NO126192B

NO126192B -

Info

Publication number: NO126192B
Application number: NO00802/69A
Authority: NO
Inventors: Alex David Colvin
Original assignee: Ford Motor Company A Corp Of D
Priority date: 1968-02-27
Filing date: 1969-02-26
Publication date: 1973-01-02
Also published as: DE1906951C3; BR6906542D0; BE728898A; US3469139A; SE353183B; FR1596235A; ES363128A1; JPS5025596B1; GB1182920A; DE1906951B2; DE1906951A1

Description

Anordning ved partikkelakselerator. Device at a particle accelerator.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved partikkelakseleratorer av den art som omfatter et hus med et vakuumkammer som har et vindu elektroner kan trenge gjennom, en anordning for utsendelse av en elektronstråle som treffer vinduet og avbøy-ningsanordninger for elektronstrålen for sveiping av strålen over i det minste en vesentlig del av vinduet. For ytterligere bestem-melse av elektronenes bevegelsesbaner er det kjent å anvende permanentmagneter. The present invention relates to a device for particle accelerators of the kind that comprises a housing with a vacuum chamber that has a window through which electrons can penetrate, a device for sending out an electron beam that hits the window and deflection devices for the electron beam for sweeping the beam over at least a significant part of the window. For further determination of the electron's movement paths, it is known to use permanent magnets.

Partikkelakseleratorer benyttes vanligvis til å bestråle et mål ved hjelp av en elektronstråle som er frembrakt inne i et evakuert kammer, og som strømmer ut av kammeret gjennom en åpning i en av dets vegger. Vakuum opprettholdes i kammeret ved at åpningen er lukket ved hjelp av en tynn metallplatej f.eks. aluminium, som elektroner kan trenge gjennom. Strålen sendes ut fra en katode som er anordnet i den ene ende av kammeret og akselereres av og rettes mot en anode ved hjelp av en stor potensialforskjell mellom katode og anode. Anodekonstruksjonen kan helt eller delvis omfatte vinduet. Particle accelerators are usually used to irradiate a target by means of an electron beam which is produced inside an evacuated chamber and which flows out of the chamber through an opening in one of its walls. Vacuum is maintained in the chamber by the opening being closed using a thin metal plate, e.g. aluminium, through which electrons can penetrate. The beam is emitted from a cathode which is arranged at one end of the chamber and is accelerated by and directed towards an anode by means of a large potential difference between cathode and anode. The anode structure can fully or partially include the window.

For å beskytte vinduet mot elektronstråleenergien sveipes i alminnelighet strålen langs vinduet. Den vil imidlertid da treffe vinduet i et uendelig antall baner med forskjellige vinkler i forhold til vindusplanet. For å sette den tynne plate eller vinduet i stand til å tåle trykkforskjellen på grunn av vakuumet i kammeret er det vanlig å understøtte vinduet med en gitterkonstruk-sjon. De enkelte elementer i gitteret må da være orientert i vinkler i forhold til vindusplanet, som tilsvarer 'vinklene mellom deNtte plan og elektronenes baner i hvert enkelt punkt for å gjøre det mulig for elektronstrålen å gå gjennom gitteret slik at man unngår energiforbruk som skyldes at elektronstrålene ikke kan passere dette. Slike gittere er i seg selv kostbare, blant annet fordi de er vanske-lige å fremstille på grunn av den nøyaktige vinkelinnretning som er nødvendig ved hver enkelt komponent i gitteret. To protect the window from the electron beam energy, the beam is generally swept along the window. However, it will then hit the window in an infinite number of paths with different angles to the plane of the window. In order to enable the thin plate or the window to withstand the pressure difference due to the vacuum in the chamber, it is common to support the window with a grid construction. The individual elements in the grid must then be oriented at angles in relation to the window plane, which correspond to the angles between that plane and the electron's paths at each individual point to enable the electron beam to pass through the grid so as to avoid energy consumption due to the electron beams can't pass this. Such gratings are in themselves expensive, among other things because they are difficult to produce due to the precise angular arrangement that is necessary for each individual component of the grating.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en partikkelakselerator som er enkel i sin oppbygning og ikke krever regulering under akselerasjonen. Man kan da bruke et gitter som har relativt lette, parallelle gitterkomponenter, og man unngår da et altfor stort energiforbruk som skyldes at elektronstrålene treffer gitteret. The purpose of the present invention is to arrive at a particle accelerator which is simple in its structure and does not require regulation during acceleration. You can then use a grid that has relatively light, parallel grid components, and you then avoid an excessively large energy consumption due to the electron beams hitting the grid.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at det ved begge sider av vinduet er anordnet permanentmagneter som er forbundet med hverandre med ikke-magnetiserte ferromagnetiske deler med magnetene stilt slik at de magnetiske kraftlinjer forløper i motsatte retninger i hver halvdel av de ferromagnetiske deler. According to the invention, this has been achieved by arranging permanent magnets on both sides of the window which are connected to each other with non-magnetized ferromagnetic parts with the magnets positioned so that the magnetic lines of force run in opposite directions in each half of the ferromagnetic parts.

Andre trekk og detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse under henvisning til tegningene der: Fig. 1, i forenklet form, viser en partikkelakselerator delvis i snitt og Other features and details of the invention will be apparent from the following description with reference to the drawings in which: Fig. 1, in simplified form, shows a particle accelerator partially in section and

fig. 2 viser et snitt tatt etter linjen 2-2 på fig. 1. Partikkelakseleratoren har i det viste eksempel et evakuert akselerasjonskammer som omfatter en rørformet del 12 og fig. 2 shows a section taken along the line 2-2 in fig. 1. In the example shown, the particle accelerator has an evacuated acceleration chamber comprising a tubular part 12 and

en rektangulær trakt 14 med skrånende sider. Den rørformede del 12 a rectangular funnel 14 with sloping sides. The tubular part 12

og trakten 14 danner et kammer 16. and the funnel 14 forms a chamber 16.

En katode 18 som er vist meget forstørret, er anbrakt A cathode 18, which is shown greatly enlarged, is placed

i den ene ende av kammeret 16 og kan avgi elektroner. Ved den åpne ende av trakten 14 som vender fra katoden 18, er det festet et gitter 20 som omfatter båndliknende, enkelte gitterelementer 22. Gitteret 20 understøtter et vindu 24 som elektroner kan trenge gjennom og som f.eks. kan være en tynn plate av aluminium eller tilsvarende materiale. Gitteret 20 og vinduet 24 lukker kammeret 16 og gjør det mulig å skape et vakuum i dette kammer. Et par elektro-magnetiske avbøyningsspoler- 26 og 28 er anbrakt på motstående sider av den rørformede del 12 og, som kjent, kan elektronstrålen som sendes ut fra katoden 18 avbøyes ved å variere styrken av de strømmer som flyter gjennom spolene 26 og 28. at one end of the chamber 16 and can emit electrons. At the open end of the funnel 14 facing away from the cathode 18, a grid 20 is attached which comprises band-like, individual grid elements 22. The grid 20 supports a window 24 through which electrons can penetrate and which e.g. can be a thin plate of aluminum or similar material. The grid 20 and the window 24 close the chamber 16 and make it possible to create a vacuum in this chamber. A pair of electromagnetic deflection coils 26 and 28 are located on opposite sides of the tubular portion 12 and, as is known, the electron beam emitted from the cathode 18 can be deflected by varying the strength of the currents flowing through the coils 26 and 28.

Når akseleratoren 10 skal brukes, evakueres kammeret 16 og en elektronstråle, som vil ha liten diameter, sendes ut fra katoden 18. Strålen styres langs den sentrale aksel 38 i kammeret 16 When the accelerator 10 is to be used, the chamber 16 is evacuated and an electron beam, which will have a small diameter, is emitted from the cathode 18. The beam is guided along the central axis 38 in the chamber 16

og elektronene akselereres voldsomt inne i kammeret på grunn av en potensialforskjell mellom katoden 18 og konstruksjonen i den motsatte ende av kammeret 16, innbefattende vinduet 24 som virker som en anode. Når elektronene beveger seg inn i det magnetiske felt mellom spolene 26 og 28, vil den ved riktig variasjon av den nevnte strøm-styrke i disse spoler søke over vinduet og treffe dette i forskjellige vinkler fra vinduets ene ende til dets annen ende. Linjene 22 representerer slike elektronstråler. and the electrons are violently accelerated inside the chamber due to a potential difference between the cathode 18 and the structure at the opposite end of the chamber 16, including the window 24 which acts as an anode. When the electrons move into the magnetic field between the coils 26 and 28, with the right variation of the said current strength in these coils, it will search over the window and hit it at different angles from one end of the window to its other end. The lines 22 represent such electron beams.

Por å rette inn elektronstrålene slik at disse treffer vinduet i vinkler på 90° er det i henhold til oppfinnelsen anordnet permanentmagneter 30 og 32 i nærheten av hver ende av vinduet, og magnetene er forbundet med hverandre ved hjelp av ikke-magnetiserte ferromagnetiske deler 34 og 36 som går langs sidene av vindusåpningen. Når elektronene følger banene 42 som har forskjellige vinkler fra vinduets ene ende til dets annen ende, kommer elektronene inn i det magnetiske felt mellom de ferromagnetiske deler 34 og 36 og elektronstrålene avbøyes, som vist på fig. 1. Virkemåten for magnetene 30 og 32 og de ferromagnetiske deler 34 og 36 vil nu bli forklart mer i detalj. Magnetene 30 og 32 har lik feltstyrke, og de står slik at kraftlinjene som flyter fra den ene magnet i den ene halvdel av de ferromagnetiske deler 34, 36 har en retning som er motsatt kraft-linjeretningeh for den annen magnet og de tilhørende halvdeler av de ferromagnetiske deler. Midt i vinduet vil kraftlinjefeltene opp-heve hverandre og de vil ikke ha noen innvirkning på elektronstrålen langs aksen 38. Med økende avstand fra aksen 38 til begge sider vil innvirkningen av det ene kraftfelt på det annet avta med avstanden, og den magnetiske feltstyrke vil øke slik at den er størst der vinkelen mellom en elektronstråle 42 og vinduets plan vil være størst. Elektroners avbøyning i magnetiske felt er et kjent fenomen og skal ikke behandles nærmere her, men magnetene 30 og 32 velges slik at magnetfeltene mellom de ferromagnetiske deler 34 og 36 blir slik at enhver elektronstråle vil bli rettet inn parallelt med aksen 38. In order to direct the electron beams so that they hit the window at angles of 90°, according to the invention, permanent magnets 30 and 32 are arranged near each end of the window, and the magnets are connected to each other by means of non-magnetized ferromagnetic parts 34 and 36 which runs along the sides of the window opening. When the electrons follow the paths 42 which have different angles from one end of the window to its other end, the electrons enter the magnetic field between the ferromagnetic parts 34 and 36 and the electron beams are deflected, as shown in fig. 1. The operation of the magnets 30 and 32 and the ferromagnetic parts 34 and 36 will now be explained in more detail. The magnets 30 and 32 have equal field strength, and they are positioned so that the lines of force flowing from one magnet in one half of the ferromagnetic parts 34, 36 have a direction that is opposite to the line-of-force direction of the other magnet and the associated halves of the ferromagnetic parts. In the middle of the window, the force line fields will cancel each other out and they will have no effect on the electron beam along axis 38. With increasing distance from axis 38 to both sides, the effect of one force field on the other will decrease with distance, and the magnetic field strength will increase so that it is greatest where the angle between an electron beam 42 and the plane of the window will be greatest. The deflection of electrons in magnetic fields is a known phenomenon and shall not be dealt with in more detail here, but the magnets 30 and 32 are chosen so that the magnetic fields between the ferromagnetic parts 34 and 36 are such that any electron beam will be directed parallel to the axis 38.

Man ser således at uansett hvilken vinkel en elektronstråle har på vindusplanet vil strålen, før den treffer vinduet, bli rettet inn av det magnetiske felt. på den siste del av banen elektronene følger på sin vei mot vinduet vil således alle elektron-baner være parallelle, noe som, som forklart tidligere, i vesentlig grad forenkler oppbygningen av partikkelakseleratoren. Den energi som går tapt på grunn av at elektronsljéler treffer gitterelementene blir også mindre fordi elementene ligger parallelt med de baner elektronstrålene følger gjennom gitteret, og dessuten vil det areal som utsettes for elektronstrålene bli mindre. You thus see that regardless of the angle an electron beam has on the plane of the window, the beam will, before it hits the window, be directed in by the magnetic field. on the last part of the path the electrons follow on their way towards the window, all electron paths will thus be parallel, which, as explained earlier, significantly simplifies the structure of the particle accelerator. The energy that is lost due to electron beams hitting the grid elements is also reduced because the elements lie parallel to the paths the electron beams follow through the grid, and furthermore the area exposed to the electron beams will be smaller.

Claims

1. Device for a particle accelerator, comprising a housing with a vacuum chamber which has a window through which electrons can penetrate, a device for sending out an electron beam that hits the window and deflection devices for sweeping the beam over at least a substantial part of the window, as well as permanent magnets for impact on the electron paths, characterized by a pair of non-magnetized ferromagnetic parts connecting the ends of the magnets to limit a rectangle together and by the magnets standing so that the magnetic lines of force run in opposite directions in each half of the ferromagnetic parts.

2. Device as specified in claim 1, characterized in that the magnetic field between the magnets and the ferromagnetic parts that connect them is designed to direct the electron beams so that they run essentially perpendicular to the plane of the window for passage through openings in a grid which is attached to the housing and protects the window against implosion.