DE1077802B

DE1077802B - Teilchenbeschleuniger vom Synchrotrontyp mit wenigstens zwei Beschleunigungs-hohlraeumen

Info

Publication number: DE1077802B
Application number: DEC14527A
Authority: DE
Inventors: Ilia Podliasky
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1956-03-16
Filing date: 1957-03-14
Publication date: 1960-03-17
Also published as: BE555731A; US3043986A; GB844530A; FR1145828A; LU34990A1; CH350731A; NL215323A; NL104090C

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Teilchenbeschleuniger der Synchrptronbauart zur Erzielung von Protonen mit sehr hohen Energien (mehrere oder mehrere zehn Milliarden Elektronenvolt).

Diese Beschleuniger benutzen Beschleunigungshohlräume, welche ein Hochfrequenzfeld erzeugen, das den Teilchen bei ihrem Vorbeigang an einer bestimmten Stelle einer ringkörperförmigen Vakuumkammer einen oder mehrere Impulse erteilt. Diese Impulse werden durch das zwischen den Unterbrechungslippen dieser Hohlräume herrschende elektrische Feld erzeugt.

Die Erfindung betrifft im besonderen derartige Beschleuniger, bei welchen zwei aufeinanderfolgende Hohlräume in einen Schwingkreis eingeschaltet sind, der mit einer Hochfrequenzspannungsquelle verbunden ist, deren Frequenz zyklisch veränderbar ist, wobei die Ausbildung des Schwingungskreises so getroffen ist, daß die Selbstinduktivität der die Frequenz bestimmenden Teile desselben so veränderbar sind, daß der Schwingungskreis beständig in Resonanz bleibt.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, derartige Beschleuniger so auszubilden, daß sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen, indem sie insbesondere weniger empfindlich gegen die Störwirkungen der Selbstinduktivität der den Hohlraum mit Hochfrequenz erregenden Leiter und gegen die gegenseitige Einwirkung zwischen dem Hochfrequenzstromkreis und dem Stromkreis zur Gleichstrommagnetisierung der Selbstinduktionsteile sind.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die die Selbstinduktivität bestimmenden Teile unmittelbar zwischen die beiden aufeinanderfolgenden Hohlräume mit Hilfe von elektrischen Verbindungen geschaltet sind, welche verschieden und galvanisch getrennt sind von demjenigen Teil der Verbindungen für den Anschluß der Hochfrequenzspannungsquelle an die genannten Hohlräume, der eine störende Selbstinduktivität besitzt.

Als Beispiel von Hohlräumen, auf welche die Erfindung anwendbar ist, kann man die unter dem Namen Triftröhre bekannte Anordnung erwähnen, welche schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Fig. 1 sind bei 1 und 2 die beiden Enden eines in geeigneter Weise metallisierten Abschnitts einer Vakuumkammer dargestellt. Die der strichpunktierten Längsachse der Vakuumkammer folgenden Teilchen durchqueren die Zwischenräume 3 und 4 zwischen den Enden 1 und 2 und dem die Triftröhre bildenden Metallrohr 5.

Eine von dem elektronischen Generator 6 mit veränderlicher Frequenz erzeugte Hochfrequenzspannung Teilchenbeschleuniger vom Synchrotrontyp mit wenigstens zwei Beschleunigungshohlräumen

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique,
Paris

Vertreter: Dr. phil. W. P. Radt, Patentanwalt,
Bochum, Heinrich-König-Str. 12

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 16. März 1956

Ilia Podliasky, Asnieres, Seine (Frankreich,),
ist als Erfinder genannt worden

wird zwischen dem Rohr 5 und den Enden 1 und 2 mittels einer Leitung 7 angelegt, welche einen Isolator 8 durchdringt. Die gesamte Anordnung ist in ein Metallgehäuse 9 eingeschlossen, welcher die nachstehend »Beschleunigungshohlraum« genannte An-Ordnung bildet. Das Gehäuse 9 ist elektrisch mit den Enden 1 und 2 verbunden und dient zur Verhinderung des Austrittes der elektromagnetischen Strahlung in den Außenraum und zur Abschirmung der elektromagnetischen Induktionen.

Die durch das Rohr 5 einerseits und die Enden 1 und 2 und den Beschleunigungshohlraum 9 andererseits gebildete Anordnung verhält sich wie ein Kondensator, welcher selbsttätig in an sich bekannter Weise auf jede Frequenz des (frequenzmodulierten) Generators 6 mit Hilfe von Induktivitäten 10 und 11 abgestimmt wird, die parallel zu dem Kondensator geschaltet sind und mit diesem einen Stromresonanzkreis bilden. Die Spulen der Induktivitäten 10 und 11 sind auf im allgemeinen aus Ferriten bestehenden ferromagnetischen Kernen mit geringen Hochfrequenzverlusten gewickelt. Diese Spulen erhalten außer der sie durchfließenden Hochfrequenz von einer äußeren Stromquelle 12 einen Gleichstrom, welcher in Abhängigkeit von den Frequenzänderungen der Hochfrequenz langsam veränderlich ist und zur Änderung der Gleichstrommagnetisierung der Kerne dient.

Die durch diese Änderung veränderlich gemachte differentielle Permeabilität der Kerne bewirkt eine derartige Veränderung der Induktivitäten 10 und 11,

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daß kontinuierlich und für jeden Frequenzwert des Hochfrequenzgenerators 6 die Resonanzbedingung erfüllt und die Abstimmung des obigen Schwingungskreises erhalten bleibt. Die Kondensatoren 13, 14 und dienen zur Trennung des Hochfrequenzstromkreises von dem zur Änderung der Kernmagnetisierung dienenden Gleichstrom.

Fig. 2 zeigt die der Schaltung der Fig. 1 gleichwertige elektrische Schaltung. In Fig. 2 bezeichnet L die veränderliche Selbstinduktivität der Induktivitäten und 11 der Fig. 1, C die Kapazität der durch die Teile 1, 2, 9 einerseits und 5 andererseits gebildeten Anordnung und / die Selbstinduktivität des Leiters 7 zur Zuführung der Hochfrequenz.

In derartigen Anlagen, bei welchen jedoch außerdem besondere Bedingungen (z. B. die Benutzung von Oberwellen der Rotationsfrequenz der Teilchen usw.) zur immer größeren Erhöhung der Frequenz des Generators 6 führen, weist die obige Anordnung eine gewisse Zahl von Nachteilen auf, welche um so schwerwiegender sind, je größer die Frequenz wird:

a) Die Beaufschlagung der Triftröhre 5 durch den Generator 6 erfolgt durch den Leiter 7 an einem Punkte mit niedriger Impedanz (Fig. 1 und 2), da ja die Kapazität zwischen dem Rohr 5 und der durch die Abschnitte 1 und 2 des Hohlraumes 9 gebildeten Anordnung praktisch ziemlich groß ist. Hieraus ergibt sich, daß die Eigeninduktivität des Leiters 7 eine schädliche Rolle spielt, indem sie das Potential des Rohres 5 mit der Erhöhung der Frequenz des Generators 6 während des Beschleunigungszyklus und mit der Annäherung der Teilchen an die Auftreffscheibe erniedrigt. Gleichzeitig tritt aus dem gleichen Grunde eine schwer kontrollierbare Phasenverschiebung zwischen der Spannung des Generators 6 und der Spannung des Gleitrohres 5 auf.

b) Bei einer Erhöhung der Frequenz wird die Trennung des Hochfrequenzstromkreises von dem Stromkreis zur Änderung der Kernmagnetisierung mittels der Kondensatoren 13, 14 und 15 immer schwieriger, und die Hochfrequenzströme treten mehr oder weniger in den Gleichstromgenerator 12 über, was unerwünscht ist.

c) Bei der Anordnung der Fig. 1 müssen Hochfrequenzströme und die Ströme zur Gleichstrommagnetisierung der Kerne in den gleichen Wicklungen 10 und 11 fließen. Da die Windungszahl dieser Wicklungen notwendigerweise klein ist (zur Vermeidung der »Wicklungswirkungen« bei Hochfrequenz, des Auftretens von unkontrollierbaren stehenden Wellen usw.), muß die Stromquelle 12 meistens einen Strom großer Stärke (Tausende von Ampere) unter einer niedrigen Spannung liefern. Dies bringt Herstellungsschwierigkeiten mit sich, und der Generator 12 wird für die Lieferung von veränderlichen Strömen schwerer steuerbar. Dieser Generator 12 wird häufig verwickelter und kostspieliger als der Hochfrequenzgenerator 6 selbst.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteilen abzuhelfen.

Hierfür werden die die Selbstinduktivität bestimmenden Teile unmittelbar einerseits zwischen die der Hochfrequenz ausgesetzten Elektrode (insbesondere der Triftröhre) und andererseits die andere Elektrode (insbesondere den geerdeten Beschleunigungshohlraum) mit Hilfe Von elektrischen Verbindungen geschaltet, welche verschieden und galvanisch getrennt sind von denen, die die Hochfrequenzspannungsquelle mit den genannten Hohlräumen verbinden.

Ferner wird zweckmäßig die der Hochfrequenz ausgesetzte Elektrode mit einem Mantel versehen, welcher wenigstens teilweise doppelt ausgebildet ist, wobei dessen Außenwand mittels wenigstens zweier Hohlleiter, welche mit einem ferromagnetischen Werkstoff mit geringen Hochfrequenzverlusten, ζ. Β. Ferrit,

ίο umgeben sind, mit der Wand des »Beschleunigungshohlraumes« verbunden ist. Dabei ist eine Wicklung zur Magnetisierung dieses Werkstoffs in der Ausnehmung angeordnet, welche durch das Innere dieser Hohlleiter und den Hohlraum zwischen den beiden Wänden des Doppelmantels gebildet wird. Die durch diese Leiter, die diese umgebenden Ferritringe und die Magnetisierungswicklung gebildete Anordnung bildet die obigen Selbstinduktivitätsteile.

Da die Resonanzbedingung zwischen der Kapazität des Hohlraumes und den Induktivitäten der Säulen selbsttätig in bekannter Weise während des ganzen Beschleunigungszyklus aufrechterhalten werden soll, ist die durch den Beschleunigungshohlraum und die gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung mit Ferriten versehenen Hohlleiter gebildete Anordnung von dem Hochfrequenzgenerator aus gesehen einem hohen Widerstand gleichwertig. Infolgedessen wird der Einfluß der Eigeninduktivität des Zuführungsleiters selbst bei hohen Frequenzen vernachlässigbar.

Ferner ist die Anordnung der Magnetisierungswicklung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung so beschaffen, daß diese vollständig den elektrischen und magnetischen Induktionen des in dem Hohlraum herrschenden Feldes entzogen ist. Anders ausgedrückt, die Gegeninduktivität zwischen dem Magnetisierungsstromkreis und dem Hochfrequenzstromkreis ist Null. Die von Ferriten umgebenen Hohlleiter (oder Säulen) können die Sekundärwicklung eines Hochfrequenztransformators bilden, dessen Pritnärwicklung durch einige Windungen gebildet wird, welche die Ferrite umgeben und zwischen diesen und den Säulen hindurchlaufen. Die von zwei Ferritrohren getragenen Primärwindungen können in Reihe miteinander geschaltet werden und zur Erregung des Hohlraums durch einen symmetrischen Hochfrequenzverstärker (Gegentaktverstärker) dienen.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 8 beispielshalber erläutert.

Fig. 3 zeigt in einem Schnitt durch die Achse der Vakuumkammer ein Ausführungsbeispiel eines Beschleunigungshohlraumes gemäß der Erfindung;

Fig. 4 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild dieses Beschleunigungsrohres des Beispiels der Fig. 3;
Fig. 5 ist eine schaubildliche Ansicht der Ausführung der Fig. 3, wobei ein Teil der Vorderwand des Beschleunigungshohlraumes ausgeschnitten gedacht ist; Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines

Beschleunigungshohlraums gemäß der Erfindung;

Fig. 7 zeigt in einem Schnitt durch die Achse der Vakuumkammer ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Beschleunigungshohlraums gemäß der Erfindung, bei dem die Hohlleiter die Sekundärwicklung eines Hochfrequenztransformators bilden;

Fig. 8 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des in Fig. 7 dargestellten Beschleunigungshohlraums.

Bei dem ersten, schemafisch in Fig. 3 (Schnitt längs der Achse der Vakuumkammer) und Fig. 5 (schaubildlich) dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Beschleunigungshohlraum die unter dem Namen Triftröhre bekannte Anordnung auf. Die Triftröhre 16 ist

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von den beiden metallisierten Abschnitten 17 und 18 der Vakuumkammer durch Isolierringe 19 und 20 getrennt. Die nicht dargestellten Dichtungen sind auf beliebige Weise vakuumdicht gemacht und gestatten die Aufrechterhaltung des Atmosphärendrucks in dem Gehäuse 21, während der Druck in der Vakuumkammer größenor.dnungsmäßig 10—⁵ mm Hg beträgt.

Die Triftröhre 16 wird hier durch einen vollständigen Doppelmantel gebildet, dessen Außenwand und Innenwand mit 22 bzw. 23 bezeichnet sind. Die zu beschleunigenden Teilchen gehen durch das Innere der durch die Innenwand 23 begrenzten Innenkammer, in welcher Vakuum herrscht.

Über dem Rohr 16 erheben sich zwei hohle leitende Säulen 24 und 25, welche von der Außenwand 22 des Rohres 16 bis zu der Wand des Hohlraums 21 reichen.

Die hohlen Säulen 24 und 25 erfüllen eine doppelte Aufgabe, nämlich die Aufgabe von Induktivitäten für den Hochfrequenzkreis und die von Schutzschirmen für die Magnetisierungswicklungen, von denen zur Vereinfachung der Zeichnung nur eine einzige Schleife bei 26 dargestellt ist.

Die Säulen 24 und 25 werden von Scheiben oder Ringkörpern 27 aus Ferriten umgeben, deren Stapel über den größten Teil der Säulenhöhe reicht. Die differentielle Permeabilität dieser Ferritringkörper wird durch eine Gleichstrommagnetisierung mittels einer Wicklung 26 mit zahlreichen Windungen verändert, von denen nur eine in Fig. 3 dargestellt ist.

Der langsam veränderliche Strom, welcher von einer der obigen Stromquellen 12 entsprechenden Stromquelle 12a geliefert wird, durchfließt die Magnetisierungswicklung 26. Diese Stromquelle kann teilweise durch einen Phasendiskriminator gesteuert werden, welcher auf die Phase zwischen dem Strom und der Hochfrequenzspannung anspricht, welche dem Hohlraum 21 von einem dem obigen Hochfrequenzgenerator 6 entsprechenden Hochfrequenzgenerator 6 α geliefert werden.

Ein Pol dieses Generators ist mit einem Ende des Hohlraums 21 verbunden, während sein anderer Pol über den Leiter 28 mit der Außenwand 22 des Rohres 16 verbunden ist.

Man kann auch in die Magnetisierungswicklung 26 einen geeignet gefilterten Teil des den Elektromagneten des Synchrotrons durchfließenden Stroms schicken. Dies ist besonders dann angezeigt, wenn dieser Strom durch eine elektronische Vorrichtung gefiltert wird und nur sehr geringe Oberwellen in dem Frequenzband enthält, welches die Schwingungen des in der Achse des Rohres 16 verlaufenden Ionenbündels erregen kann.

Die Wicklung 26 verläuft innerhalb der Säulen 24 und 25 und in dem Raum zwischen den Wänden 22 und 23 der Triftröhre 16. Sobald die Dicke der Wände 22 und 23 sowie die der Säulen 24 und 25 merklich die »Eindringtiefe« des Flusses in das Innere dieser Wände (»Schale« der Hautwirkung bei Hochfrequenz) übersteigt, d. h. praktisch sobald die Dicke der Wände 22, 23, 24 und 25 1 mm für Aluminium, Kupfer usw. übersteigt, ist die Wicklung 26 vollständig gegen das in dem Hohlraum 21 herrschende elektromagnetische Feld geschützt, was ein wesentlicher Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung ist.

Der durch den Leiter 28 ankommende Hochfrequenzstrom verteilt sich auf die Kapazität des Gleitrohres 16 (zwischen 22-23 und 17-18-21) und zwei parallel geschaltete Induktivitäten, welche durch die mit Ferriten 27 umgebenen Säulen 24 und 25 gebildet werden.

Fig. 4 zeigt schematisch den elektrischen Hochfrequenzkreis des Beispiels der Fig. 3. Mit L₁ I und C sind die veränderlichen Selbstinduktivitäten, die Eigeninduktivität des Zuführungsleiters 28 bzw. die Kapazität der einerseits durch den Teil 16 und andererseits durch die Teile 17, 18 und 21 gebildeten Anordnung bezeichnet.

Da der Wert der Induktivitäten von dem magnetisierenden Strom abhängt, wird dieser zeitlich so geregelt, daß die Abstimmung zwischen der Gesamtheit der Induktivitäten und der Kapazität der Triftröhre jedem Wert der Frequenz entspricht. Bei Resonanz verhält sich die gesamte Vorrichtung zwischen dem Leiter 28 und dem Hohlraum 21 wie ein hoher Widerstand. Die Beaufschlagung des Leiters 28 erfolgt hier an der Verbindungsstelle B zwischen der Induktivität und der Kapazität (Fig. 3 und 4), an welcher die Impedanz ihren Höchstwert hat. Der Wert der Induktivität des Leiters 28 hat daher nur einen sehr geringen Einfluß auf die Hochfrequenzbeschleunigungsspannung zwischen den Enden 17 und 18 und dem Gleitrohr 16 sowie auf die Phasenverschiebung zwischen dieser Spannung und der des Hochfrequenzgenerators. Dies ist ein besonders wichtiger Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung.

Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Hohlraum ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch, daß die mittlere Länge des Magnetfeldes innerhalb der die Säulen 24 und 25 umgebenden Ferrite erheblich geringer ist als bei den bisher bekannten induktiven Hohlräumen. Dies führt zu einer bedeutenden Einsparung an Magnetisierungsamperewindungen, was sich auf die Vereinfachung der die Magnetisierungsquelle bildenden Apparatur vorteilhaft auswirkt.

Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform (Fig. 7 und 8, in denen die Bezugszeichen dieselben sind wie in den Fig. 3 und 5) kann man auch den hohlen Säulen 24 und 25 die Aufgabe von Sekundärwicklungen eines Hochfrequenztransformators zur Erhöhung der von der Hochfrequenzquelle aus gesehenen Reaktanz (Blindwiderstand) des Hohlraums erteilen. In diesem Fall werden die Ferrite von einigen Windungen umgeben, welche parallel zu den Säulen 24 und 25 innerhalb und außerhalb der Ferritscheibeh 27 verlaufen. Die Verbindung 28 fällt dann fort und wird durch die Ausgänge dieser Primärwicklungen ersetzt. Diese können miteinander in Reihe geschaltet und durch eine zu dem Boden symmetrische Hochfrequenzquelle gespeist werden.

Diese letztere Quelle kann z.B. ein Gegentaktverstärker sein, dessen vorteilhafte Eigenschaften bekannt sind (Ausscheidung gerader Harmonischer, hoher Wirkungsgrad). Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen mit einer üblichen Triftröhre kann die gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung durch einen symmetrischen Verstärker gespeist werden.

Bei dem zweiten, schematisch in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Beschleunigungsräume gemäß der Erfindung ist der Hohlraum wiederum eine Triftröhre, die Induktivitäten sind jedoch mit Hilfe von mit Ferritringkörpern angefüllten Koaxialkabeln mit stehenden Wellen verwirklicht.

Die so von Ferriten umgebenen Säulen sind außen mit leitenden Rohren überzogen, weiche die äußere Belegung der mit Ferriten versehenen Koaxialkabel bilden. Die Länge dieser Kabel ist so gewählt, daß eine querverlaufende stehende Welle entsteht und zur Vergrößerung der Eingangsinduktivität der Kolonnen beiträgt. Ferner wird der Magnetisierungsstrom von der Hochfrequenz so gesteuert, daß die »elektrische

Länge« der durch die Säulen und die Kabel gebildeten Anordnung und ihre Eigenwellenlänge in einem breiten Frequenzband konstant bleiben.

In Fig. 6 sind die hohlen Säulen 29 und 30 dargestellt, welche von mit Ferritringkörpern 33 angefüllten Koaxialkabeln 31 und 32 umgeben sind. Diese Anordnung gestattet mit einem langen Stapel von Ringkörpern besonders kleiner Abmessungen die Herstellung von hohen Induktivitäten und bietet bisweilen einen großen wirtschaftlichen Vorteil.

Fig. 6, welche diese Ausführungsabwandlung beispielshalber zeigt, unterscheidet sich nur wenig von Fig. 3. Hier haben jedoch die Säulen 29 und 30 eine solche Länge, daß die »elektrische Länge« der mit Ferriten gefüllten Koaxialkabel sich 90° nähert. Diese an dem Ende 34 kurzgeschlossenen Kabel sind der Sitz einer stehenden, nur in der Querrichtung verlaufenden Welle und arbeiten in der Nähe einer Vi er tel wellenlänge.

Dies ist selbst bei vergleichsweise sehr niedrigen Frequenzen leicht zu verwirklichen, z. B. größenordnungsmäßig bei 1 MHz, wo die Wellenlänge in Luft in der Nähe von 300 m liegt, und daher erst recht bei hohen Frequenzen. Wenn nämlich die Anfangspermeabilität und die Dielektrizitätskonstante der benutzten Ferrite größenordnungsmäßig 900 bzw. 16 (bei gewissen handelsüblichen Ferriten) betragen, beträgt ihr Brechungsindex γ 900 ■ 16 = 120, und die Wellenlänge ist in den Ferriten 120mal kürzer als in Luft (d.h. sie beträgt 250 cm für die Frequenz 1 MHz). Ein mit Ferriten versehenes Koaxialkabel mit einer Länge von 62 cm bildet bereits eine Leitung mit einer Viertelwellenlänge. Da diese Leitung durch eine Kapazität abgeschlossen wird (welche gleich der Hälfte der Kapazität zwischen der Triftröhre, den beiden Abschnitten der Vakuumkammer und dem Körper ist), muß die Länge eines jeden Koaxialkabels kleiner als eine Viertelwellenlänge oder kleiner als ein ungerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge sein.

Der Wellenwiderstand und die Phasengeschwindigkeit in dem Koaxialkabel können dadurch eingestellt werden, daß ringförmige Lufträume zwischen den Ferritringkörpern und den die Belegungen des Koaxialkabels bildenden Metallrohren vorgesehen werden. Es läßt sich nachweisen, daß diese Ringräume zu der Verringerung der dielektrischen Verluste und der magnetischen Verluste (durch Hysterese, Nachwirkung, Wirbelströme) beitragen. Dagegen vergrößern sie die Phasengeschwindigkeit und machen die Kabel weniger leicht sättigbar, da die Permeabilität dieser Lufträume nicht von der Magnetisierung abhängt und da ihr Vorhandensein zusätzliche magnetisierende Amperewindungen erfordert. Dies ist jedoch nur ein geringer Nachteil gegenüber den Vorteilen der Anordnung gemäß der Erfindung, wobei außerdem diese Amperewindungen durch eine geringe Stromstärke in einer Wicklung mit vielen Windungen erzeugt werden können, anstatt wie bei den bisherigen Systemen mittels eines sehr starken, in einer sehr kleinen Windungszahl fließenden Stroms.

Bei Höchstfrequenzen ist es bisweilen zweckmäßig, den Ferritkabeln eine Länge von mehr als einer Viertelwellenlärige zu geben, welche jedoch stets etwas kleiner als eine ungerade Zahl von Viertelwellenlängen ist. Diese Kabel sind stets an ihrem dem Gleitrohr abgewandten Ende kurzgeschlossen und haben daher von dem Gleitrohr aus gesehen die Eigenschaften einer Induktivität.

In Fig. 6 werden die Säulen durch die dünnen Rohre 29 und 30 gebildet und erfüllen die Aufgabe der inneren Leiter der Koaxialkabel. Die sie umgebenden Ferrite sind bei 33 dargestellt. Die Innenleiter 29 und 30 und die Außenleiter 35 und 36 der Koaxialkabel sind an dem Ende 34 kurzgeschlossen. Der Kurzschlußring 34 ist mit einem Loch für den Durchtritt von Drähten 37 der Magnetisierungswicklung versehen. Diese Wicklung befindet sich für die Hochfrequenz auf dem Potential des Erdbodens.

Es läßt sich nachweisen, daß, wenn man dem Magnetisierungsstrom ein derartiges Veränderungsgesetz erteilt, daß das Produkt aus der (so gesteuerten) differentiellen Permeabilität und dem Quadrat der Frequenz konstant bleibt, die Kabel der Sitz einer stehenden Welle sind, deren Länge unabhängig von der Hochfrequenz wird. Wenn jedes Kabel z. B. wie eine Leitung mit einer Fünftelwellenlänge bei der niedrigsten Frequenz des Hochfrequenzgenerators arbeitet, arbeitet es in dem ganzen Spektrum dieses Generators mit einer Fünftelwellenlänge weiter und behält die Eigenschaften einer Induktivität in einem Frequenzbereich bei, welcher leicht von dem Einfachen bis zu dem Zehnfachen gehen kann. Dies kann paradox erscheinen, läßt sich jedoch durch die Steuerung des Brechungsindex der Ferrite durch die Frequenz erklären.

Bei einer Abwandlung der obigen Ausführung sind die Koaxialkabel (oder nur eines von ihnen) mit Verbindungen 38 und 39 versehen, welche zwischen den Ferritringkörpern 33 hindurchgehen und die Säulen 29 und 30 erreichen. Die Beaufschlagungsverbindung 40 kann dann fortfallen, und der Hochfrequenzgenerator ist einerseits mit den miteinander vereinigten Leitern 38 und 39 und andererseits mit dem Körper (Wand 41) verbunden. Die Triftröhre 42 wird hier mit Hochfrequenz über die Kabel gespeist, welche die Rolle von Transformatoren spielen, was eine bessere Ausnutzung eines gegebenen elektronischen Generators ermöglicht. Hierfür braucht auch nur eine einzige Verbindung 38 oder 39 benutzt zu werden, während die andere koaxiale Verbindung ohne Zwischenanzapfung dann als Drosselspule dient.

Claims

Patentansprüche:

1. Teilchenbeschleuniger vom Synchrotrontyp mit wenigstens zwei zur Beschleunigung dienenden aufeinanderfolgenden Hohlräumen, welche einerseits durch einen Raum, in welchem die diese beiden Hohlräume durchlaufenden Teilchen beschleunigt werden, voneinander getrennt und andererseits in einen Schwingkreis eingeschaltet sind, der mit einer Hochfrequenzspannungsquelle verbunden ist, deren Frequenz zyklisch veränderbar ist, wobei die Ausbildung des Schwingungskreises so getroffen ist, daß die Selbstinduktivität der diese elektrische Größe bestimmenden Teile desselben so veränderbar sind, daß der Schwingungskreis beständig in Resonanz bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die die Selbstinduktivität bestimmenden Teile unmittelbar zwischen die beiden aufeinanderfolgenden Hohlräume mit Hilfe von elektrischen Verbindungen geschaltet sind, welche verschieden und galvanisch getrennt sind von demjenigen Teil der Verbindungen für den Anschluß der Hochfrequenzspannungsquelle an die genannten Hohlräume, der eine störende Selbstinduktivität besitzt.

2. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleunigungsrohr eine

Triftröhre dient, die zwischen zwei rohrförmigen Abschnitten (17,18) liegt, die elektrisch durch das Gehäuse eines Kastens miteinander verbunden sind, der für hochfrequente Ströme von der Triftröhre isoliert ist und die gesamte Anordnung vollständig umgibt.

3. Beschleuniger nach wenigstens Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triftröhre (16) wenigstens teilweise von einem Doppelmantel (22, 23) umgeben ist.

4. Beschleuniger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstinduktivitäten durch säulenförmige Hohlleiter (24,25) gebildet werden, die unmittelbar auf dem Außenmantel der Triftröhre münden und von Ringen eines ferromagnetischen Werkstoffs (27) mit geringen Hochfrequenzverlusten, ζ. Β. Ferrit, umgeben sind.

5. Beschleuniger nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum, welcher durch die axialen Ausnehmungen der Säulen (24, 25) und den Zwischenraum zwischen den beiden Wänden (22, 23) des Doppelmantels gebildet wird, eine Magnetisierungswicklung (26) untergebracht ist.

6. Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Einstellung des Hochfrequenzkreises auf die jeweilige Frequenz des Hochfrequenzgenerators dadurch erfolgt, daß der Magnetisierungsstrom in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung von Spannung und Strom der Hochfrequenz im Schwingungskreise selbsttätig geregelt wird.

7. Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzspannungsquelle mit dem Schwingungskreis induktiv verbunden ist.

8. Beschleuniger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen die Sekundärwicklung eines Transformators bilden, dessen Primärwicklung durch einige Windungen gebildet wird, welche die Ringe aus Ferrit od. dgl. umgeben und zwischen diesen Ringen und den Säulen hindurchlaufen.

9. Beschleuniger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Primär windungen in Reihe geschaltet sind und unabhängig von jeder anderen Verbindung zur Erregung des Beschleunigungsraumes mittels eines symmetrischen Hochfrequenzverstärkers (Gegentaktverstärker) beaufschlagt werden.

10. Beschleuniger nach wenigstens Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen außen mit leitenden Rohren überzogen sind, welche die äußere Belegung von an ihrem der Triftröhre (42) abgewandten Ende kurzgeschlossenen Koaxialkabeln bilden.

11. Beschleuniger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialkabel etwas kurzer als eine Viertelwellenlänge oder eine ungerade Zahl von Viertelwellenlängen sind, so daß in ihnen eine in der Querrichtung verlaufende stehende Welle entsteht, welche zur Vergrößerung der Eingangsinduktivität der Kabel beiträgt.

12. Beschleuniger nach wenigstens Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetisierungsstrom im Takt des Hubes der Hochfrequenz so gesteuert wird, daß das Produkt aus der (so gesteuerten) differentiellen Permeabilität und dem Quadrat der Hochfrequenz konstant bleibt, so daß die elektrische Länge und die Eigenwellenlänge der Koaxialkabel in einem breiten Frequenzband konstant bleiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen