DE2302938C3 - Mehrstufiger Beschleuniger für geladene Teilchen mit Hochvakuumisolation - Google Patents
Mehrstufiger Beschleuniger für geladene Teilchen mit HochvakuumisolationInfo
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Description
Es ist bekannt, daß zur Isolation von Elektronenbeschleunigern
bis zu einer Beschleunigungsspannung von 15OkV Hochvakuum verwendet wird. Solche
Geräte werden seit vielen Jahren mit Erfolg in der Industrie eingesetzt. Auch die Verwendung von unter
Druck stehendem Gas oder von öl zur Isolation ist bekannt.
Bekannt ist aus der US-PS 2887599 ferner ein mehrstufiger Beschleuniger für geladene Teilchen mit
Beschleunigungsspannungen über 150 kV mit einem Strahlerzeugungssystem und mit einem Nachbeschleunigungssystem,
dessen Elektroden sich gegenseitig teilweise umgeben und zugleich als Abschirmelektroden
wirken. Bei diesem Beschleuniger endet das Anschlußkabel in einem Raum, der zur Isolation
mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist. Zum Kathodenwechsel muß bei diesem Beschleuniger das
Druckgas abgelassen werden, was einen sehr großen Nachteil darstellt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen mehrstufigen Beschleuniger für geladene Teilchen
mit Beschleunigungsspannungen über 15OkV anzugeben, bei dem die Hochspannungsisolation auf
einfache Weise durchgeführt ist und bei dem ein schneller Wechsel der Kathode bzw. der Ionenquelle
möglich ist.
Gelöst wurde diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Hochspannungsisolator in sämtliche
Abschirmelektroden hineinragt und aus dem Vakuumkessel leicht herauszunehmen ist, und daß die Abschirmelektroden,
das Strahlerzeugungssystem und das Nachbeschleunigungssystem in demselben Vakuumkessel
angeordnet sind.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein mehrstufiger Beschleuniger für geladene Teilchen mit Beschleunigungsspannungen
über 150 kV mit einem von sich gegenseitig teilweise umgebenden Abschirmelektroden
umgebenen Strahlerzeugungssystem, mit einem Nachbeschleunigungssystem und mit einem an
einem Vakuum kessel befestigten Hochspannungsisolator, in dem das Anschlußkabel endet, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochspannungsisolator in sämtliche Abschirmelektroden hineinragt und aus
dem Vakuumkessel leicht herauszunehmen ist, und daß die Abschirmeiektroden, das Strahlerzeugungssystem
und das Nachbeschleunigungssystem in demselben Vakuumkessel angeordnet sind.
Insbesondere betrifft die Erfindung solche Beschleuniger mit Beschleunigungsspannungen zwischen
300 und 450 kV. Die obere Grenze der Beschleunigungsspannung der erfindungsgemäßen Beschleuniger
liegt zur Zeit bei 600 kV, bedingt durch die Isolationsfestigkeit der sich auf dem Markt befindlichen
Hochspanudngszuführungskabel. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß man bereits mit einem Vakuum
von 1,3- 10"4mbar(= 1 ■ 10-4Torr) 150 kV Potentialunterschied
von Abschirmelektrode zu Abschirmelektrode außerhalb des Beschleunigungsbereiches
und 50 kV Potentialunterschied zwischen den im Nachbeschleunigungssystem befindlichen Elektroden
überraschend gute Ergebnisse erzielt. Vorzugsweise arbeitet der erfindungsgemäßc Beschleuniger jedoch
bei einem Vakuum zwischen 1,J- 10"h mbar und
1,3 · 10"7 mbar (1 · K)-" und 1 ■ H)"7 Torr). Selbstverständlich
kann für besondere Anwendungen auch Ultrahochvakuum verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur, die einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Beschleuniger zeigt, näher erläutert.
In einer ersten zylindrischen Abschirmelektrode 11
befindet sich der von Erdpotential bis zu 450 kV durchgehende Hochspannungsisolator 1. An ihm liegen
innerhalb der zylindrischen Abschirmelektrode Il eine Spannung von 15OkV. Innerhalb dieses
Hochspannungsisolators 1 sind die Potentialteilerwiderstände
5 zur Linearisierung des Potentials, die Hochspannungszündung 2, die Zuführung der Kathodenheizung
3, die Zuführung für die Wehneltspannung 4 angebracht. Der Potentialteilerstrom kann an einem Meßgerät 6 außerhalb des Hochspannungsisolators
gemessen werden. Außerdem befindet sich an dem Hochspannungsisolator 1 eine Vorrichtung
21, um den Hochspannungsisolator 1 nach dem Belüftendes Vakuumkessels 18 zum Kathodenwechsel
herausnehmen zu können. Am unteren Ende des Hochspannungsisolators 1 befindet sich das Strahlerzeugungssystem,
bestehend aus Kathode 7, Wehneltzylinder 8, einem Korona-Ring 9 zur Stabilisierung
der Spannung und der Anode 10, die sich gegenüber des Wehneltzylinders 8 am Boden der ersten zylindri-
sehen Abschirmelektrode 11 befindet. Die aus einem
Wolframdraht gebogene Haarnadel-Kathode 7 kann zusammen mit dem Wehneltzylinder 8 durch Bajonettverschluß
leicht ausgewechselt werden, ohne die Justierung des Systems zu verändern. Für das Auspumpen
der ersten zylindrischen Abschirmelektrode 11 auf Hochvakuum werden an ihrem oberen Teil
öffnungen 13 angebracht. Diese öffnungen 13 befinden
sich an Stellen, die für Hochspannungsüberschläge unkritisch sind. Die Stellen 12 und 12a sind
elektrische Kontaktstellen.
Die erste zylindrische Abschirmelektrode 11 ist von einer zweiten zylindrischen Abschirmelektrode 14
umgeben, welche zur ersten zylindrischen Abschirmelektrode 11 eine Spannungsdifferenz von weiteren
150 kV aufweist. Auch sie wird von oben her, wie die erste zylindrische Abschirmelektrode 11, von dem
Hochspannungsisolator 1 durchbrochen. An ihrem unteren Teil befinden sich zwischen dem Boden der
ersten zylindrischen Abschirmelektrode 11 und dem Boden der zweiten zylindrischen Abschirmelektrode
14 die Elektroden 15 der ersten Stufe des Nacbbeschleunigungssystems. Man verwendet hier drei Elektroden
15, um einen Spannungsunterschied von max. 50 kV von Elektrode zu Elektrode zu erzeugen. Die
einzelnen Elektroden stehen auf Isolierstützen 16, welche die mechanische Verbindung zur ersten zylindrischen
Abschirmelektrode 11 herstellen. Gleichzeitig befinden sich zwischen den Elektroden 15 der
ersten Stufe des Nachbeschleunigungssysterr.s Potentialteilerwiderstände
17 zur Fixierung des Potentials. Die Potentialteiierwiderstände 17 stellen einen Parallel-Widerstand
zu dem Potentialteilerwiderstand 5 im Hochspannungsisolator 1 dar. Auch in der zweiten
zylindrischen Abschirmelektrode 14 befinden sich die Öffnungen 13a zu ihrer Evakuierung.
Die zweite zylindrische Abschirmelektrode 14 wird von dem Vakuumkessel 18, der zugleich die dritte zylindrische
Abschirmelektrode 18 darstellt, umgeben, welche zu der zweiten zylindrischen Abschirmelektrode
14ein~ weitere Spannungsdifferenz von 150 kV
aufweist. Am Deckel des Vakuumkessels 18 und der zweiten zylindrischen Abschirmelektrode 14 befinden
sich drei Elektroden 15 a der zweiten Stufe des Nachbeschleunigungssystems, gehalten von den Isolierstützen
16a, und die Potentialteiierwiderstände 17a.
Die Hochvakuumpumpe (in der Fig. 1 nicht dargestellt) kann an jeder für die Hochspannung günstigen
Stelle an den Vakuumkessel 18 angeflanscht werden, z. B. an der mit 19 bezeichneten Stelle.
Am Boden des Vakuumkessels 18 kann an der Stelle 20 die Ablenkeinheit (Scanner) oder ein Target
für die geladenen Teilchen angebracht werden.
Die Wärmeableitung der Kathodenheizung sowie der Potentialteilerwiderstände 5 im Hochspannungsisolator
1 erfolgt durch das im Hochspannungsisolator 1 zirkulierende Isolieröl.
Liste der Bezugszeichen
| 1 | 12a | Hochspannungsisolator | |
| 20 | 2 | 13a | Hochspannungszündung |
| 3 | Zuführung der Kathodenheizung | ||
| 4 | 15a | Zuführung für die Wehnehsp' nnung | |
| 5 | Potentialteiierwiderstände | ||
| 6 | 16a | Meßgerät | |
| 25 | 7 | 17a | Kathode |
| 8 | Wehneltzylinder | ||
| 9 | Korona-Ring | ||
| 10 | Anode | ||
| 11 | erste Abschirmelektrode | ||
| 30 | 12, | elektrische Kontaktstellen | |
| 13, | öffnungen | ||
| 14 | zweite Abschirmelektrode | ||
| 15, | Elektroden des Nachbeschleunigungs | ||
| systems | |||
| Ji | 16, | Isolierstützen | |
| 17, | Potentialteilerwiderstände | ||
| 18 | Vakuumkessel, der zugleich die dritte | ||
| Abschirmelektrode darstellt | |||
| 19 | Anschluß für die Vakuumpumpe | ||
| 41) | 20 | Ablenkeinheit (Scanner) | |
| 21 | Vorrichtung zum Herausheben des Hoch | ||
| Spannungsisolators | |||
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Mehrstufiger Beschleuniger für geladene Teilchen mit Beschleunigungsspannungen über ">
150 kV mit einem von sich gegenseitig teilweise umgebenden Abschirmelektroden (11, 14, 18)
umgebenen StrahJerzeugungssystem (7,8, 9, 10), mit einem Nachbeschleunigungssystem (15, 15 a,
16,16a) und mit einem an einem Vakuum kessel ι ο
(18) befestigten Hochspannungsisolator (1), in dem das Anschlußkabel (2, 3, 4) endet, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hochspannungsisolator (1) in sämtliche Abschirmelektroden (11,14,
18) hineinragt und aus dem Vakuum kessel (18) ι>
leicht herauszunehmen ist, und daß die Abschirmelektroden, das Strahlerzeugungssystem (7, 8, 9,
10) und das Nachbeschleunigungssystem (15,15 a, 16,16a) in demselben Vakuumkessel angeordnet
sind.
2. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschirmeiektroden zwei oder mehr Abschirmzylinder sind und daß zwischen
benachbarten Abschirmelektroden eine Spannung von max. 150 kV angelegt ist.
3. Beschleuniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Nachbeschleunigungssystem
zwischen den einzelnen Nachbeschleunigungselektroden max. 50 kV angelegt sind. jo
4. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daduch gekennzeichnet, daß er für Beschleunigungsspannungen
r-vischen 300 und 450 kV ausgelegt ist.
5. Beschleuniger nach einer·] der Ansprüche 1 Jr>
bis 4, dadurch gekennzeichne:, daß ein Elektronenstrahl erzeugt wird.
6. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ionenstrahl
erzeugt wird.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |