DE1489155C3 - Zyklotron mit einer in seinem Zentralbereich angeordneten in axialer Richtung wirksamen Blende für ein Teilchenbündel - Google Patents

Description

der Phase der Teilchen des Bündels in bezug auf stimmten beschränkten Phasenbereich zur weiteren

die Phase des Beschleunigungsfeldes abhängig ist, Beschleunigung gelangen.

d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Höhe · Die Erfindung gründet sich dabei auf die nachfol-

des Spaltes der Blende (4) in axialer Richtung gende Erkenntnis: In dem Zentralbereich eines Zy-

wesentlich kleiner als die axiale Ausdehnung des ao klotrons, d. h. dem Bereich, dessen Mittellinie etwa

Bündels und die Ausdehnung des Spaltes in ra- gleich dem Abstand zwischen den Polschuhen in der

dialer Richtung im wesentlichen gleich der radia- Mitte ist, trägt die elektrische Fokussierung am mei-

len Ausdehnung des Bündels ist. sten zu der axialen Fokussierung bei. Außerhalb des

2. Zyklotron nach Anspruch 1, dadurch ge- Zentralbereichs nimmt der Einfluß der elektrischen kennzeichnet, daß in seinem Zentralbereich in as Fokussierung ab und der der magnetischen Fokussienicht zu kleinem Abstand von der Blende (4) ein rung nimmt zu. Die elektrische Fokussierung stammt einen Teil des Bündels abfangender Körper (5) von zwei Effekten. Der erste Effekt ist phasenunmit annähernd den gleichen axialen und radialen empfindlich und vertritt die ordentliche Linsenwir-Abmessungen wie denen des Spaltes der Blende kung bei einem Elektrodensystem, das durch die (4) symmetrisch zur Mittelebene angeordnet ist. 30 Elektroden gebildet wird. Der zweite Effekt hängt

von der Phase der Teilchen gegenüber der Hochfrequenzspannung an den Elektroden ab und dieser Ef-

■ ' ' '■ fekt ist für die elektrische Fokussierung der wichtig

ste Teil. Die elektrische Fokussierung tritt jeweils 35 ein, wenn die Teilchen den Spalt zwischen den Elektroden passieren, und er kann theoretisch durch eine

Die Erfindung betrifft ein Zyklotron, in dessen Kombination von Linsen dargestellt werden. Eine Zentralbereich eine in axialer Richtung wirksame Anzahl dieser Kombinationen von Linsen von auf-Blende angeordnet ist, die einen eine endliche Aus- einanderfolgenden Passagen der Teilchen längs des dehnung in radialer Richtung aufweisenden und mit 40 Spaltes bilden ein Linsensystem, wobei die Teilchenseinen Längsseiten parallel und symmetrisch zur Mit- quelle als Gegenstand gedacht werden kann. Die telebene des Zyklotrons verlaufenden Spalt aufweist, Stelle, wo gemäß dieser Darstellung das Bild erhalten der außerhalb der ersten Teilchenumlaufbahn von wird, ist jedoch abhängig von der Phase der Teilchen einem Bündel der zu beschleunigenden Teilchen gegenüber der Phase des elektrischen Hochfrequenzdurchsetzt wird, wobei das Bündel in axialer Rieh- 45 feldes. Infolgedessen fallen die Bildpunkte für diejetung im Beschleunigungsfeld elektrisch fokussiert nigen Teilchen, die endgültig die in der radialen wird und die axiale Fokussierung von der Phase der Richtung kontinuierliche Ausdehnung des Bündels Teilchen des Bündels in bezug auf die Phase des Be- herbeiführen oder in anderen Worten, für diejenigen schleunigungsfeldes abhängig ist. Teilchen, welche nach der gleichen Anzahl von

Bei bekannten Zyklotronen dieser Art hängt die 50 Kreisbahnen bis zu verschiedenen Energien beschleu-Beschleunigung der Teilchen von der Phase des nigt wurden, nicht zusammen.
Hochfrequenzfeldes an den Elektroden zu dem Zeit- - Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe bei einem punkt, zu dem das Teilchen die Quelle verläßt oder Zyklotron der eingangs genannten Art dadurch, daß mit anderen Worten von der Phase der Teilchen ge- die Höhe des Spaltes der Blende in axialer Richtung genüber der des Hochfrequenzfeldes ab. Eine Anzahl 55 wesentlich kleiner als die axiale Ausdehnung des der von der Quelle stammenden Teilchen wird gar Bündels und die Ausdehnung des Spaltes in radialer nicht beschleunigt, da diese Teilchen beim Passieren. Richtung im wesentlichen gleich der radialen Ausdes Spaltes zwischen den Elektroden gerade einer ' dehnung des Bündels ist.

entgegenwirkenden Kraft ausgesetzt sind. Die Phasen Abgesehen von den Teilchen, deren Bahnen sehr

der beschleunigten Teilchen liegen in einem be- 60 nahe an der Medianebene liegen, werden durch stimmten Phasengebiet entgegengesetzt zu der Phase diese Blende lediglich diejenigen von einer punktfördes elektrischen Hochfrequenzfeldes. Während der migen Quelle ausgehenden Teilchen durchgelassen, Beschleunigung werden innerhalb eines Phasenberei- die an der Stelle der Blende ihren Bildpunkt haben, ches liegende Teilchen nach einer gleichen Anzahl Da dies lediglich für Teilchen der Fall ist, die innervon Kreisbahnen bis zu verschiedenen Energien be- 65 halb eines sehr kleinen Phasenbereichs liegt, entsteht schleunigt und da in dem Zyklotron die radiale Stelle ein Bündel beschleunigter Teilchen, die nach einer eines Teilchens von seiner Energie abhängig ist, ent- bestimmten Anzahl von Kreisbahnen eine scharf desteht ein in radialer Richtung kontinuierlich ausge- finierte Energie liefern. Für diese Wirkung ist es

wichtig, daß die Bahnen der Teilchen mit der gleichen Phase in einem Punkt an der Stelle des betreffenden Bildpunktes fokussiert werden, während die Bahnen der Teilchen anderer Phasen 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 verläßt. 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 angeordnet werden, daß das Bündel einen Winkel mit der Medianebene macht. Ein weiterer Vorteil ist noch der, daß auf diese Weise ein Impulsteilchenstrom 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 des Zyklotrons symmetrisch zur Mittelebene ein Körper vorgesehen, der annähernd die gleichen axialen und radialen Abmessungen wie der Spalt in der Blende hat. Zwar hält dieser Körper auch eine Anzahl der Teilchen mit der gewünschten Phase zurück, aber diese Anzahl kann bei einer richtigen Anordnung des Körpers gegenüber der Blende, d.h. in einem nicht zu kleinen Abstand von der Blende sehr gering gehalten werden.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel eines Zyklotrons an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt die Zeichnung eine Draufsicht auf den für ein gutes Verständnis der Erfindung notwendigen Zentralbereich des Zyklotrons.

In der Zeichnung 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

ίο eine Wechselspannungsquelle eingeschaltet.

Die zu beschleunigenden Teilchen werden in der Mitte injiziert. Die spiralförmige Bahn 3 eines dieser Teilchen ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Im Zentralbereich befindet sich eine Blende 4, die einen Spalt besitzt, der parallel zur Mittelebene, die in die Zeichnungsebene fällt, verläuft und zu der Mittelebene 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 ist ein Körper 5 vorgesehen, 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 nsec durchlau-

s5 fen wird, und ist die Blende derart ausgebildet, daß lediglich Teilchen in einem Phasenbereich von 3,6° durchgelassen werden, so ist die Impulsbreite des Bündels 0.5 nsec. Es sei noch bemerkt, daß bei Abwesenheit der Blende Teilchen in einem Phasenbe- reich von z. B. 60° beschleunigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

dehntes Bündel. Es ist sogar möglich, daß Bündel, ρ . ... . . welche eine verschiedene Anzahl von Kreisbahnen raxemansprucne: beschrieben haben, sich überlappen. Bei einem sol chen Zyklotron ist es infolge der kontinuierlichen

1. Zyklotron, in dessen Zerttralbereich eine in 5 Ausdehnung praktisch unmöglich, Teilchen mit einer axialer Richtung wirksame Blende angeordnet, ist, gut definierten Energie zur Verfügung zu haben.

die einen eine endliche Ausdehnung in radialer Es ist jedoch in bestimmten Fällen erwünscht, be-Richtung aufweisenden und mit seinen Längssei- schleunigte Teilchen zur Verfügung zu haben, die inten parallel und symmetrisch zur Mittelebene des folge der verschiedenen Anzahl der von ihnen durchZyklotrons, verlaufenden Spalt aufweist, der io laufenen Kreisbahnen diskrete Energien haben und außerhalb der ersteh Teilchenumlaufbahn von dadurch leicht getrennt werden können. Dies ist einem Bündel der zu beschleunigenden Teilchen wichtig zum Extrahieren eines Bündels mit scharf dedurchsetzt' wird, wobei das Bündel in axialer finierter Energie.

Richtung im Beschleunigungsfeld elektrisch fo- Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Zyklo-

kussiert wird und die axiale Fokussierung von 15 tron so auszubilden, daß nur Teilchen in einem be-