DE1514036C - Device for accelerating charged particles with a resonance transformer and a control device for controlling the current of the particle source according to the phase position of the accelerating voltage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft cine Einrichtung zum Beschleunigen geladener Teilchen mit einer Beschleunigungsröhre, deren Teilchenquelle eine Steuerelektrode aufweist, die mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Emissionsstroines. in Abhängigkeit von der Phasenlage der beschleunigenden Hochspannung verbunden ist, sowie mit einem Resonanztransformator, dessen Sekundärwicklung in mehrere Teilwicklungen unterteilt ist und die Beschieunigungsröhre koaxial umgibt.The invention relates to a device for accelerating charged particles with an acceleration tube, the particle source of which is a control electrode having, with a control device for controlling the emission stream. in dependence of the phase position of the accelerating high voltage is connected, as well as with a resonance transformer, whose secondary winding is divided into several partial windings and the acceleration tube surrounds coaxially.

Eine Einrichtung zur Beschleunigung geladener Teilchen in einer Beschleunigungsröhre, an der eine Gleichspannung aufrechterhalten wird, ist beispielsweise in »Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 11, 1961, Nr. 1, S. 249 und 250 beschrieben. Bei derartigen Hinrichtungen ist der Kern des die Röhre speisenden Transformators in mehrere voneinander isolierte Abschnitte unterteilt, deren jeder einen Teil der Sekundärwicklung trägt. Die einzelnen Sekundärwicklungsteile sind mit je einem Gleichrichter und einem Kondensator versehen, die zur Gleichrichtung der der Beschieunigungsröhre zugcführten Spannung dienen.A device for the acceleration of charged particles in an acceleration tube, on which one DC voltage is maintained, for example in "Nuclear Instruments and Methods", Vol. 11, 1961, No. 1, pp. 249 and 250. In such executions, the core of the tube is the tube feeding transformer divided into several isolated sections, each of which is a part the secondary winding carries. The individual secondary winding parts each have a rectifier and a capacitor which is used to rectify the voltage supplied to the accelerator tube serve.

Als nachteilig erweist sich bei derartigen Beschleunigungseinrichtungen insbesondere die hohe Arbeitsfrequenz des Transformators, die in der Größenordnung von 1000 Hz und damit weit über der Industrienetzfrequenz liegt und hohe Anforderungen an das Kernmaterial des Transformators stellt. Der zusätzlich erforderliche Frequenzumformer und die große Zahl der Gleichrichterelemcnte verkomplizieren den Aufbau und verursachen ferner einen bedeutenden Kostenaufwand für eine solche Einrichtung.Such acceleration devices have proven to be disadvantageous especially the high working frequency of the transformer, which is of the order of magnitude of 1000 Hz and thus well above the industrial network frequency and places high demands on the core material of the transformer. The additional required frequency converters and the large number of rectifier elements complicate the Construction and also cause significant expense for such a device.

Eine Beschleunigungseinrichtung der eingangs genannten Art zum Bestrahlen eines Objekts mit Ladungstrügern ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 188 225 bekannt. Eine ausführliche Beschreibung des Resonanztransformator und der von diesem umschlossenen Beschieunigungsröhre dieser Einrichtung findet sich beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 144518. Danach ist der bei 180Hz arbeitende Resonanztransformator eisenlos und somit der magnetische Kreis offen ausgebildet. Seine Primärwicklung liegt in axialer Richtung neben der Sekundärwicklung. Die Teilchenqiielle der Beschleunigungsröhre weist ein Steuergitter auf, das mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die durch geeignete Einstellung der Gittervorspannung die Röhre so lange sperrt, bis sich die Beschleunigungsspannung, je nach der gewünschten Phasenlage der Stromimpulse, beispielsweise in der Nähe ihres Maximalwertes befindet.An acceleration device of the type mentioned at the beginning for irradiating an object with charge carriers is known from the German Auslegeschrift 1 188 225. A detailed description of the resonance transformer and the acceleration tube of this facility enclosed by it is found, for example, in U.S. Patent 2,144,518. Thereafter, the one operating at 180Hz Resonance transformer without iron and thus the magnetic circuit is designed to be open. Its primary winding lies next to the secondary winding in the axial direction. The particle quality of the accelerator tube has a control grid which is connected to a control device which is controlled by suitable Adjustment of the grid pre-tension locks the tube until the acceleration voltage, depending on the desired phase position of the current pulses, for example in the vicinity of their maximum value is located.

J⁷.s ist ohne weiteres ersichtlich, daß auf Grund der äußerst geringen induktiven Kopplung der Wicklungen des eiseiilosen Resonanztransformators einerseits die erforderliche Windungszahl der Sekundärwicklung sehr hoch gewählt werden muß und andererseits nur ein kleiner Wirkungsgrad (etwa 50⁰A,) der Einrichtung erreichbar ist. Die erhöhte Arbeitsfrequenz macht auch bei dieser Hinrichtung einen Frequenzwandler erforderlich. Dadurch, daß lediglich der öffnungs und der Schlicß/cilpuiikl der Röhre steuerbar sind, kann diese nur zur Beschleunigung von Elektronen für verhältnismäßig grobe Pro/esse Verwendung finden, nämlich dort, wo kein genau beslinimles I iiergicspeklrum notwendig ist.J ⁷ .s is readily apparent that because of the extremely small inductive coupling of the windings of the eiseiilosen resonant transformer on the one hand the required number of turns of the secondary winding must be very high and on the other hand, only a small efficiency (about 50 ⁰ A,) of the device is achievable . The increased working frequency also makes a frequency converter necessary for this execution. Because only the opening and closing of the tube can be controlled, it can only be used to accelerate electrons for relatively coarse processes, namely where there is no need for a precisely defined scope.

Dur Eilindiing liegt die Aufgabe zugrunde, eine liiiiidiluiu; der eingangs genannten Art zur Beschleunigung geladener Teilchen anzugeben, mit der eine Strahlleistung von mehr als 10 kW erzielt werden kann, die sich direkt an das Industrienetz (50 bis 60 Hz) anschließen läßt, einen hohen Wirkungsgrad (95 bis 98%) besitzt und bei der die Teilchenenergie während der Impulsdauer mit einer Genauigkeit von mindestens 1 %> konstant gehalten wird.Dur Eilindiing is based on the task of a liiiiidiluiu; of the type mentioned at the beginning for acceleration charged particles with which a beam power of more than 10 kW can be achieved that can be connected directly to the industrial network (50 to 60 Hz), a high degree of efficiency (95 to 98%) and at which the particle energy during the pulse duration with an accuracy of at least 1%> is kept constant.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge-. löst, daß der Resonanztransformator einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Kern zur Aufnahme des magnetischen Flusses aufweist, der aus einem rohrartigen, aus mehreren gegeneinander isolierten Abschnitten bestehenden, die Beschieunigungsröhre konzentrisch umgebenden inneren Teil und aus einem sich an einem geerdeten Ende des Transformators an den inneren Kernteil anschließenden, topfförmig geschlossenen und den inneren Kerntei! symmetrisch zu dessen Längsachse mit Abstand umschließenden äußeren Teil aufgebaut ist, daß die Primärwicklung auf der inneren Mantelfläche des topfförmigen äußeren Kernteils und die sich' in axialer Richtung über etwa die gleiche Höhe erstreckende Sekundärwicklung auf der Außenfläche des inneren Kernteils angeordnet ist und daß die Steuereinrichtung derart ausgebildet und geschaltet ist, daß sie den Emissonsstrom über die Steuerelektrode in mit der Frequenz der Beschleunigungsspannung synchronen Impulsen in derartiger Zeitabhängigkeit steuert, daß während der Impulsdauer unter Ausnutzung des stromabhängigen Spannungsabfalls im Resonanztransformator die Beschleunigungsspannung innerhalb vorgegebener Grenzen konstant gehalten wird.This object is achieved according to the invention in a device of the type mentioned at the outset. solves that the resonance transformer has a core made of ferromagnetic material for receiving of the magnetic flux, which consists of a pipe-like, of several isolated from each other Existing sections, the inner part and concentrically surrounding the acceleration tube from a connected to the inner core part at a grounded end of the transformer, pot-shaped closed and the inner core! enclosing symmetrically to its longitudinal axis at a distance outer part is constructed that the primary winding on the inner surface of the cup-shaped outer core part and the 'extending in the axial direction over approximately the same height Secondary winding is arranged on the outer surface of the inner core part and that the Control device is designed and connected in such a way that it controls the emission current via the control electrode in pulses synchronous with the frequency of the acceleration voltage with such a time dependency controls that during the pulse duration taking advantage of the current-dependent voltage drop The acceleration voltage in the resonance transformer is kept constant within specified limits will.

Die Form des nahezu geschlossenen Eisenkerns und die Anordnung der Wicklungen gewährleisten eine starke induktive Kopplung derselben und damit den angestrebten hohen Wirkungsgrad. Mit Hilfe des Steuersystems lassen sich mit hoher Genauigkeit Strahlenbündel einer bestimmten Teilchenenergie erzeugen, was bei der lonenbeschleunigung bei physikalischen Untersuchungen wichtig ist.The shape of the almost closed iron core and the arrangement of the windings ensure a strong inductive coupling of the same and thus the desired high degree of efficiency. With the help of Control system can be generated with high accuracy beam of a certain particle energy, what with the ion acceleration with physical Investigations is important.

Vorteilhafterweise kann auf der Innenseite der Primärwicklung eine Abschirmung angeordnet sein. Zweckmäßigerweise ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung längs der Sekundärwicklung an deren Hochspannungsende ein Schwingkreis vorgesehen.A shield can advantageously be arranged on the inside of the primary winding. It is expedient to achieve a uniform voltage distribution along the secondary winding an oscillating circuit is provided at the high-voltage end.

Eine Teilchenbeschleunigung auf eine höhere Energie, als es dem Spitzenwert der Beschleunigungsspannung entspricht, läßt sich durch Trennung des rohrartigen inneren Kernteils senkrecht zur Rohrachse in zwei Hälften erzielen, auf deren jeder eine Hälfte der Sekundärwicklung angeordnet ist, wobei die zwei Hälften der Sekundärwicklung entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen und im Mittelabschnitt der Beschieunigungsröhre eine Teilchen-Umladeeiiirichtung angeordnet ist. Dabei wird von dem den bekannten Tandembeschleuniger!! zugrunde liegenden Prinzip Gebrauch gemacht. Die bekannten Tandembeschleuniger weisen jedoch als Hochspannungsquelle einen Van-de-Graali-Cenerator auf, weshalb sie sich nur für verhältnismäßig geringe SlrahlleisUmucn ci|'.nun (siehe /. B. »Nuclear Instruments and Methods«, Bd. 8, I960, Nr. 2 S. 195 bis 202).Particle acceleration to a higher energy than the peak value of the acceleration voltage corresponds, can be made perpendicular to the tube axis by separating the tubular inner core part achieve in two halves, on each of which one half of the secondary winding is arranged, wherein the two halves of the secondary winding have opposite winding directions and in the middle section a particle transfer device to the accelerator tube is arranged. The well-known tandem accelerator !! underlying made use of the lying principle. The known tandem accelerators, however, act as a high voltage source a Van-de-Graali Cenerator, which is why they are only relatively low SlstrahlleisUmucn ci | '.nun (see /. B. »Nuclear Instruments and Methods ", Vol. 8, 1960, No. 2 pp. 195 to 202).

Bei hohen Stralilleisliingen ist es zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit und der Lebensdauer der Ein-With high stralilisliings it is used to increase the electrical strength and the service life of the

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richtung vorteilhaft, entlang der Achse der Beschleu- Kern-Außenteil i gewählt, wo das elektrische Felddirection advantageous, chosen along the axis of the accelerating core outer part i, where the electric field

nigungsröhre den Strahlenkanal umschließende trich- sein Maximum erreicht.inclination tube surrounding the radiation channel reaches its maximum.

terförmige Abschirmungen aus Blei oder einem an- In dem Ersaizschalibild (Fig. 2) entspricht derter-shaped shields made of lead or an- In the Ersaizschalibild (Fig. 2) corresponds to

deren Schwermetall vorzusehen. Widerstand 12 dem magnetischen Widerstand destheir heavy metal to be provided. Resistance 12 is the magnetic resistance of the

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausfiih- 5 Luftspaites 11. Die Widerstände 13 geben die ma-The invention will now be based on embodiment 5 airspaces 11. The resistors 13 give the maximum

rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnun- gnetisehen Widerstände der Lufispaite zwischen dention examples with reference to the drawings, the resistances of the air coil between the

gen näher erläutert; es zeigt Abschnitten 5 (Fig. 1) des Kern-inncnteils desgen explained in more detail; it shows sections 5 (Fig. 1) of the core inncnteils of the

, Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Be- Transformators wieder. Die Amperewindungen jedes, Fig. 1 shows a loading transformer designed according to the invention again. The ampere turns each

steuerungseinrichtung in schematischer Schnitt- der von den Abschnitten 5 getragenen Spulenpaare 8Control device in a schematic section of the coil pairs 8 carried by the sections 5

darstellung, io sind durch die äquivalente EMK jeder der Span-representation, io are represented by the equivalent emf of each of the

F i g. 2 das Ersatzschaltbild des magnetischen nungsquellen 14 dargestellt. Den Amperewindungen Kreises und der Sekundärwicklung des Transforma- der Induktionsspule ^XJ entspricht die LMK der Spantors, nungsquelle 15.F i g. 2 shows the equivalent circuit diagram of the magnetic voltage source 14. The LMK of the Spantors, voltage source 15, corresponds to the ampere turns of the circle and the secondary winding of the transformer of the induction coil ^X J.

Fig. 3 einen Teil der Beschleunigungsröhre mit Mit Hilfe des beschriebenen Schwingkreises läßtFig. 3 can be a part of the acceleration tube with the aid of the resonant circuit described

Abschirmungen im Schnitt, .15 sich eine erhebliche Reduzierung von Störschwankun-Shields in the section, .15 a considerable reduction in disturbance fluctuations

F i g. 4 das Ersatzschaltbild des Transformators, gen der Spannung an den Spulen H der Transforma-F i g. 4 the equivalent circuit diagram of the transformer, based on the voltage at the coils H of the transformer

F i g. 5 a den Spannungsverlauf an der Transfor- torensekundärwicklung ereichen,F i g. 5 a reach the voltage curve at the transformer secondary winding,

matorprimärwicklung, Der Transformator der vorliegenden Beschleuni-primary winding, the transformer of the present acceleration

Fig. 5b, 5c und 5d den Spannungs- und den gungseinrichtung ist auf maximale Güte ausgelegt.Fig. 5b, 5c and 5d the tensioning and the supply device is designed for maximum quality.

Stromverlauf an der Beschleunigungsröhre bei ver- 20 Diese wird durch optimale Auswahl des AbstandesCurrent curve at the acceleration tube at 20 This is determined by the optimal selection of the distance

schiedenen Betriebsarten der Einrichtung, zwischen den Abschnitten 5 des Kernes erreicht, dadifferent modes of operation of the device, achieved between sections 5 of the core since

Fig. 6 das Anschlußschaltbild von sechs Teilchen- die Güte des magnetischen Kreises des Transforma-Fig. 6 the connection diagram of six particles - the quality of the magnetic circuit of the transformer

beschleunigern an einem Dreiphasennetz, wobei die tors durch das Verhältnis I₁H₂ bestimmt wird, wobeiaccelerate on a three-phase network, where the tor is determined by the ratio I ₁ H ₂ , where

Beschleuniger als Gleichrichter dargestellt sind, und mit Z₁ der Abstand der Abschnitte 5 und mit I₂ derenAccelerators are shown as rectifiers, and with Z ₁ the distance between the sections 5 and I ₂ their

F i g. 7 eine Teilchenbeschleunigungseinrichtung in 25 Höhe bezeichnet ist.F i g. 7 a particle accelerator is designated at 25 height.

schematischer Schnittdarstellung, bei der die Trans- Um einen konstanten elektrischen Potential-schematic sectional view in which the trans- To a constant electrical potential-

formatorsekundärwicklung und der innere Kernteil gradienten zu erreichen, ist die innerhalb des Trans-to achieve secondary winding and the inner core part gradients, is the inside of the transformer

in zwei Hälften unterteilt sind. formatorkcrnes angeordnete Beschleunigungsrolle 16are divided in half. Formatorkcrnes arranged acceleration roller 16

Nach F i g. 1 weist die Einrichtung zum Beschleu- mit den Abschnitten 5 des Kernes verbunden,According to FIG. 1 shows the device for acceleration connected to sections 5 of the core,

nigen geladener Teilchen einen Resonanztransforma- 30 Die Elektroden 17 der Röhre sind in ihrer Nd-nigen charged particles a resonance transforma- 30 The electrodes 17 of the tube are in their Nd-

tor mit einem aus üblichem Transformatorstahl her- gung gegen die Röhrenachse verstellbar. In Fig. 3The gate can be adjusted against the tube axis using a standard transformer steel. In Fig. 3

gestellten Kern, einer Primärwicklung 3 und einer ist ein Teil der Beschleunigungsröhre 16 mit verstell-provided core, a primary winding 3 and one is part of the acceleration tube 16 with adjustable

Sekundärwicklung 4, sowie eine Beschleunigungs- baren Elektroden 17' dargestellt,Secondary winding 4, as well as accelerable electrodes 17 'shown,

röhre 16 auf. . Zum Schutz von Isolationsringen 18, der Ab-tube 16 on. . To protect insulation rings 18, the

Ein rohrartiger Kern-Innenteil 2 ist in mehrere 35 schnitte 5 des Transformatorkernes und anderenA tubular core inner part 2 is in several 35 sections 5 of the transformer core and others

gegeneinander isolierte Abschnitte 5 unterteilt, die Teilen der Beschleunigungseinrichtung gegen Strah-mutually insulated sections 5 divided, the parts of the acceleration device against radiation

von Isolatoren 6 gehalten sind und die Beschleuni- lung sind Abschirmungen 18' vorgesehen, die ausare held by insulators 6 and the acceleration, shields 18 'are provided which consist of

gungsröhre 16 konzentrisch umgeben. Ein topfförmig Blei oder einem anderen Schwermetall bestehen undsupply tube 16 surrounded concentrically. A cup-shaped lead or some other heavy metal are made and

geschlossener Kern-Außenteil 1 schließt am ge- eine trichterförmige Gestalt haben. Die Abschirmun-The closed outer core part 1 closes at the end having a funnel-shaped shape. The shielding

erdeten Ende des Kern-Innenteils 2 an und umfaßt .40 gen umgeben den Strahlenkanal, in dem sich diegrounded end of the core inner part 2 and comprises .40 gene surround the radiation channel in which the

diesen symmetrisch zu dessen Längsachse mit Ab- geladenen Teilchen bewegen, vollständig. Ein solchermove this symmetrically to its longitudinal axis with discharged particles, completely. Such a

stand. Strahlungsschutz ist besonders dann zweckmäßig,was standing. Radiation protection is particularly useful when

Die Primärwicklung 3 ist auf der inneren Mantel- wenn in der Beschleunigungsröhre Teilchcnstrahlen fläche des topfförmigen Kern-Außenteils 1 in Form hoher Intensität fließen, da in diesem Falle in der einer Spule mit einer Abschirmung 7 angeordnet und 45 Nähe der Röhrenachse eine Röntgenstrahlung beerstreckt sich in axialer Richtung etwa über die trächtlichcr Intensität entsteht.The primary winding 3 is on the inner jacket when particle beams are in the acceleration tube surface of the cup-shaped core outer part 1 flow in the form of high intensity, since in this case in the a coil with a shield 7 and 45 near the tube axis extends an X-ray radiation arises in the axial direction about the substantial intensity.

gleiche Höhe wie die Sekundärwicklung 4 auf der Am Hochspannungsende der Bcschleunigungsröhresame height as the secondary winding 4 on the high voltage end of the acceleration tube

Außenfläche des Kern-Inncnteils 2. Jeder Abschnitt 5 ist eine Teilchenquelle 19 (Fig. 1) vorgesehen, dieOuter surface of the core inner part 2. Each section 5 is provided with a particle source 19 (FIG. 1) which

des Kern-Iniienteils 2 trägt zwei ein Paar bildende ein Steuergitter 19' enthält. An Stolle des Steuor-of the core iniienteils 2 carries two a pair forming a control grid 19 'contains. At the taxor's tunnel

Spulcn 8, die in Reihe geschaltet sind und die Sekun- 50 gitters kann auch ein anderes den TeilcheiistromSpulcn 8, which are connected in series and the secondary 50 grids can also change the particle flow

därwicklung 4 bilden. Der Mittelpunkt jedes Spulen- steuerndes Element Verwendung linden.Form därwick 4. The center point of each coil-controlling element is used.

paars ist elektrisch mit dem Kernabschnitt verbunden. Im Ersatzschaltbild des Transformators (Fig. 4)paars is electrically connected to the core section. In the equivalent circuit diagram of the transformer (Fig. 4)

Die Windungszahl der Sekundärwicklung 4 und gibt eine Induktivität 20 die Traiisfi>nnatorsekundär-The number of turns of the secondary winding is 4 and gives an inductance 20 the traiisfi> nnatorsekretär-

die geometrischen Abmessungen des Transformators wicklung, ein Kondensator 21 die verteilte Kapazitätthe geometric dimensions of the transformer winding, a capacitor 21 the distributed capacitance

sind so gewählt, daß die¹ Eigenfrequenz des Trans- 55 der Beschleunigungseinrichtung, ein Widerstund 22are chosen so that the ¹ natural frequency of the Trans- 55 of the accelerator, a resistance 22

formators etwa der Induslrienet/.frcquenz (50 bis den llöhrenwiderstaud und eine Induktivität 23 dieformators about the industry / frequency (50 to the llöhrenwiderstaud and an inductance 23 the

60 Hz) entspricht. Slieuimluktivität der Tra:isformaioiprimärwieklimi',60 Hz). Slieuimluigkeit der Tra: isformaioiprimärwieklimi ',

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsvcr- wieder.To achieve a uniform tension again.

teilung in der Heschleunigimgsanordnung längs der Beim Beschleunigen von Teilchen eines hcstimm-division in the acceleration arrangement along the

Sekundärwicklung 4 ist an deren 1 lochspunnungs- 6< > ten l.udungssinncs sind mehrere Helriebsarten derSecondary winding 4 is 1 lochspunnungs- 6 < > th ludungssinncs are several types of drive

ende ein Schwingkreis vorgesehen, der grundsätzlich beschriebenen Einrichtung möglich,at the end of an oscillating circuit provided, the basically described device possible,

aus einer auf dem obersten der Abschnitte des Die Speisespannung C₁ (l'it·. 5n) wird au diefrom one on the top of the sections of the The supply voltage C ₁ (l'it ·. 5n) is au the

Kern-Innenleils 2 liegenden Induktionsspule') und Primärwicklung ties Ti an: i'oiniaiois angelegt. WennKern-Innenleils 2 lying induction coil ') and primary winding ties Ti an: i'oiniaiois applied. When

einem Kondensator 10 besteht. Die /aiii der Ampere- die TeilclK-nquelle iilicr die μαη/c Zeit t wirksama capacitor 10 consists. The / aiii the ampere- the partial clK-source iilicr the μαη / c time t effective

windungen der Induktionsspule¹) dieses Schwing- ^fi5 bleibt und Uns Steuerfelder aiii ÖII'iiiiiigspoUMUial lieirl,windings of the induction coil ¹ ) this oscillating ^fi 5 remains and Us control fields aiii ÖII'iiiiiigspoUMUial lieirl,

kreises ist in Übereinstimmung mit dein magnetischen llieül nur während jeder /weiten llalbperiode dercircle is in agreement with your magnetic llieül only during each / long half-period of the

Widerstand des l.uflspallcs Il zwischen dem ober- Speisespannung ein Slrom iliireh die Heschleuiiii'.ungs-Resistance of the l.uflspallcs Il between the upper supply voltage a Slrom iliireh the Heschleuiiii'.-

sten der Abschnitte des Kern-Imieuleils 2 und dem röhre. Dabei wird der Stialilsiroin / (Fig. 5h) durchmost of the sections of the core Imieuleils 2 and the tube. The Stialilsiroin / (Fig. 5h) is through

die Absaugspannung und durch den Maximalstrom der Teilchenquelle bestimmt.the suction voltage and determined by the maximum current of the particle source.

Des öfteren ist jedoch eine Betriebsweise üblich, bei der der Injektor nur für eine Impulsdauer T₁ geöil'nel ist, wahrend der die Beschleunigungsspannung angenähert, d.h. bis auf 10 bis 20% oder etwas darüber, je nach dem jeweiligen Einsatzzweck der Beschleunigungseinrichtung, konstant bleibt.Often, however, an operating mode is common in which the injector is only _{oiled for a pulse duration T 1} , while the acceleration voltage remains constant, ie up to 10 to 20% or slightly above, depending on the respective purpose of the acceleration device .

Von größtem Interesse ist dabei die Betriebsweise, bei der der durch die Bcschleunigungsröhre fließende Strom regulierbar ist.'Of greatest interest is the mode of operation in which the flow through the acceleration tube Electricity can be regulated. '

Hine rückgekoppelte Steuereinrichtung 24 (Fig. 1) steuert den Strom der Teilchenquelle 19 in der Weise, daß die Spannung U₂ an der Bcschleunigungsröhre (Fi ι». 5 d; die gestrichelte Kurve verläuft sinusförmig) über die slromabhängigc Änderung des Spannungsabfalls an der Induktivität 23, die der Streuinduktivität der Transformalorprimärwicklung entspricht (Fig. 4), konstant »ehalten wird. Auf diese Weise läßt sich die Ί eilchcnenergie während der Impulsdauer r, mit einer Genauigkeit von bis auf 1 % und sogar besser konstant halten.A feedback control device 24 (Fig. 1) controls the current of the particle source 19 in such a way that the voltage U ₂ at the acceleration tube (Fi ι ». 5 d; the dashed curve is sinusoidal) via the current-dependent change in the voltage drop across the inductance 23, which corresponds to the leakage inductance of the transformer primary winding (FIG. 4), is kept constant. In this way, the particle energy can be kept constant during the pulse duration r, with an accuracy of up to 1% and even better.

Zur gleichmäßigeren Belastung des Versorgungsnetzes, die bei Ausnutzung beider Spannungshalbwellen erreicht wird, kann die Beschleunigungsröhre zwei Teilchenqueüen, und zwar für Elektronen und für positiv geladene Ionen, enthalten. Dem gleichen Zweck kann auch eine Parallelschaltung zweier Einrichtungen zur Teücheubeschlcunigung in jedem Phasenzweig des Versorgungsnetzes dienen. Fig. 6 zeigt eine Anschlußmöglichkeit für sechs Teilchenbeschleuniger an ein Dreiphasennetz. Die Beschleunigiingscinrichtungen sind dabei vereinfacht als Gleichrichter 25 dargestellt.For a more even load on the supply network, which is achieved when both voltage half-waves are used, the acceleration tube contain two particle sources, one for electrons and one for positively charged ions. The same The purpose can also be a parallel connection of two devices to accelerate the particle acceleration in each Serve phase branch of the supply network. Fig. 6 shows a connection option for six particle accelerators to a three-phase network. The accelerating facilities are shown in simplified form as a rectifier 25.

Die Steuereinrichtung 24 für den Teüchenstrom der Röhre läßt sich auch fernsteuern, wobei die Möglichkeit zur Änderung der Impulsdauer τ, bzw. T₂, während der der Strom sich zwischen Null und einem für die betreffende Beschleunigungseinrichtung maximalen Wert ändert, gegeben ist.The control device 24 for the partial current of the tube can also be remotely controlled, with the possibility of changing the pulse duration τ or T ₂ , during which the current changes between zero and a maximum value for the acceleration device in question.

Bei einem Betrieb, der durch die Strom- und Spannungskcnnlinien nach Fig. 5d gekennzeichnet ist, beträgt beispielsweise der Maximalwert der Impulsdauer τ., etwa eine Vicrtelperiodc der Speisespannung U₁. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz bedeutct das also etwa τ., ,„„,-■= 5 Millisekunden. Größere Werte der Impulsdauer ergeben größere mittlere Stromwcrtc.In an operation which is characterized by the current and voltage curve lines according to FIG. 5d, the maximum value of the pulse duration τ is, for example, approximately one quarter of the supply voltage U ₁ . At a mains frequency of 50 Hz this means about τ.,, "", - ■ = 5 milliseconds. Larger values of the pulse duration result in greater mean currents.

Wenn die Tcilehcncncrgie innerhalb der Impulsdauer T₂ nach einer bestimmten Funktion geändert werden soll, so kann der Steuereinrichtung 24 ein Pi-ojjjriimrngcber vorgeschaltet werden (in der Zcichnuiui nicht aniicfcben).If the component is to be changed within the pulse duration T ₂ according to a specific function, the control device 24 can be preceded by a control device 24 (not indicated in the drawing).

Der Transformator der crfindungsi-cmiitt ausgebilde'en Bc.chlcunigungsnnlagc ist zusammen mit (!er Ik'iclileunii'iMH'sröhrc in einem gasgefüllten Geliäiisi· 2(\ (Fi/!. I) untergebracht, das unter einem Druck bis IO al oder darüber steht, wodurch die erforderliche elektrische Festigkeit der I.iiflspalte erreicht wird.The transformer of the built-in air conditioning unit is housed together with (! Er Ik'iclileunii'iMH'sröhrc in a gas-filled geliäi · 2 (\ (Fi / !. I), which is under a pressure of up to 10 or above it, whereby the required electrical strength of the oil gaps is achieved.

Um eine Teilchenbeschlcunigimg auf eine Fnergie zu ermöglichen, die über dem Maximalwert der Tr;uisf< >rmator:;pniinimj', lici't, kann ein Verfahren hcranj'c/o!'cn werden, nach dem die Teilchen während des Bescliletmi/'unfsvorgangcs ihren I.adunj'ssinn wechseln, wir beispielsweise bei der Beschleunigung negativer Ionon mit einem I.;icliin;>s:iir:f;iiiscli auf der Jloclispaniimu'ssdlc der Beschloimiiningsröhre. Dabei werden in der Beschleunigungsröhre gleichzeitig zwei entgegengesetzt geladene Teilchenbündel beschleunigt. Das eine Bündel wird durch negativ geladene Ionen gebildet, die sich in Richtung höheren Potentials bewegen, während das zweite Bündel aus positiv geladenen Ionen besteht, die sich in entgegengesetzter Richtung bewegen. Auf dem Hochspannungsende der Beschleunigungseinrichtung müßte dazu eine Umladeeinrichtung und ein Magnet zur Umlenkung des Bündels der positiv geladenen Ionen um 180° angeordnet sein.To accelerate a particle to an energy to enable that above the maximum value of Tr; uisf < > rmator:; pniinimj ', lici't, can be a procedure hcranj'c / o! 'cn, after which the particles during of the bescliletmi / 'unfsvorgangcs their sense of adunj alternate, for example when accelerating negative ionons with an I.; icliin;> s: iir: f; iiiscli on the Jloclispaniimu'ssdlc of the Beschloimiiningsröhre. Two oppositely charged particle bundles are simultaneously generated in the acceleration tube accelerated. One bundle is formed by negatively charged ions that move in the direction of move higher potential, while the second bundle consists of positively charged ions that move move in the opposite direction. On the high voltage end of the accelerator this would require a reloading device and a magnet to deflect the bundle of the positively charged Ions can be arranged by 180 °.

Neben der zuletzt beschriebenen Anordnung ist eine weitere nach dem gleichen Verfahren arbeitende Beschleunigungseinrichtung möglich, bei der die Teilchen ihre Bewegungsrichtung nicht umkehren.In addition to the arrangement described last, there is another one that works according to the same procedure Acceleration device possible in which the particles do not reverse their direction of movement.

Die Sekundärwicklung des Transformators besteht dazu aus zwei Hälften 27 und 28 (F i g. 7) mit entgegengesetztem Wickelsinn. Anfang und Ende der Sekundärwicklung liegen auf Erdpotential. Der Mittelpunkt der Wicklung, in dem sich der Wickelsinn umkehrt, führt die maximale Spannung. In diesem Mittelabschnitt des Transformators befindet sich eine Teilchcnumladeeinrichtung 29.The secondary winding of the transformer consists of two halves 27 and 28 (FIG. 7) with opposite halves Winding sense. The beginning and end of the secondary winding are at ground potential. The middle-point the winding, in which the winding direction is reversed, carries the maximum tension. In this A particle charging device 29 is located in the middle section of the transformer.

Die zuletzt beschriebene Beschleunigungseinrichtung läßt einen Teüchenstrom ereichen, der gegenüber den bekannten elektrostatischen Beschleunigern mit Teilchenumladung (Tandemanordnung) um das 100- bis lOOOfachc höher liegt.The acceleration device described last allows a partial flow to be reached, the opposite the well-known electrostatic accelerators with particle charge reversal (tandem arrangement) around the 100 to 100 times higher.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Einrichtung zum Beschleunigen geladener Teilchen mit einer Beschleunigungsröhre, deren Teilchenquelle eine Steuerelektrode aufweist, die mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Emissionsstromes in Abhängigkeit von der Phasenlage der beschleunigenden Hochspannung verbunden ist, sowie mit einem Resonanztransformator, dessen Sekundärwicklung in mehrere Teilwicklungen unterteilt ist und die Beschleunigungsröhre koaxial umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanztransformator einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Kern zur Aufnahme des magnetischen Flusses aufweist, der aus einem rohrartigen, aus mehreren gegeneinander isolierten Abschnitten (5) bestehenden, die Bcschleunigungsröhre (16) konzentrisch umgebenden inneren Teil (2) und aus einem sich an einem geerdeten Ende des Transformators an den inneren Kernteil (2) anschließenden, topfförmig geschlossenen und den inneren Kernteil (2) symmetrisch zu dessen Längsachse mit Abstand umschließenden äußeren Teil (!) aufgebaut ist, daß die Primärwicklung (3) auf der inneren Mantelfläche des (opfförmigen äußeren Kcrnteils(l) und die sich in axialer Richtung über etwa die gleiche Höhe erstreckende Sekundärwicklung (4) auf der Außenfläche des inneren Kernteils (2) angeordnet ist und daß die Steuereinrichtung (24) derart ausgebildet und geschaltet ist, daß sie den F.missionsstrom über die Steuerelektrode (!<)') in mit der Frequenz der Bcschlninigunusspannuni: synchronen Impulsen in derartiger Zeitabhängii'keit steuert, daß während der Impulsdauer (7·.,) unter Ausnutzung des strom-1. Device for accelerating charged particles with an acceleration tube whose Particle source has a control electrode which is connected to a control device for controlling the Emission current as a function of the phase position of the accelerating high voltage is connected, as well as with a resonance transformer, whose secondary winding in several Partial windings is subdivided and surrounds the acceleration tube coaxially, characterized in that that the resonance transformer has a core made of ferromagnetic material to accommodate the magnetic Has flow, which consists of a tubular, from several mutually isolated sections (5) existing, the acceleration tube (16) concentrically surrounding inner part (2) and from one connected to the inner core part (2) at a grounded end of the transformer, cup-shaped closed and the inner core part (2) symmetrical to its longitudinal axis with spaced outer part (!) is constructed that the primary winding (3) on the inner surface of the (cup-shaped outer Kcrnteils (l) and which extends in the axial direction Secondary winding (4) extending over approximately the same height on the outer surface of the inner Core part (2) is arranged and that the control device (24) is designed and switched in such a way is that the F.missionsstrom over the control electrode (! <) ') in with the frequency of the connection voltage: synchronous pulses in such a time dependence controls that during the pulse duration (7 ·.,) using the current abhängigen Spannungsabfalls im Resonanztransformator die Beschleunigungsspannung innerhalb vorgegebener Grenzen konstant gehalten wird.dependent voltage drop in the resonance transformer, the acceleration voltage within given limits is kept constant. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite der Primärwicklung (3) eine Abschirmung (7) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that on the inside of the primary winding (3) a shield (7) is arranged. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung längs der Sekundärwicklung (4) an deren Hochspannungsende ein Schwingkreis (9, 10) vorgesehen ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that to achieve a Uniform voltage distribution along the secondary winding (4) at its high-voltage end an oscillating circuit (9, 10) is provided. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrartige4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tubular innere Kernteil senkrecht zur Rohrachse in zwei Hälften getrennt ist, auf deren jeder eine Hälfte (27 bzw. 28) der Sekundärwicklung angeordnet ist, wobei die zwei Hälften (27 bzw. 28) der Sekundärwicklung entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen, und daß im Mittelabschnitt der Beschleunigungsröhre eine Teilchen-Umladeeinrichtung (29) angeordnet ist (F i g.'7).inner core part perpendicular to the pipe axis is separated into two halves, on each of which one half (27 or 28) of the secondary winding is arranged, the two halves (27 and 28) of the secondary winding have opposite winding directions, and that in the central portion of the acceleration tube a particle transfer device (29) is arranged (Fig. 7). 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschleunigungsröhre entlang deren Achse den Strahlenkanal umschließende trichterförmige Abschirmungen (18' in Fig. 3) aus Blei oder einem anderen Schwermetall vorgesehen sind.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the acceleration tube funnel-shaped shields enclosing the radiation channel along the axis thereof (18 'in Fig. 3) made of lead or another heavy metal are provided. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 619/133 1 sheet of drawings 109 619/133