DE1219140B

DE1219140B - Device for accelerating charged particles

Info

Publication number: DE1219140B
Application number: DEH42864A
Authority: DE
Inventors: Robert Jemison Van De Graaff
Original assignee: High Voltage Engineering Corp
Current assignee: High Voltage Engineering Corp
Priority date: 1961-06-15
Filing date: 1961-06-15
Publication date: 1966-06-16

Description

Einrichtung zum Beschleunigen von geladenen Teilchen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Beschleunigen von geladenen Teilchen mit einer in einem Druckbehälter angeordneten Isolatorsäule mit mindestens zwei in der Laufrichtung der Teilchen hintereinander angeordneten und durch eine Band-Hochspannungsgeneratoreinrichtung gespeisten Hochspannungspolen abwechselnder Polarität und mit einem innerhalb der Isolatorsäule angeordneten evakuierbaren Beschleunigungskanal, der mindestens in einem der Hochspannungspole eine Einrichtung zur Änderung der Ladung der sie durchlaufenden Teilchen enthält.Charged Particle Accelerator Device The invention relates to a device for accelerating charged particles with an in a pressure vessel arranged insulator column with at least two in the running direction of the particles arranged one behind the other and by a belt high-voltage generator device fed high voltage poles of alternating polarity and with one within the Isolator column arranged evacuable acceleration channel, which is at least in one of the high-voltage poles a device for changing the charge of the one passing through it Contains particles.

Ein bekannter elektrostatischer Tandembeschleuniger des obenerwähnten Typs umfaßt zwei Druckbehälter, die jeweils eine Isoiatorsäule und einen durch eine Band-Hochspannungsgeneratoreinrichtung gespeisten Hochspannungspol enthalten. In den ersten Hochspannungspol, der negativ geladen ist, wird ein Strahl von neutralen Teilchen eingeschossen, der durch Neutralisation eines Strahles von positiven Ionen erzeugt wird. Im negativen Hochspannungspol befindet sich eine Einrichtung, durch die an die eingeschlossenen neutralen Teilchen Elektronen angelagert werden, und der dabei entstehende negative Teilchenstrahl wird dann vom negativen Hochspannungspol zu denn zweiten, positiven Hochspannungspol beschleunigt. Im zweiten Hochspannungspol befindet sich eine Einrichtung, durch die von den eingeschossenen negativen Teilchen Elektronen abgespalten werden, um einen positiven Teilchenstrahl zu erzeugen. Die positiven Teilchen werden schließlich vom positiven Hochspannungspol zu einem auf Masse liegenden Target beschleunigt. Dieser bekannte Beschleuniger kann als dreistufiger Tandembeschleuniger bezeichnet werden, da die Teilchen auf eine Energie beschleunigt werden, die dem dreifachen Betrag der Potentialdifferenz zwischen Masse und den (dem Betrag nach gleichen) Potentialen der Hochspannungspole entspricht.A known tandem electrostatic accelerator of the above Type includes two pressure vessels, each with an Isoiatorsäule and one through one Ribbon high voltage generator device included high voltage pole fed. In the first high voltage pole, which is negatively charged, becomes a beam of neutral Particle shot in by neutralizing a beam of positive ions is produced. In the negative high voltage pole there is a device through electrons are attached to the enclosed neutral particles, and the resulting negative particle beam is then from the negative high voltage pole accelerated to the second, positive high-voltage pole. In the second high voltage pole there is a facility through which the negative particles are injected Electrons are split off to generate a positive particle beam. the positive particles eventually go from the high voltage positive pole to an on Mass lying target accelerated. This well-known accelerator can be called a three-stage Tandem accelerators are called because the particles accelerated to one energy that are three times the amount of the potential difference between ground and the Corresponds to the potentials of the high-voltage poles (equal in amount).

Der obenerwähnte bekannte Tandembeschluniger kann noch mit einer vierten Stufe versehen werden, indem der vom positiven Hochspannungspol nach Masse beschleunigte Teilchenstrahl durch Umlenkmagneten umgelenkt und parallel zum ursprünglichen neutralen Teilchenstrahl in den ersten, negativen Hochspannungspol eingeschossen wird. Der positive Strahl erfährt dabei dann eine weitere Beschleunigung zwischen Masse und dem negativen Potential. Das Target muß in diesem Fall jedoch im negativen Hochspannungspol angeordnet werden (»Nuclear Instruments and Methodsc<, Bd. 8, 1960, S. 195 bis 202).The well-known tandem accelerator mentioned above can still use a fourth Step can be provided by accelerating from the positive high voltage pole to ground Particle beam deflected by deflecting magnets and parallel to the original neutral one Particle beam is injected into the first, negative high voltage pole. Of the positive beam then experiences a further acceleration between mass and the negative potential. In this case, however, the target must be in the negative high voltage pole be arranged ("Nuclear Instruments and Methodsc", Vol. 8, 1960, p. 195 bis 202).

Es ist ferner ein elektrostatischer Bandgenerator mit einem über Umlenkrollen laufenden Band bekannt, dessen parallel verlaufende Stücke durch zusätzliche, bei den Umlenkrollen angeordnete Leitrollen in einen nahen Abstand voneinander gebracht werden, der kleiner ist als der Durchmesser der Umlenkrollen, so daß also die beiden parallelen Bandstücke in einem sehr nahen Abstand voneinander liegen (USA.-Patentschrift 2 791705).It is also an electrostatic belt generator with an over pulley running band known, its parallel pieces by additional, at brought the pulleys arranged guide rollers at a close distance from each other which is smaller than the diameter of the pulleys, so that the two parallel pieces of tape at a very close distance from each other (USA.-Patent 2 791705).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Tandembeschleuniger der obenerwähnten Art konstruktiv zu vereinfachen.The present invention is based on the object of tandem accelerators to simplify the construction of the above-mentioned type.

Eine Einrichtung zum Beschleunigen von geladenen Teilchen mit einer in einem Druckbehälter angeordneten Isolatorsäule mit mindestens zwei in Laufrichtung der Teilchen hintereinander angeordneten und durch eine Band-Hochspannungsgeneratoreinrichtung gespeisten Hochspannungspolen abwechselnder Polarität und mit einem innerhalb der Isolatorsäule angeordneten evakuierbaren Beschleunigungskanal, der mindestens in einem der Hochspannungspole eine Einrichtung zur Änderung der Ladung der sie durchlaufenden Teilchen enthält, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Band-Hochspannungsgeneratoreinrichtung ein einziges Band aufweist, das über eine erste auf Massepotential liegende Umlenkrolle, dann geradlinig durch die Hochspannungspole und schließlich über eine zweite auf Massepotential liegende Umlenkrolle geführt ist, wobei dem Band mindestens an einem der auf Massepotential liegenden Enden sowie in jedem der Hochspannungspole Einrichtungen zum Zuführen und/oder Abnehmen elektrischer Ladungen zugeordnet sind. Eine solche Einrichtung hat nicht nur den Vorteil, daß alle Umlenkrollen auf Massepotential liegen, sondern auch, daß man ohne Schwierigkeiten einen einzigen durchgehenden Druckbehälter mit einer einzigen Isolatorsäule verwenden kann.A device for accelerating charged particles with a in a pressure vessel arranged insulator column with at least two in the direction of travel of the particles arranged one behind the other and by a belt high-voltage generator device fed high voltage poles of alternating polarity and with one within the Isolator column arranged evacuable acceleration channel, which is at least in one of the high-voltage poles a device for changing the charge of the one passing through it Containing particles, is characterized according to the invention in that the ribbon high voltage generator means has a single band that is connected to a first pulley at ground potential, then straight through the high voltage poles and finally through a second one Ground potential is guided deflection roller, the tape at least on one of the ends lying at ground potential as well as in each of the high-voltage poles devices for supplying and / or removing electrical charges are assigned. One Such a device not only has the advantage that all pulleys are at ground potential lie, but also that you can get a single through without difficulty Can use pressure vessels with a single isolator column.

Bezüglich der Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.Regarding the further developments of the invention, reference is made to the subclaims referenced.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene, schematische Seitenansicht eines vierstufigen Tandembeschleunigers gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Querschnittsansicht der Isolatorsäule des in F i g.1 dargestellten Beschleunigers und F i g. 3 eine schematische Darstellung eines dreistufigen Tandembeschleunigers gemäß der Erfindung. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Beschleuniger wird die zur Verfügung stehende Potentialdifferenz von den zu beschleunigenden geladenen Teilchen viermal durchlaufen. Die verfügbare Potentialdifferenz ist bekanntlich durch die Durchbruchsfeldstärke zwischen den Hochspannungspolen und dem diese einschließenden Druckbehälter beschränkt. Der in F i g. 1 dargestellte Beschleuniger ist etwa sechsmal so lang wie ein einstufiger Beschleuniger, der für eine Beschleunigung der Teilchen auf die verfügbare Potentialdifferenz ausgelegt ist, der Durchmesser ist jedoch gleich. Man erreicht also hier eine vierfache Beschleunigung mit einer nicht ganz sechsfachen Volumenvergrößerung, während die Behältergröße bei einem einstufigen Beschleuniger mit der dritten Potenz der Spannung wachsen würde, also bei der vierfachen Spannung das 64fache betragen müßte.The invention is illustrated below with the aid of two exemplary embodiments Explained in more detail in connection with the drawing, it shows F i g. 1 a partial Sectional, schematic side view of a four-stage tandem accelerator according to the invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the isolator column of the FIG F i g.1 and F i g. 3 is a schematic representation a three-stage tandem accelerator according to the invention. In the case of the one shown in FIG. 1 shown accelerator is the available potential difference of pass through the charged particle to be accelerated four times. The available potential difference is known to be due to the breakdown field strength between the high voltage poles and the pressure vessel enclosing them. The in F i g. 1 shown Accelerator is about six times as long as a single-stage accelerator that is used for an acceleration of the particles designed for the available potential difference but the diameter is the same. A fourfold acceleration is achieved here with a not quite sixfold increase in volume, while the container size for a single-stage accelerator, grow to the third power of the voltage would, so with four times the voltage would have to be 64 times.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Beschleuniger enthält einen Druckbehälter 1, der mit einem unter Druck stehenden, isolierenden Gas gefüllt ist. In diesem Behälter ist eine Isolatorsäule 2 angeordnet, längs deren drei Hochspannungspole 3, 4, 5 angeordnet sind. Der mittlere Hochspannungspol o wird im Betrieb auf einer hohen positiven Spannung und die beiden anderen Hochspannungspole 3, 5 auf einer hohen negativen Spannung gehalten. Zur Aufladung der Hochspannungspole dient ein einziges isolierendes Band 6, dessen Enden jeweils um zwei Rollen 7, 8 bzw. 9,10 geführt sind, die auf Massepotential liegen und so angeordnet sind, daß die beiden Bahnen des Bandes einander so nahe wie möglich verlaufen. Die übertragung von Ladungen auf das Band erfolgt in bekannter Weise, z. B. durch Coronaentladungseinrichtungen. Gewünschtenfalls können beide Bahnen des Bandes zum Ladungstransport herangezogen werden. Wenn z. B. die untere Bahn des Bandes von links nach rechts läuft, werden auf Massepotential negative Ladungsträger aufgebracht, und im ersten Hochspannungspol 3 kann dann eine Ladungsübertragungseinrichtung angeordnet sein, die nicht nur die negativen Ladungen vom Band 6 abnimmt, sondern auch positive Ladungen auf das Band aufsprüht, so daß das Band auf seinem Weg vom ersten Hochspannungspol 3 zum zweiten Hochspannungspol o positive Ladungen transportiert. Im zweiten Hochspannungspol 4- werden die positiven Ladungen abgenommen; und das Band wird mit negativen Ladungen beladen, die vom Band zum dritten Hochspannungspol transportiert werden, wo gewünschtenfalls nach Abnahme der negativen Ladungen wieder positive Ladungen aufgebracht werden können. Diese positiven Ladungen können dann an einer geerdeten Umlenkrolle abgenommen werden. Entsprechende Einrichtungen können auch bei der rückläufigen Bahn des Bandes vorgesehen sein.The in the F i g. 1 and 2 includes an accelerator Pressure vessel 1 which is filled with a pressurized, insulating gas. An insulator column 2 is arranged in this container along its three high-voltage poles 3, 4, 5 are arranged. The middle high voltage pole o is in operation on a high positive voltage and the other two high voltage poles 3, 5 on one high negative voltage held. A is used to charge the high voltage poles single insulating tape 6, the ends of which are each around two rollers 7, 8 and 9,10 are performed, which are at ground potential and are arranged so that the two Tracks of the tape are as close to each other as possible. The transfer of charges on the tape is done in a known manner, for. B. by corona discharge devices. If desired, both tracks of the belt can be used to transport the charge will. If z. B. the lower web of the belt runs from left to right applied to ground potential negative charge carriers, and in the first high voltage pole 3, a charge transfer device can then be arranged, which not only the negative charges from tape 6 decreases, but also positive charges on the tape sprayed on, so that the tape on its way from the first high voltage pole 3 to the second High voltage pole o transports positive charges. In the second high voltage pole 4- the positive charges are removed; and the tape comes with negative charges loaded, which are transported from the belt to the third high-voltage pole, where desired after the negative charges have decreased, positive charges are applied again can. These positive charges can then be picked up on a grounded pulley will. Appropriate facilities can also be used for the receding path of the belt be provided.

Die Isolatorsäule 2 ist bei dem in F i g.1 dargestellten Beschleuniger nicht nur an den Enden, sondern auch an zwei Masseebenen 11,12 abgestützt, die in der Mitte zwischen den Hochspannungspolen 3 und 4 bzw. 4 und 5 liegen.The isolator column 2 is in the accelerator shown in FIG supported not only at the ends, but also on two ground planes 11, 12, which in the middle between the high voltage poles 3 and 4 or 4 and 5.

Es ist theoretisch möglich, von Masse aus positive Ionen einzuschließen und zum ersten, negativen Hochspannungspo13 zu beschleunigen und die beschleunigten Ionen dort in negative Ionen umzuladen und dann weiterzubeschleunigen. Der Wirkungsquerschnitt für die Erzeugung von negativen Ionen nimmt jedoch rasch ab, wenn die Energie der positiven Ionen 100 kV übersteigt, und die Anordnung würde daher einen sehr schlechten Wirkungsgrad ergeben.It is theoretically possible to trap positive ions from mass and for the first, negative high voltage po13 to accelerate and the accelerated There, ions are reloaded into negative ions and then accelerated further. The cross section for the generation of negative ions, however, decreases rapidly when the energy of the positive ions exceeds 100 kV and the arrangement would therefore be a very poor one Result in efficiency.

Man kann dies vermeiden, indem man eine Quelle für negative Ionen im negativen Pol 3 anordnet. Bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird jedoch eine auf Massepotential liegende Strahlquelle verwendet, was ohne Verschlechterung des Wirkungsgrades möglich ist, wenn man den Elektronenanlagerungsprozeß in zwei Stufen durchführt. Die Quelle 13 (F i g. 3) für die positiven Ionen liegt also auf Massepotential, vor dem Einschuß in den Beschleuniger werden die positiven Ionen jedoch möglichst vollständig durch Anlagerung jeweils einen Elektrons neutralisiert. Dies wird in einem Neutralisationskana114 durchgeführt, in den zur Ladungsübertragung oder Umladung ein geeignetes Gas eingeführt wird. Der aus dem Neutralisationskanal austretende neutrale Strahl hat zwar keine Ladung, er besitzt jedoch immer noch die Energie des positiven Ionenstrahls, der nach Extraktion aus der Ionenquelle 13 beschleunigt worden war. Der Neutralstrahl läuft also mit konstanter Geschwindigkeit durch das Beschleunigungsrohr zum negativen Hochspannungspol 3, in dem sich ein Elektronenanlagerungskana115 befindet. Der Ladungsübertragungsprozeß, der im Kanal 15 stattfindet, entspricht den Vorgängen im Neutralisationskana114 mit der Ausnahme, daß die eintretenden Teilchen neutral sind und daher ein Teil der austretenden Teilchen durch die Anlagerung eines zusätzlichen Elektrons negativ geladen, ist. Diese negativen Teilchen werden dann vom negativen Hochspannungspol 3 durch die Masseebene 11 zum positiven Hochspannungspol 4 beschleunigt. Im Hochspannungspol 4 befindet sich eine Elektronenabspaltvorrichtung 16, die die eintretenden negativen Ionen in austretende positive Ionen verwandelt. Das Abspalten von Elektronen ist verhältnismäßig einfach, es kann entweder mittels eines ein Gas enthaltenden Abspaltungskanals, mittels einer Metallfolie oder auf andere bekannte Weise erfolgen. Da das Abspalten von Elektronen verhältnismäßig einfach ist, können hier bei bestimmten Ionen mehrere Elektronen abgespalten werden, so daß mehrfach geladene- Ionen entstehen. Bei mehrfach geladenen Teilchen ist die Beschleunigung für eine gegebene Potentialdifferenz bekanntlich entsprechend größer. Die im positiven Pol 4 erzeugten Ionen werden dann durch die zweite Masseebene 12 zum zweiten negativen Hochspannungspol 5 beschleunigt.This can be avoided by placing a source of negative ions in negative pole 3. In the exemplary embodiments of the invention shown here, however, a beam source which is at ground potential is used, which is possible without impairing the efficiency if the electron attachment process is carried out in two stages. The source 13 (FIG. 3) for the positive ions is therefore at ground potential, but before being injected into the accelerator, the positive ions are neutralized as completely as possible by adding one electron each. This is carried out in a neutralization channel114 into which a suitable gas is introduced for charge transfer or recharging. Although the neutral beam emerging from the neutralization channel has no charge, it still has the energy of the positive ion beam which was accelerated after extraction from the ion source 13. The neutral beam thus runs at constant speed through the acceleration tube to the negative high-voltage pole 3, in which there is an electron attachment channel. The charge transfer process that takes place in channel 15 corresponds to the processes in neutralization channel 114 with the exception that the entering particles are neutral and therefore some of the exiting particles are negatively charged due to the addition of an additional electron. These negative particles are then accelerated from the negative high-voltage pole 3 through the ground plane 11 to the positive high-voltage pole 4. In the high-voltage pole 4 there is an electron splitting device 16 which converts the entering negative ions into exiting positive ions. The splitting off of electrons is relatively simple; it can take place either by means of a splitting channel containing a gas, by means of a metal foil or in another known manner. Since the splitting off of electrons is relatively easy, several electrons can be split off with certain ions, so that multiply charged ions arise. In the case of multiply charged particles, the acceleration is known to be correspondingly greater for a given potential difference. The ions generated in the positive pole 4 are then accelerated through the second ground plane 12 to the second negative high-voltage pole 5.

Es ist möglich, im Hochspannungspol 5 ein Target 17 anzuordnen, das durch die positiven Ionen .beschossen wird. Der Beschleuniger kann dann beispielsweise zur Erzeugung künstlicher Radioaktivität oder zu anderen Zwecken verwendet werden, bei dem der Raum in dem das Target umgebenen Hochspannungspol für die erforderlichen Detektoreinrichtungen u. dgl. ausreicht.It is possible to arrange a target 17 in the high voltage pole 5, which bombarded by the positive ions will. The accelerator can then, for example, to generate artificial radioactivity or for other purposes be used in which the space in the high voltage pole surrounding the target is sufficient for the required detector devices and the like.

In F i g. 2 ist der Aufbau der Isolatorsäule 2 genauer dargestellt. Bei der dargestellten Konstruktion sind benachbarte Äquipotentialkörper 19 durch ein einziges Glaszwischenstück 20 abgestützt, während bei den bekannten Beschleunigern fünf solcher Abstützisolatoren vorhanden sind. Die Verwendung eines einzigen Glasstückes 20 oder eines anderen entsprechenden Isolierkörpers bringt den Vorteil mit sich, daß der Raumbedarf verringert und die Konstruktion von Säule und Pol vereinfacht und verbilligt werden.In Fig. 2 shows the structure of the insulator column 2 in more detail. In the construction shown, adjacent equipotential bodies 19 are through a single glass spacer 20 is supported, while in the known accelerators five such support isolators are available. The use of a single piece of glass 20 or another corresponding insulating body has the advantage of that the space requirement is reduced and the construction of the column and pole simplified and be cheaper.

Bei dem Aufbau der Isolatorsäule nach der F i g. 2 bilden die miteinander fluchtenden Durchbrechungen der Äquipotentialkörper 19 und der Isolatorringe 20 einen evakuierbaren Beschleunigungskanal 21.In the construction of the isolator column according to FIG. 2, the aligned openings in the equipotential bodies 19 and the insulator rings 20 form an evacuable acceleration channel 21.

Die ganzen Abmessungsverhältnisse werden durch die Erfindung günstiger. Durch die Verwendung eines einzigen Bandes in der Band-Hochspannungserzeugungseinrichtung können die üblicherweise im Hochspannungspol vorhandenen Umlenkrollen entfallen. Außerdem können die einzelnen Säulenabschnitte kürzer gemacht werden und kleineren Durchmesser aufweisen, da die Gesamtspannung geringer ist als bei der entsprechend einstufigen Beschleunigung und dementsprechend höhere Spannungsgradienten zulässig sind. Da die Säulen kürzer sind, können sie auch aus mechanischen Gründen einen kleineren Durchmesser besitzen. Bei der an Hand von F i g. 2 erläuterten bevorzugten Konstruktion der Säule geht nur ein kleinerer Teil der für einen gegebenen Druckbehälter verfügbaren radialen Isolatorabmessungen verloren. Man kann also für einen gegebenen Innendurchmesser des Druckbehälters einen bestimmten Pol- und Säulendurchmesser verwenden, der die maximale Spannungsisolation im Isolationszwischenraum ergibt. Man kann sogar in der Praxis den Poldurchmesser noch kleiner machen, als dem Optimum der Durchbruchspannung entspricht, wenn man Zwischenschalen zwischen Pol und Behälter verwendet.The invention makes all the dimensional relationships more favorable. By using a single belt in the belt high voltage generator the pulleys usually present in the high voltage pole can be omitted. In addition, the individual column sections can be made shorter and smaller Have diameter, since the total stress is less than the corresponding single-stage acceleration and correspondingly higher stress gradients are permissible are. Since the columns are shorter, they can also have one for mechanical reasons have a smaller diameter. In the case of the on the basis of FIG. 2 explained preferred Constructing the column is only a minor fraction of that for a given pressure vessel available radial isolator dimensions are lost. So you can for a given Inside diameter of the pressure vessel a certain pole and column diameter that gives the maximum voltage isolation in the isolation gap. In practice, the pole diameter can even be made smaller than the optimum corresponds to the breakdown voltage if there are intermediate shells between the pole and the container used.

F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, für gleiche Teile wurden gleiche Bezugszeichen verwendet. Der in F i g. 3 dargestellte Beschleuniger hat gegenüber dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß sich das Target 17 auf Massepotential befindet. Im übrigen entspricht der in F i g. 3 dargestellte Beschleuniger dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß nur zwei Hochspannungspole 3, 4 vorhanden sind, der zweite negative Hochspannungspol fehlt also. Auch hier wird wie bei F i g. 1 ein einziges Band 6 verwendet.F i g. 3 shows another embodiment of the invention, for the same parts have been given the same reference numerals. The in F i g. 3 shown Compared to the embodiment described first, the accelerator has the advantage that that the target 17 is at ground potential. Otherwise, the in F i g. 3 the accelerator shown in FIG. 1 illustrated embodiment with the exception that there are only two high-voltage poles 3, 4, the second negative high voltage pole is missing. Here too, as in FIG. 1 a single Volume 6 used.

Die Injektion der Teilchen in den negativen Hochspannungspol 3 erfolgt auf die gleiche Weise, wie an Hand von F i g. 1 erläutert wurde. Die im negativen Hochspannungspol 3 beim Durchgang durch den Elektronenanlagerungskana115 erzeugten negativen Ionen werden dann durch die Masseebene 11 zum positiven Hochspannungspol o hin beschleunigt, wo sich eine Elektronenabspaltvorrichtung 16 befindet, durch die die negativen Ionen in positive Ionen verwandelt werden. Auch hier ist die Erzeugung mehrfach geladener Ionen möglich. Die auf diese Weise gebildeten positiven Ionen werden nach Massepotential beschleunigt und gelangen dort über einen Strahlanalysator 25 zum Target 17. Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform umfaßt drei Beschleunigungsstufen und kann daher als dreistufiger Tandembeschleuniger bezeichnet werden.The particles are injected into the negative high-voltage pole 3 in the same way as with reference to FIG. 1 was explained. The one in the negative High-voltage pole 3 generated when passing through the electron deposition channel115 negative ions then become the positive high voltage pole through the ground plane 11 o accelerated towards where an electron-splitting device 16 is located which the negative ions are transformed into positive ions. Here, too, is the generation multiply charged ions possible. The positive ions formed in this way are accelerated to ground potential and arrive there via a beam analyzer 25 to target 17. The in F i g. The embodiment shown in FIG. 3 comprises three acceleration stages and can therefore be described as a three-stage tandem accelerator.

Es war bereits erwähnt worden, daß man mit einer gegebenen Potentialdifferenz eine höhere Beschleunigung erreichen kann, wenn man bei der Abspaltung der Elektronen mehrfach geladene positiven Ionen erzeugt. Die Anzahl der bei der Abspaltung entfernten Elektronen nimmt mit der Energie der.zu ionisierenden Teilchen zu. Da sich bei den hier beschriebenen Beschleunigern hohe Teilchenenergien erreichen lassen, ist also ein guter Wirkungsgrad für die Mehrfachionisierung gewährleistet. Wenn die im positiven Hochspannungspol angeordnete Abspaltvorrichtung die durchlaufenden Teilchen nur teilweise ionisieren kann, kann man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung noch eine andere Abspaltungsvorrichtung in der Bahn des Teilchenstrahles anordnen, die von den Teilchen durchlaufen wird, nachdem sie zusätzliche Energie aufgenommen haben.It has already been mentioned that one can with a given potential difference a higher acceleration can be achieved if one is involved in splitting off the electrons Generates multiply charged positive ions. The number of those removed in the fork Electrons increase with the energy of the particles to be ionized. Since the Let the accelerators described here achieve high particle energies is therefore a good efficiency for the multiple ionization guaranteed. If the in the positive High voltage pole arranged splitting device only the particles passing through can partially ionize, you can still according to a development of the invention arrange another splitting device in the path of the particle beam, the is traversed by the particles after they have absorbed additional energy.

Die im negativen Pol 3 erforderlichen negativen Ionen können auf folgende Weise erzeugt werden: 1. durch direkte Extraktion von negativen Ionen aus einer Entladung, die in diesem Pol aufrechterhalten wird, 2. durch Erzeugung positiver Ionen im Pol 3 und anschließende Umwandlung in negative Ionen oder 3. durch Erzeugung eines neutralen Strahles außerhalb des Poles und Umwandlung des neutralen Strahles in negative Ionen innerhalb des Poles, wie oben beschrieben wurde.The negative ions required in the negative pole 3 can be as follows Ways to be generated: 1. by direct extraction of negative ions from a Discharge that is sustained in this pole, 2. by generating positive ones Ions in pole 3 and subsequent conversion into negative ions or 3. through generation of a neutral ray outside the pole and transforming the neutral ray into negative ions within the pole as described above.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt sich auch auf Beschleuniger anwenden, die eine größere Anzahl von Stufen umfassen als die beschriebenen Ausführungsbeispiele.The invention is not limited to the exemplary embodiments described limited, but can also be applied to accelerators that have a larger Number of stages include than the described embodiments.

Claims

Claims: 1. Device for accelerating charged particles with an insulator column arranged in a pressure vessel with at least two high-voltage poles of alternating polarity arranged one behind the other in the direction of travel of the particles and fed by a ribbon high-voltage generator device and with an evacuable acceleration channel arranged inside the insulator column, which is at least in one of the high-voltage poles contains a device for changing the charge of the particles passing through it, characterized in that the high-voltage generator device has a single band (6) which passes over a first deflection roller (7) at ground potential, then straight through the high-voltage poles ( 3, 4, 5) and finally over a second pulley (10) lying at ground potential, the tape at least at one of the ends lying at ground potential as well as in each of the high voltage poles means for feeding and / ode r associated with decreasing electrical charges. 2. Device according to claim 1, characterized in that two high-voltage poles (3, 4) are arranged on the insulator column (2) (F i g. 3). 3. Device according to claim 1, characterized in that three high-voltage poles (3, 4, 5) of alternating polarity are provided on the insulator column (2), of which at least the middle one (4) has a device (16) for changing the charge of them contains passing particles. 4. Device according to claim 2 or 3, characterized by a device (13, 14) for generating a beam of uncharged particles and for shooting these particles into the first high-voltage pole (3), which has a device (15) for changing the charge of the trapped Contains particles. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the insulator column (2) is supported not only at its ends but also on ground planes (11, 12) lying between the high-voltage poles (3, 4, 5). 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the insulator column (2) is alternately constructed from equipotential bodies (19) perforated in the direction of travel of the particles and perforated insulator rings (20) in the same way. 7. Device according to claim 6, characterized in that the openings in the equipotential body (19) and the insulator rings (20) are aligned with one another and form an evacuable acceleration channel (21). B. Device according to one of the preceding claims, characterized in that two electron-splitting devices, which are arranged one behind the other and separated by an acceleration section, are provided for changing the charge of the particles. 9. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one of the devices for changing the charge of the particles is designed and arranged so that it splits off more than one electron from a particle. Considered publications: "Nuclear Instruments and Methods", Vol. 8, 1960, pp. 195 to 202.