DE1489155A1 - Vorrichtung zum Beschleunigen von Teilchen - Google Patents

Description

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Ae.elAHevo.i13. April I964 J

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"Vorriohtung zum Beschleunigen von Teilchen".

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschleunigen von Teilchen des Zyklotron-Typs. Es werden dabei TeHohen beschleunigt unter anderem in Abhängigkeit von der Phase des Hoohfrequenzfeldes an den Elektroden zu dem Zeitpunkt, zu dem das TeHohen die Quelle verlässt oder in anderen Worten abhängig von der Phase der Teilchen gegenüber dem Hochfrequenzfeld· Eine Anzahl der von der Quelle stammenden Teilchen wird gar nicht beschleunigt, da diese Teilchen beim Passieren des 3palteθ zwischen den Elektroden gerade einer entgegenwirkenden Kraft ausgesetzt sind. Die beschleunigten Teilchen liegen in einen bestimmten Phasengebiet gegenüber der Phase des elektrischen Hochfrequenzfeldas Während der Beschleunigung werden innerhalb eines Phasenbereichs liegende Teilchen nach einer gleichen Anzahl von Kreisbahnen bis zu verschiedenen Energien beschleunigt und da In dem Zyklotron die radiale Stelle eines Teilchens von seiner Energie abhängig ist, entsteht ein in radialer Richtung kontinuierlich ausgedehntes Bündel. Ef 1st sogar möglioh, dass Bündel, welche eine verschiedene Anzahl von Kreisbahnen gemacht haben, sich überlappen. Bei einem aolchen Zyklotron ist es infolge der kontinuierlichen Ausdehnung praktisch unmöglich, Teilchen mit einer gut definierten Energie zur Verfugung zu haben«

Ee ist jedoch in beetimnten Pillen erwünsoht, besohleunigte Teilchen zur Verfügung zu haben, die diskrete Energien haben infolge der verschiedenen Anzahl von Kreisbahnen, welohe Teilchen dann leicht getrennt werden können. Dies ist wichtig zum Extrahieren eines Bündele mit scharf definierter Energie.Die Vorriohtung naoh der Erfindung liefert ein solches Bündel und dis

Erfindung gründet eich dabei auf die nachfolgende Erkenntnis.

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In dem Zentralteil eines Zyklotrons, d.h. dem Bereich deeeen Mittellinie etwa gleich dem Abstand zwischen den Polschuhen in der Mitte ist, trägt die elektrische Fokussierung am meisten zu der axialen Fokussierung bei. Ausserhalb des Zentralbereiche nimmt der Einfluss der elektrischen Fokuesierung ab und der der magnetischen Fokussierung nimmt zu. Die elektrische Fo-

. kuseierung stammt von zwei Effekten. Der erste Effekt ist phasenunempfindlich und vertritt die ordentliche Linsenwirkun/r bei ei-

■ nem Elektrodensystem, das durch die Elektroden gebildet wird.Der zweite Effekt hängt von der Phase der Teilchen gegenüber der Hochfrequenzspannung an den elektroden ab und tiieser effekt ist für die elektrische fokussierung der wichtigste Teil. Die elektrische Fokussierung tritt jeweils ein, wenn die leuchen den Spalt zwischen den Elektroden passieren und er kann theoretisch durch eine Kombination von Linsen dargestellt werden. Eine Anzahl dieser Korabinationen von Linsen von aufeinander folgenden Passagen der Teilchen l^rings des Spaltes bilden ein Linsensystem, wobei die Teilchenquelle als Gegenstand gedacht werden kann. Die Stelle, wo gemäss dieser Darstellung das Bild erhalten wird, ist jedoch abhängig von der Phase der teilchen gegenüber der Phase dee elektrischen Hoohfrequenzfeldes. Infolgedessen fallen die Bildpunkte für diejenigen Teilchen nicht zusammen, die endgültig die in der radialen Richtung kontinuierliche Ausdehnung des Bündele herbeiführen oder in anderen Worten, für diejenigen Te flohen, welche nach der gleichen Anzahl von Kreisbahnen bis zu ver-■ohiedenen Energien beschleunigt werden, fallen diese Bildpunkte nicht zusammen.

Gemäße der Erfindung befindet »ich in dem Zentrallbereioh dee Zyklotrons eine Blende mit einem üpalt parallel sur Modianebene und symmetrisch zu dieser Medianebene, wobei die radia-

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le Abmessung der Blende von der Gröseenordnung der radialen Ausdehnung des Bündele ist. Abgesehen von den Teilchen, deren Bahnen sehr nahe an der Medianebene liegen, werden von einer punktfBrmigen Quelle ausgehend durch diese Blende lediglich diejenigen Teil ohen durchgelassen, die an der Stelle der Blende ihren Bildpunkt haben. Da dies lediglich für Teilchen der Pail ist, die innerhalb eines sehr kleinen Phasenbereichs liegt, entsteht ein Bündel beschleunigter Teilchen, die nach einer bestimmten Anzahl von Kreis bahnen eine scharf definierte Energie liefern. Für die betreffende Wirkung ist es wichtig, dass die Bahnen der Teilchen mit der gleichen Phase in einem Punkt fokussiert werden an der Stelle des betreffenden Bildpunktes, während die Bahnen der Teilchen anderer Phase an dieser Stelle eine gewisse Ausdehnung haben. Zu diesem Zweck ist es notwendig, dass wenigstens eine Anzahl der Teilchen die Quelle unter einem Winkel zur Medianebene verlgsst. Bei einer nahezu punktförmigen Quelle ist dies meistens bereits der Fall. Wird jedoch eine punktförmige Quelle benutzt, die ein nahezu paralleles Bündel liefert, so muss die Quelle derart ange- ₍ ordnet werden, dasa das Bündel einen Winkel mit der Medianebene macht. Ein weiterer Vorteil ist noch der, daas auf diese Weise ein Impulateilehenatrom mit sehr kurzer Impulsdauer entsteht.

Die Blende wird auch die Teilchen durchlassen, deren Bahnen sehr nahe an der Medianebene liegen, unabhängig von ihrer Phase gegenüber der Phase des elektrischen Hochfrequenzfeldes.Um diese Teilchen abzufangen, ist vorzugsweise in dem Zentralbereich ein zur Medianebene symmetrischer Gegenstand vorgesehen, der annähernd die gleichen axialen und radialen Abmessungen wie der Spalt in der Elende hat. Zwar hält dieser Gegenstand eine Anzahl der Teilchen nit der gewünschten Phase zurück, aber diese Anzahl

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braucht bei einer richtigen Anordnung dee Gegenstandes gegenüber der Blende, d.h. in einem nicht zu kleinen Abstand von der Blende, nur sehr gering zu sein.

Ein Aueführungebeiapiel einer Vorrichtung nach der Er· findung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt die Figur eine Draufsicht auf einen Teil einer Vorrichtung gemäea dem Zyklotron-Typ, wobei nur derjenige Teil dargestellt ist, der für ein gutes Verständnis der Erfindung notwendig ist, d.h. der Zentralbereioh.

In der Figur bezeichnet 1 eine der "Dee"-Elektroden. Die zweite Elektrode 2 ist auf bekannte Weise als "Dummy-Dee" ausgebildet. Zwischen den beiden Elektroden ist auf nicht dargestellte Weise eine Wechselspannungsquelle eingeschaltet.

Die zu beschleunigenden Teilchen werden in der Mitte injiziert. Die spiralförmige Bahn eines dieser Teilchen ist durch eine gestrichelte Linie 3 angedeutet. Gemäss der Erfindung befindet sich in dem Zentralbereich eine mit 4 bezeichnete Blende,die einen Spalt besitzt, der parallel zur Medianebene, d.h. zur ZeUi^ nungeebene verläuft und zu der Medianebene symmetrisch liegt. Nach der Zeichnung befindet sich die Blende in der vierten Kreisbahn. Der Spalt hat eine axiale Abmessung von z.B. 1 mm. Weiter bezeichnet 5 den Gegenstand , der in der zweiten Kreisbahn liegt. Er besteht z.B. aus Graphit und hat eine axiale Abmessung von etwas mehr als 1 mm.

Ist die Frequenz der Spannung der Elektrode z.B. 20 MHz, so dass eine Kreisbahn in 50 naec stattfindet und ist die Blende derart ausgebildet, dass lediglich Teilchen in einem Phasenbereich von 3f6° durchgelassen werden, so ist die Impulsbreite

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dee Bündels 0,5 naeo. Ea sei nooh bemerkt, dass bei Abwesenheit Der Blende Teilchen in einem Phasenbereich von 2.3. 60° beschleunigt werden.

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Claims (1)

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   PATENTANSPRÜCHE^

   (TT) Vorrichtung zum Beschleunigen von Teilchen de3 Zyklotron-Typs, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Zentralbereich des Zyklotrons eine Blende befindet, die einen Spalt parallel, zur Medianebene und symmetrisch zu dieser Medianebene hat, wobei die radiale Abmessung der Blende von der Grössenordnung der radialen Ausdehnung des Bündels ist.

   "2. Vorrichtung zum Beschleunigen von Teilchen nach Anepruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daes in dem Zentralbereich ein zur Medianebene symmetrischer Gegenstand vorgesehen ist, die annähernd die gleichen axialen und radialen Abmessungen wie der 3palt in der Blende hat.

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