NL8800328A - Elektronenversneller van het microtron-type. - Google Patents

Description

ï ar VO 9367

Titel: Elektronenversneller van het microtron-type.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrönen-versneller van het microtron-type, omvattende een vacuümkamer met twee op afstand van elkaar opgestelde, vrijwel evenwijdige, vlakke poolschoenen, waartussen een statisch, 5 in hoofdzaak homogeen magneetveld kan worden in stand gehouden, een in de vacuümkamer tussen de poolschoenen opgestelde microgolftrilholte, middelen voor het verschaffen van elektronen en injecteren daarvan in de versneller, welke elektronen onder invloed van het homogene magneet-10 veld cirkelbanen in een vlak evenwijdig aan de poolschoenen doorlopen en bij iedere doorgang door de microgolftrilholte een versnelling ondergaan, alsmede middelen om de elektronen, nadat deze voldoende zijn versneld aan de versneller te onttrekken.

15 Een dergelijke elektronenversneller is bekend uit een artikel in II Nuovo Cimento, serie X, vol.

68A, blz. 513-545. De in de versneller geïnjecteerde elektronen worden bij iedere rondgang versneld in het elektrische veld van de resonerende microgolftrilholte, 20 zodat zij op steeds grotere cirkelbanen gaan lopen.

Bij iedere versnelling neemt de tijd nodig om een dergelijke grotere cirkelbaan af te leggen toe met een geheel aantal trillingstijden van de microgolven. In hoger-genoemd artikel wordt uitvoerig ingegaan op de verbanden 25 die dienen te bestaan tussen de waarde van het homogene magneetveld, de versnelspanning over de microgolftrilholte en de microgolffrequentie.

Bij de bekende elektronenversneller van het microtrontype vindt de elektroneninjectie plaats door 30 middel van een hete kathode. Een dergelijke hete kathode kan binnen of buiten de microgolftrilholte zijn opgesteld, waarbij aan een opstelling buiten de trilholte de voorkeur .8800328 2 wordt gegeven. Een probleem bij deze wijze van injecteren is dat de elektronenstroom die uiteindelijk aan bet microtron kan worden onttrokken slechts beperkt is, doordat de injectie gelimiteerd is. De injectie is 5 gelimiteerd doordat er slechts een beperkte ruimte beschikbaar is voor de hete kathode en de eerste versnel-elektrode. Vergroten van de kathode, zo al mogelijk, is niet een oplossing van het probleem want de door de kathode geëmitteerde elektronen dienen onder meer 10 nauwkeurig gericht te zijn en de juist fase te hebben.

Bij vergroting van de kathode kan aan deze eisen niet meer worden voldaan. Bij toepassing van een hete kathode bleek aldus in de praktijk een hogere stroomsterkte van de elektronenstroom dan ongeveer 120 mA gemiddeld 15 in de macropuls niet bereikt te kunnen worden. De in hogergenoemd artikel beschreven versneller bijvoorbeeld leverde een piekstroom van 60 mA.

Recentelijk is de belangstelling voor het microtron hernieuwd gewekt, doordat een dergelijke elektronen-20 versneller elektronen met grote energie, in de orde van enkele tientallen MeV, kan leveren met zeer hoge kwaliteit voor wat betreft de energiespreiding en aldus geschikt is als generator voor een elektronenbundel voor toepassing in een zogenaamde vrije-elektronen-25 laser. Een bezwaar dat bij die toepassing aan het microtron kleeft is de bescheiden stroomsterkte.

Doel van de uitvinding is het bekende microtron te verbeteren zodanig dat een grotere stroomsterkte van de aan de inrichting uiteindelijk te onttrekken 30 bundel van versnelde elektronen kan worden bereikt.

Het gestelde doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een elektronenversneller van het microtron-type, waarbij de middelen voor het injecteren van elektronen middelen omvatten voor het door één van de poolschoe-35 nen heen, onder een hoek ten opzichte van de cirkelbanen van de elektronen, injecteren van een elektronenbundel .8800328 * 3 die wordt verschaft door een externe elektronenbron, alsmede een tussen de poolschoenen opgestelde afbuigmag-neet voor het afbuigen van de geeïnjecteerde bundel tot in het vlak van de cirkelbanen van de elektronen, 5 Volgens de uitvinding worden aldus de te versnellen elektronen extern geïnjecteerd door één van de poolschoenen van de versneller heen. Ter plaatse waar de injectiebundel door de poolschoen gaat kan bijvoorbeeld een kanaal in die poolschoen zijn voorzien. Omdat de injectiebundel 10 onder een hoek, bijvoorbeeld loodrecht op het vlak van de cirkelbanen van de versnelde elektronen wordt gericht dient de bundel afgebogen te worden naar dat vlak. Daarvoor dient de afbuigmagneet.

Aangezien een afbuigmagneet, opgesteld tussen 15 de poolschoenen van de inrichting, het homogene magneetveld tussen die poolschoenen beïnvloedt dient voor een dergelijke invloed zonodig te worden gecorrigeerd, waartoe op zichzelf bekende correctiemiddelen kunnen zijn voorzien. Om de invloed van de afbuigmagneet op 20 het homogene veld zo gering mogelijk te doen zijn is die afbuigmagneet bij voorkeur zodanig geconstrueerd dat het veld van die magneet zoveel mogelijk wordt beperkt tot die magneet en het inwendige daarvan. Bij voorkeur is voorts de afbuigmagneet opgesteld op een 25 plaats diametraal tegenover de microgolftrilholte in een elektron-cirkelbaan.

De afbuigmagneet dient zodanig in een elektron-cirkelbaan opgesteld te zijn dat na afbuigen de geïnjecteerde elektronen die baan kunnen gaan volgen. Voorts 30 dient de afbuigmagneet aangrenzende elektron-cirkelbanen niet te verstoren. Om die reden zou het gewenst kunnen zijn de afbuigmagneet in een betrekkelijk grote baan (grote diameter) op te stellen omdat bij een dergelijke baan de afstand tot aangrenzende banen op de plaats 35 diametraal tegenover de microgolftrilholte eveneens betrekkelijk groot is, zodat plaats wordt geboden aan ,8800328 •r f

V

4 een afbuigmagneet van redelijke afmetingen. Naarmate evenwel de baan waarop gekoppeld wordt groter is dient ook de energie van de geïnjecteerde elektronen groter te zijn, omdat ze immers in die cirkelbaan moeten kunnen 5 "meelopen*' met een snelheid die voor in die baan lopende versnelde elektronen geldt.

Om de bovengeschetste problemen te vermijden of op te lossen dient het injecteren van elektronen uit de externe bron met een grote energie te geschieden. 10 Als externe bron kan bijvoorbeeld een lineaire versneller worden toegepast, die elektronen met een energie van enkele tientallen keV levert, gekoppeld met een verdere versneller die die elektronen voor injectie reeds tot het MeV-niveau versnelt.

15 De invloed, die de afbuigmagneet op naastgelegen elektron-cirkelbanen uitoefent kan verder worden beperkt door het microtron in een hogere mode dan de fundamentele te bedrijven. De fundamentele mode is de mode waarbij de omlooptijd voor opeenvolgende banen met precies 20 één trillingstijd van de microgolven in de microgolftril-holte toeneemt. Bij een hogere mode is het verschil in omlooptijd voor opeenvolgende banen twee of meer trillingstijden. In dat geval is ook het verschil in diameter tussen opeenvolgende banen groter en derhalve 25 de afstand tussen die banen. Voorts kan de afstand tussen opeenvolgende banen nog beïnvloed worden door geschikte keuze van de frequentie van de microgolven in de microgolftrilholte. Voor een frequentie van 1,3 GHZ is de afstand tussen de banen bijvoorbeeld groter dan 30 voor een frequentie van 3 GHZ. Men dient uiteraard wel een frequentie in het microgolfgebied (derhalve met een golflengte in centimeters) te kiezen.

In de inrichting volgens de uitvinding kan voorts met voordeel gebruik worden gemaakt van de techniek 35 van het zogenaamde "bunchen". Bij toepassing van die techniek is voorzien in middelen om van een te injecteren • 8800328 3.

5 reeks elektronen een gedeelte enigszins te vertragen en een ander gedeelte enigszins te versnellen, zodat na verloop van enige tijd als het ware pakketjes van elektronen in de bundel ontstaan. Juist bij externe 5 injectie, zoals in het microtron volgens de uitvinding is een dergelijke techniek zeer goed bruikbaar. De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening, waarin fig. 1 een schematische weergave in bovenaanzicht 10 is van de meest wezenlijke onderdelen van een uitvoeringsvorm van de elektronenversneller volgens de uitvinding, en fig. 2 een soortgelijke weergave in dwarsdoorsnede langs de lijn II-II door de inrichting volgens fig. 1.

15 In figuur 1 en 2 zijn de meest essentiële onderde len van een uitvoeringsvorm van het microtron volgens de uitvinding zeer schematisch weergegeven. Het microtron omvat een tweetal op afstand van elkaar opgestelde evenwijdige poolschoenen 1 en 2, welke poolschoenen 20 In hoofdzaak vlak en cirkelvormig zijn. De poolschoenen 1 en 2 zijn opgesteld in een niet weergegeven vacuümkamer.

Tussen de poolschoenen I en 2 is een microgolf-trilholte 3 opgesteld. De microgolftrilholte 3 is van 25 op zichzelf bekende constructie en kan bijvoorbeeld bestaan uit een holle kast voorzien van golfpijpen.

In de microgolftrilholte 3 worden bijvoorbeeld trillingen met een frequentie in de orde van enkele GHZ opgewekt, derhalve met een golflengte van bijvoorbeeld ongeveer 30 10 cm. Door vensters 4 kunnen in de versneller rondbe wegende elektronen door de microgolftrilholte 3 passeren.

Indien de elektronen met de juiste fase in de microgolftrilholte 3 arriveren worden zij door het elektrische veld daarin versneld, zodat zij vervolgens in het micro-35 tron.een cirkelbaan onder invloed van het heersende magnetische veld gaan beschrijven die een grotere diame- .8800328 f ♦ 6 ter heeft dan de baan waarover zij voor de versnelling liepen. Indien de elektronen steeds in de juiste fase in de microgolftrilholte 3 aankomen worden zij steeds verder versneld en zullen zij steeds grotere cirkelbanen 5 (in de figuren weergegeven met onderbroken lijnen, resp. punten 5) beschrijven. Op de buitenste cirkelbaan worden de elektronen tenslotte door de pijp 6 uit het microtron afgevoerd.

De constructie van het microtron, de microgolf-10 trilholte 3 en de afvoerpijp 6 en de werking van een en ander zijn bekend, bijvoorbeeld uit het hogergenoemde artikel in II Nuovo Cimento.

Nieuw bij de inrichting volgens de uitvinding is de wijze waarop elektronen in de inrichting worden 15 geïnjecteerd. Volgens de uitvinding geschiedt dat doordat een buiten de inrichting met een externe versneller, bijvoorbeeld een lineaire versneller, gecreëerde elektronenbundel Onder een hoek op het vlak van de cirkelbanen via een geschikt kanaal 7 in poolschoen 1 tussen de 20 poolschoenen 1 en 2 wordt gevoerd. De ingevoerde bundel is in figuur 2 door de pijl 8 aangeduid.

Tussen de poolschoenen 1 en 2 is ter plaatse waar de bundel 8 de ruimte betreedt een afbuigmagneet 9 opgesteld die de bundel 8 afbuigt, zodat deze in 25 het vlak van de cirkelbanen 5 gaat verlopen en door de werking van het magneetveld een dergelijke cirkelbaan 5 gaat volgen. De afbuigmagneet 9 is betrekkelijk schematisch weergegeven en omvat bijvoorbeeld onder meer twee magneetspoelen 10 en 11 die worden gevoed via 30 leidingen 12 en 13, resp. 14 en 15, die tot buiten de poolschoenen 1 en 2 zijn gevoerd en aldaar aangesloten zijn pp niet weergegeven stroombronnen. De elektronenbundel 8 dient zodanig versnelde elektronen te bevatten dat na afbuigen door de magneet 9 de elektronen een zodanige 35 cirkelbaan 5 gaan doorlopen dat zij de microgolftrilholte 3 passeren en door die microgolftrilholte 3 verder worden versneld.

.8800328 •3 •ί 7

Op geschikte wijze wordt de bundel 8 op een plaats in het microtron binnengevoerd, die op een cirkel-baan 5 bij voorkeur diametraal tegenover de microgolftril-holte 8 ligt. Daarbij dient de afstand tot een volgende 5 cirkelbaan 5 zodanig te zijn dat de afbuigmagneet 9 de volgende cirkelbaan 5 niet snijdt of anderszins verstoort. Een deskundige zal voorts geschikte correctiemiddelen kunnen bedenken om de verstoring van het homogene magneetveld tussen de poolschoenen 1 en 2 door de afbuig-10 magneet 9 zoveel mogelijk ongedaan te maken. Die verstoring is zo gering mogelijk indien men de afbuigmagneet 9, zodanig geschikt construeert dat het veld van die afbuigmagneet vrijwel geheel binnen de magneet is geconcentreerd, en een zodanige hoeveelheid magnetisch materiaal 15 wordt gebruikt dat het veld tussen de poolschoenen 1 en 2 weinig wordt verstoord.

.8800328

Claims (4)

1. Elektronenversneller van bet microtron-type, omvattende een vacuümkamer met twee op afstand van elkaar opgestelde, vrijwel evenwijdige, vlakke poolschoe-nen, waartussen een statisch, in boofdzaak homogeen 5 magneetveld kan worden in stand gehouden, een in de vacuümkamer tussen de poolschoenen opgestelde microgolf-trilholte, middelen voor het verschaffen van elektronen en injecteren daarvan in de versneller, welke elektronen onder invloed van het homogene magneetveld cirkelbanen 10 in een vlak evenwijdig aan de poolschoenen doorlopen en bij iedere doorgang door de microgolftrilholte een versnelling ondergaan, alsmede middelen om de elektronen, nadat deze voldoende zijn versneld aan de versneller te onttrekken, met het kenmerk, dat de middelen voor 15 het injecteren van elektronen middelen omvatten voor het door één van de poolschoenen heen, onder een hoek ten opzichte van de cirkelbanen van de elektronen, injecteren van een elektronenbundel die wordt verschaft door een externe elektronenbron, alsmede een tussen 20 de poolschoenen opgestelde afbuigmagneet voor het afbuigen van de geïnjecteerde bundel tot in het vlak van de cirkelbanen van de elektronen.

2. Elektronenversneller volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de afbuigmagneet zodanig is geconstrueerd, 25 dat het veld van die magneet zoveel mogelijk wordt beperkt tot die magneet en het inwendige daarvan.

3. Elektronenversneller volgens conclusie 1-2, met het kenmerk dat de afbuigmagneet is opgesteld op een plaats diametraal tegenover de microgolftrilholte 30 in een elektroncirkelbaan.

4. Elektronenversneller volgens conclusie 1-3, met het kenmerk dat de middelen voor het verschaffen van de te injecteren elektronen voorzien zijn van middelen om van elektronenreeksen de voorste elektronen enigszins .8200328 'r 9 te vertragen en de achterste elektronen enigszins te versnellen, zodat betrekkelijk compacte elektronpakketjes ontstaan. .8800323