DE1117794B - Mit Wanderfeldlinearbeschleunigung arbeitender Elektronenbeschleuniger - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P 17634 Vmc/21g

ANMELDETAG: 15. DEZEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 23. NOVEMBER 1961

Die Erfindung betrifft einen mit Wanderfeldlinearbeschleunigung arbeitenden Elektronenbeschleuniger, der aus einer Elektronenquelle in Gestalt einer geschwindigkeitsmodulierenden Elektronenröhre, welche einen gebündelten, dichtemodulierten Elektronenstrahl 5 liefert, und aus einem Wanderfeldlinearbeschleuniger sowie aus einer diese beiden Teile in Zusammenwirkung bringenden Kopplungsvorrichtung besteht.

Die üblichen Wanderfeldelektronenbeschleuniger, die einen Wellenleiter mit in Abstand angeordneten Wänden, welche im wesentlichen aufeinanderfolgende Resonanzhohlräume begrenzen, aufweisen, werden normalerweise von einer Hochfrequenzvakuumröhre erregt, beispielsweise einer geschwindigkeitsmodulierten Elektronenröhre, die mit einer einen Elektronenstrahl in den Wellenleiter einführenden Elektronenstrahlquelle ausgestattet ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Erregen eines Beschleunigungswellenleiters und zum Aufdrücken von Hochspannungselektronen in einem einzigen Betriebsvorgang.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kopplungsvorrichtung sowohl Hochfrequenzenergie als auch Elektronen hoher Energie erzeugt, wobei die Hochfrequenzenergie als Spannungswandlerwelle weitere Beschleunigungen der Elektronen im Wanderfeldlinearbeschleuniger herbeiführt.

Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Elektronenbeschleunigungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sammelelektrodenkopplungsvorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Sammelelektrodenkopplers.

Es wird ein gebündelter Elektronenstrahl erzeugt. Diese Elektronen können kontinuierlich von einem geeigneten Elektronenerzeuger, beispielsweise einem Heizdraht, emittiert werden. Die Elektronen werden durch geeignete elektrische Felder auf ein verhältnismäßig hohes Potential beschleunigt und zu einem Strahl parallelisiert. Dieser Elektronenstrahl wird dann geschwindigkeitsmoduliert, beispielsweise durch .zeitliche Änderung der elektrischen Felder, um einen zusammengeballten oder gebündelten Elektronenstrahl zu erzeugen, der periodische Elektronendichteänderungen hat. Der gebündelte Elektronenstrahl wird dann zur Erzeugung elektromagnetischer Energie benutzt, etwa in der Weise, daß der Strahl nachein-Mit Wanderfeldlinearbeschleunigung arbeitender Elektronenbeschleuniger

Anmelder:

Richard F. Post,

Walnut Creek, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,

München 27, Patentanwälte

Richard F. Post, Walnut Creek, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

ander durch einen oder mehrere Auffangresonanzhohlräume geschickt wird, wodurch diese erregt werden. Die elektromagnetische Strahlung wird benutzt, um einen kleinen Teil des gebündelten Strahles nachzubeschleunigen und Energie darauf zurückzubringen, so daß ein resultierender Hochspannungselektronenstrahl erzeugt wird.

In den ersten Teilen des obigen Vorgangs wird eine Spannungsverdoppelungswirkung erzeugt, wodurch bestimmte verhältnismäßig wenige Elektronen in dem gebündelten Strahl im wesentlichen die doppelte Geschwindigkeit oder Spannung der übrigen Elektronen erreichen, und zwar dadurch, daß sie durch den Auffanghohlraum um 180° phasenverschoben gegen die Phase der in dem Hohlraum angetriebenen Schwingungen verlaufen. Diese Spannungsverdoppelungselektronen werden hierbei zur Nachbeschleunigung gewählt. Nach der Erzeugung der elektromagnetischen Energie durch den gebündelten Strahl wird der Strahl so beeinflußt, daß sein Strahlstromquerschnitt wesentlich herabgesetzt wird. Da der Hauptteil des Strahles sich in dem Verfahren zur Herstellung der elektromagnetischen Energie zu entbündeln sucht, unterscheidet die Kollimation des Strahles zugunsten der spannungsverdoppelten Elektronen.

Außer dem Parallelisieren des Strahles werden die elektromagnetischen Energiewellen entlang der Strahlbahn gerichtet, um Energie zu dem Strahl zurückzubringen. Damit der Strahl von den elektromagnetischen Wellen beschleunigt wird, wird deren Phase

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mit Bezug auf die spannungsverdoppelten Elektronen- Elektronenerzeuger 16 und Anode 17 gelegt, daß der strahlimpulse geändert oder umgekehrt, wobei in Elektronenerzeuger in bezug auf die Anode negativ diesem Zusammenhang gewisse verschiedenartige Ver- ist. Durch die Beschleunigung von Elektronen aus fahrensschritte möglich sind. Zur Erzielung der rieh- dem Erzeuger wird ein kontinuierlicher Elektronentigen Phasenbeziehung kann entweder die Phase der 5 strahl gebildet. Dieser Strahl verläuft durch die elektromagnetischen Wellen gegen die Strahlimpulse Anodenöffnung und somit durch einen Zusammenvoroder nacheilen. Das Voreilen der Phase der ballungs- oder Bündelungshohlraum 18, der mit dem magnetischen Wellen kann dadurch erreicht werden, Erzeuger ausgerichtet und beispielsweise zur Erregung daß die Energiewellen und der Elektronenstrahl durch durch eine außen angelegte zeitveränderliche Hocheine Hohlleitung geschickt werden, wobei die Wellen- io frequenzspannung geeignet ist. Der Elektronenstrahl geschwindigkeit im wesentlichen gleich oder größer wird durch diese Spannung in dem Bündelungshohlals die Lichtgeschwindigkeit ist, während die Elek- raum 18 in üblicher Weise geschwindigkeitsmoduliert, tronenstrahlgeschwindigkeit viel kleiner ist, so daß in so daß der Elektronenstrahl nach Durchqueren eines einem vorbestimmten Abstand eine gewünschte jenseits des Hohlraums 18 liegenden verhältnismäßig Phasenvoreilung erreicht wird. Die Nacheilung der 15 feldfreien Raumes mit periodischen Änderungen der Energiewellenphase kann dadurch erzielt werden, daß Elektronendichte gebündelt wird. Hinter dem Bündedie Energiewellen und der Strahl durch eine Wellen- lungshohlraum 18 folgt ein zweiter Hohlraum 21, der verzögerungsvorrichtung gelenkt werden, in der die mit dem ersten durch einen langgestreckten Durch-Wellengeschwindigkeit auf weniger als die Strahl- gang 19 verbunden ist, durch den der Elektronenstrahl geschwindigkeit reduziert wird und in der eine be- 20 verläuft. Der zweite Hohlraum 21 ist so ausgebildet, stimmte Bahnentfernung die relative Phase auf die daß er bei der Frequenz des gebündelten Strahles in gewünschte Beziehung verschiebt. Obgleich beide Resonanz gelangt, so daß in üblicher Weise ein Resoobigen Möglichkeiten durchführbar sind, ergibt sich nanzenergieaustausch innerhalb des Hohlraumes 21 eine kleinste Bahnlänge des Strahles und der Welle erfolgt, wodurch in ihm elektromagnetische Energie entweder aus der langsamen Wellenfortpflanzung oder 25 entsteht.

der Fortpflanzung der Welle mit einer Geschwindig- Die oben beschriebenen Elemente und die Arbeits-

keit, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, da in weise sind in solchen Röhren wie einem Klystron

beiden Fällen ein auf das Maximum gebrachter Ge- üblich, jedoch wird der Elektronenstrahl üblicherweise

schwindigkeitsunterschied zwischen der Welle und durch eine Sammelelektrode jenseits des Ausgangs-

dem Strahl erreicht wird. Um diesen Verfahrens- 30 hohlraums21 aufgefangen, wobei die in der Röhre

schritt durchzuführen, ist es erforderlich, daß man entwickelte Hochfrequenzenergie anderen Geräten,

sich der Erzielung des Abstandsminimums bedient. beispielsweise durch Kopplungsschleifen od. dgl., zur

Hierbei treten noch gewisse Vorteile auf. Verwendung in diesen zugeführt wird. Die Einrichtung

Die Beschleunigung des spannungsverdoppelten nach der Erfindung transportiert den Elektronenstrahl

Teiles des gebündelten Strahles wird dadurch erreicht, 35 und die Hochfrequenzenergie aus der Röhre und

daß Wanderspannungswellen durch die ursprünglich weist für diesen Zweck einen Sammelelektroden-

von dem Strahl erzeugten elektromagnetischen Wellen koppler 22 in axialer Ausrichtung mit der Röhre 11

hergestellt werden und der Strahl diese in geeigneter auf, der mit dem Ausgangshohlraum 21 in Verbindung

Phase durchläuft. Die geeignete Phasenbeziehung steht. Der Sammelelektrodenkoppler 22 enthält den

wird in der obenerwähnten Weise erzeugt, so daß die 40 Zylinder 14 und ein inneres Element 23, das als

hergestellten Spannungswellen die spannungsverdop- Zylinder oder fester Umdrehungskörper dargestellt

pelten Elektronen des Strahles beschleunigen. ist, der, wie dargestellt ist, einen axialen Durchgang,

Mit dem obigen Verfahren wird ein Hochspan- ähnlich einem umgekehrten Venturirohr, mit einem

nungselektronenstrahl mit sich periodisch ändernder Durchmesser aufweist, der sich mit der Entfernung

Elektronendichte erzeugt. Der in dem Verfahren er- 45 von dem Hohlraum 21 verkleinert und eine vergrö-

zeugte ursprüngliche Elektronenstrahl verwendet einen ßerte Öffnung an seinem Ausgang hat. Das Element 23

kleinen Teil der tatsächlich zugeführten Energie, um kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, beispielsweise durch

diese auf eine hohe Spannung zu treiben. Dies wird ein Paar Viertelwellenstichleitungen 24 innerhalb des

durch die Erzeugung elektromagnetischer Energie aus Zylinders 14 montiert werden, um die Isolations-

dem Strahl und dann durch deren Rückführung in 50 probleme soweit wie möglich zu verringern. Eine

einen ausgewählten Teil des Strahles erreicht. kleine hindurchgehende Öffnung dient zum Auffangen

Verschiedene konstruktive Anordnungen können und Sammeln eines großen Teiles des von der Elekzur Ausführung des beschriebenen Verfahrens benutzt tronenröhre 11 kommenden Elektronenstrahles. Innerwerden; in Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung halb der Röhre 11 erfährt ein bestimmter kleiner Teil dargestellt. Eine geschwindigkeitsmodulierende Elek- 55 der Elektronen in dem Strahl eine zusätzliche Betronenröhre 11 ist mit dem Wellenleiter eines Wander- schleunigung auf im wesentlichen die doppelte Spanfeldlinearbeschleunigers 13 axial ausgerichtet und steht nung des Restes der Strahlelektronen, und zwar damit durch einen dazwischen angeordneten Zylinder deshalb, weil ihre Phase derart ist, daß sie in dem in Verbindung. Die Elektronenröhre 11 kann aus Ausgangshohlraum 21 beschleunigt und nicht vereiner üblichen Elektronenstrahlhochfrequenzröhre, 60 zögert werden. Diese Elektronen werden Elektronen beispielsweise einem Klystron, bestehen und ein Elek- mit doppelter Geschwindigkeit genannt. Die spantronenstrahlsystem 16 mit einem Heizfaden und einer nungsverdoppelten Elektronen werden vorzugsweise Heizvorrichtung für diesen aufweisen, um freie Elek- zur zusätzlichen Beschleunigung gewählt, da gezeigt tronen innerhalb der Röhre zu erzeugen. Die Elek- werden kann, daß eine Vergrößerung der Aufdrücktronen von dem Elektronenerzeuger 16 werden durch 65 spannung den Wirkungsgrad von Wanderfeldbeschleueine Anode 17 beschleunigt, die als Querröhrenwand nigern vergrößert und deren Aufbau vereinfacht,
mit einer Öffnung für den Elektronendurchgang aus- Innerhalb des Sammelelektrodenkopplers 22 nach gebildet ist. Es wird eine derartige Spannung zwischen Fig. 1 wandert die Hochfrequenzenergie von der

Röhre 11 mit Lichtgeschwindigkeit zwischen dem Löst man die Beziehung (1) nach L auf, so ergibt

Zylinder 14 und dem Element 23, während sogar sich:

Elektronen mit doppelter Geschwindigkeit, die durch χ d . η

den axialen Durchgang des Elements 23 verlaufen, L = — . (2)

eine viel geringere Geschwindigkeit haben, so daß die 5 2 B_g — B_e

Energiewellen in ihrer Phase mit Bezug auf die zusammengeballten Elektronen des Strahles voreilen, Die Phasengeschwindigkeit der Welle ist im wesentwenn sie durch den Sammelelektrodenkoppler ver- liehen gleich der Lichtgeschwindigkeit im freien Raum, laufen. Durch geeignete Wahl der Kopplungswelle so daß B_g = 1 ist; in einem typischen Fall von eilen die Energiewellen in der Phase genau um den io 300 000 Elektronenvolt ist B_e = 0,8, so daß aus der geeigneten Wert mit Bezug auf die Zusammen- obigen Beziehung folgt L = 2 A₀; in einer typischen ballungen der spannungsverdoppelten Elektronen vor, geschwindigkeitsmodulierenden Elektronenröhre, wie wie unten dargelegt ist. Innerhalb des Beschleuniger- einem Klystron, bei dem die Wellenlänge 10,5 cm Wellenleiters 13 ist eine Anzahl Quertrennwände 26 beträgt, ist vorgesehen, welche öffnungen auf der Wellenleiter- 15 L = 21 cm. achse haben und einen belasteten Wellenleiter begrenzen, der aus einer Anzahl aufeinanderfolgender Obgleich die oben bestimmte Länge des Sammel-Hohlräume 27 geeigneter Abmessungen besteht, um elektrodenkopplers nicht unerwünscht groß ist, kann eine elektromagnetische Welle mit der genauen sie durch eine andere Konstruktion verkleinert werden, Phasengeschwindigkeit fortzupflanzen und auf diese 20 wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Weise die aufgedrückten Elektronen mit der Frequenz Die abgeänderte Ausführungsform nach Fig. 2 der Energie zu beschleunigen, die daran von der und 3 veranschaulicht einen Sammelelektrodenkopp-Röhre 11 über den Sammelelektrodenkoppler 22 ge- ler 31, der einen Zylinder 14 aufweist, der die Verbinkoppelt ist. Auf diese Weise wird in dem Beschleu- dung zwischen dem Ausgangshohlraum 21 einer niger 12 eine Wanderwelle hervorgerufen, die ihre 25 Röhre 11 und dem Wellenleiter 12 des Beschleuni-Energie von der Röhre 11 aufnimmt und Energie an gers 13 herstellt. Koaxial innerhalb dieses Zylinders 14 Elektronen abgibt, die in geeigneter Phasenbeziehung ist ein zylindrisches Element 23 angeordnet, das im dazu hindurchverlaufen. Wie oben bemerkt wurde, Aufbau dem mit gleichem Bezugszeichen bezeichbringt die geeignete Wahl der Länge des Sammel- neten Element in Fig. 1 entspricht, aber kürzer ist, elektrodenkopplers 22 die Elektronen mit doppelter 30 wie unten erörtert wird. In dieser Ausführungsform Geschwindigkeit in geeignete Phasenbeziehung zu der wird eine koaxiale Grundschwingungsart an jedem Hohlraumerregung, so daß nur Zusammenballungen Ende des Kopplers auf eine besondere Hohlleiterspannungsverdoppelter Elektronen dadurch beschleu- schwingungsart im Mittelteil des Kopplers umgenigt werden. Der Sammelelektrodenkoppler 22 wirkt formt. Somit sind an jedem Ende der Koppler 31 und somit für einen Teil der Elektronen als Auffang- 35 der umgebende Zylinder 14 symmetrisch, so daß das element in der Röhre 11, während er gleichzeitig den elektrische Feld der ausgesandten elektromagne-Durchgang eines Teiles des Strahles zuläßt und auch tischen Wellen radial nach außen von der Kopplerdie Röhrenenergie in den Wellenleiter 13 koppelt, um achse und gleichmäßig über das Element 23 gerichtet deren Hohlräume 27 zu erregen. wird. Diese koaxiale Arbeitsweise der Übertragung ist Der in dem Wellenleiter 12 beschleunigte Teil des 40 infolge ihrer axialen Symmetrie für Auskopplung aus Elektronenstrahles kann außerhalb der Vorrichtung dem Hohlraum 21 und Einkopplung in den Beschleudurch die Schaffung eines Fensters 28 an dem ge- niger 13 besonders zweckmäßig. Der Mittelteil des schlossenen Ende des Wellenleiters an dessen Achse Kopplers 31 wird von einer Wand oder einem senkverwendet werden. Das Fenster dichtet trotz seiner rechten Element getragen (wie in Fig. 2 und 3 dar-Durchlässigkeit für den beschleunigten Elektronen- 45 gestellt ist), das parallel zu der Achse und unterhalb strahl das System vakuumdicht ab, was für die Ar- der Wellen zwischen dem Zylinder 14 und dem EIebeitsweise notwendig ist. ment 23 verläuft. Diese Wand 32 umfaßt tatsächlich Mit Bezug auf die Phasenänderung der elektro- einen Teil des Kopplers 31, der von dem Zylinder 14, magnetischen Wellen und der Elektronen mit dop- dem Element 23 und der Wand 32 gebildet wird, insopelter Geschwindigkeit des Strahles ist es in der Vor- 50 fern, als die übertragenen elektromagnetischen Wellen richtung der oben beschriebenen Art erwünscht, daß betroffen sind, da die Grundschwingungsart der die Phase der Energiewellen um 180° (π Radiant) mit Wellenübertragung dadurch so geändert wird, daß Bezug auf die Phase der Elektronen mit doppelter diese am Umfang erfolgt, wobei die Wellengeschwin-Geschwindigkeit verschoben ist. Mit dem oben be- digkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreitet. Kleine schriebenen koaxialen Sammelelektrodenkoppler nach 55 senkrechte Bolzen oder Stäbe 33 sind an dem Zy-Fig. 1, der eine Länge L hat, gilt die folgende Bezie- linder 14 unterhalb des Elementes 23 an jedem Ende hung für 180° Phasenverschiebung: seiner Wand 32 zur Impedanzanpassung zwischen der

koaxialen Grundschwingungsart und der Hohlleiter-

-Z^. = π. (1) schwingungsart angeordnet und werden üblicherweise

Be A₀ Bg A₀ 6o als Anpaßbolzen bezeichnet. Obgleich die Anpaß

bolzen dazu dienen, eine Ausführungsform der Erfin-

A₀ = Wellenlänge der erzeugten Schwingung im dung zu veranschaulichen, werden den Fachleuten freien Raum bei Betriebsfrequenz verschiedene andere Mittel zum Erzielen der gleichen

B_e = Geschwindigkeit des Elektronenstrahles, be- Ergebnisse geläufig sein.

zogen auf die Lichtgeschwindigkeit (c) im 65 In der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3, bei der

freien Raum die Wellengeschwindigkeit in dem Mittelabschnitt-

Bg = Phasengeschwindigkeit der Welle, bezogen auf koppler die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, kann die Lichtgeschwindigkeit (c) im freien Raum. die Länge L des Mittelabschnitts, an dem die Wand 32

angebracht ist, aus der folgenden Beziehung bestimmt werden:

2nL 2nL _

Be A₀ Bg A₀

wobei alle Symbole den oben definierten entsprechen. Somit ist

A^ (4)

2 Bg — Be

wie bei der Ausführungsform in Fig. 1. Jedoch wird in diesem Falle die Phasengeschwindigkeit der Welle in dem Mittelabschnitt durch Grenzbedingungen für die Übertragungsgrundschwingungsart bestimmt, die folgendermaßen ausgedrückt werden können:

γ Λ)

wieder gleich der Phasengeschwindigkeit der Welle, bezogen auf die Lichtgeschwindigkeit, ist, mit einem Verhältnis des Scheibendurchmessers zu dem Durchmesser des Elementes 23 von etwa 1,5 bis 1 und einem Verhältnis des Zylinderdurchmessers zu dem Durchmesser des Elementes 23 von etwa 1,7 bis 1 erreicht werden. Die mit Bezug auf Fig. 1 und 2 angegebene Beziehung ist hier wieder mit einem Unterschied des Vorzeichens, da B_e größer ist als B_g, anwendbar, so daß

2nL

Bg A₀ B_e A₀

= π

und

sin (K₂P) = 0 oder Jf₂ =

B_e 'Bg

Be — Ba

(5; 5a)

wobei P den mittleren Umfangsabmessungen und
Κι + KS = K^z (6)

bedeutet, worin K = -^- und K₁ =
Löst man (6) für B₉ auf, ergibt sich

2Λ

sind.

2p

und in einem typischen Falle, in dem der Durchmesser des Elementes 23 2,5 cm, der Zylinderdurchmesser 3,5 cm unap = 7,0 cm betragen, wird mit X₀ = 10,5 cm und B_e = 0,8, wie oben, B₉ = 1,60.

Setzt man dies in die Gleichung (4) für L ein, so ergibt sich der Wert 0,8 oder 8,4 cm. Diese Abmessung von 8,4 erweist sich als wesentlich geringer als die oben für eine typische Konstruktion der Ausführungsform nach Fig. 1 errechnete Länge von 21 cm, und auch mit Zusatz der Endabschnitte des Kopplers ist die resultierende Kopplung wesentlich kleiner als die des Kopplers der Fig. 1.

Eine weitere Ausführungsform des Kopplers ist hierbei in Fig. 4 veranschaulicht. In dieser ist ein Element 23, das im wesentlichen identisch mit dem Element in Fig. 1 abgesehen von der Größe ist, etwa durch Viertelwellenlängenstichleitungen24 in einem Zylinder 14 zwischen der Röhre 11 und dem Beschleuniger 13 angeordnet. In diesem Beispiel ist eine besondere Konstruktion innerhalb des von den oben erwähnten Elementen gebildeten Kopplers 34 vorgesehen, um einen periodisch belasteten koaxialen Abschnitt zu erzeugen und auf diese Weise die Phase der Welle mit Bezug auf die Elektronen zu verzögern. Eine solche Konstruktion ist hinsichtlich ihrer Eigenschäften einer langsamen Wellenfortpflanzung gut bekannt, und in der veranschaulichten Ausführungsform sind an dem Koppler eine Anzahl radiale Flansche oder Scheiben 36 vorgesehen, die in Abstand gleichmäßig längs der Außenfläche des Kopplers angeordnet sind. Da die Welle zwischen dem Zylinder 14 und dem mittleren Element 23 fortgepflanzt wird, bilden die Scheiben eine solche periodische Konstruktion, daß die Wellengeschwindigkeit wesentlich herabgesetzt wird. Innerhalb der praktischen Grenzen kann die Wellengeschwindigkeit so klein wie gewünscht gemacht werden, und beispielsweise kann ein Wert von B₉ = 0,5, wobei B₉ hierbei Setzt man B₉ = 0,5 und B_e = 0,8 in der obigen Beziehung, dann ergibt sich L = 0,67 X₀, so daß bei X₀ = 10,5 cm L = 7 cm beträgt. In diesem Falle wird L, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2, als die Länge des mittleren periodischen Abschnitts des Kopplers 34 genommen, so daß eine Hinzufügung der unbelasteten Endabschnitte erfolgen muß, um die Gesamtlänge zu bestimmen.

Es wurde oben ein verbessertes Verfahren und verbesserte Vorrichtungen zur Elektronenbeschleunigung beschrieben, wobei aber eine einzige Quelle verwendet wurde, um einen pulsierenden Elektronenstrahl und Energie für dessen Beschleunigung zu erzeugen. Die veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen des Kopplers sind nur als Beispiel zu bewerten. Im besonderen auch sollen die Berechnungen nur als Beispiele gelten und in keiner Weise den Rahmen der Erfindung begrenzen, der in den folgenden Ansprüchen umrissen ist.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mit Wanderfeldlinearbeschleunigung arbeitender Elektronenbeschleuniger, bestehend aus einer Elektronenquelle in Gestalt einer geschwindigkeitsmodulierten Elektronenröhre, welche einen gebündelten, dichtemodulierten Elektronenstrahl liefert, und aus einem Wanderfeldlinearbeschleuniger sowie aus einer diese beiden Teile in Zusammenwirkung bringenden Kopplungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung sowohl Hochfrequenzenergie als auch Elektronen hoher Energie erzeugt, wobei die Hochfrequenzenergie als Spannungswanderwelle weitere Beschleunigungen der Elektronen im Wanderfeldlinearbeschleuniger herbeiführt.

2. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung als Wellenleiter wirkt, daß sie zum Parallelisieren des Elektronenstrahls einen engen Mittelkanal aufweist und daß sie vergleichsweise lang ausgebildet ist.

3. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die in Beziehung zu der Länge der Kopplungsvorrichtung stehenden Phasen bestimmter Amplituden der Hochfrequenzenergie und bestimmter Elektronendichten des dichtemodulierten Elektronenstrahls so einzustellen, daß die Stellen bestimmter Dichte des Elektronenstrahls durch die Hochfrequenzenergie beschleunigt werden.

4. Elektronenbeschleuniger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (14) der Kopplungsvorrichtung koaxial angeordnete Mittel (23) vorgesehen sind, in denen sich eine kleine Öffnung befindet, welche die von der Röhre in den Wellenleiter gesandten Elektronen begrenzt.

5. Elektronenbeschleuniger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter zentral durchbohrte Quertrennwände (26) aufweist, durch die Resonanzhohlräume (27) gebildet sind, die durch die Mittelöffnungen der Trennwände miteinander verbunden sind.

6. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wanderfeldlinearbeschleuniger ein Gehäuse (12) hat, dessen Achse mit dem aus der Röhre austretenden Elektronenstrahl axial ausgerichtet ist.

7. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung ein mit der Achse der Elektronenquelle und des Linearbeschleunigers koaxial ausgerichtetes Bauelement (23) aufweist, welches die elektromagnetische Energie der Röhre in den Beschleuniger (13) einkoppelt, und durch dessen enge axiale öffnung der Elektronenstrahl aus der Röhre vor dem Eintritt in den Beschleuniger parallelisiert wird.

8. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung eine Länge hat, die ausreichend ist, um die Phase der elektromagnetischen Energie um 180° zu der Phase des gebündelten Elektronenstrahls vor- oder nacheilend einstellbar zu machen.

9. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial angeordnete Vorrichtung (23) durch ein radial verlaufendes Element (32) an dem Gehäuse (14) montiert ist und eine vorbestimmte Länge hat, die ermöglicht, daß die Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreitet.

10. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das koaxiale Element in axialem Abstand angeordnete radiale Scheiben (36) aufweist, die dieses Element belasten.

11. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre ein Klystron mit einem offenendigen Ausgangshohlraum ist, der durch einen Zylinder axial ausgerichtet an einen Wellenleiter gekoppelt ist.

12. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung zylindrisch ist und in dem genannten Zylinder angeordnet ist, wobei die Kopplungsvorrichtung einen verjüngten axialen Durchgang hat, um nur einen kleinen Teil der Elektronen von dem Klystron durchzulassen, und eine Länge aufweist, um die Phasenverschiebung zwischen der von dem Klystron hindurchgestrahlten Energie und der hindurchlaufenden gebündelten Elektronen so einstellen zu können, daß die Elektronen beschleunigt oder verzögert werden.

13. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtung ein langgestrecktes Rohr aufweist, das geeignet ist, um den Wellenleiter und den Röhrenausgang zu verbinden, sowie einen Kopplungszylinder, der koaxial innerhalb des langgestreckten Rohres angeordnet ist, welches eine begrenzte Verbindung zwischen der Elektronenröhre und dem Wellenleiter herstellt.

14. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungszylinder sanft gekrümmte, konvexe innere Wandungen aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Rev. of. scient. Instrum., 26 (1955), S. 205 bis 209.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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