DE1230135B

DE1230135B - Elektrodenanordnung fuer einen Vakuumkanal

Info

Publication number: DE1230135B
Application number: DEH45834A
Authority: DE
Inventors: Robert Jemison Van De Graaff
Original assignee: High Voltage Engineering Corp
Current assignee: High Voltage Engineering Corp
Priority date: 1961-05-25
Filing date: 1962-05-18
Publication date: 1966-12-08
Also published as: US3308323A; SE321039B; CH424011A; GB1006064A; GB1006063A; NL278803A; FR1332599A; CH432673A; DK118730B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H05h

Deutsche KL: 21g-21/01

Nummer: 1230 135

Aktenzeichen: H 45834 VIII c/21 g

Anmeldetag: 18. Mai 1962

Auslegetag: 8. Dezember 1966

Die Erfindung betrifft Elektrodenanordnungen für einen Vakuumkanal, längs dessen Achse im Betrieb eine hohe elektrische Potentialdifferenz herrscht, mit den Kanal umfassenden und im Betrieb auf verschiedenen Potentialen liegenden Leiterelementen, die längs der Achse im Abstand voneinander angeordnet sind und im Betrieb eine Feldverteilung mit etwa parallelen und längs der Achyse des Kanals verlaufenden Feldlinien und die Achse des Kanals schneidenden Äquipotentialflächen erzeugen.

Schon bald nach Entdeckung der Röntgenstrahlen wurde gefunden, daß sich die zur Durchstrahlung eines Gegenstandes mittlerer Dicke erforderliche Zeit durch Erhöhen der Beschleunigungsspannung an der Entladungsröhre stark verringern läßt. Gleichzeitig wurde jedoch gefunden, daß bei einer Erhöhung der Betriebsspannung an der Röhre schließlich ein elektrischer Durchschlag eintritt, der eine weitere Spannungserhöhung unmöglich macht. Es ist bekannt, daß die obere Grenze der Spannung, die an eine evakuierte Röhre angelegt werden kann, eine Funktion der insgesamt an der Röhre hegenden Spannung ist und auf einem grundsätzlich anderen Effekt beruht als die üblichen Isolationsprobleme, die den Spannungsgradienten längs der Röhre begrenzen. So kann beispielsweise eine für einen Betrieb mit 1 MV bemessene Röhre zufriedenstellend arbeiten, während dies bei einer doppelt so langen Röhre, die mit 2 MV betrieben wird, nicht notwendigerweise der Fall zu sein braucht, obgleich der Spannungsgradient in beiden Fällen gleich groß ist. Die Ursache dieser zusätzlichen Beschränkung wird als »Gesamtspannungseffekt« bezeichnet und beruht auf sekundären Ladungsträgern, die in der Röhre durch verschiedene Ursachen erzeugt werden, z. B. durch Höhenstrahlung, einen Primärstrahl Feldemission oder andere Vorgänge, die das Restgas ionisieren oder eine Bombardierung der Oberflächen in der Röhre bewirken.

Es hat seit der Entdeckung des Gesamtspannungseffektes durch Röntgen nicht an Versuchen gefehlt, diesen Effekt unwirksam zu machen, bisher ist dies jedoch nicht in zufriedenstellender Weise gelungen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die Einflüsse des Gesamtspannungseffektes zu beseitigen oder zumindest weitgehend unschädlich zu machen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Gesamtspannungseffekt unwirksam gemacht werden kann, wenn man die Elektrodenanordnung eines Vakuumkanals so aufbaut, daß die elektrischen Kraftlinien im Kanal beträchtlich kürzer sind als die Isolationslänge des Vakuumkanals.

Elektrodenanordnung für einen Vakuumkanal

Anmelder:

High Voltage Engineering Corporation,

Burlington, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,

Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Robert Jemison Van de Graaff,

Lexington, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. Mai 1961 (112 674)

Dies wird bei einer Elektrodenanordnung für einen

^a5 Vakuumkanal, längs dessen Achse im Betrieb eine hohe elektrische Potentialdifferenz herrscht, mit den Kanal umfassenden und im Betrieb auf verschiedenen Potentialen liegenden Leiterelementen, die längs der Achse im Abstand voneinander angeordnet sind und im Betrieb eine Feldverteilung mit etwa parallelen und längs der Achse des Kanals verlaufenden Feldlinien und die Achse des Kanals schneidenden Äquipotentialflächen erzeugen gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die jeweils eine Äquipotentialfläche begrenzenden Teile der Leiterelemente wenigstens längs eines Stückes des Kanals in Ebenen liegen, deren Normalen einen solchen Winkel mit der Achse des Kanals bilden, daß die längsten elektrischen Feldlinien im Kanal kürzer sind als der Abstand zwischen denjenigen Punkten des Kanals, zwischen denen im Betrieb die höchste Potentialdifferenz herrscht.

Bezüglich der Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Unteransprüche verwiesen.

Die drei Hauptverwendungsgebiete der Erfindung sind Röhren zum Evakuieren einer Hochspannungsanlage, Röhren, in denen Neutralstrahlen hohe Potentialdifferenzen durchlaufen, und schließlich Hochspannungs-Beschleunigerröhren, in denen geladene Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden.

609 730/310

Für die erwähnten Verwendungszwecke gibt es selbstverständlich bereits die verschiedensten Anordnungen. So ist beispielsweise aus der britischen Patentschrift 365 609 eine Einrichtung zum Erzeugen von Röntgenstrahlen oder beschleunigten Teilchen bekannt, die aus einer isolierenden, vakuumdicht verschlossenen Röhre besteht, an deren Enden eine Elektronenquelle bzw. ein Target und an deren zylindrischer Innenwand eine Elektrodenanordnung zum Erzeugen eines axialen Beschleunigungsfeldes angeordnet sind. Die Elektrodenanordnung besteht entweder aus äquidistanten leitenden Ringen oder einer Leiterwendel. Diese Elektrodenanordnung erzeugt Äquipotentialflächen, die genau senkrecht auf der Röhrenachse stehen, so daß der Gesamtspannungseffekt voll wirksam werden kann, wie noch näher erläutert wird.

Aus der USA.-Patentschrift 2 714 679 ist ferner eine Einrichtung zum Erzeugen eines kollimierten Teilchenstrahles bekannt, die ein etwa trichterförmiges Vakuumrohr und eine Elektrodenanordnung enthält, die am einen Ende der Röhre eine zur Röhrenachse rotationssymmetrische Feldverteilung erzeugt, deren Feldlinien sich beginnend am einen Ende der Röhre in Richtung auf das andere Ende hin annähern. Die Elektrodenanordnung der bekannten Röhre kann aus einem wendeiförmigen Leiter, einer Widerstandsschicht oder aus parallelen, metallischen Ringscheiben bestehen, die mit gegenüberliegenden Stirnflächen von ringförmigen Isolierkörpern dicht verbunden sind und mit diesen einen Teil der Wand des Vakuumkanals bilden. Bei dieser bekannten Röhre verlaufen die Äquipotentialflächen ebenfalls genau senkrecht zur Röhrenachse, so daß auch hier der Gesamtspannungseffekt voll wirksam werden kann.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei bedeutet

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer nach bekannten Konstruktionsprinzipien aufgebauten Hochspannungs-Vakuumröhre,

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht einer Hochspannungs-Vakuumröhre desselben Typs, die jedoch gemäß der Erfindung abgewandelt ist,

Fig. 3 ein Längsschnitt durch eine Hochspannungs-Vakuumröhre gemäß der Erfindung, die sich als Evakuierungsröhre eignet,

F i g. 4 eine vergrößerte Teilansicht der in F i g. 3 dargestellten Röhre,

Fig. 5 eine Fig. 3 entsprechende Ansicht einer gegenüber dieser etwas abgewandelten Vakuumröhre,

F i g. 6 eine vergrößerte Teilansicht der in F i g. 5 dargestellten Röhre,

Fig. 7 eine Fig. 3 entsprechende Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Röhre dieses Typs, die flache Elektroden enthält,

Fig. 8 eine Fig. 7 ähnelnde Ansicht einer Ab-Wandlung der in F i g. 7 dargestellten Röhre, bei weleher die Neigung der Elektroden vergrößert ist,

Fig. 9 eine Längsschnittansicht einer Beschleunigungsröhre gemäß der Erfindung,

F i g. 10 eine vergrößerte Querschnittansicht der in Fig. 9 dargestellten Röhre,

Fig. 11 eine Längsschnittansicht eines kurzen Teiles der in Fig. 9 und 10 dargestellten Beschleunigerröhre, ähnlich wie die Ansicht der Fig. 9, jedoch im Maßstab der Fig. 10,

Fig. 12 eine Fig. 9 entsprechende Ansicht de: des Einschußendes der in Fig. 9 bis 11 dargestellter Beschleunigerröhre und der Teilchen hoher Geschwindigkeit liefernden Einschußanordnung,
Fig. 13 eine Fig. 9 entsprechende Ansicht eine] Strahlsteuereinrichtung, die einen Teil der Erfindung bildet,

Fig. 14 eine Fig. 9 entsprechende Ansicht einei weiteren Ausfiihrungsform der Erfindung,
Fig. 15 eine Fig. 12 entsprechende Ansicht des Einschußendes der in Fig. 9 bis 11 dargestellten Beschleunigerröhre mit einer Teilchen niedriger Geschwindigkeit liefernden Einschußanordnung,

Fig. 16 eine Fig. 15 entsprechende Ansicht mil _euler abgewandelten Einschußanordnung,

Fig. 17 eine Fig. 15 entsprechende Ansicht mil einer anderen Ausfiihrungsform einer Einschußan-Ordnung,

Fig. 18 eine vergrößerte Teilansicht der id Fig. 17 dargestellten Anordnung,

Fig. 19 eine die Achse enthaltende Längsschnittansicht eines Teilchenbeschleunigers, der Vakuumröhren gemäß der Erfindung enthält.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein bekanntes Vakuumrohr, wie es beispielsweise in der Arbeit »A N_ew Design for a High-Voltage Discharge Tube« by l. C. Van Atta, R. J. Van de Graaff und jj. A. Barton im Phys. Rev. 43, 1933, 158, beschrieben ist. Dieses Vakuumrohr 1 enthält einen Isolierzylinder 2, auf dessen Außenfläche mit Tusche _eme Wendel 3 gezeichnet ist, die als Ableitwiderstand _wj_rk_{t m}d _emen gleichmäßigen Potentialgradient i_ängs des Rohres 1 gewährleistet, wenn an dessen Enden eine Spannung angelegt wird, wie durch das +_ und —Zeichen angedeutet ist. Hierbei entsteht dann in der Röhre 1 ein elektrisches Feld, das durch die mit E bezeichneten Pfeile angedeutet ist. Die Röhre 1 endet in geeigneten Flanschen 4, 5 aus einem leitenden Werkstoff, an die die Enden der Wendellinie 3 angeschlossen sind.

Wenn die Röhre 1 so weit evakuiert ist, daß die mittlere freie Weglänge der Ladungsträger größer ist als die Röhrenlänge, wird ein durch die Ionisation und eines Gasmoleküls gebildetes Trägerpaar 6 getrennt, und der positive bzw. negative Teil wird zum negativen bzw. positiven Ende der Röhre 1 beschleunigt, wie durch die gestrichelte Gerade angedeutet ist. Einer dieser Ladungsträger wird auf eine Energie beschleunigt, die mindestens der Hälfte der gesamten an der Röhre liegenden Spannung entspricht, und im ungünstigsten Fall durchläuft ein Träger die gesamte Potentialdifferenz längs der Röhre 1.

Die in Fig. 2 dargestellte evakuierte Röhre Γ stimmt mit der Röhre der Fig. 1 überein, mit der Ausnahme, daß die Wendel 3 der F i g. 1 an der Oberseite der Röhre nach links und an der Unterseite nach rechts gedrückt ist, wie die Zeichnung zeigt, so daß die Windungen der Wendel 3' in F i g. 2 gegenüber der Vertikalen also bezüglich der Achse der Röhre geneigt sind. Außerdem sind zwischen den Enden der geneigten Wendel 3' und den jeweiligen Flanschen 4', 5' leitende Schichten in Form von keilförmigen Zylinderabschnitten eingefügt.

Ein durch Ionisation erzeugtes Trägerpaar 6'wird wieder in einen positiven und einen negativen Teil getrennt, von denen jedoch keiner auf eine Energie beschleunigt werden kann, die größer ist, als ein

Bruchteil der gesamten an der Röhre 1 liegenden Spannung, wie durch die gestrichelte Gerade in F i g. 2 angedeutet ist.

Der Unterschied zwischen der bekannten Röhre 1 in F i g. 1 und der erfindungsgemäßen Röhre 1' in F i g. 2 ist vielleicht am leichtesten zu erkennen, wenn man sich vergegenwärtigt, daß in F i g. 1 praktisch alle elektrischen Kraftlinien durch die Röhre 1 verlaufen, während sie die Röhre Γ in ihrer vollen Länge durchlaufen, während in F i g. 2 keine elektrische Kraftlinie die Röhre vom Anfang bis zum Ende durchsetzt. In beiden Fällen ist die Richtung der elektrischen Kraftlinien durch die mit E bezeichneten Pfeile angegeben.

Die in F i g. 3 und 4 dargestellte Vakuumröhre ist im wesentlichen zylindrisch und enthält eine Reihe von Isolierringen 10, deren Seitenflächen durch irgendein geeignetes Verfahren, z. B. durch Aufdampfen, mit einer Metallschicht 11 versehen sind. Die metallisierten Ringe 10, 11 sind durch ein geeignetes Bindemittel 12, beispielsweise ein Epoxydharz, miteinander verbunden. Gemäß der Erfindung verlaufen die Seitenflächen der Ringe 10, 11 zwar zueinander parallel, jedoch nicht senkrecht zur Längsachse der Röhre. Die Metallschichtenil erzeugen daher Äquipotentialflächen, die nicht senkrecht auf der Röhrenachse stehen, so daß das elektrische Feld in der Röhre nicht parallel zur Achse verläuft, wie der Pfeil E in F i g. 3 zeigt. An den Enden des Ringstapels sind keilförmige Endflansche 13, 14 angeklebt, deren Keilwinkel der Neigung der Seitenfläche der Ringe 10, 11 entspricht, so daß die Enden der ganzen Röhre 9 senkrecht zur Rohrachse verlaufen und in der üblichen Weise montiert werden können. Außen an der Verbindungsstelle der mit Metallschicht 11 versehenen Isolierringe 10 können Nuten 16 vorgesehen sein, die zur Aufnahme von leitenden, im Querschnitt etwa kreisförmigen Ringen dienen, die in elektrischem Kontakt mit den Metallschichten 11 stehen, welche bis in die Nuten 16 hineinreichen.

Die in F i g. 5 und 6 dargestellte Röhre 9' entspricht der Röhre9 in Fig. 3 und 4 mit der Ausnahme, daß die Ringe 10' aus einem leitenden Glas hohen spezifischen Widerstandes bestehen, die miteinander durch einen geeigneten Kleber oder Kitt 12' verbunden sind. Benachbarte Glasringe 10' werden durch eine Metallschicht 17' in den einzelnen Nuten 16' verbunden, und in die einzelnen Nuten 16' sind im Querschnitt etwa kreisförmige Metallringe 15' eingesetzt, die auf den Metallschichten 17' aufliegen. Mit den Enden des aus den Ringen 10' bestehenden Stapels sind wie bei der in F i g. 3 und 4 dargestellten Einrichtung keilförmige, metallische Endstücke 13', 14' verbunden.

F i g. 7 zeigt ein evakuierbares Rohr 18, das im wesentlichen den oben beschriebenen Schrägfeldröhren darin entspricht, daß es eine Vielzahl von Isolierringen 19 enthält; diese Isolierringe sind jedoch durch durchbrochene Elektrodenscheiben 20 getrennt. Um die Herstellung zu vereinfachen, können die Isolierringe 19 die übliche Form besitzen, und die durchbrochenen Elektrodenscheiben 20 können eben sein, wie F i g. 7 zeigt, sie sind jedoch so zusammengesetzt, daß die Ebenen der Isolierringe 19 und der Elektrodenringe 20 nicht senkrecht auf der Achse der Röhre 18 stehen, sondern bezüglich einer Normalebene zur Röhrenachse gekippt sind. Die Isolatorringe können natürlich auch in einer besonderen Form hergestellt werden und beispielsweise die Form der Ringe 19' wie F i g. 8 haben. Bei Verwendung von besonders geformten Isolatorringen der in F i g. 8 dargestellten Art erhält man eine mechanisch stärkere Rohrkonstruktion als in F i g. 7 dargestellt ist, die Isolatorringe 19 des Vakuumrohres 18 in F i g. 7 ergeben jedoch unter Umständen eine etwas bessere elektrische Konfiguration.
Bei der in F i g. 7 dargestellten Röhre mit ebenen

ίο Elektroden genügt im allgemeinen eine Neigung von 8° zwischen den Elektroden 20 und einer Normalebene zur Achse der Röhre 18. Die Vakuumröhre 18 in F i g. 7 endet in keilförmigen Flanschen 21, 22 aus einem geeigneten Leiterwerkstoff, wie Stahl, die mit nicht dargestellten Mitteln zum Anschluß an das übrige Vakuumsystem versehen sind.

Gewünschtenfalls kann der Neigungswinkel des elektrischen Feldes dadurch weiter erhöht werden, daß man die Elektroden 20 der Röhre 18 in F i g. 7 verwindet. Das Ergebnis ist in F i g. 8 dargestellt, bei der eine zusätzliche Neigung von 8° durch die Verformung einer Elektrode 20' erzeugt wird, die im unverformten Zustand eine Anfangsneigung von 8° aufweist. Bei der in F i g. 8 dargestellten Einrichtung kann die Öffnung der ringförmigen Elektrodenscheibe 20', die im wesentlichen kreisförmig ist, einen sehr großen Durchmesser besitzen. Die in F i g. 7 und 8 dargestellten Anordnungen eignen sich besonders für Neutralstrahlen oder für Evakuierungsleitungen, deren Enden auf unterschiedlichen Spannungen liegen. In beiden Fällen kann die Orientierung der Neigung gewünschtenfalls über die ganze Länge des Vakuumrohres gleich sein. Vakuumrohre der in den F i g. 2 bis 8 dargestellten Art eignen sich für Evakuierungsleitungen. Bei Erhöhung des Strahlstromes in Teilchenbeschleunigern werden auch größere Gasmengen aus den Ionenquellen und den Ladungsaustausch-Bereichen in das Vakuumsystem eingeführt, so daß Evakuierungsleitungen und Leitungen zur Aufrechterhaltung von Druckdifferenzen bei solchen Beschleunigern sehr hohe Sauggeschwindigkeiten ermöglichen müssen. Vakuumrohre des in F i g. 2 bis 8 dargestellten Typs haben sehr große lichte Weiten und ermöglichen dadurch hohe Pumpgeschwindigkeiten, da diese Rohre lange Zylinder sind oder wenigstens annähernd eine lange zylindrische Leitung darstellen, für welche der Strömungsleitwert proportional der dritten Potenz des Durchmessers ist. Für Luft ist beispielsweise die Pumpgeschwindigkeit durch einen langen Zylinder proportional zu 12 D³JL Liter pro Sekunde, wobei D der Durchmesser in Zentimeter und L die Länge in Zentimeter ist.
Vakuumrohre der in Fi g. 2 bis 8 dargestellten Art eignen sich auch wegen ihrer großen lichten Weite und ihrem hohen Strömungsleitwert gut als Neutralstrahlrohre. Auch für Strahlen aus neutralen Partikeln können Leitungen großer lichter Weite erforderlich sein, da diese Teilchen durch einen Strahl positiver Ionen gebildet werden, dessen Raumladung die Bildung eines kompakten Neutralstrahles verhindert.

Die Lehren der Erfindung können nicht nur auf Vakuumrohre für Pumpzwecke und für Neutralstrahlen angewandt werden, sondern auch für Vakuumrohre zur Beschleunigung von geladenen Teilchen. Zu diesem Zweck werden die oben beschriebenen Vakuumrohre im allgemeinen dahingehend abgewandelt, daß die Orientierung des ge-

neigten Feldes wechselt und in der Nähe der Bahn des beschleunigten Strahles Begrenzungen geschaffen werden. Zusätzlich sind bestimmte Vorkehrungen nötig, um zu gewährleisten, daß der beschleunigte Strahl auf der gewünschten Flugbahn verläuft.

Wie die Lehren dieser Erfindung auf Beschleunigerröhren angewandt werden können, ist wohl am einfachsten zu verstehen, wenn man das folgende verallgemeinerte Verfahren zum Bau einer solchen Röhre betrachtet: Man betrachte als erstes zwei Hauptelektroden, die in einem evakuierten Bereich im Abstand voneinander angeordnet sind. Zweitens sei angenommen, daß an diesen beiden Elektroden eine hohe Spannung liege. Als drittes sei angenommen, daß eine Folge von beabstandeten, leitenden Blechen etwas willkürlich zwischen den beiden Elektroden verteilt ist, die derart auf verschiedenen Potentialen liegen, daß sich das Potential der Bleche von der einen Hauptelektrode zur anderen schrittweise ändert. Viertens soll bei der ersten Hauptelektrode eine punktförmige Ladungsträgerquelle vorgesehen werden, die Träger liefert, welche anfänglich eine vernachlässigbar kleine Geschwindigkeit haben und so gepolt sind, daß sie in Richtung auf die zweite Hauptelektrode beschleunigt werden. Unter diesen Voraussetzungen werden die Ladungsträger also von der ersten Hauptelektrode zu dem nächstliegenden Blech beschleunigt, wo sie an einem bestimmten, erkennbaren Bereich auftreffen. Als fünftes wird das durch das Auftreffen der Ladungsträger markierte Blech entfernt, am Auftreffort der Träger wird eine Öffnung gebildet, die etwas größer ist als die durch das Auftreffen der Träger erzeugte Markierung, und das durchbrochene Blech wird wieder eingesetzt. Der sechste Verfahrensschritt besteht nun darin, die Schritte vier und fünf für jedes der Bleche entsprechend zu wiederholen.

Bei der resultierenden Anordnung durchläuft der beschleunigte Strahl die gesamte Strecke von der einen Hauptelektrode zur anderen, während andere Teilchen höchstens ein paar Bleche durchqueren können. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Öffnungen bei der angenommenen etwas willkürlichen oder statistischen Verteilung der Bleche eine Flugbahn begrenzen, die nur von Teilchen durchlaufen wird, die eine bestimmte Vorgeschichte haben, nämlich die Vorgeschichte der geladenen Teilchen des beschleunigten Strahles.

Es ist nicht notwendig, daß die Bleche willkürlich verteilt sind. Es genügt, wenn die Bleche so angeordnet sind, daß elektrische Ladungen im unmittelbaren Bereich des Strahlweges im allgemeinen einer Beschleunigungskraft in einer Richtung ausgesetzt sind, welche an diesem Punkt einen Winkel mit der Richtung mit der Strahlbahn bildet. Die Elektrodenbleche sind bezüglich der Strahlbahn nicht symmetrisch, sondern gegenüber dieser so gekippt, so daß die auf ein geladenes Teilchen (entweder ein Teilchen des Strahles oder ein sekundärer Ladungsträger) wirkende elektrische Kraft gegenüber der Strahlbahn in diesem Punkt geneigt ist. Wenn dies der Fall ist, sind die einzigen Ladungsträger, die durch mehr als eine sehr begrenzte Anzahl von Löchern laufen können, die Teilchen, die aus der gewünschten Trägerquelle emmittiert werden und längs der gewünschten Flugbahn zur zweiten Elektrode laufen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß sekundäre Ladungsträger, die in einem Punkt der Flugbahn oder in der Nähe eines solchen Punktes erzeugt werden, gewöhnlich nicht durch viele Löcher laufen können, da diese Löcher so angeordnet wurden, daß sie nur den Durchtritt der auf der Flugbahn laufenden Träger gewährleisten, während Träger, die an dem betreffenden Punkt nicht die richtige Geschwindigkeit und Flugrichtung (d. h. die Vorgeschichte der Strahlteilchen) besitzen, nicht durch die Öffnungsfolge laufen werden.

ίο Im folgenden sollen nun verschiedene Ausführungsbeispiele des oben angegebenen Prinzips beschrieben werden:

Fig. 19 zeigt einen Teilchenbeschleuniger, der Vakuumrohre gemäß der Erfindung enthält. Bei dem dargestellten Beschleunigertyp wird eine hohle Elektrode 100 durch ein Ladungen zwischen dieser Elektrode und Masse transportierendes Band auf ein hohes Potential gebracht. Evakuierte Rohre 102,103 bilden einen Vakuumraum, durch den geladene Teilchen zwischen der hohlen Elektrode 100 und Masse laufen können, und Gase, die in der Nähe der hohlen Elektrode 100 freigesetzt werden, können durch eine Pumpleitung 104 abgepumpt werden. In das geerdete Ende der ersten Beschleunigerröhre 102 werden negative Ionen aus einer Ionenquelle 105 eingeführt und durch das Rohr 102 zur hohlen Elektrode 100 beschleunigt. In der hohlen Elektrode 100 ist eine sogenannte Abstreiferelektrode 106 mit einem Kanal 107 angeordnet, in den aus einem Vorrat 108 Gas eingeleitet wird. Der Kanal 106 liegt in der Bahn der negativen Ionen und wird von diesen durchlaufen mit dem Ergebnis, daß von mindestens einem Teil der negativen Ionen Elektronen abgespalten werden, so daß positive Ionen entstehen, die dann von der hohlen Elektrode 100 weg durch die Beschleunigerröhre 103 beschleunigt werden. Das Potential längs der Vakuumröhre 102 bis 104 wird dadurch auf bestimmten Werten gehalten, daß sie an geeigneten Stellen mit Widerständen 109, 110 verbunden sind, durch die ein geringer Strom fließt, der von der Elektrode 100 geliefert wird.

Das in den Fig. 9 bis 11 dargestellte Beschleunigungsrohr 23 besteht aus einer Vielzahl von Isolatorringen 24, die sich mit durchbrochenen Elektrodenscheiben 25 bis 29 abwechseln. Die Teile sind vakuumdicht miteinander verbunden, beispielsweise durch Kleben oder Kitten. Der Teil fast aller Elektrodenscheiben 25 bis 29, der an die Mittelöffnungen 30 angrenzt, liegt in einer Ebene, die einen Winkel mit einer auf der Längsachse der Röhre senkrecht stehenden Ebene bildet; dieser Winkel beträgt bei dem in den Fi g. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel 12°. Diese Elektroden 25 bis 29 erzeugen ein elektrostatisches Feld innerhalb des Beschleunigungsrohres 23, das gewöhnlich nicht parallel zur Längsachse des Rohres 23 verläuft, sondern mit dieser einen Winkel einschließt, der bei dem in Fig. 9 bis 11 dargestellten Beispiel 12° beträgt.

Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 9 bis 11 dargestellt ist, ist das elektrische Feld zwar gegenüber der Achse der Röhre geneigt, bleibt jedoch im allgemeinen gleichförmig, so daß die elektrischen Kraftlinien im allgemeinen parallel zueinander verlaufen. Die Erfindung ist natürlich nicht auf Vakuumrohre beschränkt, in denen das Feld gleichförmig ist.

Bei der in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsform sind die Elektrodenscheiben 25 bis 29

im Gegensatz zu den Ausführungsformen der Erfindung in F i g. 2 bis 8 so konstruiert, daß die Richtung des elektrostatischen Feldes in der Beschleunigungsröhre 23 nicht über die ganze Länge der langen Röhre 23 gleichbleibt, der Neigungswinkel bezüglich der Röhrenachse ändert sich vielmehr nach einer bestimmten Länge. Die drei äußeren Elektronenscheiben 25, 29 an den Seiten der F i g. 9 erzeugen also ein elektrisches Feld, das auf ein in der Röhre 23 von links nach rechts beschleunigtes positives Teilchen eine etwas nach unten gerichtete Kraft ausübt, während die zwölf mittleren Elektrodenscheiben 27 in F i g. 9 ein elektrisches Feld erzeugen, das einen solchen Ladungsträger etwas nach oben zieht. Die Gruppen von unter sich gleich orientierten Elektrodenscheiben 25, 27, 29 werden voneinander jeweils durch ebene Elektroden 26 bzw. 28 getrennt. Geladene Teilchen im Primärstrahl, die mit genügender Geschwindigkeit längs der Achse in die Röhre 23 eintreten, können daher die volle durch die Röhre 23 erreichbare kinetische Energie auf einem Weg annehmen, der nur sehr wenig von der Längsachse abweicht. Im Gegensatz dazu haben sekundäre Ladungsträger bei ihrem Entstehen nur eine vernachlässigbar kleine Anfangsgeschwindigkeit und nehmen daher kinetische Energie durch Beschleunigung in einer Richtung auf, die einen Winkel mit der Längsachse der Röhre 23 bildet, so daß die Größe der kinetischen Energie durch die Querabmessungen der Röhre 23 begrenzt ist. In eine Röhre 23 mit einer Mittelöffnung 30, deren Durchmesser etwa 38 cm beträgt, kann der Primärstrahl beispielsweise mit einer Energie von 1 MV eingeschlossen werden. In bestimmten Fällen sind auch viel geringere Einschußenergien möglich.

Die Abweichung des Primärstrahles von der Achse der Röhre 23 ist sehr klein. Bei einem Experiment, das mit einem elektrostatischen Tandembeschleuniger und einem Protonenstrahl durchgeführt wurde, betrug die Maximalamplitude etwa 1 mm über eine Länge von 4 m. Dies zeigt deutlich, wie weitgehend gerade der Strahl der beschleunigten Teilchen unter günstigen Bedingungen verlaufen kann, während trotzdem gleichzeitig sekundäre Träger wirksam durch das zur Achse geneigte elektrische Feld abgeführt werden.

F i g. 12 zeigt eine geeignete Einschußanordnung 31, durch die ein Ladungsträgerstrahl in die Schrägfeldröhre 23 der Fig. 9 bis 11 eingeschossen werden kann. Die Einschußanordnung 31 ähnelt etwas der Beschleunigungsröhre 23 der Fig. 9 bis 11 und enthält eine Vielzahl von durchbrochenen Elektrodenscheiben 32, die sich mit Isolatorringen 24 abwechseln. Anders als die Elektrodenscheiben 25, 27, 29 der Fig. 9 bis 11 stehen die Elektrodenscheiben32 der Einschußanordnung 31 senkrecht zur Achse der Anordnung 31 in der Nähe der Achse, die Elektrodenscheiben 32 können jedoch, wie dargestellt, in an sich bekannter Weise topfförmig ausgebildet sein. Die Einschußanordnung 31 ist unmittelbar anschließend an die Hauptbeschleunigungsröhre 23 der Fig. 9 bis 11 angeordnet und kann eine Verlängerung "dieser Röhre bilden, wie Fig. 12 zeigt. Die Form der Öffnungen 33 in den Elektrodenscheiben der Einschußanordnung 31 ändert sich, vorzugsweise um gleiche Beträge, von einer runden Öffnung mit einem Durchmesser von 8,9 cm an dem dem Hauptbeschleunigungsrohr 23 abgewandten Ende in eine 3,8 cm weite rechteckige Öffnung an dem an das Hauptbeschleunigungsrohr 23 angrenzenden Ende. Die gesamte Länge der Einschußanordnung beträgt etwa 60 cm und ist für eine Spannung von ungefähr 1MV ausgelegt. Die Einschußanordnung 31 wird in bekannter Weise mit Magneten versehen. Der Zweck, die Wirkungsweise und die Konstruktion solcher Magnetanordnungen ist bekannt und soll daher nicht im einzelnen beschrieben werden, es mag lediglich ίο noch darauf hingewiesen werden, daß verschiedene, nicht dargestellte Magnetpaare verwendet werden können, um zwei Magnetfelder in der Nähe der jeweiligen Enden des etwa 60 cm langen Beschleunigungsrohres zu erzeugen. Die Felder verlaufen dabei annähernd parallel, sind jedoch umgekehrt gepolt, wie durch die in F i g. 12 mit H bezeichneten Kreise, von denen der eine einen Punkt und der andere ein Kreuz enthält, angedeutet ist. In das dem Hauptbeschleunigungsrohr 23 abgewandte Ende der Einschußanordnung 31 wird ein Ladungsträgerstrahl eingeschossen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen 40 keV-Strahl aus negativen Ionen handeln, der durch die beiden dicken Pfeile und die parallelen gestrichelten Linien in F i g. 12 angedeutet ist.

Die Wirkung einer Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung beruht hauptsächlich auf den eingeführten Querkomponenten des elektrischen Feldes. Im Idealfall sollen sich diese Querkomponenten hinsichtlich des Hauptladungsträgerstrahles vollständig kompensieren, in der Praxis kann dieses jedoch einfacher mit Hilfe einer Strahlsteuereinrichtung erreicht werden. Eine Strahlsteuereinrichtung erlaubt nicht nur einen Ausgleich der eingeführten Querkomponenten, sondern auch den Strahl in einer gewünschten Weise zu leiten, beispielsweise in der Mitte eines Kanals, wie des Kanals 107 in Fig. 19, der einen Durchmesser von nur etwa 6 mm hat. Eine solche Strahlsteuereinrichtung muß Bedingungen genügen, die bei den bekannten Strahlablenkgeräten weder gestellt werden, noch von ihnen erfüllt werden, noch von ihnen erfüllt werden können. Die Strahlsteuereinrichtung muß auf den Strahl nach seiner Fokussierung wirken, so daß der Strahl bei seiner Ablenkung schon »hart« ist, und der Strahl muß vor dem Ende der Beschleunigung beeinflußt werden. Bei einem Oszillographen erfolgt die Ablenkung beispielsweise nach der Beschleunigung, während sie im vorliegenden Fall mitten in der Beschleunigung erfolgen muß.
F i g. 13 zeigt eine Ausführungsform einer Strahlsteuereinrichtung gemäß der Erfindung, bei deren Erläuterung nochmals auf Fig. 19 Bezug genommen wird. F i g. 19 zeigt einen typischen Tandembeschleuniger, der mit etwa 6 MV an der hohlen Elektrode 100 arbeitet, und die Beschleunigungsröhre 102 kann durch einen etwa 25 cm langen, mit Flanschen versehenen Zylinder 111 in zwei Abschnitte geteilt sein. Dieser in Flansche auslaufende Zylinder 111 hat die richtige Lage und geeignete Abmessungen, um eine Strahlsteuereinrichtung aufnehmen zu können; er ist nämlich so weit vom Einschußende der Beschleunigungsröhre 102 entfernt, daß der Strahl die richtige Steife hat und hat außerdem einen ausreichenden Abstand vom Kanal 107, in den der Strahl gelenkt werden muß, um eine einwandfreie Steuerung zu ermöglichen. Ein typischer Kanal 107 hat einen Durchmesser von ungefähr 8 mm und eine Länge von etwa 610 mm, so daß eine sehr genaue Steuerung erforderlich ist. Um zusätzlich zur Lagestabilität eine

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ausreichende Richtungsstabilität zu gewährleisten, kann zwischen die negative Ionen liefernde Quelle 105 und die Beschleunigungsröhre 102 eine nicht dargestellte, übliche Strahlablenkeinrichtung eingeschaltet sein, die die Strahlsteuereinrichtung im Zylinder 111 wirkungsmäßig unterstützt. Die Ablenkung kann also auf Erdpotential erfolgen.

F i g. 13 zeigt den Bereich zwischen den beiden Abschnitten der Beschleunigungsröhre 102 in Fig. 19 mit dem Zylinder 111, an dem eine Strahlsteuereinrichtung 34 gemäß der Erfindung montiert ist. Der Spannungsteiler 109 umfaßt im allgemeinen in Reihe geschaltete Widerstände. Im Idealfall sind diese Widerstände genau und unveränderlich, für die Praxis trifft dies jedoch nicht zu. Bei der Strahlsteuereinrichtung gemäß der Erfindung enthält der Teil des Gesamtspannungsteilers, der zwischen dem Zylinder 111 und den benachbarten Elektrodenscheiben 35 bzw. 36 der anschließenden Abschnitte der Beschleunigungsröhre 102 liegt, ein Hochspannungspotentiometer 37 mit einem sehr hochwertigen Widerstand. Dieses Potentiometer ist zwischen die Elektrodenscheiben 35, 36 geschaltet, und der Mittelabgriff ist an den die örtliche Masse bildenden Zylinder über eine Leitung 38 angeschlossen. Innerhalb des Zylinders 111 befinden sich zwei den Primärstrahl flankierende elektrostatische Ablenkplatten 39, 40. Die eine Platte 39 ist elekrisch mit der örtlichen Masse verbunden und kann daher durch eine leitende Stütze 41 direkt am Zylinder 111 befestigt sein. Die andere Platte 40 ist elektrisch mit einem Schleifer 42 des Potentiometers 34 verbunden und ist daher in einem Isolator 43 gelagert. Der Schleifer 42 des Potentiometers 37 ist an einer Metallmutter 44 befestigt, die durch eine ein gewindefreies Loch der Mutter durchsetzende Führungsstange 45 am Drehen gehindert wird. Die Mutter 44 ist auf eine Gewindestange 46 aufgeschraubt, die in einem Metallager 47 läuft, das über einen starren Leiter 48 mit der Ablenkplatte 40 verbunden ist. Das Lager 47 ist an einem Isolator 49 befestigt, und die Gewindestange 46 ist mit einem Isolatorstab 50 verbunden, durch den sie von der Erde aus gedreht werden kann. Der Schleifer 42 des Potentiometers 37 kann also durch Drehung des Isolatorstabes 50 mechanisch verstellt werden, die Verstellung kann beispielsweise durch einen auf Erdpotential befindlichen Drehfeldnehmer erfolgen. Eine Verstellung des Kontaktes 42 über die gesamte Länge des Potentiometers 37 bewirkt eine Strahlabsenkung, die größer ist als die Öffnung am Ende des Rohres 102. Bei einer Schrägfeld-Beschleunigungsröhre, bei der die Neigung der Elektroden längs der Röhre variiert, liegt die hierdurch bewirkte Ablenkung des Hauptladungsträgerstrahles in einer Ebene, und die beiden elektrostatischen Ablenkplatten 39, 40 sollen daher so angeordnet sein, daß sie eine Ablenkung in derselben Ebene erzeugen können, wie es bei den dargestellten Ablenkplatten39, 40 in Fig. 13 der Fall ist. Zusätzlich können zwei weitere Ablenkplatten 51 vorgesehen sein, die eine Ablenkung in einer auf der ersterwähnten Ebene senkrechten Ebene bewirken, wie Fig. 13 zeigt; eine dieser Platten ist an die örtliche Masse angeschlossen, während die andere über einen Durchführungsisolator 52 an einem zweiten Schleifer 53 des Potentiometers 37 angeschlossen ist.

Die durch diese Anordnung bewirkte Kompensation erfolgt automatisch, wenn die Anordnung einmal anfänglich einjustiert worden ist. Sie bleibt gleich, auch wenn die Spannung an der hohlen Elektrode 100 schwankt und wenn sich der Typ der zu beschleunigenden Teilchen ändert. Dies wäre bei einer magnetischen Ablenkanordnung nicht der Fall, hier trifft es jedoch zu, da die gesamte Anlage im wesentlichen elektrostatisch arbeitet. Die geladenen Teilchen werden .also durch dieselbe Größe sowohl beschleunigt als auch in die Querrichtung abgelenkt.

Außer ihrer Verwendung bei einer Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung eignet sich die erfindungsgemäße Strahlsteuereinrichtung auch für konventionelle Beschleunigerröhren, um den Strahl von der Mitte der Beschleunigungsröhre aus genau auf die Targetfläche zu richten. Bei dieser Verwendungsart erhält man ebenfalls eine automatische Kompensation von Schwankungen der Klemmenspannung. Es ist bei diesem Anwendungsgebiet im allgemeinen zweckmäßig, zwei Ablenkplattenpaare zu verwenden, da sich die Abweichungen im allgemeinen nicht auf eine Ebene beschränken werden. Bei einer Schrägfeldröhre sind die Mittelöffnungen 30 in den Elektrodenscheiben 25 bis 29 (Fig. 9 bis 11) im allgemeinen in einer Ebene ziemlich weit, so daß genügend Raum für Einjustierungen in dieser Ebene auf Erdpotential zur Verfügung steht, so daß man gegebenenfalls ohne das zweite Ablenkplattenpaar auskommen wird.

Die Strahlsteuereinrichtung gemäß der Erfindung ist in folgender Hinsich neu: Als erstes arbeitet sie selbsttätig, sie gewährleistet eine automatische Fehlerkompensation und gewährleistet zusätzlich ein Zielen in eine feine Öffnung. Zweitens erfolgt im Gegensatz zu einem bekannten Teilchenbeschleuniger die Steuerung an einem vom Röhrenende entfernten Punkt in der Mitte der Beschleunigung. Die Strahlsteuereinrichtung gemäß der Erfindung benötigt keine Stromversorgung und ist trotzdem besser als eine Steueranordnung mit eigener Stromversorgung, da sie eine automatische Einjustierung gewährleistet.

Die in Fig. 14 dargestellte Beschleunigungsröhre unterscheidet sich von der in Fig. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsform darin, daß die Elektrodenscheiben 25' bis 29', wie dargestellt, topfförmig ausgebildet sind, um eine Abschirmung der Isolatorringe 24' zu bewirken. Diese topfförmige Ausbildung der Elektrodenscheiben 25' bis 29' bildet keinen Teil der Erfindung, diese Konstruktion wurde schon bei gewissen bekannten Beschleunigerröhren verwendet. Infolge des durch die Erfindung bewirkten Fortschrittes ist übrigens die Notwendigkeit, bei Röhren gemäß der Erfindung diese Formgebungstechnik anzuwenden, anscheinend weniger zwingend als bei den bekannten Röhren.

Die Röhre der Fig. 14 ähnelt der zuerst gebauten und geprüften Ausführungsform der Erfindung, sie unterscheidet sich von einer üblichen Röhre mit topfförmigen Elektroden hauptsächlich darin, daß der mittlere Teil der Elekroden 25' bis 29' verformt bzw. gekippt wurde, so daß das elektrische Feld in der Nähe der Mittelachse der Röhre 23' gegenüber der früheren achsparallelen Orientierung dahingehend verändert wurde, daß es gleichförmig um einen Winkel von 8° gegenüber der Röhrenachse geneigt ist. Um eine definierte Vergleichsgrundlage zu schaffen, wurden die Untersuchungen im allgemeinen zuerst mit einer nach bekannten Prinzipien konstruierten Röhre mit topfförmigen Elektroden ausge-

führt, und unmittelbar darauf wurden die Untersuchungen mit einer Schrägfeldröhre des in Fig. 14 dargestellten Typs durchgeführt. Die Arbeit wurde in drei Versuchsgruppen unterteilt. Bei der ersten Versuchsgruppe wurde ein Strahl aus neutralen Teilchen (Wasserstoffatome) mit einer 40 keV entsprechenden Energie in das geerdete Ende der neuen Schrägfeldröhre eingeschossen, deren anderes Ende mit einer Hochspannungsklemme verbunden war, die an einer bis zu 6 MV einstellbaren positiven Spannung lag. Es soll darauf hingewiesen werden, daß bei der folgenden Diskussion die Intensitäten des Neutralstrahls in Mikroampere angegeben werden, d. h. also in der Stromstärke, die fließen würde, wenn der Strahl eine den Neutralteilchen gleiche Anzahl von Protonen pro Sekunde führen würde.

Die Konfiguration der Elektroden für diese Neutralstrahlexperimente war wie bei Fig. 14 schief, die Elektroden waren jedoch so orientiert, daß die Richtung des geneigten Feldes überall gleich war und nicht wie bei Fig. 14 wechselte. Die folgenden Eigenschaften wurden beobachtet:

1. Wesentlich schnelleres Erreichen der Spannungsfestigkeit. Normalerweise dauert es 3 Wochen oder langer, bis eine gewöhnliche Beschleunigerröhre mit der vollen Spannung von 6 MV betrieben werden kann, die untersuchte Schrägfeldröhre isolierte dagegen immer sofort die an sie durch den Generator angelegte Spannung.

2. Vollständiges Fehlen von Röhrenfunken. Während bei Untersuchungen der üblichen Röhre auch bei sehr niedrigen Klemmenspannungen sehr starke Funkenüberschläge beobachtet wurden, wenn Neutralstrahlen hoher Stromstärke eingeschossen wurden, zeigten sich bei einer Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung keinerlei Funken während einer 40stündigen praktischen Erprobung unter allen möglichen Betriebsbedingungen.

3. Extrem geringe Strahlung in der Nähe der Anlage bei allen Betriebsspannungen. Beim Einschuß eines Neutrahlstrahles einer 100 μΑ entsprechenden Intensität war die Untergrundstrahlung außerhalb des Druckbehälters bei Verwendung einer gewöhnlichen Röhre sehr hoch. Wenn eine Schrägfeldröhre eingesetzt war, sank diese Untergrundstrahlung um einen Faktor von mehreren Tausend ab.

4. Verringerung einer Rückwirkung des Einschusses eines Neutrahlstrahles auf die Röhrenbelastung. Bei einem Versuch wurde der Hochspannungsklemme ein Ladestrom zugeführt, der ausreichte, um ihr Potential auf 5,8 MV anzuheben, dann wurde der Neutralstrahl angestellt und seine Stromstärke erhöht, ohne den Ladestrom zu verändern. Bei einer gewöhnlichen Röhre bewirkte eine Erhöhung des Strahlstromes zuerst auf 5 μΑ und dann auf 70 μΑ ein Absinken der Klemmenspannung auf 4 bzw. 1,5 MV, während die Klemmenspannung bei Verwendung der Schrägfeldröhre nicht unter 5 MV fiel, auch wenn der Strahlstrom auf über 90 μΑ erhöht wurde. Bei einem anderen Versuch wurde die Strahlintensität konstant gehalten, und die Klemmenspannung wurde durch Erhöhung des zugeführten Ladestromes erhöht. Bei Verwendung einer gewöhnlichen Röhre war es beim Einschuß eines Neutrahlstrahles hoher Stromstärke nicht möglich, die Klemmenspannung über 3 MV zu steigern. Alle Meßreihen endeten mit einem Hochvakuumfunken. Wenn andererseits eine Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung verwendet wurde, stieg bei allen Neutrahlstrahlintensitäten die Klemmenspannung etwa linear mit dem Ladestrom an.

5. Bei den Versuchen sowohl mit der gewöhnlichen Röhre als auch mit der Schrägfeldröhre wurde ein Szintillationszähler zur Untersuchung des unter den verschiedenen Bedingungen entstehenden Röntgenspektrums verwendet. Bei den Untersuchungen der gewöhnlichen Röhre konnte man aus der maximalen Photonenenergie immer erkennen, daß Elektronen

ίο über die gesamte Röhrenlänge beschleunigt werden. Bei der Schrägfeldröhre überstiegen die maximalen Photonenenergien auch bei Klemmenspannungen von 5 MV bis 1 MeV. Dieses Ergebnis zeigt, daß die Elektronen bei der Schrägfeldröhre beseitigt werden,

bevor sie eine Strecke durchlaufen haben die 1 MeV entspricht.

Bei dieser Versuchsreihe verliefen die elektrischen Feldlinien in der Röhre in einem Winkel von 8° zur Röhrenlängsachse. Der Innendurchmesser der durchbrochenen Elektrodenscheiben betrug 25,4 mm, und die axiale Teilung zwischen den durchbrochenen Elektrodenscheiben betrug ebenfalls 25 mm. Die Spannung zwischen benachbarten Elektrodenscheiben betrug 40 kV. Die längste elektrische Kraftlinie ist die, die gerade die Innenränder zweier durchbrochener Scheiben streift, und der Spannunngsabfall längs einer solchen Kraftlinie entspricht der Spannung zwischen den beiden Elektroden, die auf die beiden Elektroden folgen, deren Innenrand von der Kraftlinie gestreift wird. Dieser Spannungsabfall ist daher gleich

(40 kV/2,54 cm) · 2,54 cm
tg8°

+ 8OkV= 365 kV.

Alle innerhalb der Röhre erzeugten Ladungsträger starten mit der kinetischen Energie 0, und es kann deshalb praktisch kein durch einen sekundären Prozeß erzeugtes, geladenes Teilchen mehr kinetische Energie erreichen, als 365 kV entspricht, unabhängig davon, wie lang die Röhre ist. Die obenerwähnten Versuchsergebnisse bestätigen diese Rechnungen.

Für die zweite Versuchsgruppe wurde die Röhre zerlegt und mit wechselnder Elektrodenneigung entsprechend Fig. 14 wieder zusammengesetzt, so daß sie für Versuche mit einer Beschleunigung von Ladungsträgern verwendet werden konnte. Für diese Versuche wurde die Röhre als Hochenergieröhre in dem Tandembeschleuniger installiert, und die Röhre arbeitete unter diesen Umständen bei der Beschleumgung von Protonenstrahlen einwandfrei.

Die dritte Versuchsgruppe war ähnlich wie die erstgenannte Gruppe, mit der Ausnahme, daß eine Schrägfeld-Beschleunigerröhre mit abwechselnd umgekehrter Feldneigung verwendet wurde. Messungen der Röntgenspektren mit dem Szintillationszähler ergaben wieder, daß die Elektronenwege in der Schrägfeldröhre, wie berechnet, auf einen bestimmten Teil der Röhrenlänge begrenzt sind, woraus wiederum folgt, daß der Gesamtspannungseffekt beseitigt ist.

Die obenerwähnten Versuchsergebnisse beweisen klar, daß es nun möglich ist, kurze Stücke eines Beschleunigungsrohres zu prüfen und die Ergebnisse dann für die Konstruktion langer Beschleunigungsrohre zu extrapolieren. Dies ist deshalb sehr vorteil- haft, da lange Beschleunigungsrohre nur in großen Hochspannungsbeschleunigern geprüft werden können, wie z. B. in dem Tandembeschleuniger der F i g. 19, der ein umfangreiches und kostspieliges Ge-

rät ist. Außerdem muß ein großer Teil der begrenzten Zeit, die für Versuche mit einem großen Hochspannungsbeschleuniger zur Verfügung stehen, für die Untersuchung von Problemen verwendet werden, die den Hochspannungsgenerator selbst betreffen. Bei den obenerwähnten Versuchen mit der Schrägfeldröhre war das Funktionieren des großen Tandembeschleunigers, in dem die Röhren geprüft wurden, nie durch die Röhren selbst begrenzt, die Grenzen waren vielmehr durch den Generator selbst oder andere Teile der Anlage bestimmt. Es ist also nun möglich, Röhren für extrem hohe Spannungen dadurch herzustellen, daß man sie einfach länger macht. Da die an einem rohrförmigen Hohlkörper anlegbare Spannung durch die Erfindung nun unabhängig vom Gesamtspannungseffekt ist, wird sie proportional der Länge. Auf Grund von Untersuchungen an verschiedenen bisher bekannten Röhren hatte ein Autor für den Zusammenhang zwischen der Spannung (F), die man an eine Röhre einer bestimmten Länge (L) legen kann, angegeben, daß er mit größer werdender Länge etwa dem empirischen Gesetz: L = F^3/2 gehorcht. Bei einer Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung ist die Spannung proportional der Länge, es gilt also V= LE. Man kann also nun aus Untersuchungen an kurzen Röhren das Verhalten einer langen Röhre voraussagen. Da kurze Röhren bequem und wirtschaftlich in verhältnismäßig kleinen Prüfgeräten untersucht werden könnnen und es nun möglich ist, das Verhalten der Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung zu extrapolieren, wird es'nun wünschenswert, die Entwicklung auf eine Erhöhung von E zu konzentrieren.

Wie erwähnt, erübrigt sich bei einer Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung eine topfförmige Ausbildung der Elektroden. Hieraus folgt, daß Schrägfeldröhren umgepolt werden können. Röhren mit topfförmigen Elektroden können nicht umgepolt werden, d. h., sie arbeiten nicht so gut, wenn die Polarität geändert wird. Röhren ohne topfförmige Elektroden können mit beliebiger Polarität des Hochspannungsanschlusses betrieben werden, während Röhren mit topfförmigen Elektroden nur bei einer bestimmten Richtung des elektrischen Feldes einwandfrei arbeiten.

Wie die obenerwähnten Untersuchungen gezeigt haben, wird der Störstrahlungsuntergrund verringert. Hierdurch wird natürlich auch die Gefahr von Strahlenschäden für das Bedienungspersonal und für strahlungsempfindliche Teile des Gerätes geringer und die Meßgenauigkeit von Untersuchungen steigt.

Ein weiteres Ergebnis der Beseitigung des Gesamtspannungseffektes besteht darin, daß bei der Fertigung von Beschleunigungsröhren keine so große Sorgfalt mehr aufgewendet werden muß, wie bisher. Es können beispielsweise die Elektroden sehr dünn sein und wie bei dem Gerät der Fig. 9 bis 11 angegeben wurde, können Öffnungen großen Durchmessers verwendet werden, die wesentlich zu einer Erhöhung der Sauggeschwindigkeit bei der Aufrechterhaltung des Vakuums in der evakuierten Röhre beitragen. Daß die Röhren durch weniger qualifizierte Kräfte hergestellt werden können und dadurch billiger werden, ist besonders für die Herstellung von Beschleunigungsröhren für Elektronenbehandlungen von Bedeutung. Da durch die Erfindung eine Strahlbelastung durch die Verwendung von geneigten Feldern verhindert wird, die eine Entfernung von sekundären Trägern .unmittelbar nach ihrer Bildung bewirken, kann auch in manch anderer Hinsicht die Röhre weniger sorg fältig und kostspielig ausgeführt werden, als es bishei nötig war. Man kann die Röhren beispielsweise mi einem viel schlechteren Vakuum, d. h. mit einen: wesentlich höheren Gasdruck betreiben, als die nacl bekannten Prinzipien gebauten Hochspannungs-Vakuumrohre. Außerdem kann die Qualität dei Werkstoffe und der Oberflächenbearbeitung dei Elektroden wesentlich herabgesetzt werden.

Außer den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sind natürlich noch viele andere Ausführungsformen möglich. Die Orientierung der Elektroden kann beispielsweise längs der Röhre so wechseln, daß das geneigte elektrische Feld in verschiedenen Teilen der Röhre in verschiedenen Eben liegt und nicht nur in einer einzigen Ebene (mit oder ohne Umkehr), wie bei den oben beschriebenen Röhren. Die Ebene, in der die einen Winkel mit der Röhrenachse bildenden Feldvektoren liegen, kann sich in subzessiven Teilen der Röhre um deren Achse drehen oder man kann eine mehr willkürlichere Richtungsänderung wählen, alles ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Bei der Beschreibung der in den F i g. 9 bis 14 dargestellten Beschleunigungsröhren war angegeben worden, daß der zu beschleunigende Ladungsträgerstrahl in den Schrägfeldteil der Beschleunigungsröhre mit verhältnismäßig hoher Energie eingeschossen wird, z. B. mit einer Energie von 1 MeV, und in Verbindung mit Fig. 12 war eine Anordnung zum Einschuß eines Strahles hoher Energie beschrieben worden. Bei der Erfindung ist es jedoch auch möglich, eine Schrägfeld-Beschleunigungsröhre in Verbindung mit einem Ladungsträgerstrahl zu verwenden, der mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit eingeschossen wird, es ist sogar möglich, daß die Träger die Anfangsgeschwindigkeit 0 haben. Mit kleiner Geschwindigkeit können sowohl positive Ionen ,als auch negative Ionen oder Elektronen eingeschossen werden. Da ein Einschuß mit niederer Geschwindigkeit am leichtesten mit einem Elektronenstrahl ausführbar ist, soll dies nun am Beispiel eines Elektronenstrahles beschrieben werden, obwohl die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, sondern ebenso Strahlen aus positiven oder negativen Ionen mit niedriger Geschwindigkeit eingeführt werden können. Bei Neutralstrahlen treten natürlich keinerlei spezielle Probleme beim Einschuß in eine Schrägfeldröhre gemäß der Erfindung auf.

Die in Fig. 15 dargestellte, evakuierte Beschleunigungsröhre 54 ist ziemlich ähnlich der in Verbindung mit Fig. 9 bis 11 beschriebenen Röhre, mit der Ausnahme, daß die Richtung der Neigung der Elektroden in der Nähe der Ladungsträgerquelle in verhältnismäßig kurzen Abständen wechselt. Die Röhre 54 enthält wieder eine Anzahl von Isolierringen 55, die mit durchbrochenen Elektroden abwechseln, von denen ein Teil so geneigt ist, daß das elektrische Feld nach links und unten gerichtet ist, beispielsweise bei der Elektrode 56, während andere Elektroden so geneigt sind, daß die Feldrichtung nach links oben zeigt, wie es beispielsweise bei der Elektrode 57 der Fall ist. Die restlichen Elektroden, nämlich die Elektroden 58, stehen senkrecht auf der Röhrenachse. Die Röhre 54 endet in einer leitenden Kappe 59, die an der ebenen Elektrode 58 .am Einschußende der Röhre 54 befestigt ist. Diese ebene Elektrode 58 und die Kappe 59 bilden einen feld-

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freien Bereich, in der auf irgendeine geeignete Weise mittels Durchführungsisolatoren 69, 70 durch eine ein übliches Elektronenstrahlerzeugungssystem 60 an- leitende Kappe 71 geführt sind, welche an der ersten geordnet ist, das einen konzentrierten, dünnen Elek- Elektrode 64 befestigt ist. Wie bei der in Fig. 15 tronenstrahl einer Spannung von beispielsweise bis zu dargestellten Einrichtung folgt auf die wenigen ersten 30 kV liefern kann. Dieser Elektronenstrahl tritt aus 5 Elektroden 64,65 eine zweite Gruppe von Elektroden dem durch die Kappe 59 und die ebene Elektrode 58 72, die in der umgekehrten Richtung wie die Elektrobegrenzten feldfreien Bereich nicht in Richtung der den 64, 65 der ersten Gruppe geneigt sind. Die zweite Längsachse der Röhre 54, sondern in einem Winkel Elektrodengruppe 72 ist von der ersten Elektrodenzu dieser aus. Der Einschuß erfolgt außerdem auch gruppe 64, 65 wieder durch eine ebene Elektrode 73 nicht an einem Punkt auf der Längsachse der Röhre io getrennt. Zwischen den Elektroden 64, 65, 73, 72 54, sondern an einem Punkt in einem gewissen Ab- liegen jeweils Isolatorringe 74. Bei der in Fig. 16 stand von der Röhrenachse, und der Einschußwinkel dargestellten Anordnung beginnen die zu beschleuist so gewählt, daß der Elektronenstrahl 61 anfangs nigenden Elektronen des Strahles 75 ihre Bahn also in Richtung auf die Achse der Röhre 54 hin verläuft. mit veraachlässigbar kleiner Geschwindigkeit an Die Flugbahn des Elektronenstrahles 61 kann genau 15 einem Punkt außerhalb der Röhrenachse und mit errechnet werden, und die Öffnungen in den Elektro- einer zur Achse der Röhre 62 geneigten Richtung,
den 56 am Einschußende der Röhre 54 werden gemäß Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 17 der Erfindung so klein gewählt, wie es bequem mög- und 18 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ähnelt Hch ist, ohne daß der Weg für den Strahl 61 versperrt ziemlich der Ausführungsform nach F i g. 16, mit der wird. Der Durchmesser der Öffnungen kann beispiels- 20 Ausnahme, daß die Elektronen ihre Bahn in einem weise 6,35 mm betragen. Durch die sehr eng bemes- gekrümmten elektrischen Feld beginnen. Dies bringt senen Öffnungen am Einschußende der Röhre 54 wird den wichtigen Vorteil mit sich, daß auch diejenigen es möglich, die Neigungsrichtung des elektrischen sekundären Ladungsträger, die ziemlich nahe der Feldes in kurzen Abständen zu wechseln, da die Ab- Elektronenquelle durch den Strahl erzeugt werden, stände, in denen das elektrische Feld wechselt, nur so 25 die Fadenkathode nicht bombardieren können. Da groß zu sein brauchen, daß die Entfernung von eine Bombardierung der Glühkathode durch sekunsekundären Trägern möglich ist. Wenn die Elektro- däre Ladungsträger zur Zerstörung der Kathode fühdenöffnungen groß wären, könnte man die Orientie- ren kann, stellt die in den F i g. 17 und 18 dargestellte rung des elektrischen Feldes nicht so oft wechseln, da Ausführungsform einen wirklichen Fortschritt dar. die sekundären Träger dann nicht genügend Zeit hat- 30 Bei dieser Ausführungsform bilden die Strahlbahn ten, um die Elektroden der Röhre zu erreichen. und das elektrische Feld in einem bestimmten Punkt Wegen der häufigen Umkehrungen der Orientierung auch schon ganz in der Nähe des die Elektronen des elektrischen Feldes, die durch die kleinen Öff- emittierenden Glühfadens einen Winkel miteinander, nungen möglich werden, ist es nicht erforderlich, daß so daß die in einem Punkt des Strahlweges sekundär die Ladungsträger mit hoher Energie eingeschossen 35 erzeugten positiven Ionen auf einer Bahn beschleunigt werden. Da es schwieriger ist, mit positiven Ionen zu werden, die sich immer weiter von der Elektronenarbeiten, eignen sich Elektronen, die genauer ge- strahlbahn entfernt, was zur Folge hat, daß die Ionen steuert werden können, besser für einen Einschuß mit nicht auf der Glühkathode auftreffen, sondern .auf der niedriger Geschwindigkeit. Raumladungseffekte in ringförmigen Metallschutzplatte, die die Kathode umeinem Strahl positiver Ionen sind nicht so leicht be- 40 gibt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Elektroherrschbar, und man braucht daher größere öffnun- nen in ein elektrisches Feld emittiert werden, dessen gen in der Röhre. Ähnliche Überlegungen gelten auch Kraftlinien gekrümmt sind. Hierdurch wird verhinfür Strahlen aus negativen Ionen und sogar für Strah- dert, daß die Elektronenkathode durch zurücklaulen aus neutralen Teilchen, da ein Neutralstrahl im f ende positive Ionen hoher Energie bombardiert wird, allgemeinen aus einem Strahl positiver Ionen gebildet 45 während die Kathode bei den bekannten Röhren wird, der durch Raumladungseffekte bei niedrigeren einem Beschüß durch positive Ionen ausgesetzt ist, Energien, wo diese Effekte am meisten ins Gewicht deren Energien bis zur vollen Spannung der Beschleufallen, beeinflußt sein kann. nigungsröhre reichen.

Die beim Einschuß mit niedriger Geschwindigkeit Die vergrößerte Teilansicht in Fig. 18 zeigt, daß geltenden Prinzipien können noch über die in F i g. 15 50 die sich vom Kathodenschutzring 77 zur ersten Elekdargestellte Einrichtung hinaus erweitert werden. So trode 78 erstreckenden Kraftlinien 76 etwa kreisförkann beispielsweise die erforderliche Einschuß- mig gekrümmt sind, während die Kraftlinien 79 zwigeschwindigkeit durch die Röhre selbst erzeugt wer- sehen der ersten Elektrode 78 und der zweiten Elekden, so daß das Strahlerzeugungssystem 60 in Fig. 15 trode 80 geradlinig verlaufen. In dem Bereich, in dem entfallen kann. F i g. 16 zeigt eine Beschleunigungs- 55 die Kraftlinien 76 gekrümmt sind, folgen Träger, die röhre, die der Röhre 54 in F i g. 15 entspricht, mit mit der Geschwindigkeit 0 zu laufen beginnen, ander Ausnahme, daß das Strahlerzeugungssystem 60 fänglich einer der kreisbogenförmigen Kraftlinien, in- und die erste ebene Elektrode 58 fehlen, während die folge der Zentrifugalkraft neigt die Bahn eines sol-Elektronen aus einer engen Öffnung 63 in einer ersten chen Teilchens jedoch immer mehr von der kreis-Elektrode64 austreten, die, wieFig. 16zeigt, geneigt 60 bogenförmigen Kraftlinie nach außen ab, wenn die ist. Einige wenige der folgenden Elektroden sind in Teilchengeschwindigkeit zunimmt. Als Folge davon demselben Winkel und in derselben Neigungsrichtung beginnt die Elektronenbahn 81 längs einer kreiswie die erste Elektrode 64 angeordnet, so daß die von bogenförmigen Kraftlinie 76, weicht jedoch bald von einer geeigneten Kathode 66 erzeugten und aus der dieser Kraftlinie nach außen ab. Wenn der Eleköffnung 63 austretenden Elektronen zuerst geradlinig 65 tronenstrahl in den Bereich zwischen der ersten Elekbeschleunigt werden. Die direkt geheizte Kathode 66 trode 78 und der zweiten Elektrode 80 eintritt, in dem wird in üblicher Weise durch Stromdurchgang erhitzt, die Kraftlinie 79 geradlinig verlaufen, beginnt sich sie ist hierfür mit Einführungen 67, 68 verbunden, die die Elektronenbahn 81 geradezurichten und nähert

sich immer mehr einer geradlinigen Kraftlinie 79 an; wenn sie ihr auch nicht genau folgt.

Da die geradlinigen Kraftlinien 79 mit der Achse der Röhre einen Winkel bilden, ist es klar, daß jedes in diesem Bereich erzeugte positive Ion in einer Richtung beschleunigt wird, die ein Auftreffen auf der Glühkathode 66' unmöglich macht. Da die Kraftlinien 76 im Anfangsbereich gekrümmt sind, können aber auch die positiven Ionen, die in diesem Bereich erzeugt werden, mit der Ausnahme höchstens eines Bereiches sehr nahe der Glühkathode, nicht auf die letztere treffen. Die Bahn eines solchen positiven Ions ist in Fig. 18 durch^;die gestrichelte Linie82 eingezeichnet. Da das Ion mit einer vernachlässigbar kleinen Geschwindigkeit Startet, folgt es anfänglich einer der kreisbogenförmigen Kraftlinien 76, wenn seine Geschwindigkeit jedoch zunimmt,' verläßt es den Kreis jedoch bald nach außen. Wegen der auf die Elektronen des Hauptstrahles 81 wirkenden Zentrifugalkraft beginnt die Bahn 82 des positiven Ions auf einem Kreis, der nicht durch die Glühkathode 66' geht, sondern etwas unterhalb von ihr verläuft und die auf die positiven ionen in der Bahn 82 wirkende Zentrifugalkraft vergrößert diese Versetzung noch mehr, so daß die positiven Ionen auf den Schutzring 77 ausreichend weit unterhalb der Kathode 66' auftreffen. ■ . "

Die Verringerung oder Beseitigung einer rückwirkenden Belastung und anderer Gesamtspannungseffekte werden besonders wichtig, wenn Teilchenstrahlen wesentlich höherer Leistung erzeugt werden sollen. Der Bedarf an Strahlen hoher Stromstärke für wissenschaftliche und industrielle Zwecke steigt stark an. Es ist anzunehmen, daß es durch Vakuumröhren, bei denen das hier beschriebene Schrägfeldprinzip angewandt ist, möglich wird, auch die intensivsten Teilchenstrahlen zu beschleunigen, bis hinauf zur Maximalleistung, die mit neuen und leistungsfähigeren elektromagnetischen Hochspannungsquellen erzeugt werden kann.

Die bereits mehrfach erwähnte Fig. 19 zeigt, daß der Hochspannungsgenerator eines Teilchenbeschleunigers gewöhnlich in einem isolierenden Medium angeordnet wird. Bei einem üblichen Hochspannungsgenerator besteht dieses isolierende Medium .aus einem unter Druck stehenden Gas, das in einem Druckbehälter eingeschlossen ist. Es kann jedoch auch wünschenswert sein, mit Vakuumisolation zu arbeiten, so daß der Druckbehälter dann evakuiert wird. In diesem Fall brauchen die Isolatorringe der Beschleunigungsröhre nicht als vakuumdichter Kolben dienen, sondern nur als mechanische Stütze für die durchbrochenen Elektrodenscheiben, während die Funktion der hermetischen Abdichtung von dem Außenbehälter übernommen wird. Selbstverständlich fällt auch eine solche Anordnung in den Rahmen der Erfindung. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind ganz allgemein nur zur Erläuterung bestimmt und nicht einschränkend auszulegen. Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Beschleunigung eines Ladungsträgerstrahles, bei welchem ein Strahl aus geladenen Teilchen erzeugt und dadurch beschleunigt wird, daß er einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, das einen Winkel mit der Strahlbahn bildet und daß sekundäre Ladungsträger, die durch das geneigte Feld erzeugt werden; in der Nähe der Strahlbahn abgefangen werden. Das Abfangen der sekundären Ladungsträger erfolgt durch geeignete Begrenzungsmittel, z. B. durch durchbrochene Elektroden, deren Durchbrechungen die Bahn des Hauptstrahles in verhältnismäßig geringem Abstand umfassen. Ganz allgemein ist die größtmögliche Länge der elektrischen Kraftlinien im isolierenden Teil der Röhre kleiner, vorzugsweise beträchtlich kleiner als die gesamte Isolationslänge der Röhre. Wenn also ein neutrales Molekül in dem Hohlkörper ionisiert wird, können die erzeugten Ladungsträger insgesamt nur eine

ίο Strecke durchlaufen, die wesentlich geringer ist als die ganze Isolationslänge der Röhre, sie nehmen daher auch nur eine vergleichbar kleine kinetische Energie auf.

Die Richtung des elektrischen Feldes in der Röhre muß nicht notwendigerweise zwischen zwei Werten wechseln, die Neigung kann sich vielmehr kontinuierlich längs der Röhre ändern, so daß eine graphische Darstellung des Neigungswinkels in Abhängigkeit von der Röhrenlänge etwa einer Wellenlinie entspricht, während sich beispielsweise bei F i g. 9 eine Mäanderkurve ergeben würde.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodenanordnung für ein Vakuumkanal, längs dessen Achse im Betrieb eine hohe elektrische Potentialdifferenz herrscht, mit den Kanal umfassenden und im Betrieb auf verschiedenen Potentialen liegenden Leiterelementen, die längs der Achse im Abstand voneinander angeordnet sind und im Betrieb eine Feldverteilung mit etwa parallelen und längs der Achse des Kanals verlaufenden Feldlinien und die Achse des Kanals schneidenden Äquipotentialflächen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils eine Äquipotentialfläche begrenzenden Teile der Leiterelemente wenigstens längs eines Stückes des Kanals in Ebenen liegen, deren Normalen einen solchen Winkel mit der Achse des Kanals bilden, daß die längsten elektrischen Feldlinien im Kanal kürzer sind als der Abstand zwischen denjenigen Punkten des Kanals, zwischen denen im Betrieb die höchste Potentialdifferenz herrscht.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 mit einem die Leiterelemente bildenden, den Kanal wendelartig umfassenden Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß die die Windungsflächen des wendelartigen Leiters (3') annähernden Ebenen mit der Achse des Kanals einen von 90° verschiedenen Winkel bilden (Fig. 2).

3. Elektrodenanordnung mit ringförmigen Leiterelementen aus Metall, die zwischen den Stirnseiten benachbarter, den Vakuumkanal bildender ringförmiger Körper hohen elektrischen Widerstandes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der ringförmigen Körper (10) in Ebenen liegen, die die Röhrenachse mit einem von 90° verschiedenen Winkel schneiden.

4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente aus Metallschichten (11) bestehen, die auf den Stirnseiten der aus Isoliermaterial oder schlecht leitendem Glas bestehenden ringförmigen Körper (10) angeordnet sind.

5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente aus ebenen Metallscheiben (20) bestehen.

6. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente aus

Ringscheiben (20') bestehen, deren an ihren Innenrand angrenzender Teil in einer Ebene liegt, deren Normale mit der Kanalachse einen größeren Winkel bildet als die Normale der Ebene, in der ein äußerer Teil der Ringscheibe liegt.

7. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3 mit ringscheibenförmigen Leiterelementen aus Metall, die zwischen benachbarten, den Vakuumkanal bildenden ringförmigen Körpern hohen elektrischen Widerstandes angeordnet sind, deren Stirnflächen in Ebenen liegen, die die Achse des Kanals im rechten Winkel schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Innenrand der ringscheibenförmigen Leiterelemente (25, 27, 29) angrenzende Bereich der Leiterelemente in einer Ebene liegt, die die Achse des Kanals in einem von 90° verschiedenen Winkel schneidet.

8. Elektrodenanordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des vom Innenrand der ringscheibenförmigen Leiterelemente begrenzten Teiles des Vakuumkanals bezüglich des Winkels, den die Normalen der die Äquipotentialflächen erzeugenden Leiterteile mit der Kanalachse bilden, so bemessen ist, daß die kinetische Energie eines im Kanal erzeugten Ladungsträgers beim Aufprall an einem seine Bahn begrenzenden Bauteil beträchtlich kleiner ist als die kinetische Energie, die ein Ladungsträger gleicher Ladung beim Durchlaufen der ganzen Länge des Vakuumkanals annehmen würde.

9. Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel, den die Normalen der die Äquipotentialflächen erzeugenden Leiterteile enthaltenden Ebenen mit der Kanalachse bildet, längs des Kanals abschnittsweise ändert.

10. Elektrodenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Abschnitte vom einen Ende des Vakuumkanals zum anderen hin progressiv abnimmt.

11. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel, den die Normalen der die Äquipotentialflächen erzeugenden Leiterteile enthaltenden Ebenen mit der Kanalachse bildet, längs des Kanals kontinuierlich ändert.

12. Elektrodenanordnung nach Anspruch 9,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel längs des Kanals so ändert, daß der über den gesamten Kanal gemittelte Winkel wenigstens annähernd gleich Null ist.

13. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 für den Vakuumkanal eines Teilchenbeschleunigers, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente längs des Weges der zu beschleunigenden Teilchen so unsymmetrisch angeordnet und bezüglich der Kanalachse geneigt sind, daß die auf ein beliebiges geladenes Teilchen an einem Punkt der Strahlbahn wirkende Kraft in diesem Punkt mit der Strahlbahn einen Winkel einschließt.

14. Elektrodenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leiterelemente bildenden und den Kanal begrenzenden durchbrochenen Elektroden die Strahlbahn so eng umschließen, daß der Strahl zwar praktisch ungehindert durchgelassen wird, während sekundär erzeugte Ladungsträger nur die Öffnungen von wenigen der begrenzenden Elektroden durchlaufen können.

15. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 14 für den Vakuumkanal eines Teilchenbeschleunigers mit einem Strahlerzeugungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerzeugungssystem (66 bis 70) zwischen zwei nicht parallelen Elektrodenscheiben (64, 71) an einem Ende des Vakuumkanals angeordnet ist.

16. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 15 für einen Teilchenbeschleuniger mit einer Teilchenquelle an einem Ende des Vakuumkanals, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen der in der Nähe der Teilchenquelle angeordneten Elektroden einen sehr kleinen, die Bahn der erzeugten Teilchen genau definierenden Durchmesser hat.

17. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 16 für einen Teilchenbeschleuniger mit einem Strahlerzeugungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerzeugungssystem (60) einen exzentrischen Strahl (61) liefert, dessen Richtung einen Winkel mit der Achse des Vakuumkanals bildet.

18. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 17 für eine Teilchenbeschleunigerröhre, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden des Vakuumkanals ein im wesentlichen feldfreier Bereich gebildet ist, in dem mindestens zwei leitende Platten (39, 40; 51) angeordnet sind, zwischen denen die Strahlbahn verläuft, und daß die Platten mit einer Anordnung (37, 42, 53) zum Erzeugen einer einstellbaren Potentialdifferenz zwischen den Platten verbunden sind.

19. Elektrodenanordnung nach Anspruch 18 für eine Beschleunigerröhre mit einem ihre Enden verbindenden Widerstandsstromweg, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Platten (39, 40, 51) mit einem Punkt des Widerstandsstromweges (37,109) verbunden ist, der elektrisch in der Nähe des feldfreien Bereiches liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 365 609;
USA.-Patentschrift Nr. 2714679.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen