be­finden sich zumindest mit ihren die konvexe Außenseite und kon­kave Innenseite festlegenden Wicklungsteilen in azimut umlau­fenden Nuten 20 entsprechend ausgebildeter, einzelner Spulen­körper 15 und 16 aus Metall oder Kunststoff-Verbundwerkstoff. Diese Spulenkörper sind in ein oberes bzw. unteres Rahmenstück 17 bzw. 18 der jeweiligen Rahmenstruktur 7 bzw. 8 eingepaßt und werden senkrecht zur äquatorialen x-y-Ebene E mit Schrauben 19 gehalten. Der Wicklungsaufbau kann dabei vorteilhaft von dem jeweiligen Nutengrund des Spulenkörpers in Richtung auf die Äquatorialebene E hin oder auch in umgekehrter Richtung er­folgen. Hierbei sichert je ein abgestuft ausgeführtes Klammer­teil 21 bzw. 22 die exakten Abstände und Positionen der je­weiligen Wicklungskanten zur Äquatorialebene einerseits und erhöht andererseits durch einen Formschluß mit den Spulen­körpern 15 bzw. 16 und den Rahmenstücken 17 bzw. 18 die Steifigkeit der gesamten Konstruktion im Hinblick auf radial gerichtete Lorentzkräfte. Die Klammerteile 21 und 22 können außerdem mit Hilfe von Schrauben 23 und 24 die einzelnen Wicklungen verdichten und somit Leiterbewegungen im Betrieb der Magneteinrichtung 3, die zu einem vorzeitigen, unerwünschten Übergang des supraleitenden Materials in den normalleitenden Zustand, d.h. zu einem sogenannten Quenchen der Wicklungen führen können, verhindern. Hierzu dienen insbesondere auch stempelartige Druckleisten 27 am jeweiligen Nutengrund, die über Schrauben 28 gegen die jeweiligen Wicklungsteile zu pressen sind. Auf diese Weise ist die Wicklung innerhalb der Nuten von zwei Seiten vertikal zusammenzupressen. Darüber hinaus können die Wicklungen oder Teile von ihnen gegebenen­falls auch in den Nuten vergossen werden.
  • Die Rahmenstücke 17 und 18 der Rahmenstrukturen 7 und 8 sind starr mit einem oberen bzw. unteren Plattenelement 31 bzw. 32 verbunden. Es ist so eine sehr genaue Positionierung der einzelnen supraleitenden Spulenwicklungen 4 bis 6 zur Teilchen­bahn 2 gewährleistet. Am peripheren Außenrand der Magnetein­richtung 3 im Bereich der schlitzförmigen Austrittsöffnung 13 für die Synchrotronstrahlung 14 sind die oberen und unteren Plattenelemente 31 und 32 der Rahmenstrukturen 7 bzw. 8 gegen ringartige, kraftübertragende Verteilerstücke 34 und 35 ver­spannt. Zwischen diesen Verteilerstücken hindurch erstreckt sich die schlitzartige Austrittskammer 12 nach außen hin. Dabei ist der gegenseitige Abstand und eine Kraftabstützung zwischen den Verteilerstücken 34 und 35 über mindestens ein Stützelement 40 gewährleistet, das sich radial weiter außen als die Mündung der Austrittsöffnung 13 befindet. Da die Verteilerstücke 34 und 35 innerhalb eines Kryostaten Teile eines kalten Heliumgehäuses 42 zur Aufnahme von flüssigem Helium zur Kühlung der supralei­tenden Spulenwicklungen darstellen, befindet sich auch das zwi­schen ihnen verlaufende Stützelement 40 etwa auf dieser Tempe­ratur.
  • Mit den Rahmenstrukturen 7 und 8, den Verteilerstücken 34 und 35 sowie dem mindestens einen Stützelement 40 ist somit eine verhältnismäßig einfache und sichere Abstützung und Halterung der zu beiden Seiten der Äquatorialebene E liegenden supralei­tenden Spulenwicklungen zu gewährleisten.
  • Mit dieser Konstruktion können außerdem vorteilhaft die in der Figur nicht ausgeführten Aufhängungs- und Positionierelemente der Magneteinrichtung innerhalb eines ebenfalls nicht darge­stellten Vakuumgehäuses des Kryostaten direkt an den Ver­ teilungsstücken 34 und 35 und damit in unmittelbarer Nähe zu den supraleitenden Spulenwicklungen 4 bis 6 ansetzen. Dies bringt eine entsprechend hohe Positioniergenauigkeit der Wicklungen hinsichtlich der Teilchenbahn mit sich.
  • Der auf das Stützelement 40 auftreffende Anteil der Synchro­tronstrahlung 14 wird von einem Strahlungsabsorber 46 aufge­fangen, der zweckmäßig gekühlt wird. Als bevorzugtes kryogenes Kältemedium ist hierzu flüssiger Stickstoff anzusehen.
  • Im allgemeinen ist jede der Spulenwicklungen 4 und 5 aus mehreren Teilwicklungen aufgebaut, die sich gegenseitig schalenförmig umschließen. Gemäß dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel stellen drei solcher Teilwicklungen jeweils eine Spulenwicklung dar. Eine dieser Teilwicklungen, die der in Figur 1 mit 4a bezeichneten Wicklung der Spulenwicklung 4 weitgehend entspricht, ist in Figur 2 als Schrägansicht näher veranschaulicht. Diese mit 4aʹ gekennzeichnete Teilwicklung ist aus einem supraleitenden Rechteckleiter 50 erstellt, mit dem sogenannte "Pancakes" 51 aus jeweils zwei in einer Lage neben­einander angeordneten Windungen ausgebildet sind. Hierzu wird der Rechteckleiter 50 mit seiner Breitseite in Nuten entspre­chend angepaßter radialer Ausdehnung Lage für Lage eingelegt. Das so entstandene Wickelpaket wird dann in den Nuten, welche in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht darge­stellt sind, fixiert. Diese Nuten verlaufen dabei in mindestens einem ebenfalls nicht eingezeichneten Spulenkörper derart, daß sich die gekrümmte Form der Teilwicklung 4aʹ mit einer konvexen Außenseite 53 und einer konkaven Innenseite 54 ergibt. In den beiden Übergangsbereichen zwischen diesen Seiten 53 und 54 sind zwei Wickelköpfe ausgebildet. Von diesen Wickelköpfen ist in der Figur nur einer ausgeführt und mit 55ʹ bezeichnet.
  • Wie aus Figur 2 deutlich hervorgeht, liegt der Wickelkopf 55ʹ der Teilwicklung 4aʹ nicht in einer gemeinsamen Ebene mit den die Seiten 53 und 54 bildenden, gekrümmten Wicklungsteilen 57 und 58. Die für die Wicklungsteile 57 und 58 gemeinsame Ebene liegt dabei parallel zu der durch die x- und y-Koordinaten des x-y-z-Koordinatensystems nach Figur 1 aufgespannten Ebene. Viel­mehr ist erfindungsgemäß die Teilwicklung 4aʹ im Bereich des Wickelkopfes 55ʹ gegenüber dieser gemeinsamen Ebene sattelartig bzw. nach Art eines Bettgestells aufgebogen, d.h. aus dieser Ebene herausgeführt. Insbesondere kann dort die Wicklung soweit aufgebogen sein, daß sie in eine vertikale Ebene zu liegen kommt, die parallel zu der durch die x- und z-Ebene des Koordinatensystems aufgespannten Ebene verläuft. Dabei kann vorteilhaft ein verhältnismäßig kleiner Biege- oder Krümmungs­radius vorgesehen werden. Mit diesem Aufbiegen der Teilwicklung 4aʹ an dem Wickelkopf 55ʹ wird nicht nur der Einfluß von even­tuellen Leiterbewegungen auf die Feldhomogenität reduziert; vielmehr wird auch ein störender Einfluß der Leiterenden der Wicklung bzw. ihrer Stromzuführungen aufgrund des entsprechend größeren Abstandes zur Teilchenbahn vermindert. In der Figur sind der Wicklungsanfang und das Wicklungsende an dem Wickel­kopf 55ʹ mit 60 bzw. 61 bezeichnet.
  • Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß die supraleitenden Spulenwicklungen 4 und 5 nur mit ihren in einer Ebene liegenden Wicklungsteilen 57 und 58 innerhalb von Nuten einzelner Spulenkörper verlaufen, während an den Wickelköpfen 55ʹ keine Nuten vorgesehen sind. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, für diese Teile der Wicklungen entsprechend geformte Nuten auszubilden, wie sie z.B. für nicht-gekrümmte, sattelartige Magnetspulen an sich bekannt sind (vgl. z.B. die DE-PS 1 514 445).
  • Außerdem brauchen die beiden gekrümmten Wicklungsteile der Teilwicklung 4aʹ nicht, wie in Figur 2 angenommen, in einer ge­meinsamen Ebene angeordnet sein, die parallel zu der durch die Teilchenbahn festgelegten Ebene verläuft. Wie nämlich bereits aus Figur 1 deutlich hervorgeht, können die beiden gekrümmten Wicklungsteile auch in zwei verschiedene Ebenen mit verschie­denen Abständen zur Teilchenbahnebene zu liegen kommen. Eine entsprechende Ausführungsform der Teilwicklung 4a ist aus Figur 3 ersichtlich, für die eine Figur 2 entsprechende Darstellung gewählt ist.
  • Dementsprechend enthält die in Figur 3 nur teilweise ausgeführ­te Teilwicklung 4a einen die konkave Innenseite 54 bildenden, gekrümmten Wicklungsteil 64, der in einer ersten Ebene E1 ver­läuft. Bei dieser Ebene handelt es sich gemäß der Darstellung der Figur beispielsweise um die x-y-Ebene eines rechtwinkligen x-y-z-Koordinatensystems. Ein zu diesem Wicklungsteil 64 parallel verlaufender, die konvexe Außenseite 53 der Teilwick­lung 4a bildender Wicklungsteil 63 liegt dann in einer parallelen zweiten Ebene E2, die gegenüber der Ebene E1 um eine Distanz d beabstandet ist. Innerhalb der Teilwicklung 4a kann diese Distanz beispielsweise am Wickelkopf 55 dadurch ausge­glichen werden, daß man ein in z-Richtung verlaufendes, gerades Zwischenstück 66 mit entsprechender Ausdehnung zwischen ge­krümmten Wicklungsteilen vorsieht. Gemäß dem dargestellten Aus­führungsbeispiel ist das Zwischenstück 66 dem inneren Wick­lungsteil 64 zum Niveauausgleich gegenüber dem äußeren Wick­lungsteil 63 zuzuordnen. Durch geeignete Wahl unterschiedlicher Abstände des inneren und äußeren Wicklungsteils 64 bzw. 63 gegenüber der Teilchenbahnebene ist es dann gegebenenfalls sogar möglich, daß auf eine besondere Gradientenspule, wie sie z.B. gemäß der DE-OS 35 30 446 vorgesehen ist, verzichtet werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Magneteinrichtung kann zwar vorteilhaft gemäß dem in Figur 1 angedeuteten Ausführungsbeispiel für eine Synchrotronstrahlungsquelle mit radialer Austrittsöffnung für die Synchrotronstrahlung konzipiert werden. Die erfindungsge­mäßen Maßnahmen lassen sich jedoch ebensogut auch für andere Typen von Beschleunigeranlagen mit gekrümmten Bahnen ihre elek­trisch geladenen Teilchen einsetzen.

Claims (12)

1. Magneteinrichtung in einem gekrümmten Abschnitt der Bahn elektrisch geladener Teilchen einer Beschleunigeranlage, wobei die Magneteinrichtung um eine die Teilchenbahn umgebende Strahlführungskammer angeordnet ist und gekrümmte Spulenwick­lungen enthält, welche konvex geformte Außenseiten, konkav ge­formte Innenseiten sowie Übergangsbereiche an den Wickelköpfen zwischen diesen Seiten aufweisen und aus supraleitenden Recht­eckleitern aufgebaut sind, dadurch gekenn­zeichnet, daß die supraleitenden Spulenwicklungen (4, 5) zumindest mit ihren die konvexen Außenseiten (53) und kon­kaven Innenseiten (54) bildenden Wicklungsteilen (57 bzw. 58; 63 bzw. 64) in Nuten entsprechend geformter Spulenkörper (15, 16) der Magneteinrichtung (3) angeordnet sind, wobei die Nuten zumindest annähernd senkrecht zu der durch die Teilchenbahn (2) festgelegten Ebene (E) in die Tiefe gehen, und daß die supra­leitenden Spulenwicklungen (4, 4a, 4aʹ, 5) im Bereich ihrer Wickelköpfe (55, 55ʹ) sattelartig aufgebogen sind.
2. Magneteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Nuten (20) in den Spulen­körpern (15, 16) auch die Bereiche der Wickelköpfe (55, 55ʹ) mit erfassen.
3. Magneteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenkörper (15, 16) in mindestens einer Rahmenstruktur (7, 8) der Magneteinrich­tung (3) starr befestigt sind.
4. Magneteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zumindest weitgehend baugleiche Rahmenstrukturen (7, 8) vorgesehen sind, die in der Teilchenbahnebene (E) zusammenzufügen sind.
5. Magneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrich­tungen zur mechanischen Fixierung der Spulenwicklungen (4, 5) in den Nuten (20) vorgesehen sind.
6. Magneteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Nutengrund jeder Nut (20) mindestens eine Druckleiste (27) angeordnet ist, mit welcher die jeweilige Spulenwicklung (4, 5) gegen mindestens ein die Nutenöffnung verschließendes Abschlußteil (Klammerteil 21) zu pressen ist.
7. Magneteinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile der Spulen­wicklungen (4, 5) in den Nuten (20) vergossen sind.
8. Magneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ausdehnung der Nuten (20) an die Breite der Rechteckleiter (50) angepaßt ist.
9. Magneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Recht­eckleiter (50) in den Nuten (20) mit ihrer Breitseite dem Nutengrund zugewandt stapelartig übereinander angeordnet sind.
10. Magneteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­kennzeichnet, daß je zwei nebeneinanderliegende Teile (51) des Rechteckleiters (50) eine Lage des Leiter­stapels in den Nuten (20) bilden.
11. Magneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wick­lungsanfang (60) und das Wicklungsende (61) jeder Spulenwick­ lung (4, 5) in den Bereich ihres Wickelkopfes (55, 55ʹ) gelegt sind.
12. Magneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­durch gekennzeichnet, daß die die kon­vexen Außenseiten (53) bildenden Wicklungsteile (63) gegenüber den die konkaven Innenseiten (54) bildenden Wicklungsteilen (64) unterschiedliche Abstände zu der Teilchenbahnebene (E) haben.
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