DE856340C

DE856340C - Einrichtung zur Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen

Info

Publication number: DE856340C
Application number: DEA4710A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr-Ing Wideroee
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown AG
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown AG
Priority date: 1949-12-01
Filing date: 1950-10-15
Publication date: 1952-11-20
Also published as: CH280963A; US2624020A; NL73020C

Description

Bei den bekannten Einrichtungen zur Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen, und zwar gleichgültig, ob es sich um einen Strahlentransformator oder ein Synchrotron handelt, müssen Stabilisierungseinrichtungen, die in der Radialrichtung der kreisförmigen Elektronenbahn wirken, vorhanden sein, um dafür zu sorgen, daß bei einer Abweichung von der vorgeschriebenen kreisförmigen Bahn, dem sog. Gleichgewichtskreis, die geladenen Teilchen, vorzugsweise Elektronen, auf diesen letzteren zurückgeführt werden. Die erwähnte Stabilisierung wird dadurch erreicht, daß das Steuerfeld in der Radialrichtung nach einem bestimmten Gesetz abnimmt. Diese Abnahme ist naturgemäß nur in einem begrenzten Bereich des Gleichgewichtskreises erreichbar, und demzufolge spricht man von zwei die Grenzen dieses Stabilisierungsbereiches definierenden Grenzkreisen. Diese Abnahme bringt ferner in der Axialrichtung der kreisförmigen Teilchenbahn eine Stabilisierung mit sich, da die Steuerkraftlinien außerhalb der Ebene des Gleichgewichtskreises eine in der Axialrichtung stabilisierende Komponente erhalten. Die genannten Grenzkreise liegen an der Stelle maximaler Stabilisierungskraft, nämlich bei R_a und R₁ in Fig. 1, welche den Verlauf der Stabilisierungskraft P in der Ebene senkrecht zum Gleichgewichtskreis R₀ darstellt. Für die Stellen R_a und R_t gilt die Bedingung R-B = max, oder

R dB _

β ' ~άΎ~~^τ'

Man hat ibisher die Antikathode, auf welche beispielsweise die Elektronen nach ihrer Beschleuni-

gung zur Erzeugung harter Röntgenstrahlen gelenkt werden, außerhalb des Stabilisierungsbereiches, d. h. außerhalb von R_a oder innerhalb von Ri, angebracht oder allenfalls an dessen räumlieber Grenze, indem man sie z. B. auf dem die Kathode eng umgebenden Gehäuse befestigt hat, da man befürchtete, innerhalb des Stabilisierungsbereiches zu viele Elektronen zu verlieren, wenn man dort ein Hindernis in der Elektronenbahn anbrachte. Die Erfahrung hat nun aber gezeigt, daß die Ausbeute beispielsweise eines Strahlentransformators an harten Röntgenstrahlen um so kleiner wird, je weiter man die Antikathode vom Gleichgewichtskreis entfernt anbringt. Dies ist möglicherweise dadurch zu erklären, daß in der Nähe der Grenzen des Stabilisierungsbereiches lokale Störfelder von außen in den Steuerfeldraum hereinreichen, welche zur Folge haben, daß in Wirklichkeit nicht die sich aus der Berechnung des Strahlentransformators ergebende Stabilisierungsgrenze gilt, sondern vielmehr eine näher am Gleichgewichtskreis liegende.

Ähnliche Verhältnisse treten bei Synchrotrons auf, da auch dort gleichartige Bedingungen für die Stabilisierung der Elektronen in der Radial- und Axialrichtung gelten.

Gemäß der Erfindung soll deshalb die Antikathode an einem balkenförmigen Träger, dessen Stärke senkrecht zur Teilchenlaufrichtung höchstens ¹Z₁₀ mm beträgt, angebracht sein, derart, daß die Antikathode vom Gleichgewichtskreis um wenigstens die Hälfte und um höchstens vier Fünftel des Abstandes des Gleichgewichtskreises vom Grenzkreis entfernt ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 und 3 der Zeichnung dargestellt. Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die zur Elektronenbeschleunigung dienende Kreisringröhre 10, wobei mit R₀ der Radius des Gleichgewichtskreises und mit Ri bzw. R_a die Radien des inneren und des äußeren Grenzkreises für die Radialstabilisierung bezeichnet sind. Die Kathode für die Erzeugung der zu beschleunigenden Elektronen befindet sich mit dem nötigen Zubehör in dem nur schematisch angedeuteten Gehäuse ιί, und die Antikathode 12 ist an diesem Gehäuse mittels eines Trägers 13 befestigt und ragt beträchtlich in den Raum zwischen dem inneren Grenzkreis und dem Gleichgewichtskreis hinein, und zwar derart, daß die Antikathode 12 vom Gleichgewichtskreis R₀ um wenigstens die Hälfte und um höchstens vier Fünftel des Abstandes d des Gleichgewichtskreises R₀ vom Grenzkreis R_t entfernt ist. Bei einer praktischen Ausführung, die sich als sehr befriedigend erwiesen hat, betrug die Stärke des Trägers für die Antikathode in axialer Richtung, d. h. senkrecht zur Ebene des Gleichgewichtskreises, nur etwa ¹Z₁₀ mm. Dieser Träger nimmt also nur einen sehr geringen Querschnitt ein und stellt während eines kleinen anfänglichen Bruchteils der Beschleunigungszeitspanne, in der die Elektronen noch nennenswert vom Gleichgewichtskreis abweichen, ein sehr kleines Hindernis innerhalb des gesamten Querschnittes des räumlichen Stabilisierungsbereiches dar, so daß die geringe Elektronenabsorption durch den Träger während des Beschleunigungsvorganges verständlich wird. Während des nachfolgenden längeren Restes des Beschleunigungsvorganges ist die Abweichung der Elektronen vomGleichgewichtskreis sehr gering, so daß während dieser Zeit keine Elektronen auf die Antikathode oder ihren Träger auftreffen.

In Fig. 3, in der das Ansatzrohr 14 der Kreisringröhre 10, das zur Einschmelzung der Kathodenzuführungsleitungen dient, fortgelassen ist, ist auch die Erstreckung der Antikathode 12 und ihres Trägers 13 in der Elektronenflugrichtung zu ersehen. Sie beträgt bei der obenerwähnten Versuchsausführung nur etwa 2 mm. Die Kathode (nicht gezeichnet) in dem Gehäuse 11, an welchem der Träger 13 befestigt ist, wird vorteilhaft in die Nähe des äußeren oder inneren Grenzkreises gebracht, und zwar ungefähr mit dem gleichen Abstand vom Grenzkreis wie die Antikathode, jedoch auf der vom Gleichgewichtskreis abgewandten Seite. Der Träger, der beispielsweise als gerader Balken ausgebildet ist, kann, wie Fig. 4 und 5 in vergrößertem Maßstab im Grund- und Aufriß zeigen, an seiner Befestigungsstelle breiter sein als an dem die Antikathode tragenden Ende, zwecks leichterer Befestigunig am iKathodengehäuse 11 und um seine mechanische Eigenschwingung möglichst hoch über die Netzfrequenz zu legen, und besteht z. B. aus Platiniridium oder aus Iridium.

Die Antikathode und die Kathode können auch vom äußeren Grenzkreis her in die Kreisringröhre eingeführt werden mit Hilfe eines am äußeren Umfang angebrachten Ansatzrohres, wobei dann die Antikathode zwischen dem äußeren Grenzkreis und dem Gleichgewichtskreis liegt.

Der Unterschied zwischen beiden Möglichkeiten besteht in der Hauptsache darin, daß man bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnung zur Ablenkung der beschleunigten Elektronen auf die Antikathode den Bahnkreis verkleinern muß, was z. B. durch Sättigung der Induktionspole geschehen kann, während man bei einer Lage der Antikathode zwischen äußerem Grenzkreis und Gleichgewichtskreis den Bahnkreis vergrößern muß, was z. B. durch Sättigung der Steuerpole möglich ist.

Eine etwas stabilere Befestigung der Antikathode 112 wird erreicht, wenn, wie in Fig. 6 dargestellt, der Träger 13 als U-förmiger Bügel ausgebildet ist, der mit seinen beiden Enden am Kathodengehäuse 11 befestigt ist. Die Antikathode kann auch auf einem an anderer Stelle als dem Kathodengehäuse befestigten Träger sitzen.

Da die Elektronen beim Eintritt in die Antikathode gestreut werden, ist es zweckmäßig, der Antikathode, die vorteilhafterweise aus Platin besteht, eine etwas größere Abmessung in axialer Richtung zu geben als dem Träger, wie es auch aus Fig. 4 und 5 deutlich hervorgeht, so daß sie dem Elektronenstrahl einen Querschnitt von etwa 0,25 oder 0,5, höchstens aber von 1,0 mm² darbietet. Diese Querschnittsfläche ist dabei immer

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noch wesentlich kleiner als die Querschnittsftäche des Trägers der Antikathode, der im Fall der Fig. 4 und 5 etwa 15 mm Länge besitzt.

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ι. Einrichtung zur Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen in einer toroidförmigen Beschleunigungsröhre mit radial und axial wirkenden Stabilisierungsmitteln für die umlaufenden Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine .Antikathode an einem balkenförmigen Träger, dessen Stärke senkrecht zur Teilchenlaufrichtung höchtens V₁₀ mm beträgt, angebracht ist, derart, daß die Antikathode vom Gleichgewichtskreis um wenigstens die Hälfte und um höchstens vier Fünftel des Abstandes des Gleichgewichtskreises vom Grenzkreis entfernt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger an dem die Kathode enthaltenden Gehäuse befestigt ist, wobei die Kathode ihrerseits auf der vom Gleichgewichtskreis abgewandten Seite des einen Grenzkreises liegt, und zwar angenähert mit dem gleichen Abstand vom Grenzkreis wie die Antikathode.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antikathode aus einem Platinkörper l>esteht, der senkrecht zur Teilchenbewegungsrichtung einen Querschnitt von höchstens ι mm² aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikathodenträger aus Platiniridium besteht.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikathodenträger aus Platin besteht.
(). Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikathodenträger an seiner Befestigungsstelle eine größere Abmessung in der Teilchenbahnrichtung besitzt als an seinem die Antikathode tragenden Ende.
7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikathodenträger als ein mit seinem einen Ende an demKathodengehäuse befestigter gerader Balken ausgebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikathodenträger als ein mit beiden Enden am Kathodengehäuse befestigter U-förmiger Bügel ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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