DE695129C - Zyklotronanordnung zur Erzeugung eines Stromes rasch fliegender Ionen - Google Patents

Description

• - Zyklotronanordnung zur Erzeugung eines Stromes rasch fliegender Ionen Die Erfindung betrifft eine Zyklotronanordnung zur Erzeugung eines Stromes sehr rasch fliegender Ionen. Die bekannten Zyklotronanordnungen bestehen aus zwei Beschleunigungselektroden aus Blech, welche durch einen geraden Spalt voneinander getrennt sind und zusammen die Form einer flachen, kreisrunden Dose besitzen, die in der Mitte längs eines Durchmessers halbiert ist. Zwischen den beiden Elektroden wird eine Wechselspannung angelegt, und die von"einer z. B. im Zentrum angebrachten Ionenquelle gelieferten Ionen werden durch das zwischen den Elektroden herrschende elektrische Feld bei jedem Durchlauf durch den Spalt beschleunigt. Durch ein in - axialer Richtung wirkendes Magnetfeld werden die Ionen auf Kreisbahmen geführt. Eine derartige Anordnung bewährt sich, wenn es sich nicht darum handelt, besonders hohe Umlaufgeschwindigkeiten der Ionen zu erzielen. Beim Übergang zu sehr hohen Geschwindigkeiten aber macht sich bereits die relativistische Vergrößerung der Masse bemerkbar, so daß die Resonanz zwischen dem beschleunigenden Wechselfeld und dem Zonenumlauf nicht mehr vorhanden ist.
• Mit der vorliegenden Anordnung gelingt es, den Fehler, der sich durch die Vergrößerung der Maße beim Übergang zu sehr hohen Geschwindigkeiten ergibt, zu beseitigen und die Resonanz zwischen dem Ionenumlauf und der treibenden Spannung herzustellen. Erfindungsgemäß wird die Anordnung so getroffen, daß auf jeder Seite des Spaltes, in dem die Ionen beschleunigt werden, mehrere konzentrische, einander umschließende Beschleunigungselektroden angeordnet sind, von denen die innerste der Beschleunigungselektroden kreisförmig ist und die sie umschließenden weiteren Beschleunigungselektroden die Form von Kreisringen haben, und daß die Wellenlängen der zwischen den zusammengehörigen B schleunigungselektrodlen angelegten Wechselspannungen derart gewählt sind,- daß sie von Elektrode zu Elektrode nach außen zunehmen. Es ist also die Wellenlänge der an die innerste Elektrode angelegten Spannung am kleinsten, während die Wellenlänge der an die äußerste Elektrode angelegten Spannung ,am größten ist.
• Auf die beschriebene Weise gelingt es, die relativistische Massenänderung zu kempensieren. Je weiter ein Ion nach außen gelangt, um so mehr vergrößert sich im Verhältnis die Länge seiner Bahn und um so länger braucht es, bis es nach einem Durchgang durch den Spalt wieder zum Spalt zurückgelangt. Die Frequenz, in welcher die Spannung zwischen den Beschleunigungselektroden schwankt, ist aber nun auch entsprechend niedriger geworden, so daß zwischen der treibenden Spannung und dem:-Ionenumlauf die notwendige Resonanz 13e.-, steht.
• Die Figur zeigt schematisch eine Anorcf°'; nung nach der Erfindung. Mit i ist die innerste Beschleunigungselektrode bezeichnet, mit z die darauffolgende, welche die innerste Elektrode ringförmig umschließt. Auf diese folgt wiederum eine weitere Beschleunigungselektrode 3. q. ist der Spalt, bei dessen Durchfliegen die Ionen beschleunigt werden. Die Wellenlängen der Schwingungen, mit welc 'hen die einzelnen Beschleunigungselektroden beaufschlagt werden (wobei stets der eine Pol der Spannungsquelle an die eine und der andere Pol an die andere je zweier zusammengehöriger Beschleunigungselektroden gelegt wird, wie in der Figur durch die Zeichen -F-und - angedeutet ist), sind von innen nach außen abgestuft, derart, daß die innerste Beschleunigungselektrode i mit der Spannung gespeist wird, welche die kleinste Wellenlänge besitzt, während für die äußerste Elektrode die größte Wellenlänge gilt. Es @ergibt sich bei einer Anordnung der vorliegenden Art ein Ionenstrahl, der in der Schwebungsfrequenz, welche sich durch die überlagerung der einzelnen Frequenzen ergibt, zerbackt ist, also kein völlig kontinuierlich umlaufender Ionenstrom. Die Anordnung bietet jedoch die Möglichkeit, sehr hohe Ionengeschwindigkeiten bei guter Ausbeute zu erreichen. Eine weitere- Erhöhung der Ausbeute ist dadurch möglich, daß man zur Führung der Ionen auf Kreishahnen ein magnetisches Führungsfeld verwendet, dessen Intensität örtlich nicht konstant ist, sondern mit zunehmendem Radius abnimmt. Durch eine solche Feldverteilung werden nämlich die Ionen fokussiert und ein Verlust an Ionen durch Abwandern derselben oder Abschleu-. dern an die Wand weitgehend vermieden. ":Pei-der Wahl der Frequenzen für die Schwingungen, welche den Beschleunigungselekrkoden aufgedrückt werden, muß man auf diese Feldform insofern Rücksicht nehmen, als man die Wellenlänge von innen :nach außen etwas stärker zunehmen läßt, als dies bei einem örtlich konstanten Magnetfeld zur Einhaltung der Resonanzbedingung erforderlich wäre.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Zyklotronanordnung zur Erzeugung eines Stromes rasch fliegender Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß ,auf jeder Seite des Spaltes, in dem die Ionen beschleunigt werden, mehrere konzentrische, einander umschließende Beschleunigungselektroden angeordnet sind, von denen die innerste Elektrode kreisförmig ist und die sie umschließenden weiteren B°schleunigungselektroden die Form von Kreisringen haben, und daß die Wellenlängen der zwischen den zusammengehörigen Beschleunigungselektroden angelegten Wechselspannungen derart gewählt sind, daß sie von Elektrode zu Elektrode nach außen zunehmen. a. Zyklotronanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Führung der Ionen auf Kreisbahnen ein nach außen hin abnehmendes Magnetfeld .dient und daß die Wellenlängen der an den einzelnen Beschleunigungselektroden liegenden Wechselspannungen entsprechend dem abnehmenden Magnetfeld nach außen stärker zunehmen, so daß die Resonanz erhalten bleibt.