DE2007338C - Isochron Zyklotron - Google Patents

Description

Isochronzyklotron schematiscli dargestellt, dessen Induktion bei gleich- ^w. gegensinniger ^

FühningsfelddurchzweiTypenlund2vonMagneten erregung dar, so kann ^duJ^ch ^%™ ^d 5 fegende

gebildet wird, die räumlich voneinander getrennt Erregung jeder zwischen den Kurven 4 una a ncg

periodisch in der lonenfiugtehn angeordnet sind. vorbestimmte Verlauf der mittleren Induktion über Typl und Typ 2 können unabhängig voneinander 5 dem Bahnradius eingestellt werden weiche* deriso

erregt werden Die azimutale Breite der Magnete chron-Bedingung in sehr ^N^^fJÄSS nimmt stärker als proportional mit dem Radius der Eine zusätzliche Feinkorrektur ^J

Flugbahn zu, wobei die eine Kante der Magnete gerad- läßt sich durch Korrekturspulen eraelen

linif und die andere kurvenförmig ausgebildet ist. Polschuhen befestigt und zum Ausgleich

Hk di Tilh i ß lih Fehler bei der Fertigung ^un£ Au

linif und die andere kurvenförmig ausgebildet ist. Polschuhen befestigt und zu g, ^

Die Magnete Henken die Teilchen um einen großen io licher Fehler bei der Fertigung ^un£ AufetelU*ng der Winkel ab, der sich mit dem Radius nur wenig ändert, Magnete ohnehin erforderlich sind. Eine genaue Kec die Magnete 2 lenken dieTeilchen nur um einen kleinen nung zeigt, daß die zur Erreichung eines «au«^sα,

Se^t_in;mr^chmit"^mRa^^derFlugbahn siSÄSSS^

Die in Fig. 1 schematisch geigte Magnetanord- »₅ über müßte ein Korrekturspulsystem der bekannten

nung wäre etwa als Führungsfeld eines Isochron- Art in diesem Ausführungsbeispiel an emzelnen Bann

Zyklotrons geeignet, mit dem Protonen von 50 auf radien eine Feldänderung ^v(?ⁿ i? FrfndunT die' zur

300 MeV und llfach geladene Uran-Ionen von 24 auf demselben Maße wird durch die Erfindung^he zur

100 MeV beschleunigt werden können. Im ersten Fall erregung der Spulen benotigte elektrische Le.stx.ni,

beträgt die erforderliche Zunahme der mittleren magne- ao reduziert,

tischen Induktion 25 ⁰I₀, im zweiten Fall nur weniger Die Vorteile der Erfindung

_{als 05}o/_o darin, daß auf einfache Weise eine

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Isochron- stellung der mittleren Induktion in Zyklotron ergibt sich der in F i g. 2 dargestellte Verlauf Radius der Flugbahn der zu bescnle der mittleren Induktion B über dem Radius r der *s vorgenommen werden kann wobei ein I^«eb ^r TeilchenfluEbahn Magnete im Sättigungsbereich vermieden werden kann ^Αγα Magnete desTyps 1 erregt, so ergibt und^adurch die für die Erregung£**«** E₌ sich der in Kurve3 dargestellte Verlauf. Bei zusatz- herabgesetzt bzw. begrenzt ™^™"™^ά^^ licher gleichsinniger Erregung der Magnete des Typs 2 die Verwendung ^«g^ÄSgJ m ^einstellt sich eine mittlere Induktion nach Kurve 4, bei 30 hängig ^voneinandeV^el"^Si^übvl„f%riiUleren Inzusätzlicher gegensinniger Erregung derselben eine stern Aufwand möglich, den ^f™*^"?™^ mittlere Induktion nach Kurve 5 ein. duktion über dem Radius in weiten Grenzen sehr genau

Stellen die Kurven 4 und 5 den Verlauf der mittleren einzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

i 2 werden kann und bei dem diese Anpassung mit einer Patentansprüche: relativ geringen Leistungsaufnahme des .Systems zu erreichen ist.

1. Isochron-Zyklotron mit mehreren in Ringform Diese Aufgabe wird bei einem Isochron-Zyklotron räumlich getrennt angeordneten Magneten mit ge- 5 der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch sondert einstellbarer Erregung zum Erzeugen eines gelöst, daß zwei hinsichtlich der Gestalt der von ihnen aus einzelnen Sektorfeldern gebildeten Führungs- erzeugten Führungsfelder verschieden ausgebildeten feldes, dessen über eine Umlaufbahn der zu be- Typen von Magneten vorgesehen und azimutal perischleunigenden Ionen gemittelte magnetische In- odisch abwechselnd angeordnet sind und daß zur Einduktion proportional zur relativistischen Massen- io stellung einer vorbestimmten radialen Zunahme der zunähme der Ionen radial ansteigt und dessen azi- mittleren magnetischen Induktion die Magnete eines mutale Verteilung so ist, daß axiale und radiale jeden Typs unter sich gleichsinnig und gleich stark er-Fokussiemngskräfte auf die zu beschleunigenden regt sind, während die Magnete des einen Typs gegen-Ioiien wirken, d a durchgekennzeichnet, über denen des anderen Typs verschieden erregt sind, daß zwei hinsichtlich der Gestalt der von ihnen er- 15 wobei der Sinn der Erregung der Magnete verschiedezeugten Führungsfelder verschieden ausgebildete ner Typen gleich oder entgegengesetzt sein kann.
Typen (1 bzw. 2) von Magneten vorgesehen und Der radiale Anstieg der mittleren Induktion, der azimutal periodisch abwechselnd angeordnet sind durch die Verwendung verschiedener Magnettypen mit und dab zur Einsteilung einer vorbestimmten ra- unterschiedlicher Frregung eingestellt werden kann, dialen Zunahme der mittleren magnetischen Induk- ao läßt sich in vorbestimmter Weise dadurch verstärken, tion (B) die Magnete eines jeden Typs (1 bzw. 2) daß mindestens bei einem Typ der Magnete in bei Isounter sich gleichsinnig und gleich stark erregt sind, chron-Zyklotronen (»Proceedings« der »International während die Magnete des einen Typs (z. B. 1) ge- Conference on Sector-Focused Cyclotrons and Meson genüber denen des anderen Typs (z. B. 2) verschie- Factories, CERN, 23. bis 26. April, 1963«, Genf 1963, den erregt sind, wobei der Sinn der Erregung der 25 S. 286 bis 289) bekannter Weise der Luftspalt mit zuMagnete verschiedener Typen (1 bzw. 2) gleich oder nehmendem Radius abnimmt.

entgegengesetzt sein kann. Dabei kann in der bei dem eingangs genannten Iso-

2. Isochron-Zyklotron nach Anspruch 1. da- chron-Zyklotron bekannten Weise zum Erhöhen des durch gekennzeichnet, daß zum Einstellen einer radialen Anstiegs der mittleren Induktion die azimutale vorbestimmten radialen Zunahme der mittleren 30 Breite überproportional mit dem Radius der Teilchen-Induktion (B) mindestens bei einem Typ (z. B. 1) bahn zunehmen und gleichzeitig den Luftspalt mit zuder Magnete in bei Isochron-Zyklorronen bekannter nehmendem Radius abnehmen, und es können an den Weise der Luftspalt mit zunehmendem Radius (r) Polschuhen mindestens der Magnete des einen Typs abnimmt. Korrekturspulen angeordnet sein, um den radialen An-

35 stieg der mittleren Induktion zusätzlich in vorbestimmter Weise einstellen zu können.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel

Die Erfindung betrifft ein Isochron-Zyklotron mit an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

mehreren in Ringform räumlich getrennt angeordneten F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anord-

Magneten mit gesondert einstellbarer Erregung zum 40 nung der Magnete und

Erzeugen eines aus einzelnen Sektorfeldern gebildeten F i g. 2 den Verlauf der mittleren Induktion über

Führungsfeldes, dessen über eine Umlaufbahn der zu dem Radius.

beschleunigenden Ionen gemittelte magnetische Induk- Ein Isochron-Zyklotron ist ein Beschleuniger für tion proportional zur relativistischen Massenzunahme Ionen mit einem magnetischen Führungsfeld, bei dem der Ionen radial ansteigt und dessen azimutale Vertei- 45 sich die zu beschleunigenden Teilchen auf annähernd lung so ist, daß axiale und radiale Fokussierungskräfte geschlossenen Bahnen so bewegen, daß ihre Umlaufauf die zu beschleunigenden Ionen wirken. zeit von der Energie unabhängig ist. Dies wird dadurch

Ein derartiges Isochron-Zyklotron (»IEEE-Trans- erreicht, daß die über eine geschlossene Umlaufbahn

action 01. Nuclear Science«, Bd. NS-13, 1966, Nr. 4, gemittelte magnetische Induktion (mittlere Induktion)

S. 194 bis 214) ist bekannt. Bei diesem und auch bei 50 im Isochron-Zyklotron von innen nach außen auf die

einem ähnlichen bekannten Isochron-Zyklotron (»Nu- folgende Weise ansteigt: ■■

clear Instruments and Methods«, Bd. 67, 1969, Nr. 1, _B m B

S. 103 bis 108) sind dsi eigentlichen Sektor-Führungs- B^ ° ~ ^B°' m ~

magnete, abgesehen von den Injektions- und Extrak- 1 / 2π ν \^{2 m}° "l/. _ v*

tionsmagneten, alle gleich ausgebildet. 55 L' \^r c j y c*

Es ist zwar bei Kreisbeschleunigern anderer Art,

nämlich bei den »Alternating-Gradiente-Synchrotrons Hierbei bedeutet m die Masse, /M₀ die Ruhemasse,

auch bekannt, Führungsmagnete verschiedenen Feld- e die Ladung und ν die Geschwindigkeit des Ions, r den

Typs azimutal abwechselnd anzuordnen (Buch von mittleren Abstand der Bahn vom Zentrum der Ma-

J. J. L i ν i η g ο ο d, »Principles of Cyclic Particle 60 schine, B die über eine Umlaufbahn gemittelte magne-

Accelerators«, 1961, S. 195 bis 197), wobei jedoch keine tische Induktion (mittlere Induktion), ß„ ^die mittlere

radial ansteigende mittlere Induktion vorliegt und die Induktion im Zentrum des Isochron-Zyklotrons, c die

Magnete verschiedenen Typs deshalb auch nicht ver- Lichtgeschwindigkeit und

schieden erregt werden. _e. B

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Isochron-Zyklotron 65 ^{v =} ~
zu schaffen, bei dem der radiale Anstieg der mittleren

magnetischen Induktion in einfacher Weise den gefor- = die Umlaufsfrequenz der Teilchen,

derten Betriebsbedingungen möglichst genau angepaßt In F i g. 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes