DE2953877C2

DE2953877C2 - Einrichtung zur Ablenkung eines Bündels geladener Teilchen

Info

Publication number: DE2953877C2
Application number: DE2953877A
Authority: DE
Inventors: Gennadij Ivanovi&ccaron; Leningrad Razin; Dmitrij Sergeevi&ccaron; Valtman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1985-01-03
Also published as: CH652553A5; WO1981001228A1; JPS56501381A; DE2953877A1

Description

At <

2/, L

und W >

worin:

d — Durchmesser des Bündeis geladener Teilchen,

/ι — Längsablenkungsfrequenz,

h — Querablenkungsfrequenz,

L — Größe der maximalen Ablenkung des Bündels über die Länge des Austrittsfensters bedeutet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Wechselverzögerungseinheit (7) dem Ausgang der Treiberstufe (9; des Längsablenkstromgenerators (5) zugeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zwischen dem Ausgang des Längsablenkstromgenerators (5) und dem Eingang der Wechselverzögerungseinheit (7) eingeschalteten Former (11) synchronisierender Impulse enthält, der zur Erzeugung der synchronisierenden Impulse in Zeitpunkten dieni, wenn der Strom in den Wicklungen des Elektromagnets (1) zur Längsablenkung seinen maximalen Wert erreicht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselverzögerungseinheit (7) einen Impulszähler (15), dessen Zähleingang gleichzeitig als Eingang der Wechselverzögerungseinheit (7) dient, einen den Ausgängen des Impulszählers (15) zugeschalteten Dechiffrator (16) und Elemente (17) der fixierten Verzögerung, die zwischen den Ausgängen des Dechiffrators (16) und dem Ausgang der Wechselverzögerungseinheit (7) eingeschaltet sind, enthält.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselverzögerungseinheit (7) einen Impulszähler (15). dessen Zähleingang gleichzeitig als Eingang der Wechselverzögerungseinheit (7) dient, einen den Ausgängen

des Impulszählers (15) zugeschalteten Dechiffrator (16), einen Integrator (23), dessen Eingang über eine ODER-Schaltung (22) mit den Ausgängen des Dechiffrators (16) verbunden ist, und einen Komparator (24), dessen Eingang mit dem Ausgang des Integrators (23) in Verbindung steht und sein Ausgang gleichzeitig als Ausgang der Wechselverzögerungseinheit (7) dient, wobei den Ausgängen des Dechiffrators (16) Zener-Dioden (26) zugeschaltet sind, die sich durch den Wert der Stabilisierungsspannung voneinander unterscheiden, aufweist

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche aus der FR-PS 12 51 686 bereits bekannt ist

Vorangehender Stand der Technik

Im Gegensatz zu den fur die wissenschaftliche Forschung bestimmtem Beschleunigern müssen die industriellen Beschleuniger, die z. B. zur Bestrahlung von Materialien verwendet werden, Bestrahlungsfelder bedeutender Ausdehnung gewährleisten, die mindestens der Breite des der Bestrahlung unterliegenden Materials gleich ist Die Bearbeitung der gesamten Oberfläche des Materials wird mittels einer Verschiebung des Materials längs dessen Länge durch das Bestrahlungsfeld erreicht.

Die Bildung von ausgedehnten Bestrahlungsfeldern durch die Formierung eines Bündels mit einem Querschnitt entsprechender Ausdehnung unmittelbar in der Beschleunigungsstruktur des Beschleunigers bietet große Schwierigkeiten und wird zur Zeit praktisch nicht verwendet. Die größte Verbreitung hat das Verfahren zur Formierung von ausgedehnten Bestrahlungsfeldern erhalten, das auf der Ablenkung geladener Teilchen beruht, d. h. auf der Verschiebung eines Bündels geringen Querschnitts über die zu bestrahlende Oberfläche durch die Ablenkung desselben mittels eines zeitlich modulierten Felds, z. B. eines magnetischen Felds.

Die minimale Frequenz des Ablenkstroms wird aufgrund von zwei Kriterien gewählt: Erstens müssen die Bahnen des Bündels auf dem zu bestrahlenden Materia! bei der Bewegung des letzteren einander überdecken bzw. mindestens einander berühren, da anderenfalls verschiedene Punkte des zu bestrahlenden Materials

so unterschiedliche Bestrahlungsdosen erhalten werden. Daraus folgt, daß je höher die Bewegungsgeschwindigkeit des zu bestrahlenden Materials und je geringer der Durchmesser des Bündels sind, desto größer die Frequenz dessen Ablenkung sein muß.

Zweitens wird beim Durchlaufen der beschleunigten Teilchen durch die Folie, aus der das Austrittsfenster ausgeführt ist, ein Teil ihrer Energie verloren und in Wärme umgewandelt, die die Folie erwärmt. Bei der Bewegung des Bündels über die Folie überschreitet !'c lokale Folientemperatur an der Stelle, wo das Bündel die Folie durchdringt, die mittlere Temperatur der Folie um so mehr, je geringer die Bewegungsgeschwiridigkeit des Bündels über die Folie ist. Die lokale Überhitzung der Folie ist gefährlich sowohl aus dem Gesichtspunkt deren eventuellen Aufschmelzung als auch aus dem Gesichtspunkt der ständig wirkenden VViiimevcrformungen der Folie, die zu einer Zerstörung derselben bei Temperaturen führen, die ihre Schmelztemperatur wc-

sentlich unterschreiten. Daraus folgt, daß zur Vermeidung lokaler Oberhitzungen der Folie die Ablenkungsfrequenz möglichst hoch sein muß.

Bei einer genügend hohen Ablenkungsfrequenz, wenn eine lokale Überhitzung praktisch fehlt, hängt die stationäre Folientemperatur vom Verhältnis des Stromwerts des Bündels geladener Teilchen zur Fläche der Folie, über die das Bündel zerstreut wird, ab.

Die Bahn des Bündels auf dem Austrittsfenster stellt bei der Verwendung der beschriebenen Einrichtung einen schmalen Streifen dar, dessen Breite dem Durchmesser des Bündels gleich ist und dessen Länge durch -die Ausmaße der zu bestrahlenden Gegenstände bestimmt wird. Demzufolge, daß die Stromdichte an der Achse des Bündels bedeutend höher als in dessen Randgebiet ist, trägt dabei die größte Wärmebeanspruchung der Mittelteil der Folie über ihre Breite, wo die Wärmeableitung besonders erschwert ist Die ungleichmäßige Verteilung der Wärmebeanspruchung über die Folie kann zur Überhitzung einzelner Folienabschnitte und zum Ausfall der Folie führen.

Außerdem steigt mit dem Anstieg der Stromdichte des Bündels die Wärmebeanspruchung der Folie an, und es ist erwünscht, zwecks deren Verminderung die Fläche des Austrittsfensters, über die das Bündel zerstreut wird, zu vergrößern. In der beschriebenen Einrichtung ist jedoch wegen der Ablenkung des Bündels nur in einer Richtung die Arbeitsfläche der Folie, d. h. die Fläche, die vom Bündel durchdrungen wird, gering, und es f\ — Längsablenkungsfrequenz, fi — Querablenkungsfrequenz.

L — G^röße der maximalen Ablenkung des Bündelt längs des Auslaßfensters (Länge der Längsablenkung),

d — Durchmesser des Bündels geladener Teilchen

bedeutet

Also, je geringer der Durchmesser des Bündels und je größer die erforderliche Größe der Ablenkung des Bündels längs des Austrittsfensters sind, um so größer muß das Verhältnis hlf\ sein.

Zur Erhöhung der Arbeitsproduktivität einer Anlage zur strahlenchemischen Bearbeitung von Materialien ist eine Vergrößerung der Stromdichte und eine Steigerung der Bewegungsgeschwindigkeit des zu bestrahlenden Materials erforderlich, und es muß also die Frequenz der Längsablenkung und damit die Frequenz der Querablenkung vergrößert werden. Dabei kann zwecks Erfüllung dr,r Bedingung des Anliegens der Bahnabschnitte eines Bündels während zwe. nacheinanderfolgenden Halbperioden der Ablenkung die Frequenz der letzteren eventuell sich so hoch ergeben, daß infolge einer Vergrößerung der sich in den Wandunger; der

Vakuumkammer ausbildenden Wirbelströme die Kennlinie der Zeitänderung des Querablenkfelds verzerrt wird. Das führt zur Störung der Linearität der Verschiebung des Bündels über die Folie und damit zu einer ungleichmäßigen Erwärmung der Folie und Überhit-

ist also bei der Verwendung einer solchen Einrichtung 30 zung deren einzelner Abschnitte,
zur Ablenkung eines Bündels, der eine genügend hohe Außerdem führt eine Erhöhung der Querablenkungs-

Stromdichte aufweist, eine Verminderung der Lebens- frequenz zu einer Erwärmung der Wandungen der Vadauer der Folie am Austrittsfenster unvermeidlich. kuumkammer durch die Wirbelströme und zu einem

Die Erfindung geht von einer Einrichtung zur Ablen- zusätzlichen Leistungsverbrauch aus dem Querablenkkung eines Bündels geladener Teilchen aus, die in der 35 stromgenerator, so daß die Leistung des letzteren gesteigert werden muß. Die Einführung in den Aufbau der Vakuumkammer von besonderen Teilen aus Isolierstoff, z. B. aus Glas oder Porzellan, setzt jedoch die Sicherheit des Aufbaus herab, verkompliziert ihn und wird i« der 40 Praxis in der Regel nicht verwendet

Wird andererseits die Querablenkungsfrequenz auf einem Pegel eingehalten, bei dem die Wirbelstromverluste in den Wandungen der Kammer den zulässigen Wert nicht überschreiten, so kann eine Verminderung des 45 Bündeldurchmessers sowie eine Verlängerung des Austrittsfensters und eine Erhöhung der Querablenkungsfrequenz dazu führen, daß die Bündelbahn auf der Folie während jeder Halbperiode der Querablenkung an die Bündelbahn während der vorangehenden Halbperiode recht zueinander gerichteten Ablenkfeldern kann die 50 der Querablenkung nicht mehr anliegen wird, weshalb mit dem Bündel zu bestrahlende Oberfläche der Folie der durch das Bünde! bestrahlte Folienabschnitt nicht

einen durchlaufenden Streifen, sondern eine gebrochene Linie darstellen wird, deren Breite dem Bündeldurchme^ser pleach ist, und die der Form nach der Stromänderung in den Wicklungen des Elektromagnets für die

FR-PS 12 51 686 beschrieben ist Diese Einrichtung enthält einen Elektromagnet für die Längsablenkung und einen Elektromagnet für die Querablenkung, die außerhalb der mit dem Beschleuniger der geladenen Teilchen gekoppelten Vakuumkammer angeordnet werden, sowie Generatoren des Längs- und Querablenkstroms, die den Wicklungen der entsprechenden Elektromagnete zugeschaltet sind. Der Elektromagnet für die Längsablenkung gewährleistet ein Feld, das das Bündel über die Länge des Austrittsfensters der Vakuumkammer ablenkt, und der Elektromagnet für die Querablenkung erzeugt ein Feld, das das Bündel über die Breite des Austrittsfensters ablenkt.
Infolge der Einwirkung auf das Bündel von zwei senk-

die Form eines durchlaufenden Streifens aufweisen, dessen Länge ungefähr der Länge des Austrittsfensters gleich ist, und dessen Breite den Durchmesser des Bündels bedeutend überschreitet. Es ist einleuchtend, daß zum Erhalten einer Bahn des Bündels am Austrittsfenster in Form eines durchlaufenden Streifens ein solches Verhältnis der Frequenzen der Längs- und Querablenkung erforderlich ist, bei dem die Bündelbahn während jeder Halbperiode der Querablenkung der Bündelbahn während der vorangehenden Querablenkung anliegt oder diese sogar teilweise überdeckt, d. h. es muß der Beziehung

L_ d

65

genügen; worin:

Querablenkung entspricht. Die Folie des Austrittsfensters wird also in diesem Fall desgleichen ungleichmäßig erwärmt und ihre Lebensdauer wird herabgesetzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eint Einrichtung zur Ablenkung eines Bündels geladener Teilchen zu schaffen, bei der der Generator des Querablenkstroms so wirkt, c*aß eine gleichmäßige Verteilung der Wärmebeanspruchung über die Folie des Austrittsfensters der Vakuumkammer ohne Erhöhung der Querablenkungsfrequenz gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Der zwischen dem Generator des Längsablenkstroms und dem synchronisierenden Eingang des Generators des Querablenkstroms eingeschaltete Wechselverzögerungsblock gewährleistet eine sich periodisch ändernde Zeitverschiebung der Impulse, die den Generator des Querablenkstroms synchronisieren, in bezug auf die Anfangsmomente der Längsablenkung in jeder Halbperio-Je derselben. Dadurch wird eine Verschiebung der Bahnen des Bündels geladener Teilchen auf der Oberfläche des Austrittsfensters erreicht. Dabei gewährleistet die angeführte Anzahl der durch den Wechselverzögerungsblock eingestellten Vezögerungszeiten sowie der angegebene Differenzwert dieser Verzögerungszeiten eine solche Verschiebung der Bündelbahnen, derzufolge sie nach Ablauf einer Zeit, die dem Produkt der Halbperiodendauer der Längsablenkung mit der angeführten Anzahl der Verzögerungszeiten gleich ist, dicht aneinander anliegen oder einander teilweise überdecken werden.

Während eines im Vergleich mit der Periodendauer der Längsablenkung genügend großen Zeitintervalls werden also praktisch sämtliche Abschnitte der Folie des Austrittsfensters einer gleichen Einwirkung der geladenen Teilchen unterzogen und die Wärmebeanspruchung der Folie wird gleichmäßig über ihre Oberfläche verteilt. Demzufolge wird die Sicherheit der Folie und der Vakuumkammer im ganzen erhöht.

Wenn die Treiber tufe des Längsablenkstromgenerators die synchronisierenden Impulse mit einer Frequenz formiert, die dem Doppelwert der Längsablenkungsfrequenz gleich ist, kann der Eingang der Wechselverzögerungseinheit dem Ausgang der Treiberstufe des Längsablenkstromgenerators zugeschaltet werden.

Eine solche Verbindung der Wechselverzögerungscirincii mti dem LängsäbienkstrcmgCRcrsicr !Si besonders einfach, da sie keine zusätzlichen Elemente erfordert.

Die Einschaltung des Formers synchronisierender Impulse zwischen dem Ausgang des Längsablenkstromgenerators und dem Eingang der Wechselverzögerungseinheit ist in den Fällen erforderlich, wenn die Treiberstufe des Längsablenkstromgenerators das Signal mit einer Frequenz erzeugt, die der Frequenz der Längsablenkung gleich ist, z. B. wenn als Treiberstufe des Längsablenkstromgenerators ein Multivibrator verwendet wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert

Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Einrichtung zur Ablenkung eines Bündels geladener Teilchen;

F i g. 2 eine andere Verbindungsvariante des in der F i g. 1 gezeigten Wechselverzögerungsblocks mit dem Längsablenkstromgenerator:

Fig.3 eine andere Verbindung der Elemente des in der F i g. 1 gezeigten Wechselverzögerungsblocks, erfindungsgemäß;

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des in der F i g. 1 gezeigten Wechselverzögerungsblocks;

F i g. 5a bis 5f Zeitdiagramme, die die Wirkung der in der F i g. I gezeigten Einrichtung veranschaulichen; und

F i g. 6 Bewegungsbahnen des Bündels geladener Teilchen am Austrittsfenster der Vakuumkammer, die bei der Wirkung der in der F i g. 1 gezeigten Einrichtung gebildet werden.

Beschreibung der besten Ausführungsiorm
der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ablenkung eines Bündels geladener Teilchen enthält einen Elektromagneten 1 (Fig. 1) zur Längsablenkung des Bündels geladener Teilchen über die Länge des Austrittsfensters 2 einer Vakuumkammer 3, einen Elektromagneten 4 zur Ablenkung des Bündels geladener Teilchen über die Breite des Austrittsfensters 2 der Vakuumkammer 3. einen Generator 5 des Längsablenkstroms. einen Generator 6 des Querablenkstroms und eine Wechselvc-rxögerungseinheit7.

Der Elektromagnet 1 zur Längsablenkung und der Elektromagnet 4 zur Querablenkung sind in der Halsung der Vakuumkammer 3 angeordnet, die in Form eines sich in Richtung zum Auslaßfenster 2 aufweitenden Metalltrichters ausgeführt ist, dessen sich verjüngender Teil an die Aüstrittöffnung der Scschlcunigurigsröhre eines Beschleunigers 8 für die geladenen Teilchen angeschlossen ist. Das Austrittsfenster 2 der Vakuumkammer 3, durch das das vom Beschleuniger 8 formierte Bündel geladener Teilchen nach außen herausgeleitet wird, ist aus einer dünnen, für die geladenen Teilchen durchlässigen Metallfolie, z. B. Titan- oder Aluminiumfolie, ausgeführt.

Jeder der Generatoren 5 und 6 enthält je eine Treiberstufe und je eine Gegentaktendstufe, wobei in der Fig. 1 nur die Treiberstufe 9 und die Endstufe 10 des Längsablenkstromgenerators 5 dargestellt sind.

Der Ausgang des Querablenksiromgenerators 6 ist den Wicklungen des Elektromagwets 4 zur Querablenkung zugeschaltet. Der Ausgang des Längsablenkstromgenerators 5 ist den Wicklungen des Elektromagnets 1 für die Längsablenkung zugeschaltet. Der Längsablenkstromgenerator5 ist auch mit dem Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7 so verbunden, daß dem Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7 Impulse in den Zeitpunkten zukommen, wenn der Strom in den Wicklungen des Elektromagnets 1 zur Längsablenkung seinen maximalen Wert erreicht. Der Ausgang des Wechselverzögerungseinheit 7 steht mit dem synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgenerators 6 in Verbindung.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7 mit dem Ausgang der Treiberstufe 9 des Längsablenkstromgenerators 5 verbunden, wobei die Treiberstufe 9 Impulse mit einer Frequenz formiert, die dem Doppelwert der Frequenz des Längsablenkstroms gleich ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Ausgang des Längsablenkstromgenerators 5 (F i g. 2) und dem Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7 ein Former 11 synchronisierender Impulse eingeschaltet, der zur Erzeugung der synchronisierenden Impulse in Zeitpunkten dient, wenn der Strom in den Wicklungen des Elektromagnets 1 zur Längsablenkung seinen maximalen Wert erreicht. Der Former 11 synchronisierender Impulse enthält z. B. einen Differenzierkreis, der durch die den Ausgängen der Gegentaktstufe 10 des Generators 5 zugeschalteten Kondensatoren 12 und einen Widerstand 13 gebildet ist. sowie Trenndioden 14. Es ist zweckmäßig, diese Ausführungsform der Erfindung dann zu verwenden, wenn die Impulsfrequenz der Treiberstufe 9 des Längsablenkstromgenerators 5 der Querablenkungsfrequen/. gleich ist, ζ. B. wenn als Treiberstufe 9 des Generators 5 ein Multivibrator dient- Die Wechselverzögerungseinheit 7

ist zur Verzögerung der dem synchronisierenden Eingang des Qucrablenkstromgenerators 6 (Fig. I) zukommenden Signale in bezug auf die Zeitpunkte, in denen der Sirom in oen Wicklungen des Elektromagnets 1 /ur Längsablenkung seinen maximalen Wen hat, d. h. in bezug auf die Anfangsmomente der Längsablenkung, bestimmt, wobei die Verzögerungszeit mit dem Eintreffen d-'i- nächstfolgenden Signals an den Eingang der Wechseiverzögerungseinheit 7 selbsttätig so geändert wird, daß die Bahnen des Bündels geladener Teilchen nach Verlauf einer gewissen Zeit an dem Austrittsfenster 2 aneinander dicht anliegen oder einander teilweise überdecken. Offensichtlich ist zur Ausführung dieser Bedingung erforderlich, daß die durch die Wechselver-/ögerungseinheit 7 gewährleistete Verzögerungszeit sich diskret um einen solchen Zeitwert At ändert, in dessen Verlauf das Bündel geladener Teilchen sich um einen Abstand verschiebt, der seinem Durchmesser gleich oder geringer als sein Durchmesser ist Der Anderungsschritt At der Verzögerungszeit wird also durch folgende Beziehung bestimmt:

worin:

d — Durchmesser des Bündels geladener Teilchen, f\ — Längsablenkungsfrequenz,

L - Größe der maximalen Ablenkung des Bündels längs des Austrittsfensters, d. h. Länge der Längsablenkung bedeutet.

Dabei ist ausreichend, wenn sich die Verzögerungszeit in den Grenzen einer Periode der Querablenkung ändert, demzufolge die erforderliche Anzahl N der Verzögerungsstufen, d. h. die Anzahl der durch die Wechselverzögerungseinheit 7 gewährleisteten Verzögeruneszeiten, aus der Beziehung

N >

f₇At

worin h die Querablenkungsfrequenz bedeutet, bestimmt werden kann.

Es sei z. B. die Länge der Längsablenkung gleich 2000 mm. der Durchmesser des Bündels gleich 3 mm, die Längsablenkungsfrequenz gleich 100 Hz und die Querablenkungsfrequenz gleich 5000 Hz. Dann ist Jt < 7,5 [is und N> 26,6, d. h. es kann N=27 angenommen werden.

Beim Eintreffen an den Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7 von N nacheinanderfolgenden Signalen ändert sich also die Verzögerungszeit mit einem Schritt Jf im Bereich von 0 bis (N-X)At Es stellt sich z. B. beim Eintreffen des ersten Signals aus dieser Folge eine Verzögerungszeit gleich Null, beim Eintreffen des zweiten Signals eine Verzögerungszeit gleich At, beim Eintreffen des dritten Signals eine Verzögerungszeit gleich 2 At und beim Eintreffen des letzten Signals eine Verzögerungszeit gleich (N-X) At ein. Für die nächste Folge aus N Signalen liegt eine ähnliche Änderung der Verzögerungszeit vor.

Die minimale Verzögerungszeit kann auch nicht gleich Null sein und einem gewissen Wert to entsprechen, wobei sich die Verzögerungszeit dann von to bis ta+(N-I) At mit dem Schritt At verändern wird. Diese minimale Verzögerungszeit to muß jedoch genügend klein gewählt werden, so daß der Übergang des Bündels von einer Bahn auf die andere in den Randabschnitten des Aiistrittsfensters 2 über dessen Länge geschieht.

Es soll vermerkt werden, daß die Änderung der Verschiebung irgendeines Signals am Eingang des Querab· lenkstromgenerators 6 im Vergleich mit der Verschiebung des ihm vorangehenden Signals um den Wert At für die Gewährleistung des Anliegens der Bahnen des Bündels auf dem Austrittsfenster 2 nicht obligatorische Bedingung ist. Tatsächlich kann sich die Verzögerungszeit mit dem Eintreffen der nacheinanderfolgenden Signale an den Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7 nicht nur in der Reihenfolge eines monotonen Anoder Abstiegs, sondern auch in jeder beliebigen Reihenfolge ändern, jedoch so, daß sich die Verzögerungszeit jedes, aus einer beliebigen Folge von N Signalen genommenen Signals von der Verzögerungszeit jedes beliebigen von den übrigen Signale derselben Folge unterscheidet. Mit anderen Worten, ist die Verzögerungszeit eines aus der Folge von N Signalen genommenen Signals dem Wert KAi(oder ro+ KAi)gleich, worin K eine ganze Zahl von Null bis (N-X) bedeutet, wobei jedem Signal in dieser Folge ein eigener Zahlenwert von K entspricht, der sich von den Zahlenwerten K für die übrigen Signale dieser Folge unterscheidet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Wechselverzögerungseinheit 7 einen Impulszähler 15, einen Dechiffrator 16 und Elemente 17 der fixierten Verzögerung, die zwischen den Ausgängen des Dechiffrators 16 und dem Ausgang des Wechselverzögerungsblocks 7 eingeschaltet sind.

Der Zähleingang des Impulszählers 15 dient gleichzeitig als Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7. Die Anzahl der Stellen des Zählers 15 wird so gewählt, daß seine Kapazität, d. h. die maximale Anzahl der von ihm gezählten Impulse, nicht geringer als die erforderliehe Anzahl Nder von der Wechselverzögerungseinheit 7 gewährleisteten Verzögerungsstufen ist. Insbesondere für das oben jn Beirächt "ezo^ene Z3h!snbsisⁿie! kann bei der Verwendung eines binären Zählers der letztere fünf Stellen besitzen.

Die Eingänge des Dechiffrators 16 sind mit den Ausgängen des Impulszählers 15 verbunden. Die Anzahl der Ausgänge des Dechiffrators 16 ist desgleichen der Anzahl N der von der Einheit 7 gewährleisteten Verzögerungsstufen gleich, wobei in der F i g. 1 nur vier, mit den Positionen 18,19, 20 und 21 bezeichnete Ausgänge des Dechiffrators 16 gezeigt sind.

Die Anzahl der Elemente 17 der fixierten Verzögerung ist der Anzahl der Ausgänge des Dechiffrators 16 gleich. Die Elemente 17 der fixierten Verzögerung können miteinander in Reihe, so wie das in der F i g. 1 gezeigt ist, verbunden sein, wobei in diesem Fall jedes von ihnen eine Verzögerungszeit von At gewährleistet, und zwischen jeden zwei Ausgängen des Dechiffrators 16 je ein Verzögerungselement eingeschaltet ist, während zwischen den Ausgängen des Dechiffrators 16 und dem Ausgang der Wechselverzögerungseinheit 7 verschiedene Anzahlen derselben eingeschaltet werden, und zwar ist der Ausgang 18 des Dechiffrators 16 mit dem Ausgang der Wechselverzögerungseinheit 7 direkt der Ausgang 19 über ein Element 17 der fixierten Verzögerung, der Ausgang 20 über zwei Elemente 17 der fixierten Verzögerung usw. und der Ausgang 21 über alle vorhandenen Elemente 17 der fixierten Verzögerung verbunden.

Offensichtlich kann die Anzahl der Elemente 17 der fixierten Verzögerung der Anzahl der Ausgänge des Dechiffrators 16 gleich sein, wenn eine Verzögerung sämtlicher, zur Synchronisierung des Querablenkstrom-

generators 6 eintreffenden Signale erforderlich ist. In diesem Fall muß zwischen dem Ausgang des Wechselverzögcrungsblocks 7 und dem synchronisierenden Eingang des Querablenksiromgenerators 6 ein Verzögerungselement eingeschaltet sein, das die erforderliche minimale Verzögorungszeit /₀gewährleistet.

In der Fig.3 ist eine andere Zuschaltungsform der Elemente 17 der fixierten Verzögerung an die Ausgänge des Dechiffrators 16 gezeigt. Die Elemente 17 gewährleisten hier verschiedene Verzögerungszeiten, die ein Vielfaches von At betragen, d. h. 0, At, 2 At... (N-X)At, wobei an jeden Ausgang des Dechiffrators 16 (mit Ausnahme des Ausgangs 18) ein Verzögerungselement 17 angeschlossen ist. Die Verzögerungselemente 17 und der Ausgang 18 des Dechiffrators 16 sind über eine Mehreingangs-ODER-Schaltung 22 mit dem Ausgang der Wechselverzögerungseinheit 7 verbunden.

Es sind auch andere Formen der gegenseitigen Verbindung der elemente der VVeciiseiverzögerüngseinheii 7 möglich, z. B. können die Elemente der fixierten Verzögerung zwischen den einzelnen Stellen des Impulszählers eingeschaltet sein, dabei werden die Ausgänge des Dechiffrators mit dem synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgenerators 6 über eine ODER-Schaltung verbunden.

In der Fig.4 ist eine andere Ausführungsform der Wechselverzögerungseinheit 7 dargestellt, gemäß der dieser Block außer dem Impulszähler 15, dem Dechiffrator 16 und der ODER-Schaltung 22 einen Integrator 23 und einen Komparator 24 enthält. Die Ausgänge des Dechiffrators 16 sind über Begrenzungswiderstände 25 und die ODER-Schaltung 22 mit dem Eingang des Integrators 23 verbunden, der z. B. auf der Basis eines Operationsverstärkers ausgeführt ist, wobei jedem der Ausgängen des Dechiffrators 16 eine der Zener-Dioden 26, die Stabilisierungsspannungen verschiedener Größe aufweisen; zugeschaltet ist. Der Ausgang des Integrators 23 ist mit Eingang des Komparator 24 verbunden, der Impulse in Zeitpunkten gewährleistet, wenn die Spannung an seinem Eingang den Wert seiner Bezugsspannung erreicht. Der Ausgang des Komparators 24 dient gleichzeitig als Ausgang der Wechselverzögerungseinheit 7.

Die Einrichtung wirkt folgenderweise: Die die Form von in der Fi g. 5a gezeigten Rechteckimpulsen aufweisende Spannung wird vom Ausgang des Längsablenkstromgenerators 5 (Fig. I) den Wicklungen des Elektromagnets 1 (Fig. 1) zur Längsablenkung zugeleitet, durch die ein Strom in Form von in der F i g. 5b gezeigten symmetrischen Dreieckimpulsen zu fließen beginnt. Gleichzeitig gelangen an den Eingang des Zählers 15 (F i g. 1) synchronisierende Impulse von der Treiberstufe 9 des Längsablenkstromgenerators 5 oder vom Former 11 (Fig.2) synchronisierender Impulse, dabei erscheinen diese Impulse, wie das aus der F i g. 5c ersichtlich ist, in Zeitpunkten, wenn der Strom in den Wicklungen des Elektromagnets 1 (Fig. 1) zur Längsablenkung seinen maximalen Wert erreicht, d. h. wenn sich das Bündel geladener Teilchen in den Endlagen über die Länge des Austrittsfensters 2 befindet

Der Zähler 15 zählt die nacheinanderfolgend eintreffenden N Synchronimpulse, wird durch den (7V+l)-ten Synchronimpuls gelöscht udn beginnt wieder die Zählung der nächsten Folge aus N Synchronimpulsen. Dabei entspricht jeder Größe des Zählergehalts ein Signal an einem bestimmten Ausgang des Dechiffrators 16.

Wenn in der ersten in Betracht gezogenen Halbperiode der Längsablenkung der Zähler 15 auf Null steht, und der Dechiffrator das Signal (s. Fig. 5d) z. B. an seinem Ausgang 18 formiert. Dieses Signal gelangt an den synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgcncnitors 6 ohne Verzögerung in bezug auf den Ausgangsimpuls der (nicht dargestellten) Treiberstufe des Querablenkstromgenerators 6, d.h. im Zeitpunkt ii (Fig. 5c). der dem maximalen Stromwert in den Wicklungen des Elektromagnets 4 (Fig. 1) zur Querablenkung entspricht. Die Spannung am Ausgang des Querablenk-Stromgenerators 6 und der Strom in den Wicklungen des Elektromagnets 4 zur Querablenkung sind entsprechend in den Fi g. 5e bzw. 5f gezeigt. Also befindet sich das Bündel geladener Teilchen im Zeitpunkt ii (Fig. 5c) in der Endlage sowohl über die Länge als auch über die Breite des Austrittsfensters 2, das in der F i g. 6 im Plan dargestellt ist, z. B. in seinem unteren linken Winkel.

Unter Einwirkung der durch die Elektromagnet I (Fig. 1) und 4 aufgebrachten ablenkenden Wechselfel-

UCl UCWCgI SICH UOJ UUIIUCI VUII IIIII13 liai.ll ICl-ItIS MIK einer konstanten Geschwindigkeit auf der Bahn 27 (Fig. 6), die eine gebrochene Linie darstellt.

Nach Abschluß der ersten Halbperiode der Längsablenkung (Zeitpunkt h in F i g. 5c) wird der nächste synchronisierende Impuls formiert, und der Zähler 15 (Fig. 1) steht auf Eins. Dabei bildet sich das Signal des Dechiffrators 16 z. B. an seinem Ausgang 19. Das Signal des Dechiffrators 16 gelangt an den synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgenerators 6 über das eine Element 17 der fixierten Verzögerung, d. h. mit einer Verzögerung in bezug auf den synchronisierenden Impuls am Eingang des Zählers 15 um die Zeit Jf, wie das in der Fig.5d dargestellt ist, so daß im Zeitpunkt (ti+At) die Spannung am Ausgang des Querablenkstromgenerators 6 sein Vorzeichen ändert (s. F i g. 5e).

und dabei beginnt der Strom in den Wicklungen des Elektromagnets 4 zur Querablenkung sich in einer anderen Richtung zu ändern, wie das in der F i g. 5f gezeigt ist, d. h. es ändert sich das Vorzeichen seiner ersten Ableitung.

Infolge der Änderung des Vorzeichens der Ableitung des Querablenkstroms wird das Bündel gelat^v;ner Teilchen, das im Laufe der Zeit vom Zeitpunkt f; bis zum Zeitpunkt (ti +At) seine Bewegung auf der Bahn 27 (Fig. 6), jedoch in entgegengesetzter Richtung,d. h. von rechts nach links, fortsetzte, von dieser Bahn nach unten (in bezug auf die Fig. 6) verschoben udn beginnt sich auf einer anderen Bahn, die in der F i g. 6 mit der Position 28 bezeichnet ist, zu bewegen.

Im Zeitpunkt ti (F i g. 5c) gelangt an den Eingang des Zählers 15 (Fig. 1) der dritte synchronisierende Impuls. Das dem Zähler, der auf Zwei steht, entsprechende Signal des Dechiffrators 16 erscheint z. B. am Ausgang 20 und gelangt an den synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgenerators 6 über zwei Elemente 17 der fixierten Verzögerung, d. h. mit einer Verzögerung um die Zeit 2 At in bezug auf den entsprechenden synchronisierenden Impuls am Eingang des Zählers 15, wie das in der F i g. 5d gezeigt ist. Unter Einwirkung dieses Signals ändert sich die Polarität der Spannung am Ausgang des Querablenkstromgenerators 6 (F i g. 1) und es ändert sich entsprechend das Vorzeichen der Ableitung des Querablenkstroms, wie das aus den F i g. 5e und 5f ersichtlich ist, so daß das Bündel von der Bahn 28 (F i g. 6) auf die neue Bahn 29 übergeht.

Beim Eintreffen der nachfolgenden synchronsierenden Impulse an den Eingang des Wechselverzögerungseinheit 7 (F i g. 1) ändert sich die Verzögerungszeit stufenweise durch die Änderung der Anzahl der Elemente

17 der 'ixierten Verzögerung, die zwischen dem Dechifirator 16 und dem synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgenerators 6 eingeschaltet werden. Demzufolge geschieht eine analoge Verschiebung der Bündelbahnen am Austrittsfenster 2.

Zwecks Übersichtlichkeit der in der F i g. 6 gezeigten Zeichnung sind in ihr nicht alle Bündelbahnen in Λ/nachcinanderfolgenden Halbperiodcn der Längsablenkung dargestellt. Außerdem sind die Bündelbahnen mit dünnen Linien eingezeichnet, während jede der Bahnen eine bestimmte Stärke besitzt, die dem Durchmesser des Bündels gleich ist.

Und schließlich bildet sich nach dem Eintreffen des ΛΖ-ten synchronisierenden Impulses das dem maximalen Stand des Zähbrs 15 (F ig. 1) entsprechende Signal z. B. am Ausgang 21 des Dechiffrators 16 aus und es wird dem synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgenerators 6 über alle in Reihe geschalteten Elemente 17 der fixierten Verzögerung zugeleitet, wodurch sich die Bünde'bi>hn am Austrittsfenster 2 auf die »freien« Abschnitte verschiebt, die durch die Bahnen in den vorangehenden Halbperioden der Längsablenkung nicht besetzt wurden.

Beim Eintreffen des (N+\)-\en synchronisierenden Impulses wird der Zähler 15 gelöscht, und das Bündel bewegt sich wieder auf der Bahn 27 (F i g. 6). Der beschriebene Zyklus wiederholt sich.

Somit werden beim Eintreffen der synchronisierenden Impulse an den Eingang der Wechselverzögerungseinheit 7 (Fig. 1) zwischen dem eingang und dem Ausgüng dieses Blocks 0, 1, 2...(N-\) Elemente 17 der fixierten Verzögerung in Reihe eingeschaltet, wodurch sie die Verzögerungszeit mit dem Schritt At ändern. (Wie das schon oben angegeben wurde, können die Verzögerungselemente 17 auch in irgendeiner anderen Reihenfolge eingeschaltet werden, die durch das Anschließen der Ausgänge des Dechiffrators 16 an diese benimmt wird), infoige der Verschiebung des Zeitpunkts der Synchronisierung des Querablenkstromgenerators 6 in bezug auf den Zeitpunkt des Beginns der Längsablenkung in jeder Halbperiode derselben werden auch die Bündelbahnen an dem Austrittsfenster 2 verschoben, und nach Verlauf von N Halbperioden der Längsablenkung liegen die Bündelbahnen auf dem Austrittsfenster 2 dicht aneinander an und bilden am Austrittsfenster 2 einen durchgehenden breiten Streifen.

Somit werden sämtliche Abschnitte der Oberfläche des Austrittsfensters 2 einer gleichen Wärmebeanspruchung ausgesetzt.

Die in der F i g. 3 gezeigte Wechselverzögerungseinheit 7 wirkt ähnlich mit der Ausnahme, daß beim Eintreffen des anfallenden synchronisierenden Impulses zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Blocks 7 je ein Verzögerungsekment 17 der Reihe nach eingeschaltet wird. Demzufolge, daß in dieser Ausführungsform der Erfindung jedes Element 17 der fixierten Verzögerung eine Verzögerungszeit hat, die ein Vielfaches von At beträgt und sich von den Verzögerungszeiten der anderen Elemente 17 unterscheidet, werden die Bündelbahnen am Austrittsfenster 2 in gleicher Weise verschoben, wie das oben beschrieben wurde.

Bei der in der F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der Wechselverzögarungseinheit 7 wird die Verzögerung der Ausgangssignale der Wechselverzögerungseinheit 7 in bezug auf dessen Eingangssignale durch die Zeit erreicht, in deren Verlauf die Spannung am Ausgang des Integrators 23 den Wert der Bezugsspanung des Komparators 24 erreicht, und die Änderung der Verzögerungszeit ergibt sich durch das Zuschalten der Zener-Dioden 26 an die Ausgänge des Dechiffrators 16. Wie schon oben angegeben wurde, weisen die Zener-Dioden 26 verschiedene Werte der Stabilisierungsspannung auf. so daß die Signale an den Ausgängen des Dechiffrators 16 unterschiedliche Pegel haben. Demzufolge wird die Spannung am Ausgang des Integrators 23 in jeder von den N nacheinanderfolgenden Haibperioden der Längsablenkung mit verschiedener Geschwindigkeit ansteigen, und der Zeitpunkt des Ansprechens des Komparators 24 wird also in bezug der Zeitpunkte fi, f2 und t) (F i g. 5c) des Beginns der Längsablenkung um eine verschiedene Größe verschoben. Durch eine Vorwahl der Zener-Dioden 26 (F i g. 4) mit entsprechenden Werten der Stabilisierungsspannung kann erreicht werden, daß sich die genannte Verschiebung des Apsprechzeitpunkts 24 von einer Halbperiode der Längsablenkung zur anderen um den Wert At ändern wird.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Erfindung kann eine breite Verwendung in verschiedenen industriellen Anlagen finden, die zur Bestrahlung von Objekten mit geladenen Teilchen bestimmt sind, insbesondere in Beschleunigern mit industriellem Verwendungszweck, die zur Bestrahlung von Materialien benutzt werden. Die Erfindung gewährleistet eine erhöhte Lebensdauer der Folie des Austrittsfensters der Vakuumkammer und setzt also die Be- triebskosten infolge einer Verminderung der Betriebsunterbrechungszeiten von strahlenchemischen Anlagen wegen Auswechselung der Folie und Evakuierung des Unterdruckvolumens herab.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Ablenkung eines Bündels geladener Teilchen über die Oberfläche des Austrittsfensters der mit dem Beschleuniger der geladenen Teilchen gekoppelten Vakuumkammer, die Elektromagnete (1,4) zur Längs- und Querablenkung des Bündels der geladenen Teilchen über die Länge bzw. Breite des Austrittsfensters (2) und Generatoren (6, 5) des Längs- und Querablenkstroms zur Speisung der entsprechenden Elektromagnete aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Wechelverzögerungseinheit (7) enthält, dessen Ausgang mit dem synchronisierenden Eingang des Querablenkstromgenerators (6) in Verbindung steht und der Eingang mit dem Längsablenkstromgenerator (5) so verbunden ist, daß dem Eingang der Wechselverzögerungseinheit (7) Impulse in Zeitpunkten zukommet», venn der Strom in den Wicklungen des Elektromagnets (1) zur Längsablenkung den maximalen Wert erreicht, und daß diese Einheit (7) N Verzögerungszeiten gewährleistet, die sich voneinander um den Wert At unterscheiden und die der Reihe nach beim Eintreffen der Impulse an seinen Eingang eingestellt werden, wobei die Werte N und At durch folgende Beziehungen bestimmt sind: