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DE2007338C - Isochronous cyclotron - Google Patents

Isochronous cyclotron

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Publication number
DE2007338C
DE2007338C DE19702007338 DE2007338A DE2007338C DE 2007338 C DE2007338 C DE 2007338C DE 19702007338 DE19702007338 DE 19702007338 DE 2007338 A DE2007338 A DE 2007338A DE 2007338 C DE2007338 C DE 2007338C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnets
induction
mean
type
increase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19702007338
Other languages
German (de)
Other versions
DE2007338B2 (en
DE2007338A1 (en
Inventor
Gerd Dipl Phys Dr 6908 Wiesloch Schatz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Original Assignee
Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Filing date
Publication date
Application filed by Gesellschaft fuer Kernforschung mbH filed Critical Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority to DE19702007338 priority Critical patent/DE2007338C/en
Priority to NL7102019A priority patent/NL143102B/en
Priority to FR7105575A priority patent/FR2078780A5/fr
Priority to GB2291571A priority patent/GB1304630A/en
Publication of DE2007338A1 publication Critical patent/DE2007338A1/en
Publication of DE2007338B2 publication Critical patent/DE2007338B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2007338C publication Critical patent/DE2007338C/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

Isochronzyklotron schematiscli dargestellt, dessen Induktion bei gleich- ^w. gegensinniger ^Isochroncyclotron shown schematatiscli, its induction at equ- ^ w. opposite direction ^

FühningsfelddurchzweiTypenlund2vonMagneten erregung dar, so kann duJch ^%™ ^d 5 fegende FühningsfelddurchzweiTypenlund2vonMagneten excitation is, you can ch J ^% ^ ™ d 5 sweeping

gebildet wird, die räumlich voneinander getrennt Erregung jeder zwischen den Kurven 4 una a ncgis formed, the spatially separated excitation each between the curves 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* derisoare periodically arranged in the ion joint. predetermined course of mean induction over Type and type 2 can be set independently of each other, depending on the radius of the path

erregt werden Die azimutale Breite der Magnete chron-Bedingung in sehr ^N^^fJÄSS nimmt stärker als proportional mit dem Radius der Eine zusätzliche Feinkorrektur ^Jbe excited The azimuthal latitude of the magnets chron-condition in very ^ N ^^ fJÄSS increases more than proportionally with the radius of an additional fine correction ^ J

Flugbahn zu, wobei die eine Kante der Magnete gerad- läßt sich durch Korrekturspulen eraelenTrajectory to, with one edge of the magnets straight - can be eraelen by means of correction coils

linif und die andere kurvenförmig ausgebildet ist. Polschuhen befestigt und zum Ausgleichlinif and the other is curved. Pole shoes attached and for compensation

Hk di Tilh i ß lih Fehler bei der Fertigung un£ AuHk di Tilh i ß lih errors in manufacture and £ Au

linif und die andere kurvenförmig ausgebildet ist. Polschuhen befestigt und zu g, ^linif and the other is curved. Pole shoes attached and to 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,The magnets suspend the particles by a large io Licher error in the production and elaboration of the angle, which changes only slightly with the radius, magnets are required anyway. An exact Kec the magnets 2 direct the particles only by a small voltage shows that the necessary to achieve an "au" ^ sα,

Se^tin;mrchmit"mRa^derFlugbahn siSÄSSS^Se ^ t in ; mr chmit " mRa ^ derFlugbahn siSÄSSS ^

Die in Fig. 1 schematisch geigte Magnetanord- »5 über müßte ein Korrekturspulsystem der bekanntenSchematically fiddling in Fig. 1 Magnetanord- "5 via would have a Korrekturspulsystem the known

nung wäre etwa als Führungsfeld eines Isochron- Art in diesem Ausführungsbeispiel an emzelnen Banntion would be, for example, as a guiding field of an isochronous type in this exemplary embodiment at individual spells

Zyklotrons geeignet, mit dem Protonen von 50 auf radien eine Feldänderung v(?n i? FrfndunT die' zurCyclotrons suitable with the protons from 50 to radii a field change v ( ? N i? FrfndunT die 'zur

300 MeV und llfach geladene Uran-Ionen von 24 auf demselben Maße wird durch die Erfindung^he zur300 MeV and 11-fold charged uranium ions of 24 to the same degree are obtained by the invention

100 MeV beschleunigt werden können. Im ersten Fall erregung der Spulen benotigte elektrische Le.stx.ni,100 MeV can be accelerated. In the first case, excitation of the coils required electrical Le.stx.ni,

beträgt die erforderliche Zunahme der mittleren magne- ao reduziert,is the required increase in the mean magne- ao reduced,

tischen Induktion 25 0I0, im zweiten Fall nur weniger Die Vorteile der Erfindungtable induction 25 0 I 0 , in the second case only less The advantages of the invention

als 05o/o darin, daß auf einfache Weise eine than 05 o / o in the fact that in a simple way a

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 voneinandeVel"Siübvl„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 genauWith the isochronous position of the mean induction in the cyclotron embodied according to the invention, the result in FIG. 2 shown the course radius of the trajectory to be bescnle the average induction B over the radius r of the * s can be made with an I ^ "eb ^ r TeilchenfluEbahn magnets can be avoided in the saturation region ^ Αγα magnets desTyps energized 1, it is clear and ^ ABy that for the excitation £ ** «** E = the course shown in curve 3. In additional reduced or limited ™ ^ ™ "™ ά ^ ^ Licher same direction, excitation of the magnets of the type 2, the use of ^" g ^ ÄSgJ m ^ a mean induction adjusts to curve 4, at 30 pending voneinande V e l "S i üb vl "f% riiUleren Inzusätzlicher against intimate excitement same one star effort possible to ^ f ™ * ^"? ^ ™ medium induction on curve 5 a. production on the radius within wide limits very accurately

Stellen die Kurven 4 und 5 den Verlauf der mittleren einzustellen.Set the curves 4 and 5 to adjust the course of the middle.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

i 2 werden kann und bei dem diese Anpassung mit einer Patentansprüche: relativ geringen Leistungsaufnahme des .Systems zu erreichen ist.i 2 can be and in which this adaptation with one patent claims: relatively low power consumption of the .System can be achieved. 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.
1. Isochronous cyclotron with several in ring shape This object is achieved in an isochronous cyclotron spatially separated magnets with ge 5 of the type mentioned according to the invention thereby separately adjustable excitation for generating one that two with regard to the shape of the individual sector fields of them formed guide-generated guide fields, whose magnetic index averaged over an orbit of the types of magnets to be used and azimuthally perically accelerating ions are arranged alternately and that for induction proportional to the relativistic mass position of a predetermined radial increase in the increase the ion rises radially and whose azimean magnetic induction the magnets of a mutal distribution is such that axial and radial of each type are stimulated in the same direction and equally strong focusing forces on the accelerated ones, while the magnets of one type are opposite -Ioiien act, as characterized above those of the other type are excited differently, that two different types of differently developed types with regard to the shape of the guide fields generated by them can be the same or opposite.
Types (1 or 2) of magnets provided and the radial increase in the mean induction, which are periodically arranged alternately azimuthally through the use of different types of magnets with and can be set for setting a predetermined radically different excitation, dialen increase in the mean magnetic induction - ao can be in a predetermined manner characterized amplify tion (B), the magnets of each type (1 or 2) that are in the same direction and equally energized in one type of the magnets in at Isounter least, chronic cyclotron ( "Proceedings" the »International while magnets of one type (eg 1) differ from those of the other type (eg 2). Factories, CERN, April 23rd to 26th , 1963 «, Geneva 1963, which are excited, whereby the sense of the excitation of the 25 pp. 286 to 289) known manner of the air gap decreases with magnets of different types (1 or 2) being equal or increasing in radius.
entgegengesetzt sein kann. Dabei kann in der bei dem eingangs genannten Iso-can be opposite. In this case, in the 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-2. Isochronous cyclotron according to claim 1. da- chron cyclotron known way to increase the characterized in that for setting a radial increase in the mean induction, the azimuthal predetermined radial increase in the mean 30 latitude disproportionately with the radius of the particle induction (B ) increase in at least one type (e.g. 1) orbit and at the same time decrease the air gap with the magnets in a decreasing radius, which is known in isochronous cyclorrons, and the way the air gap with increasing radius (r) pole pieces of at least the magnets of the one type decreases. Correction coils can be arranged in order to 35 stieg der mittleren Induktion zusätzlich in vorbestimmter Weise einstellen zu können.35 the mean induction increased in addition in predetermined Way to be able to adjust. Die Erfindung wird an einem AusführungsbeispielThe invention is based on an exemplary embodiment Die Erfindung betrifft ein Isochron-Zyklotron mit an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention relates to an isochronous cyclotron explained in more detail with reference to the drawing. It shows mehreren in Ringform räumlich getrennt angeordneten F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anord-several F i g in a ring shape spatially separated. 1 a schematic representation of the arrangement Magneten mit gesondert einstellbarer Erregung zum 40 nung der Magnete undMagnets with separately adjustable excitation to excite the magnets and Erzeugen eines aus einzelnen Sektorfeldern gebildeten F i g. 2 den Verlauf der mittleren Induktion überGeneration of a F i g formed from individual sector fields. 2 shows the course of the mean induction Führungsfeldes, dessen über eine Umlaufbahn der zu dem Radius.Guidance field, whose about an orbit to the 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 dadurchaccelerating ions averaged magnetic induc- An isochronous cyclotron is an accelerator for tion proportional to the relativistic mass increase ions with a magnetic guiding field in which the ion rises radially and its azimuthal distribution is approximately 45 the particles to be accelerated treatment is such that axial and radial focusing forces move closed orbits so that their orbits the ions to be accelerated act. time is independent of the energy. This is because of this Ein derartiges Isochron-Zyklotron (»IEEE-Trans- erreicht, daß die über eine geschlossene UmlaufbahnSuch an isochronous cyclotron (»IEEE-Trans- achieves that the via a closed orbit action 01. Nuclear Science«, Bd. NS-13, 1966, Nr. 4, gemittelte magnetische Induktion (mittlere Induktion)action 01. Nuclear Science ", Vol. NS-13, 1966, No. 4, averaged magnetic induction (mean induction) S. 194 bis 214) ist bekannt. Bei diesem und auch bei 50 im Isochron-Zyklotron von innen nach außen auf diePp. 194 to 214) is known. With this and also with 50 in the isochronous cyclotron from the inside to the outside on the einem ähnlichen bekannten Isochron-Zyklotron (»Nu- folgende Weise ansteigt: ■■a similar known isochronous cyclotron (»Now increases in the following way: ■■ clear Instruments and Methods«, Bd. 67, 1969, Nr. 1, B m B clear Instruments and Methods ", Vol. 67, 1969, No. 1, B m B S. 103 bis 108) sind dsi eigentlichen Sektor-Führungs- B^ ° ~ B°' m ~ Pp. 103 to 108) are the actual sector leadership B ^ ° ~ B ° 'm ~ magnete, abgesehen von den Injektions- und Extrak- 1 / 2π ν \2 m° "l/. _ v*magnets, apart from the injection and extra 1 / 2π ν \ 2 m ° "l /. _ v * tionsmagneten, alle gleich ausgebildet. 55 L' \r c j y c* tion magnets, all designed in the same way. 55 L '\ r cj y c * Es ist zwar bei Kreisbeschleunigern anderer Art,It is true in the case of circular accelerators of a different type, nämlich bei den »Alternating-Gradiente-Synchrotrons Hierbei bedeutet m die Masse, /M0 die Ruhemasse,namely in the case of the »alternating gradient synchrotrons. Here m is the mass, / M 0 is the rest mass, auch bekannt, Führungsmagnete verschiedenen Feld- e die Ladung und ν die Geschwindigkeit des Ions, r denalso known, guide magnets different fields- e the charge and ν the speed of the ion, r den Typs azimutal abwechselnd anzuordnen (Buch von mittleren Abstand der Bahn vom Zentrum der Ma-To be arranged alternately azimuthally (book of mean distance of the path from the center of the J. J. L i ν i η g ο ο d, »Principles of Cyclic Particle 60 schine, B die über eine Umlaufbahn gemittelte magne-JJ L i ν i η g ο ο d, »Principles of Cyclic Particle 60 machine, B the magnetic Accelerators«, 1961, S. 195 bis 197), wobei jedoch keine tische Induktion (mittlere Induktion), ß„ die mittlereAccelerators ", 1961, pp. 195 to 197), but no table induction (mean induction), ß" the mean radial ansteigende mittlere Induktion vorliegt und die Induktion im Zentrum des Isochron-Zyklotrons, c dieradially increasing mean induction is present and the induction in the center of the isochronous cyclotron, c the Magnete verschiedenen Typs deshalb auch nicht ver- Lichtgeschwindigkeit undMagnets of different types therefore also do not reduce the speed of light and schieden erregt werden. e. B divorced be aroused. e . B. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Isochron-Zyklotron 65 v = ~
zu schaffen, bei dem der radiale Anstieg der mittleren
The object of the invention is an isochronous cyclotron 65 v = ~
to create in which the radial increase in the mean
magnetischen Induktion in einfacher Weise den gefor- = die Umlaufsfrequenz der Teilchen,magnetic induction in a simple way the required = the orbital frequency of the particles, derten Betriebsbedingungen möglichst genau angepaßt In F i g. 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildetesadapted as precisely as possible to the operating conditions in FIG. 1 is designed according to the invention
DE19702007338 1970-02-18 1970-02-18 Isochronous cyclotron Expired DE2007338C (en)

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