DE3705294A1

DE3705294A1 - Magnetisches ablenksystem fuer geladene teilchen

Info

Publication number: DE3705294A1
Application number: DE19873705294
Authority: DE
Inventors: Berthold Krevet
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1987-02-19
Filing date: 1987-02-19
Publication date: 1988-09-01
Also published as: EP0348403A1; JPH02502684A; WO1988006394A1; EP0348403B1; DE3705294C2; US4902993A

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Ablenksystem für ge ladene Teilchen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Für die Führung von Teilchenstrahlen auf Kreisbahnen, insbe sondere in einem Synchrotron oder Massenspektrometer, sind hohe Magnetfeldstärken nötig, die mit speziell geformten Bie gemagneten erzeugt werden.

Der Ablenkradius r₀ ist eine Funktion des Teilchenimpulses und des Magnetfeldes . Es gilt

wobei q die Ladung des Teilchens ist.

Bei vorgegebenem Teilchenimpuls muß zum Erzeugen kleiner Ab lenkradien r₀ das Magnetfeld möglichst groß sein. Bei Eisen magneten liegt aber eine technisch realisierbare Grenze bei 1,8 T. Höhere Felder sind mit supraleitenden Spulen erreich bar.

Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise derartiger Ab lenksysteme sind z. B. der Veröffentlichung KFK 3976, Septem ber 1985, ISSN 0303-4003, mit dem Titel "Entwurf einer Syn chrotronstrahlungsquelle mit supraleitenden Ablenkmagneten für die Mikrofertigung nach dem LIGA-Verfahren" zu entnehmen.

Darin sind Spulenkonzepte für supraleitende Ablenkmagnete be schrieben, bei denen das senkrecht auf der Sollbahnebene ste hende magnetische Führungsfeld mit Spulen erzeugt wird, deren Windungsflächen parallel zur Sollbahnebene angeordnet sind. Die Windungsflächen weisen zwei lange, parallel zur Teilchen bahn verlaufende und zwei kurze, die Teilchenbahn überque rende Seiten auf. Das erforderliche Magnetfeld wird von elek trischen Strömen erzeugt, die parallel zur Teilchenbahn ver laufen. Die die Teilchenbahn überquerenden Ströme bewirken eine Feldüberhöhung und eine Feldverzerrung, die eine starke Bahnstörung verursachen. Dieser Effekt ist umso größer, je näher die Wickelpakete an die Teilchenbahn herangeführt wer den. Diese Bahnstörungen werden reduziert, indem die die Teilchenbahn überquerenden Wicklungsbereiche von der Soll bahnebene weggeführt werden. Dabei ergeben sich komplizierte Spulengeometrien mit beträchtlichen Fertigungsproblemen, ins besondere bei Verwendung von Supraleitern. Supraleitende Spu len werden nach dem Vorspannungsprinzip hergestellt, um eine Leiterbewegung zu verhindern, die als eine der einen Quench auslösenden Ursachen gilt. Bei den hier betrachteten Spulen nach dem Stande der Technik durchläuft ein die Windungsfläche umschließender Leiter einen äußeren Radius <r₀ und einen inneren Radius <r₀, wobei r₀ den Ablenkradius darstellt. Im Bereich des inneren Radius kann beim Wickeln der Spule keine Vorspannung aufgebracht werden. Demzufolge muß die Vor spannung durch eine Umklammerung des Spulensystems erfolgen. Bei einem Synchrotron wird aber eine Anordnung gefordert, bei der das erzeugte Synchrotronlicht in der Ebene der Umlaufbahn der Teilchen tangential aus dem Magnetsystem austreten kann. Demzufolge dürfen nur Klammern eingesetzt werden, die das Spulensystem nicht vollständig umschließen.

Solche Klammerelemente sind aus der DE-PS 35 11 282 bekannt. Darin wird ein supraleitendes Magnetsystem für Teilchenbe schleuniger einer Synchrotron-Strahlungsquelle beschrieben, bei dem die Windungsflächen der Spulen parallel zur Soll bahnebene angeordnet sind und die Windungen die Teilchenbahn überqueren.

Der Erfingung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetkonzept für das eingangs genannte magnetische Ablenksystem anzugeben, das unter Reduzierung des konstruktiven Aufwandes realisiert werden kann und durch eine einfache Fertigungstechnik den Einsatz supraleitender Spulen erleichtert.

Die Aufgabe wird mittels der im kennzeichnenden Teil des An spruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen magnetischen Ablenk systems an.

Die durch die erfindungsgemäße Spulenanordnung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die Spulen nach dem Vorspannungsprinzip gefertigt werden können, indem der Leiter in herkömmlicher Technik mit Zugspannung gewickelt wird und die Wickelpakete an den Magnetenden nicht über die Teilchenbahn geführt werden. Außerdem steht zum Herausführen der Synchrotronstrahlung ein ausreichend großer Spalt zur Verfügung, ohne auf Klammern verzichten zu müssen, wenn diese nicht ohnehin auf Grund der Wickeltechnik überflüssig sein sollten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei spiels mittels der Fig. 1 bis 3 beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine 3-dimensionale Darstellung eines aus 4 Spulen bestehenden Magnetsystems,

Fig. 2 einen Schnitt in der (x,y)-Ebene aus Fig. 1 und Fig. 3 ein Wickelpaket, das aus einem Doppelpancake besteht.

Gemäß Fig. 1 besteht das magnetische Ablenksystem aus 4 Spu len 1, 2, 3, 4, deren räumliche Anordnung anhand des einge zeichneten (x,y,z)-Koordinatensystems erkennbar ist. Die Sollbahnebene S _E liegt in der (x,z)-Ebene, in der die Ablenk bahn zwischen den Spulen und parallel zu diesen den Koordina tensprung durchläuft. Die Windungsflächen mit der der Soll bahn angepaßten Krümmung r r₀ sind senkrecht zur Sollbahn ebene S _E ausgerichtet.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Spulensystem in der (x,y)-Ebene. Schematisch ist die vom magnetischen Führungs feld und dem Ablenkradius r₀ aufgespannte Fläche A₀ gezeigt, die senkrecht die in der (x,z)-Ebene liegende Sollbahnebene S _E schneidet. Beidseitig der Fläche A₀ sind die Spulen 1, 2, 3, 4 so angeordnet, daß sie die Fläche A₀ nicht schneiden. Die Windungsflächen der Spulen 1, 2, 3, 4 können, wie hier dargestellt, parallel oder auch geneigt zur Fläche A₀ ausge richtet sein.

Fig. 3 zeigt eine Wicklung des Ablenksystems, die aus einem Doppelpancake besteht. Es handelt sich um eine Wickeltechnik, die vorzugsweise bei der Herstellung supraleitender Wicklun gen angewandt wird. Die Wickelscheibe 5 mit dem kleineren Krümmungsradius r₁ r₀ wird zuerst hergestellt und stützt beim Wickeln die zweite Wickelscheibe 6 mit dem Krümmungsra dius r₂<r₁. Dabei kann der Leiter immer unter Zug gewickelt werden. Nach Bedarf können mehrere Doppelpancakes zu einem Wickelpaket in Reihe geschaltet werden. Die immer am größten Wickeldurchmesser befindlichen Leitungsenden 7, 8, erleich tern die Verbindungen zwischen den Doppelpancakes. Bei dieser Spulenform kann der Leiter auch in jeder anderen Wickeltech nik unter Zug verarbeitet werden.

Claims

1. Magnetisches Ablenksystem für geladene Teilchen mit einer Spulenanordnung zum Erzeugen eines senkrecht auf der Soll bahnebene stehenden magnetischen Führungsfeldes, mit dem die Teilchen auf einer Ablenkbahn mit dem Ablenkradius r₀ geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je weils zwei Spulen übereinander beidseitig einer von der Richtung des magnetischen Führungsfeldes und dem Ablenkra dius r₀ aufgespannten Fläche A₀ derart angeordnet sind, daß ihre Windungsflächen die Fläche A₀ nicht schneiden.

2. Magnetisches Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Windungsflächen der Spulen parallel zur Fläche A₀ angeordnet sind.

3. Magnetisches Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Windungsflächen der Spulen gegenüber der Fläche A₀ geneigt angeordnet sind.

4. Magnetisches Ablenksystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Spulen supraleitend sind.

5. Magnetisches Ablenksystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Spulen ober halb und mindestens zwei unterhalb der Sollbahnebene S _E angeordnet sind.

6. Magnetisches Ablenksystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen aus mindestens einem Doppelpancake bestehen.