B e s c h r e i b u n g Chopper für einen Teilchenstrahl
Die Erfindung betrifft einen Chopper für einen Teilchenstrahl.
Stand der Technik
Um einen kontinuierlichen Teilchenstrahl in räumlich und zeitlich begrenzte Pulse zu unterteilen, werden Chopper verwendet. Ein Chopper ist ein Element, welches sowohl für den Teilchenstrahl durchlässige als auch für den Teilchenstrahl undurchlässige Bereiche aufweist. Wird der Chopper durch den Teilchenstrahl bewegt, treten wechselweise durchlässige und undurchlässige Bereiche durch den Teilchenstrahl, so dass der Teilchenstrahl moduliert wird.
Aus der DE 10 2004 002 326 Al sind als Räder ausgebildete Chopper bekannt, welche durch den Teilchenstrahl rotiert werden. Ein wesentliches Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines solchen Choppers ist die höchste Frequenz, mit der dieser den Teilchenstrahl modulieren kann. Diese Frequenz wird bestimmt durch die Umfangsgeschwindigkeit am Rand des Chopperrades, welche wiederum durch den Durchmesser und die Drehzahl festgelegt ist.
Die oben genannte Druckschrift offenbart, dass für typische Experimente Umfangsgeschwindigkeiten von etwa 300 m/s gefordert werden. Die Druckschrift offenbart sowohl als Vollscheiben ausgebildete als auch speichenförmig segmentierte Chopper zur Erzielung derartiger Umlaufgeschwindigkeiten.
Nachteilig wird das Material der Chopperräder auf Grund der Fliehkräfte bis an die Grenzen seiner mechanischen Festigkeit beansprucht. Zudem können die
Chopperräder in Schwingungen geraten. In der Praxis müssen Drehzahlbereiche, in denen Eigenfrequenzen der Chopperräder angeregt werden können, vermieden werden. So kann es vorkommen, dass der Chopper gar nicht mit der Umlaufgeschwindigkeit betrieben werden kann, zu der er von seiner mechanischen Festig- keit her in der Lage wäre.
Aufgabe und Lösung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Chopper zur Verfügung zu stellen, der einen Teilchenstrahl mit einer höheren Frequenz als bislang möglich zu modulieren vermag und zugleich sicherer zu betreiben ist als Chopper nach dem Stand der Technik.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Chopper gemäß Hauptanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen.
Gegenstand der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Chopper für einen Teilchenstrahl entwickelt.
Dieser Chopper ist gekennzeichnet durch mindestens ein ringförmiges, insbesondere kreisringförmiges, Führungselement sowie durch mindestens ein Steuerelement für den Teilchenstrahl, welches derart gegen das Führungselement gelagert ist, dass mindestens ein Aufpunkt auf dem Steuerelement entlang eines Umfangs des Führungselements umzulaufen vermag.
Unter einem Führungselement im Sinne dieser Erfindung wird ein Element verstanden, welches der Bewegung des Steuerelements eine oder mehrere Zwangsbedingungen aufprägt. Das Führungselement sollte daher zumindest derart beschaffen und/oder im Raum fixiert sein, dass eine Bewegung des Steuerelements im Betrieb des Choppers keine Bewegung des Führungselements auslöst. '
Unter einem Steuerelement im Sinne dieser Erfindung wird jedes Element verstanden, welches mindestens einen Bereich aufweist, der die Intensität des Teilchenstrahls abzuschwächen vermag. Dieser Bereich kann insbesondere völlig undurchlässig für den Teilchenstrahl sein. Wird das Steuerelement durch den Teil- chenstrahl bewegt, kann die Intensität des Teilchenstrahls moduliert werden.
Es wurde erkannt, dass durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erstmals eine Alternative zu den bislang immer als Rädern ausgebildeten Choppern zur Verfügung gestellt wird. Dadurch werden unerwünschte Schwingungen, die als Folge
der radförmigen Ausbildung bislang zwangsläufig auftraten, vorteilhaft vermieden. Im Ergebnis wird so ein Chopper zur Verfügung gestellt, der den Teilchenstrahl mit einer wesentlich höheren Frequenz zu modulieren vermag als dies nach dem Stand der Technik möglich war. Die erfindungsgemäße Lagerung entlang 5 eines Umfangs ist jedoch auch bei Umlauffrequenzen des Aufpunkts auf dem
Steuerelement entlang des Umfangs des Führungselements funktionsfähig und vorteilhaft, die kleiner sind als die maximal mögliche Umlauffrequenz.
Es wurde außerdem erkannt, dass die erfindungsgemäße Lagerung entlang eines Umfangs insbesondere bei großen Umfangen und Umlaufgeschwindigkeiten we-0 sentlich stabiler ist als die bei radförmigen Choppern gemäß Stand der Technik zwangsläufig notwendige Lagerung an einer Drehachse. Um ein gegebenes Störmoment zu kompensieren, ist gemäß der Definition des Drehmoments bei einer Lagerung entlang eines Umfangs eine viel geringere Kraft erforderlich als bei einer Lagerung an einer Drehachse. Zugleich kann die aufzubringende Lagerkraft5 auf den ganzen Umfang des Führungselements verteilt werden, so dass auch insgesamt höhere Lagerkräfte auf das Steuerelement ausgeübt werden können. Im Ergebnis kann das Führungselement einen höheren Umfang aufweisen und zugleich das Steuerelement schneller bewegt werden. Somit kann sich das Steuerelement mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit bewegen. Dies bewirkt, dass o der Teilchenstrahl mit einer höheren Frequenz moduliert werden kann als dies nach dem Stand der Technik möglich war.
Die Erfindung schließt ausdrücklich auch ein Chopperrad als Steuerelement ein, wobei dieses als Vollscheibe oder auch speichenförmig segmentiert ausgebildet sein kann und wobei auch eine Lagerung an einer Drehachse vorhanden sein kann. 5 Somit kann auch ein bestehender Chopper mit der erfindungsgemäßen Lagerung entlang eines Umfangs nachgerüstet werden. Es kommen dann gleichermaßen die erfindungsgemäßen Vorteile zum Tragen, dass zur Kompensation eines gegebenen Störmoments die Lagerung entlang des Umfangs eine geringere Kraft aufbringen muss als die Lagerung an einer Drehachse und dass insgesamt höhere o Lagerkräfte auf das Steuerelement ausgeübt werden können.
Da das Steuerelement erfindungsgemäß nahe am Ort seiner Funktion gelagert ist, ist der Hebel, mit dem Störmomente am Lager angreifen können, vorteilhaft verkürzt. Damit wirkt ein gegebenes Störmoment mit einer geringeren Kraft auf das Lager ein als bei einer Lagerung an einer Drehachse gemäß Stand der Technik. Somit ist die Gefahr vermindert, dass das Lager zerstört wird und das Steuerelement oder Teile davon unkontrolliert davonfliegen, wenn beispielsweise die Bewegung des Steuerelements durch einen Fremdkörper abrupt gestoppt wird.
Hinzu kommt, dass eine Drehachse insgesamt entbehrlich wird. Damit besteht auch keine Notwendigkeit, Teile des Steuerelements mit einer Drehachse mecha- nisch zu verbinden. Dadurch werden vielfältige Formgebungen für das Steuerelement möglich. Es kann beispielsweise ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet sein. Insbesondere kann das Steuerelement konzentrisch zum Führungselement angeordnet sein. Die Wirkung auf den Teilchenstrahl kann aber auch schon mit einem Einzelsteuerelement erzielt werden, das gerade groß genug ist, in einem Punkt des Umlaufs um den Umfang des Führungselements den Teilchenstrahl abzuschwächen. Aus einer Mehrzahl derartiger Einzelsteuerelemente lässt sich ein Steuerelement zusammensetzen, das im Ganzen um den Umfang des Führungselements umzulaufen vermag. Dieses Steuerelement kann beispielsweise den Umfang des Führungselements ganz oder teilweise belegen. Bei Defekten, wie etwa Strahlenschäden durch die Wechselwirkung mit dem Teilchenstrahl, können dann die Einzelsteuerelemente unabhängig voneinander ausgetauscht werden. Die Verbindung der Einzelsteuerelemente kann elastisch oder fest sein.
Derartige Formgebungen des Steuerelements können ein ganz erheblich geringeres Gewicht aufweisen als Chopperräder nach dem Stand der Technik. Dieses Gewicht wächst zudem nur linear mit dem Umfang des Steuerelements. Da die für die maximal erzielbare Modulationsfrequenz maßgebliche Umfangsgeschwindigkeit das Produkt aus Drehzahl und Umfang ist, ist ein möglichst großer Umfang des Steuerelements vorteilhaft. Bei einem (massiven) Chopperrad gemäß Stand der Technik dagegen ist das Gewicht proportional zur Fläche und wächst damit quadratisch mit dem Umfang. Das erfindungsgemäß wesentlich geringere Gewicht bewirkt wiederum, dass pro Einheit Lagerkraft, welche auf das Steuerele-
ment ausgeübt werden kann, eine höhere Umfangsgeschwindigkeit und damit eine höhere Modulationsfrequenz erzielt werden kann.
Das geringere Gewicht verbessert die Betriebssicherheit des Choppers in zweifacher Weise: Es führt zu einer geringeren Beanspruchung des Steuerelements durch die Fliehkräfte, so dass die Gefahr verringert wird, dass dieses zerreißt. Im unwahrscheinlichen Fall des Zerreißens haben die Bruchstücke zudem eine wesentlich geringere Masse und damit kinetische Energie, so dass ein wesentlich geringerer Aufwand für eine Umschließung getrieben werden muss, die die Umgebung vor derartigen Bruchstücken schützt.
Zugleich erhöht das geringere Gewicht auch die Eigenfrequenzen des Steuerelements, so dass diese vorteilhaft nicht mehr im Bereich der Umlauffrequenzen um den Umfang des Führungselements liegen.
Bei einem Betrieb des Choppers im Vakuum wirkt sich eine ringförmige Formgebung des Steuerelements noch in einer weiteren Weise vorteilhaft aus. Nur das Führungselement und das Steuerelement müssen sich im Vakuum befinden, nicht jedoch der gesamte von diesen Elementen umgrenzte Bereich. Es genügt somit, wenn ein rohrförmiger Bereich, der das Steuer- und das Führungselement umschließt, unter Vakuum gehalten wird. Dieser Bereich kann insbesondere zwischen einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Steu- erelements, und einem Außendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Führungselements, angeordnet sein. Dies verkleinert das unter Vakuum zu haltende Volumen drastisch. Der Aufwand an Pumpleistung und Zeit für die Herstellung dieses Vakuums verringert sich erheblich.
Die Ringform des Führungselements ist erfindungsgemäß nicht auf die Kreisring- form festgelegt. Andere ringförmige Gestaltungen, wie beispielsweise Ellipsen, können beispielsweise vorteilhaft sein, wenn der Chopper an beengte räumliche Gegebenheiten einer bereits existierenden Versuchsanordnung anzupassen ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerelement mindestens einen Bereich auf, der reflektierend für den Teilchenstrahl ist.
Hierfür ist bei einem Neutronenstrahl beispielsweise ein Graphit-Einkristall geeignet. Dann kann der vom Chopper nicht durchgelassene Anteil des Teilchenstrahls für ein weiteres Experiment genutzt werden. Er kann aber auch durch einen weiteren Chopper geleitet werden. Werden beide Zweige des Teilchenstrahls mit- einander kombiniert, ist das Ergebnis mit einer höheren Frequenz moduliert als dies ein einzelner Chopper könnte
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerelement mindestens eine schraubenförmige Bohrung auf. Bei einer gegebenen Umlaufgeschwindigkeit können dann nur Teilchen innerhalb eines engen Geschwin- digkeitsfensters das Steuerelement passieren. Der Chopper moduliert dann nicht nur die Intensität des Teilchenstrahls, sondern selektiert die Teilchen des Strahls gleichzeitig nach ihrer Geschwindigkeit und damit nach ihrer Energie und ihrem Impuls. Somit sind Chopper und Geschwindigkeitsselektor vorteilhaft in einem Gerät vereinigt. Da nur ein Antrieb erforderlich ist, ist ein derartiges Kombinati- onsgerät zuverlässiger als zwei Einzelgeräte. Zugleich wird Einbauraum gespart, was insbesondere in räumlich beengten Versuchsanordnungen und beim Betrieb im Vakuum von Vorteil ist.
Je länger die schraubenförmige Bohrung ist, desto schmaler ist der Geschwindigkeitsbereich der Teilchen, die sie passieren können. Eine längere Bohrung vergrö- ßert jedoch die Dicke und damit das Gewicht des Steuerelements. Da beim Steuerelement erfindungsgemäß an anderer Stelle sehr viel Gewicht eingespart wird, ist es ohne Beeinträchtigung der Stabilität möglich, den Bereich der schraubenförmigen Bohrung dicker auszugestalten.
Es ist vorstellbar, dass das Steuerelement derart gegen das Führungselement gela- gert ist, dass der Aufpunkt entlang des Außenumfangs des Führungselements umzulaufen vermag. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerelement jedoch derart gegen das Führungselement gelagert, dass der Aufpunkt entlang des Innenumfangs des Führungselements umzulaufen vermag. In dieser Ausgestaltung wird das Steuerelement im Betrieb durch die Fliehkräfte gegen das Führungselement gedrückt. Dies erhöht die Stabilität der Lagerung und
zugleich auch die Betriebssicherheit: Selbst wenn das Steuerelement brechen sollte, hindert das Führungselement die Bruchstücke am radialen Davonfliegen. Eine separate, aufwändige Umschließung des Choppers zum Schutz der Umgebung vor Bruchstücken ist nicht erforderlich. Das Führungselement erhöht bereits die Be- triebssicherheit.
Die Lagerung des Steuerelements gegen das Führungselement ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine magnetische Lagerung und hier insbesondere eine permanentmagnetische Lagerung. Eine solche Lagerung ist berührungslos und damit auch bei hohen Drehzahlen verschleißfrei. Es ist keiner- lei Schmiermittel erforderlich, so dass das Lager uneingeschränkt ultrahochvaku- umtauglich ist.
Vorteilhaft weisen das Führungselement und das Steuerelement jeweils mindestens einen magnetisierten Bereich auf dergestalt, dass sich diese magnetisierten Bereiche in dem Punkt des Umlaufs des Aufpunkts, in dem sie sich am nächsten kommen, abstoßen. Ist das Steuerelement beispielsweise kreisringförmig ausgebildet und sind die magnetisierten Bereiche punktsymmetrisch um den Mittelpunkt des Rings angeordnet, ist eine Ruhelage definiert, in der sich alle Abstoßungen zwischen magnetisierten Bereichen kompensieren. Bei einer Auslenkung aus der Ruhelage wird ein Magnetspalt verringert, so dass die abstoßende Kraft zwischen den entsprechenden magnetisierten Bereichen sich erhöht und das Steuerelement zurück in die Ruhelage treibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lagerung des Steuerelements Zwangsbedingungen dergestalt auf, dass das Steuerelement sich weder axial aus dem Führungselement herausbewegen noch in diesem verkanten kann. Dies kann beispielsweise durch zusätzliche magnetisierte Bereiche am Steuerelement und am Führungselement bewirkt werden, die, wenn sie sich im Betrieb unmittelbar gegenüber liegen, Magnetkräfte mit einer axialen Komponente aufeinander ausüben.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Führungs- dement Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfelds auf. Dann kann
neben der magnetischen Lagerung auch der Antrieb des Steuerelements über das Führungselement erfolgen. Diese funktionelle Integration von Antrieb und Lagerung ist auch in der Lage, auf Unwuchten im Steuerelement zu reagieren, indem die Stärke des magnetischen Wanderfelds zeitabhängig angepasst wird. Derartige Unwuchten sind bei Choppern mit typischen Durchmessern von 1 ,20 m und mehr und Umfangsgeschwindigkeiten bis 300 m/s nur sehr schwer zu vermeiden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein zeitweise oder dauerhaft magnetisierter Bereich des Führungselements, der zur magnetischen Lagerung des Steuerelements gegen das Führungselement gehört, zugleich auch ein Element zur Erzeugung des magnetischen Wanderfeldes. Ist der magneti- sierte Bereich beispielsweise eine Spule, die zur magnetischen Lagerung des Steuerelements nach einem Zeitprogramm bestromt wird, so kann auf diesen Strom ein zusätzlicher Strom aufmoduliert werden, der das magnetische Wanderfeld erzeugt.
Zur Erzielung eines maximalen Vortriebs und damit einer maximalen Umlaufgeschwindigkeit steht das magnetische Wanderfeld vorteilhaft senkrecht auf dem Magnetfeld der magnetischen Lagerung.
Die den vorstehenden Ausführungen zu Grunde liegende technische Lehre ist nicht auf den detailliert beschriebenen Anwendungsfall Chopper eingeschränkt. Stattdessen wird allgemein gelehrt, dass es vorteilhaft ist, eine, vorzugsweise magnetische, Lagerung zweier, insbesondere gegeneinander drehbarer, Bauteile derart auszugestalten, dass mindestens ein Aufpunkt auf dem ersten Bauteil entlang eines Umfangs des zweiten Bauteils umzulaufen vermag, wobei dieses zweiten Bauteil vorteilhaft ringförmig ausgestaltet ist. Die oben beschriebenen erfin- dungsgemäßen Vorteile einer solchen Anordnung kommen beispielsweise auch bei der Magnetlagerung von Turbomolekularpumpen oder Abgasturboladern zum Tragen.
Allgemein bietet der Ansatz eine Möglichkeit, bisher im Stand der Technik durch sich um eine Drehachse drehende Elemente, welche im Bereich ihres Außenum- fangs eine physikalische Wirkung erzielen, derart zu modifizieren, dass das EIe-
ment entlang des Außenumfangs gelagert wird. Auf diese Weise können die Drehachse sowie Verbindungen jedweder Art zwischen dieser Drehachse und dem Außenumfang teilweise oder vollständig eingespart werden. Dadurch kann die Masse der Anordnung vorteilhaft reduziert werden, und der Hebel, mit dem Stör- momente am Lager angreifen, wird vorteilhaft reduziert. Der Außenumfang kann auf den Bedarf zugeschnitten werden. Er kann beispielsweise eine geschlossene Schleife sein, die beliebig, beispielsweise in einer senkrechten Ebene, im Raum orientiert sein kann. Das Lager trägt das die physikalische Wirkung erzielende Element, wie beispielsweise ein oder mehrere Turbinenschaufeln, Beamstopper, Filter, Reflektoren oder Energieselektoren.
Insbesondere die Turbomolekularpumpe und der Abgasturbolader sind durch besonders große Störmomente gekennzeichnet, die bei einer Magnetlagerung an einer Achse gemäß Stand der Technik mit einem großen Hebel am Lager angreifen. Bei der erfindungsgemäßen Lagerung entlang eines Umfangs greifen diese Störmomente nur noch mit einem sehr kurzen Hebel an und können somit besser vom Lager kompensiert werden. Überhaupt wird die Lagerkraft auf den gesamten Umfang des zweiten Bauteils verteilt, so dass erfindungsgemäß insgesamt deutlich größere Lagerkräfte aufgenommen werden können als nach dem Stand der Technik. Auch kann das Bauvolumen sowohl von Turbomolekularpumpen als auch von Abgasturboladern durch die erfindungsgemäße Integration von Antrieb und Lagerung vorteilhaft verringert werden.
Spezieller Beschreibungsteil
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung dadurch beschränkt wird. Es ist ge- zeigt:
Figur 1 : Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Choppers, entlang dessen
Symmetrieachse betrachtet. Figur 2: Seitenansicht des Choppers aus Figur 1. Figur 3 : Ausschnitt des Choppers aus Figur 1 in Schnittzeichnung. Figur 4: Dreidimensionale Ansicht des Choppers aus Figur 1.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen jeweils gleich wirkende Elemente.
Figur 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Choppers in einer Ansicht entlang dessen Symmetrieachse (die Symmetrieachse steht senkrecht auf der Zeichenebene). Dieser Chopper umfasst ein kreisringförmiges Führungsele- ment 11 auf einem Standfuß 12 sowie ein ebenfalls kreisringförmiges, konzentrisch zum Führungselement 1 1 angeordnetes Steuerelement 13. Das Führungselement 11 umfasst einen Grundkörper I Ia sowie Magnetspulen I Ib. Der Grundkörper I Ia besteht aus einem Kreisring 1 IaI, der zwischen zwei Kreisringscheiben 1 Ia2 und 1 Ia3 angeordnet ist. Die Magnetspulen 1 Ib sind in regelmäßigen Abständen in der Innenseite des Kreisrings 1 IaI des Grundkörpers 1 Ia versenkt.
Das Steuerelement 13 umfasst einen Grundring 13 a, permanentmagnetische Bereiche 13b sowie für den Teilchenstrahl reflektierende und somit undurchlässige Bereiche 13c. Die permanentmagnetischen Bereiche 13b sind in regelmäßigen Abständen in der Außenseite des Grundrings 13a versenkt. Die für den Teilchen- strahl reflektierenden und damit undurchlässigen Bereiche 13c sind in regelmäßigen Abständen auf der Innenseite des Grundrings 13a montiert.
Die Magnetspulen I Ib und die permanentmagnetischen Bereiche 13b wirken derart zusammen, dass das Steuerelement 13 magnetisch gegen das Führungselement 1 1 gelagert ist. Zugleich sind die Magnetspulen 1 Ib auch Elemente zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes, mit dem das Steuerelement 13 und damit auch die für den Teilchenstrahl reflektierenden Bereiche 13c in eine Rotation innerhalb des Führungselements 11 versetzt werden können.
Der Grundkörper I Ia umschließt den Grundring 13a fast vollständig bis auf einen radial nach innen gerichteten Bereich, in dem die für den Teilchenstrahl reflektierenden Bereiche 13c in jeder Umlaufposition des Steuerelements 13 um das Führungselement 11 radial nach innen ragen können. Somit wird die magnetische Lagerung des Steuerelements 13 gegen das Führungselement 11 durch eine mechanische Notlagerung ergänzt, die dem Steuerelement 13 derartige Zwangsbedingungen aufprägt, dass es sich weder axial aus dem Führungselement 11 herausbewegen noch in diesem verkanten kann
Die Einbettung der Magnetspulen 1 Ib in den Grundkörper 1 Ia sowie die Einbet- tung der magnetisierten Bereiche 13b in den Grundring 13a sind nur im rechten oberen Quadranten von Figur 1 zu sehen, in dem der Chopper teilweise in Schnittzeichnung dargestellt ist.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des Choppers aus Figur 1. Gegenüber Figur 1 ist der Chopper hier um 90° aus der Zeichenebene heraus gedreht. Hier wird die Un- terteilung des Grundkörpers 1 Ia in einen Kreisring 1 IaI sowie zwei Kreisringscheiben 1 Ia2 und 1 Ia3 verdeutlicht.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt des Choppers in Schnittzeichnung dargestellt, wobei der Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 1 durchgeführt wurde. Die Kreisringscheiben 1 Ia2 und 1 Ia3 des Grundkörpers I Ia weisen an ihrem zur gemeinsamen Symmetrieachse von Führungselement 11 und Steuerelement 13 gerichteten Rand
Fortsätze 1 Ia4 und 1 Ia5 auf, die aufeinander gerichtet sind. Die Fortsätze 1 Ia4 und 1 Ia5 bilden einen Spalt 1 Ia6, in den der für den Teilchenstrahl reflektierende Bereich 13c des Steuerelements eingreift und in dem dieser Bereich 13c umlaufen kann.
In den in Richtung des Grundrings 13a des Steuerelements 13 weisenden Kanten der Kreisringscheiben 1 Ia2 und 1 Ia3 des Führungselements 11 sind zusätzliche magnetisierte Bereiche 1 Ia7 und 1 Ia8 versenkt. In den auf diese Bereiche 1 Ia7 und 1 Ia8 weisenden Kanten des Grundrings 13a des Steuerelements 13 sind magnetisierte Bereiche 13al und 13a2 versenkt. Die magnetisierten Bereiche 1 Ia7 und 1 Ia8 in den Kreisringscheiben wirken mit den magnetisierten Bereichen 13al und
13a2 des Grundrings derart zusammen, dass die Kreisringscheiben 1 Ia2 und 1 Ia3 über axiale magnetische Kräfte mit dem Grundring 13a wechselwirken, wobei sich der Begriff „axial" hier auf die gemeinsame Symmetrieachse von Führungselement 11 und. Steuerelement 13 bezieht. Somit weist die magnetische Lagerung des Steuerelements 13 gegen das Führungselement 11 Zwangsbedingungen dergestalt auf, dass das Steuerelement 13 sich weder axial aus dem Führungselement 11 herausbewegen noch in diesem verkanten kann. Die oben angesprochene mechanische Notlagerung wird nur bei außergewöhnlichen Betriebszuständen in Anspruch genommen, die die magnetische Lagerung durch das Zusammenspiel der magnetisierten Bereiche 1 Ia7 und 1 Ia8 mit den magnetisierten Bereichen 13al und 13a2 überfordern.
Der magnetisierte Bereich 13b, der im Grundring 13a des Steuerelements versenkt ist, bildet mit der Magnetspule I Ib einen Magnetspalt. Der magnetisierte Bereich 1 Ia7 bildet mit dem magnetisierten Bereich 13al einen Magnetspalt. Der magne- tisierte Bereich 1 laδ bildet mit dem magnetisierten Bereich 13a2 einen Magnetspalt.
Der für den Teilchenstrahl reflektierende und somit undurchlässige Bereich 13c erhält seine reflektierende Eigenschaft durch eine einseitig aufgebrachte Be- schichtung 13cl.
In der in Figur 3 gezeigten Ausgestaltung können optional die magnetisierten Bereiche 13b, die im Grundring 13a des Steuerelements 13 versenkt sind, zusätzlich durch eine Schicht oder eine Wicklung aus hochfestem Material (wie etwa CFIC oder ein Gewebe) gesichert werden, die eine radial nach außen gerichteten Bewegung der magnetisierten Bereiche 13b aus dem Grundring 13a heraus verhindern. In diese Richtung wirkt im Betrieb auf die magnetisierten Bereiche 13b die Fliehkraft, die erheblich sein kann, da permanentmagnetische Materialien meistens eine hohe Dichte aufweisen.
Figur 4 zeigt den Chopper in einer dreidimensionalen Darstellung. Es ist besonders deutlich zu erkennen, dass die für den Teilchenstrahl reflektierenden Berei- che 13c im Betrieb innerhalb des Spalts 11 a6 zwischen den Fortsätzen 11 a4 und
1 Ia5 der Kreisringscheiben 1 Ia2 und 1 Ia3 des Grundkörpers 1 Ia des Führungselements 11 umlaufen.