DE3148100A1 - Synchrotron X-ray radiation source - Google Patents
Synchrotron X-ray radiation sourceInfo
- Publication number
- DE3148100A1 DE3148100A1 DE19813148100 DE3148100A DE3148100A1 DE 3148100 A1 DE3148100 A1 DE 3148100A1 DE 19813148100 DE19813148100 DE 19813148100 DE 3148100 A DE3148100 A DE 3148100A DE 3148100 A1 DE3148100 A1 DE 3148100A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- storage ring
- electron
- energy
- ray source
- electrons
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
- H05H13/04—Synchrotrons
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/06—Two-beam arrangements; Multi-beam arrangements storage rings; Electron rings
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/08—Arrangements for injecting particles into orbits
Abstract
Description
Synchrotron-Röntgenstrahlungsguelle Synchrotron X-ray source
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchrotron-Röntgenstrahlungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a synchrotron x-ray source according to the preamble of claim 1.
Für viele industrielle und wissenschaftliche Zwecke wird scharf gebündelte Röntgenstrahlung hoher IntensitE. benötigt. Wichtige industrielle Anwendungsgebiete sind z.B. die Röntgenlithographie und die Röntgenmikroskople. Hier werden Intensitäten in der Größenordnung von 104W/srad mit Wellenlängen in der Größenordnung von 1 Nanometer benötigt.For many industrial and scientific purposes it is sharply focused X-rays of high intensity. needed. Important industrial fields of application are e.g. X-ray lithography and X-ray microscopes. Here are intensities on the order of 104W / srad with wavelengths on the order of 1 nanometer needed.
Es ist bekannt, daß ein in einem Magnetfeld auf einer Kreisbahn umlaufendes Elektron elektromagnetische Strahlung (Synchrotronstrahlung oder magnetische Bremsstrahlung) abstrahlt.It is known that a circulating in a magnetic field on a circular path Electron electromagnetic radiation (synchrotron radiation or magnetic bremsstrahlung) radiates.
Mit den in jüngerer Zeit gebauten Elektronenkreisbeschleunigern und Speicherringen stehen daher Synchrotronstrahlungsquellen zur Verfügung, die eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Strahlungsquellen für kurzwellige Strahlung haben.With the electron accelerators and Storage rings are therefore synchrotron radiation sources available that one A number of advantages over other radiation sources for short-wave radiation to have.
Die Strahlung solcher Synchrotronstrahlungsquellen hat ein quasi-kontinuierliches Spektrum, das bis tief in das Röntgengebiet hineinreicht. Die Strahlung ist polarisiert und in Vorwärtsrichtung der Elektronen stark gebündelt, sie kann entsprechend der Bunch- oder Paketstruktur der umlaufenden Elektronenwolken eine Zeitstruktur im SubnanoSekútdenbereich haben und sie ist berechenbar. Die Intensität kann im Röntgenbereich um mehrere Zehnerpotenzen größer sein als der kontinuierliche Teil des Spektrums der besten derzeitigen Röntgenröhren oder anderer Röntgenstrahlungsquellen.The radiation of such synchrotron radiation sources is quasi-continuous Spectrum that extends deep into the X-ray area. The radiation is polarized and the electrons are strongly bundled in the forward direction, they can according to the bunch or packet structure of the circulating electron clouds Have a time structure in the subnano-second range and it is predictable. The intensity can be several powers of ten larger in the X-ray range than the continuous one Part of the spectrum of the best X-ray tubes or other X-ray sources available today.
Die im Bau befindlichen oder bereits gebauten bekannten Maschinen zur Erzeugung intensiver Synchrotronstrahlung mit Wellenlängen in der Größenordnung von einem Nanometer und darunter enthalten im allgemeinen einen Elektronen-Speicherring, in dem die von einer Injektoranordnung gelieferten Elektronen kreisen. Die Injektoranordnung enthält gewöhnlich eine Elektronenquelle, welche Elektronen relativ niedriger Energie liefert, und einen zwischen die Elektronenquelle und den Speicherring geschalteten BeschEuniger in Form eines sogenannten Booster-Synchrotrons, in dem die Elektronen von der relativ niedrigen Energie der Elektronenquelle auf die endgültige Energie im Speicherring beschleunigt werden. Die erforderlichen hohen Elektronenströme im Speicherring können nur erreicht-werden, indem die relativ kleinen Ströme aus der Injektoranordnung zu wiederholten Malen'in den Speicherring eingespeist werden.Known machines under construction or already built to generate intense synchrotron radiation with wavelengths in the order of magnitude of one nanometer and below generally contain an electron storage ring, in which the electrons supplied by an injector arrangement circulate. The injector arrangement usually contains an electron source which contains relatively low energy electrons supplies, and one connected between the electron source and the storage ring Accelerator in the form of a so-called booster synchrotron in which the electrons from the relatively low energy of the electron source to the final energy be accelerated in the storage ring. The required high electron currents in the Storage ring can only be achieved by removing the relatively small currents from the Injector assembly to be fed into the storage ring repeatedly.
Das Magnetfeld für den Speicherring wurde bisher ausschließlich durch normalleitende Magnetsysteme erzeugt, was die Anwendung des bekannten Prinzips der starken Fokussierung und damit relativ große mittlere Radien (ca 1Om)- der Speicherringe und Beschleunigerzwingend zur Folge hat. Typische Beispiele für solche bekannte Anlagen befinden sich in Berlin (BESSY), Brookhaven (V.St.A.), Okazaki (Japan) und Orsay (Frankreich). Diese bekannten Maschinen sind aufgrund ihrer Komplexität sehr teuer und erfordern wegen ihrer Größe aufwendige Baumaßnahmen. Sie sind daher für die industrielle Nutzung der Synchrotronstrahlung ungeeignet und auch für viele wissenschaftliche Zwecke zu teuer und platzraubend.The magnetic field for the storage ring has so far been exclusively through Normal conducting magnet systems generated what the application of the well-known principle of strong focus and thus relatively large mean radii (approx. 10 m) - of the storage rings and accelerator inevitably results. Typical examples of such well-known Systems are located in Berlin (BESSY), Brookhaven (V.St.A.), Okazaki (Japan) and Orsay (France). These well known machines are because of your Complexity is very expensive and, because of its size, requires complex construction work. They are therefore unsuitable for the industrial use of synchrotron radiation and too expensive and space-consuming for many scientific purposes.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchrotronstrahlungsquelle für die Erzeugung hochintensiver Röntgenstrahlung anzugeben, bei der der apparative Aufwand und Platzbedarf wesentlich kleiner sind als bei den bekannten vergleichbaren Maschinen.The present invention is based on the object of a synchrotron radiation source specify for the generation of high-intensity X-rays, in which the apparatus Effort and space requirements are much smaller than with the known comparable Machinery.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Synchrotron-Röntgenstrahlungsquelle gelöst.This object is achieved by the synchrotron X-ray source characterized in claim 1 solved.
Die Synchrotron-Röntgenstrahlungsquelle gemäß der Erfindung zeichnet sich durch relativ niedrige Anschaffungs-und Betriebskosten aus, so daß sie hinsichtlich ihrer Verwendung nicht auf Großforschungseinrichtungen beschränkt ist, sondern auch von Universitäten und größeren Firmen eingesetzt werden kann.The synchrotron X-ray source according to the invention draws are characterized by relatively low acquisition and operating costs, so that they with regard to its use is not limited to large research institutions, but also Can be used by universities and larger companies.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Röntgenlithographie, insbesondere Röntgen-Mikrolithographie zur Herstellung integrierter Schaltkreise, sowie die Röntgen-Mikroskopie.A preferred field of application is X-ray lithography, in particular X-ray microlithography for the production of integrated circuits, as well as X-ray microscopy.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The following is a preferred embodiment of the invention explained in more detail with reference to the drawing.
Es zeigen: Fig. 1 ein schematischer Grundriß der Einrichtungen einer Synchrotron-Röntgenstrahlungsquelle gemäß der Erfindung: Fig. 1a den Feldverlauf um rO, Fig. 2 einen vereinfachten Axialschnitt des Speicherringes; Fig. 3 einen Querschnitt des rechten oberen Quadranten des Magnetsystems; Fig. 4a und 4b graphische Darstellungen des radialen Feldverlaufes, der durch kreisförmige Stromfadenpaare mit verschiedenen Radien bzw. verschiedenen Abständen von einer Sollkreisebene erzeugt wird; Fig. 5 den radialen Feldverlauf in der Mittelebene des Magnetsystems des Speicherringes für E = 430 MeV; Fig. 6a und 6b einen Längs- bzw. Querschnitt eines geraden A/4-Resonators; Fig. 7a eine schematische, teilweise aufgebrochene Darstellung eines Doppelresonators für den Speicherring; Fig. 7b die Spannungs- und Stromverteilung im Resonator gem.Show it: Fig. 1 is a schematic plan view of the facilities a synchrotron X-ray source according to the invention: FIG. 1a shows the field profile around r0, FIG. 2 shows a simplified axial section of the storage ring; Fig. 3 a Cross-section of the right upper quadrant of the magnet system; Figures 4a and 4b graphically Representations of the radial field course created by circular pairs of streams generated with different radii or different distances from a nominal circle plane will; 5 shows the radial field profile in the central plane of the magnet system of the storage ring for E = 430 MeV; 6a and 6b show a longitudinal and cross section, respectively, of a straight ¼ resonator; 7a shows a schematic, partially broken away representation of a double resonator for the storage ring; Fig. 7b shows the voltage and current distribution in the resonator according to.
Figur 7a; Fig. 8 eine Schnittansicht eines Teiles der Vakuumkammer; Fig. 9 eine schematische Darstellung der Geometrie des Inj ektionspfades; Fig. 10 den radialen Feldverlauf für E = 8 MeV; In Figur 1 ist beispielsweise der Grundriß einer Halle dargestellt, die eine Synchrotronstrahlungsquelle gemäß der Erfindung enthält. Figure 7a; Fig. 8 is a sectional view of part of the vacuum chamber; 9 shows a schematic representation of the geometry of the injection path; Fig. 10 the radial field profile for E = 8 MeV; In Figure 1, for example the floor plan of a hall is shown containing a synchrotron radiation source according to of the invention.
Die wesentlichen Bestandteile der dargestellte Synchrotronstrahlungsquelle sind ein als Injektor dienender Linearbeschleuniger IJ und ein Elektronspeicherring R.The essential components of the illustrated synchrotron radiation source are a linear accelerator IJ serving as an injector and an electron storage ring R.
Netzgeräte, Hochfrequenzgeneratoren usw. sind nicht dargestellt, sie können sich in einem Kellerraum unter der'Maschine befinden.Power supplies, high frequency generators, etc. are not shown, they can be located under the machine in a basement room.
Es sind ferner dargestellt: Ein Tank He für flüssiges Helium zur Versorgung der supraleitenden Spulen und Kryopumpen, ein Kontrollraum K, eine Betonabschirmung A, Strahirohren für die Auskopplung und Nutzbarmachung des Synchrotronstrahlung und ein Kompressorhäuschen G für die Wiedergewinnung des verdampften lleliums.There are also shown: A tank He for liquid helium for supply the superconducting coils and cryopumps, a control room K, a concrete shield A, radiation tubes for the decoupling and utilization of the synchrotron radiation and a compressor house G for recovering the evaporated llelium.
In folgenden soll ein spezielles, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.The following is a special, preferred embodiment the invention will be explained in more detail.
Allgemeines Die im folgenden beschriebene Synchrotronstrahlungsquelle ist speziell den Anforderungen der Röntgenmikrolithographie angepaßt. Die kritische Wellenlänge des abgestrahlten Spektrums soll daher etwa 2 Nanometer betragen. Unter der kritischen Wellenlänge Ä versteht man bekanntlich c die Wellenlänge, die die spektrale Leistungsverteilung halbiert. General The synchrotron radiation source described below is specially adapted to the requirements of X-ray microlithography. The critical one The wavelength of the emitted spectrum should therefore be around 2 nanometers. Under the critical wavelength λ is known to mean c the wavelength that the spectral power distribution halved.
Um den Raumbedarf und die Anlagekosten klein zu halten, wird bei der vorliegenden Synchrotron-Röntgenstrahlungsquelle ein kleiner Speicherring mit supraleitenden Magnetspulen verwendet. Der Radius rO der Sollkreisbahn der im Speicherring umlaufenden Elektronen ist vorzugsweise kleiner als 40 cm, insbesondere kleiner als 30 cm. Als besonders vorteilhafter Wert hat sich ein Sollkreisbahnradius von 28,7 an ergeben.In order to keep the space requirements and the investment costs small, the present synchrotron X-ray source a small storage ring with superconducting Solenoids used. The radius rO of the nominal circular path of the circulating in the storage ring Electrons is preferably smaller than 40 cm, in particular smaller than 30 cm. as A nominal circular path radius of 28.7 resulted in a particularly advantageous value.
Das Führungsfeld Bo für die Elektronen, deren Impuls p0 bei der Endenergie etwa 430 MeV/c (c = Lichtgeschwindigkeit) beträgt, hat dann einen Wert von etwa 5 Tesla und wird durch ein einziges, einfaches, schwach fokussierendes Ringmagnetsystem erzeugt. Das Magnetsystem enthäIt einen einfachen topfförmigen Magnetkern und supraleitende Ringspulen.The guiding field Bo for the electrons, whose momentum p0 at the final energy is about 430 MeV / c (c = speed of light), then has a value of about 5 Tesla and is powered by a single, simple, weakly focusing ring magnet system generated. The magnet system contains a simple cup-shaped magnet core and superconducting Toroidal coils.
Der Speicherring wird außerdem dazu verwendet, um die mit verhältnismäßig niedriger Energie, z.B. etwa-8 MeV, injizierten Elektronen auf die Endenergie zu beschleunigen.The storage ring is also used to keep those with relatively low energy, e.g. about -8 MeV, injected electrons towards the final energy accelerate.
Das bei den bekannten Maschinelerforderliche Booster-Synchrotron kann daher entfallen.The booster synchrotron required by the known machines can therefore not applicable.
Als Elektronenquelle und Injektor wird ein einfacher Bescnleuniger, der kurze Elektronenpulse hoher Stromstärke bei kleiner Energieunschärfe zu liefern vermag, verwendet. Bevorzugt wird ein Linearbe- schleuniger. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liefert dieser Linearbeschleuniger 20 Nanosekunden lange Elektronenpulse von 2 Ampere mit einer Energie von etwa 8 MeV bei einer Energieunschärfe von AE/E < 2 %.A simple accelerator is used as the electron source and injector, of delivering short electron pulses of high amperage with low energy uncertainty capable of being used. A linear movement is preferred faster. at In the exemplary embodiment described, this linear accelerator delivers 20 nanoseconds long electron pulses of 2 amperes with an energy of about 8 MeV with an energy uncertainty of AE / E <2%.
W&hrend der Injektion ist das Feld im Speicherring abgesenkt, z*B, auf etwa 9,3 x 10 2T (930 Gauß). Bei den oben angegebenen bevorzugten Parametern beträgt die Umlaufzeit der Elektronen im Speicherring 6 ns, so daß ein einziger Elektronenpuls vom Linearbeschleuniger für eine Füllung des Speicherringes mit einigen 100 mA Strom während dreier umläuft ausreichen wird.During the injection, the field in the storage ring is lowered, z * B, to about 9.3 x 10 2T (930 Gauss). With the preferred parameters given above is the cycle time of the electrons in the storage ring 6 ns, so that a single Electron pulse from the linear accelerator to fill the storage ring with some 100 mA current during three cycles will be sufficient.
Um Strahlinstabilitäten zu vermeiden, die besonders bei kleinen Energien zu Verlusten führen können, wird das Führungsfeld im Speicherring während der ersten Sekunden der Beschleunigunyspase bis etwa 0,4 T relativ schnell er höht. Die Feldänderung beträgt dabei etwa 0,1 T/s. Die weitere Beschleunigung auf die Endenergie kann dann viel langsamer, z.B. innerhalb einiger Minuten, erfolgen. Um Speicherzeiten von mehreren Stunden zu erreichen, sind Maßnahmen vorgesehen, die das Volumen der umlaufenden Elektronenwolken vergrößern und damit die Elektronendichte zu erniedrigen.To avoid beam instabilities, especially with small energies can lead to losses, the lead field in the storage ring during the first Seconds of the acceleration phase up to about 0.4 T relatively quickly it increases. The field change is about 0.1 T / s. The further acceleration to the final energy can then much more slowly, e.g. within a few minutes. To save times of To achieve several hours, measures are provided that reduce the volume of the circulating Enlarge electron clouds and thus lower the electron density.
Da der Radius des Speicherringes so klein ist, kann das Prinzip der schwachen Fokussierung genutzt werden, was wiederum einen sehr einfachen Aufbau des Magnetsystems ermöglicht. Ein Zwischenbeschleuniger ist überflüssig, weil der gesamte zu speichernde Elektronenstrom während eines einzigen Impulses des Linearbeschleunigers ("Linac") eingeschossen werden kann. Entscheidend dabei ist, daß die Länge der vom Beschleuniger erzeugten Hochstromimpulse groß genug ist, um den Speicherring während weniger, ins- besondere während dreier Umläufe zu füllen.Since the radius of the storage ring is so small, the principle of weak focus can be used, which in turn is a very simple structure of the magnet system. An intermediate accelerator is superfluous because the total electron flow to be stored during a single pulse of the linear accelerator ("Linac") can be shot. It is crucial that the length of the from Accelerators generated high current pulses large enough to run the storage ring during less, especially special to fill during three rounds.
Durch die Kombination eines Linearbeschleunigers mit einem supraleitenden, schwach fokussierenden Speicherring, der gleichzeitig als Beschleuniger betrieben wirdr ergibt sich also eine Synchrotron-Röntgenstrahlungsquelle hoher Intensität und trotzdem kleinen und einfachen Aufbaues.By combining a linear accelerator with a superconducting, weakly focusing storage ring that simultaneously operated as an accelerator Thus, a synchrotron x-ray source of high intensity results and still small and simple structure.
Einzelheiten des Ausführungsbeispiels Feldeigenschaften Da der Speicherring in erster Linie als Synchrotron-Strahlungsquelle für die Röntgenmikrolithographie bestimmt ist, wird die kritische Wellenlänge auf zwei Nanometer festgelegt. Die kritische Wellenlänge bestimmt eindeutig die spektrale Verteilung der emittierten Strahlung. Details of the exemplary embodiment Field properties As the storage ring primarily as a synchrotron radiation source for X-ray microlithography is determined, the critical wavelength is set to two nanometers. the critical wavelength clearly determines the spectral distribution of the emitted Radiation.
Die kritische Wellenlänge hängt bekanntlich vom Magnetfeld B sowie vom Impuls p bzw. dem Kreisbahnradius r der Elektronen ab. Der Kreisbahnradius ist dem Reziprokwert der Wurzel aus B3 proportional, so daß er mit zunehmender Feldstärke stark abnimmt.As is known, the critical wavelength depends on the magnetic field B as well on the momentum p or the circular orbit radius r of the electrons. The circular orbit radius is proportional to the reciprocal of the square root of B3, so that with increasing field strength decreases sharply.
Für den Speicherring der vorliegenden Synchrotron-Strahlungsquelle wird ein Führungsfeld B = 5 T gewählt, was bei einem Elektronenimpuls p = 430 MeV/c einen Ablenk-oder Sollkreisradius rO der Elektronenbahnen-von 28,7 cm ergibt.For the storage ring of the present synchrotron radiation source a guiding field B = 5 T is selected, which with an electron pulse p = 430 MeV / c results in a deflection or nominal circle radius r0 of the electron orbits of 28.7 cm.
Für einen Speicherring mit einem Ablenkradius von nur 28,7 cm ist die sogenannte schwache Fokussierung ausreichend. Von einer schwachen Fokussierung spricht man, wenn der Feldindex n kleiner als 1 ist. Der Feldindex beschreibt den radialen Feldabfall am Ort des Sollkreises, dessen Radius mit r0 bezeichnet wird: Ein besonderer Vorteil der schwachen Fokussierung besteht darin, daß sie mit einem besonders einfachen Magnetsystem erreicht werden kann.For a storage ring with a deflection radius of only 28.7 cm, so-called weak focusing is sufficient. One speaks of weak focusing when the field index n is less than 1. The field index describes the radial field drop at the location of the nominal circle, the radius of which is denoted by r0: A particular advantage of weak focusing is that it can be achieved with a particularly simple magnet system.
Mit dem Feldindex n kann die radiale Entwicklung des Feldes um den Sollkreis mit dem Radius rO: in linearer Näherung geschrieben werden: B = Bo (1 - n r ) (3) 0 Wird n innerhalb der Grenze 0 < n < 0,75 (4) gewählt, so kann das Magnetsystem, das die Elektronen auf einer Kreisbahn ablenkt, zugleich noch folgende Aufgaben erfüllen: 1) Radiale Fokussierung mit Schwingungszahlen Qr pro Umlauf für die Betatronschwingungen um den Sollkreis von 2) Vertikale Fokussierung mit Schwingungszahlen Qy pro Umlauf für die Betatronschwingungen um die Sollkreisebene von Qy = #n (6) 3) Gleichzeitige Dämpfung der transversalen Betatron- und longitudinalen Synchrotronschwingungen mit den Zeitkonstanten #y = #0 (7) 1-n #r = #0 (8) n 1-n #s = #0 (9) 3-4n E 3 r0² mit #0 = 2 . = . (10) -E rec #³ und re = e²/(4##0m0c²) = 2,818.10-13 (11) wobei E die Teilchenenergie und É die zeitliche Abnahme der Energie durch Abstrahlung ist.With the field index n, the radial development of the field around the nominal circle with the radius rO can be: can be written in linear approximation: B = Bo (1 - nr) (3) 0 If n is chosen within the limit 0 <n <0.75 (4), the magnet system, which deflects the electrons on a circular path, can at the same time still fulfill the following tasks: 1) Radial focusing with oscillation numbers Qr per revolution for the betatron oscillations around the target circle of 2) Vertical focusing with oscillation numbers Qy per revolution for the betatron oscillations around the nominal circular plane of Qy = #n (6) 3) Simultaneous damping of the transverse betatron and longitudinal synchrotron oscillations with the time constants #y = # 0 (7) 1-n #r = # 0 (8) n 1-n #s = # 0 (9) 3-4n E 3 r0² with # 0 = 2. =. (10) -E rec # ³ and re = e² / (4 ## 0m0c²) = 2,818.10-13 (11) where E is the particle energy and É is the decrease in energy over time due to radiation.
4) Durch geeignete Formgebung des radialen Feldabfalles Kann ein quadratischer Term in der Feldentwicklung Gl. (2) erzeugt werden, der so gewählt werden kann, daß die Zahl der vertikalen Betatronschwingungen pro Zeiteinheit Qy/T mit T = Umlaufzeit unabhängig von der Energie der Elektronen wird Chromatizitätskorrektur).4) By suitably shaping the radial field drop, a square Term in the field expansion Eq. (2) can be generated, which can be chosen so that the number of vertical betatron oscillations per unit of time Qy / T with T = orbital time independent of Energy of electrons is chromaticity correction).
Dies dient der Beherrschung von Strahlinstabilitäten bei hohen Strahlströmen (Head-Tail-Turbulenz) 5) Schließlich kann ein Oktupol-Term eingeführt werden, der erstens die Betatronfrequenzen amplitudenabhängig macht und zweitens eine Kopplung der vertikalen und horizontalen Betatronschwingungen bewirkt. Dies ist ebenfalls für die Bekämpfung von Instabilitäten nützlich (Landaudämpfung).This is used to control jet instabilities at high jet currents (Head-Tail-Turbulence) 5) Finally, an octupole term can be introduced, the firstly makes the betatron frequencies dependent on amplitude and secondly a coupling the vertical and horizontal betatron vibrations caused. This is also useful for combating instabilities (Landaud attenuation).
Bei der schwachen Fokussierung können also anders als bei der starken Fokussierung allein durch geeignete Formgebung des radialen Feldabfalles alle wichtigen Aufgaben von einem einzigen magnetischen Element zugleich erfüllt werden, so daß der ganze Speicherring als ein einziger Ringmagnet gebaut werden kann, der rotationssymmetrisch bezüglich der zentralen Achse und spiegelsymmetrisch bezüglich der Sollkreisebene ist.The weak focus can therefore differ from the strong one Focusing solely through suitable shaping of the radial field drop is all important Tasks are fulfilled by a single magnetic element at the same time, so that the entire storage ring can be built as a single ring magnet that is rotationally symmetrical with respect to the central axis and mirror-symmetrically with respect to the nominal circle plane is.
Die folgenden Feldparameter haben sich als geeignet erwiesen: B(r0> = 5 T #B/#r(r0) = - 9 T/m (12) #²B/#r²(r0) 0 -15 T/m² n = 0,525 Der zulässige Bereich ist 0,5< n< 0,556 . Gegebenenfalls wird noch der folgende Oktupolterm verwendet: #³B/#r³(r0) | = 600 T/m3 (12a) Die Erzeugung des Feldes An das Magnetsystem werden folgende Forderungen gestellt: 1) Das Magnetfeld soll in dem Bereich (rO-3cm)< r <(rO+3cm) (13) durch die oben abgeleiteten Momente am Sollkreisradius beschrieben werden: B(r0) = 5 T, #B/#r(r0)= -9T/m, #²B/#r²(r0)=-15T/m² (12) Zusätzlich ist eventuell der Oktupolterm B''' 600 T/m3 wünschenswert.The following field parameters have proven to be suitable: B (r0> = 5 T # B / # r (r0) = - 9 T / m (12) # ²B / # r² (r0) 0 -15 T / m² n = 0.525 The permissible range is 0.5 <n <0.556. If necessary, the following octupolar term is also used: # ³B / # r³ (r0) | = 600 T / m3 (12a) The creation of the field To that Magnet system the following requirements are made: 1) The magnetic field should be in the Range (rO-3cm) <r <(rO + 3cm) (13) through the moments am derived above Described circle radius: B (r0) = 5 T, # B / # r (r0) = -9T / m, # ²B / # r² (r0) = - 15T / m² (12) In addition, the octupol term B '' '600 T / m3 may be desirable.
2) Abweichungen der Feldterme von den Sollwerten sind nur insoweit erlaubt, als die daraus resultierenden Verschiebungen der Betatronschwingungszahlen tolerierbar sind.2) Deviations of the field terms from the target values are only insofar allowed than the resulting shifts in the betatron oscillation numbers are tolerable.
3) Die Feldform muß zwischen Feldern von eta 9 10 10 T (900 Gauß) am Sollkreis (bei einer Einschußenergie von 8 MeV) bis zum maximalen Wert von 5 T konstant bleiben.3) The field shape must be between fields of eta 9 10 10 T (900 Gauss) at the target circle (with an injection energy of 8 MeV) up to the maximum value of 5 T remain constant.
Dies ist wegen der Sättigungserscheinungen im Eisenjoch nicht trivial.This is not trivial because of the saturation phenomena in the Eisenjoch.
4. Die Spulen sind so zu wickeln, daß möglichst keine azimutalen Feldstörungen auftreten. Insbesondere sind solche Feldfehler zu vermeiden, deren Harmonischen-Zahlen der Fourierkomponenten K = 2 oder 3 betragen.4. The coils are to be wound in such a way that as far as possible no azimuthal field disturbances appear. In particular, such field errors are to be avoided, their harmonic numbers of the Fourier components K = 2 or 3.
5. Die maximalen Felder an den Spulen und-die maximalen Stromdichten in den Spulen müssen möglichst weit unterhalb der für den Supraleiter kritischen Werte liegen.5. The maximum fields on the coils and the maximum current densities in the coils must be as far below the critical values for the superconductor as possible Values lie.
6. Die im Magnetfeld gespeicherte Energie soll möglichst gering sein, damit aufwenige Quenchschutzmaßnahmen vermieden werden können und die Induktivität des Magneten nicht zu hoch ist.6. The energy stored in the magnetic field should be as low as possible, so that costly quench protection measures can be avoided and the inductance the magnet is not too high.
7. Die Gesamtamperewindunyszahl sollte aus Kostengründen möglichst klein sein.7. For reasons of cost, the total number of amperes should if possible be small.
Das Magnetsystem soll rotationssymmetrisch bezüglich der vertikalen y-Achse und spiegelsymmetrisch bezüglich der Sollkreisebene sein.The magnet system should be rotationally symmetrical with respect to the vertical y-axis and mirror symmetry with respect to the nominal circular plane.
Diese Bedingungen werden durch das in Fig. 2 vereinfacht dargestellte Magnetsystem erfüllt, welches ein ringförmiges Eisenjoch 12 mit axial vorspringenden Eisenpolschuhen 12a, 12b und ein supraleitendes Spulensystem 14 enthält.These conditions are simplified by what is shown in FIG Magnet system met, which an annular iron yoke 12 with axially protruding Iron pole pieces 12a, 12b and a superconducting coil system 14 contains.
Das Eisenjoch 12 und die Polschuhe 12a, 12b verstärken das Feld am Sollkreis 16 um etwa 1,6 T. Dadurch werden sowohl die benötigte Amperewindungszahl der Spulen 14 als auch die gespeicherte Feldenergie reduziert.The iron yoke 12 and the pole shoes 12a, 12b reinforce the field on Setpoint circle 16 by about 1.6 T. This both the required number of ampere turns of the coils 14 as well as the stored field energy is reduced.
Das Eisenjoch 12 hat einen Außendurchmesser von 190 cm, eine Höhe von 170 cm und eine Wandstärke von 40 cm. Es führt den Magnetfluß außen zurück, so daß die Umgebung feldfrei bleibt, außerdem dient es als Abschirmung gegen radioaktive Strahlung. Für den Auslaß der Synchrotronstrahlung und für den Elektroneneinschuß sind tangentiale Bohrungen in der Sollkreisebene vorgesehen, die in Fig.2 nicht dargestellt sind. Der Abstand der Stirnflächen der Pol schuhe ist bei der y-Achse etwa 34 cm, also relativ groß, um den Einfluß von Sättigungseffekten im Eisen möglichst gering zu halten.The iron yoke 12 has an outer diameter of 190 cm, a height of 170 cm and a wall thickness of 40 cm. It returns the magnetic flux outside, so that the environment remains field-free, it also serves as a shield against radioactive substances Radiation. For the outlet of the synchrotron radiation and for the electron injection tangential bores are provided in the nominal circle plane, which are not shown in Fig.2 are shown. The distance between the end faces of the pole shoes is on the y-axis about 34 cm, so relatively large, in order to minimize the influence of saturation effects in iron to keep it low.
Da der Feldbeitrag der supraleitenden Spulen gegenüber dem des Eisens dominierend ist, wird die Feldform hier (anders als bei normalleitenden Magneten) ganz wesentlich von Form und Lage der Spulen der Spulenanordnung 14 bestimmt. Die Spulen sind soweit von der Vakuumkammer 18 und dem Eisenjoch 12 entfernt, daß genügen Platz für Kühlschilde, mechanische Abstützvorrichtungen und dgl. vorhanden sind. Diese Vorrichtungen können in bekannter Weise ausgebildet sein und sind in Fig. 2 nicht dargestellt.Since the field contribution of the superconducting coils compared to that of iron is dominant, the field shape is here (unlike normal conducting magnets) largely determined by the shape and position of the coils of the coil arrangement 14. the Coils are so far removed from the vacuum chamber 18 and the iron yoke 12 that are sufficient Space for cooling shields, mechanical support devices and the like. Are available. These devices can be designed in a known manner and are shown in Fig. 2 not shown.
Ein Querschnitt des rechten oberen Quadranten der Spulenanordnung 14 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Spulenanordnung enthält eine Hauptspule 20 und zwei kleinere Korrekturspulen 22 und 24. Nötigenfalls können weitere Korrekturspulen vorgesehen sein. Die Hauptspule 20 besteht aus einem oberen Teil 20a sowie einem unteren Teil 20b.A cross section of the upper right quadrant of the coil assembly 14 is shown in FIG. 3. The coil assembly includes a main coil 20 and two smaller correction coils 22 and 24. If necessary, additional correction coils can be used be provided. The main coil 20 consists of an upper part 20a and one lower part 20b.
Um die Erzeugung des magnetischen Führunqsfeldes durchausgedehnte Spulen zu verstehen, ist es nützlich, das Feld von Paaren fadenförmiger, symmetrisch zur Sollkreisebene angeordneter, koaxialer und gleiche Radien aufweisender Ringströme in Abhängigkeit von ihren Radien a und Abständen h von der Sollkreisebene zu betrachten.Around the generation of the magnetic guide field quite stretched Understanding coils, it is useful to make the field of pairs of filamentary, symmetrical to the nominal circular plane arranged, coaxial and equal radii having ring currents to be considered as a function of their radii a and distances h from the nominal circle plane.
Dieser Feldverlauf B (r) kann in bekannter Weise errechnet werden.This field course B (r) can be calculated in a known manner.
In Fig. 4a sind die Feldverläufe B (r) für drei Stromfadenpaare verschiedener Radien a aufgetragen, wobei der Abstand h konstant ist.In Fig. 4a, the field courses B (r) for three pairs of stream filaments are different Plotted radii a, the distance h being constant.
In Abbildung 4b sind die Feldverläufe B (r) für drei Stromfadenpaare gleicher Radien jedoch unterschiedlicher Höhen h aufgetragen.In Figure 4b, the field profiles B (r) are for three pairs of stream filaments the same radii but different heights h plotted.
Diese Felder haben folgende Eigenschaften: 1) Die Maxima der Feldverläufe liegen bei einem Radius r(Bmax) = a-h, d.h. die Maxima wandern mit wachsendem Abstand h immer weiter nach innen.These fields have the following properties: 1) The maxima of the field courses lie at a radius r (Bmax) = a-h, i.e. the maxima move with increasing distance h further and further inwards.
2) Hinter dem Maximum fällt das Feld steil ab. Dieser Bereich ist für die Erzeugung des Quadrupolterms wichtig. Er hat in seinem vorderen Teil negative (B'"- < 0) und dann positive Krümmung (B" c o ).2) The field drops steeply after the maximum. This area is important for the generation of the quadrupole term. It has negatives in its front part (B '"- <0) and then positive curvature (B" c o).
3) Die einzelnen Beträge sind umso größer, je näher die Leiter an der Sollkreisebene sitzen.3) The closer the ladder to, the greater the individual amounts the nominal circle level sit.
Wegen des nichtlinearen Einflusses des Eisens kann der absolute Beitrag der verschiedenen Spulen nicht isoliert von den der anderen Spulen bestimmt werden.Because of the non-linear influence of iron, the absolute contribution of the various coils cannot be determined in isolation from those of the other coils.
Deshalb wurden die relativen Beiträge der Spulen der Spulenanordnung 14 gemäß folgender Vorschrift ermittelt B(n) ( r0, j0 + #j) = B(n)(r0,j0) + cn #j (14) dabei bedeuten B(n) - #nB/#rn, j die Stromdichte in der betreffenden Spule und Cn = aB(n)/ aj {r j . Die in der Tabelle angegebenen Werte sind so normiert, daß die Summe aller Ko-effizienten für jede Multipolordnung für sich 1 ergibt.Therefore, the relative contributions of the coils of the coil assembly 14 determines B (n) (r0, j0 + #j) = B (n) (r0, j0) + cn #j according to the following rule (14) where B (n) - # nB / # rn, j denote the current density in the relevant coil and Cn = aB (n) / aj {r j. The values given in the table are standardized in such a way that that the sum of all coefficients for each multipole order is 1.
Die relativen Beiträge der einzelnen Spulen zu den verschiedenen Feldkoeffizienten
B(n) für den Fall voller Erregung sind in der folgenden Tabelle angegeben:
Tabelle
1. Beiträge der Spulen zu den Feldkoeffizienten
Die innere Korrekturspule, die nahezu über dem Sollkreis liegt, liefert kaum einen Feldbeitrag, erzeugt jedoch den benötigten Gradienten und korrigiert den Sextupolanteil der Hauptspulen. Der Feldverlauf des zu dieser Spule gehörigen Zentrumfadens hat am-Sollkreis den Bereich des steilen Abfalles mit positiver Krümmung. Die mittlere Korrekturspule mit umgekehrter Stromrichtung erzeugt Feinkorrekturen. Außerdem ist diese Spule sowie die Unterteilung der Hauptspulen in zwei Bereiche notwendig, um den gewünschten Feldverlauf auch bei niedriger Erregung zu erreichen.The inner correction coil, which is almost above the target circle, delivers hardly any field contribution, but generates the required gradient and corrects it the sextupole portion of the main coils. The course of the field belonging to this coil The center thread has the area of the steep drop with positive curvature on the nominal circle. The middle correction coil with reverse current direction generates fine corrections. In addition, this coil as well as the subdivision of the main coils into two areas necessary to achieve the desired field profile even with low excitation.
In Fig. 5 ist der radiale Feldverlauf in der Sollkreisebene für die maximale Elektronenenergie von 430 MeV aufgetragen.In Fig. 5, the radial field profile in the nominal circular plane for the maximum electron energy of 430 MeV is applied.
Die Parameter der Supraleiterspulen 20, 22 und 24 sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: Tabelle 2 Parameter der Supraleiterspulen Radien und Höhenkoordinaten (vergl. Fig. 3) ra = 26 cm y1 = 5 cm r2 = 29 " y2 = 8 r3 = 31 " y3 = 10 " r4 = 33 " y4 = 13 " r5 = 39,5" y5 = 14 " r6 = 44 " y6 = 24 r7 = 49 Spule 20a 20b 22 24 Fläche [cm²] 104,5 62,5 18 4 Itot [AWdgn] 904,10 411,10 154,10 120 Stromdichte j 86,5 65,8 85,6 0,3 [A/mm²] Am Ort r = 26 cm, y = 14 cm der inneren Korrekturspule tritt die höchste Feldstärke B = 6,6 T auf. Die über die ganze Spule gemittelte Stromdichte beträgt 86 A/mm2.The parameters of the superconductor coils 20, 22 and 24 are as follows Table listed: Table 2 parameters of the superconductor coils radii and height coordinates (see Fig. 3) ra = 26 cm y1 = 5 cm r2 = 29 "y2 = 8 r3 = 31" y3 = 10 "r4 = 33 "y4 = 13" r5 = 39.5 "y5 = 14" r6 = 44 "y6 = 24 r7 = 49 coil 20a 20b 22 24 area [cm²] 104.5 62.5 18 4 Itot [AWdgn] 904.10 411.10 154.10 120 Current density j 86.5 65.8 85.6 0.3 [A / mm²] At the location r = 26 cm, y = 14 cm of the inner correction coil the highest field strength B = 6.6 T occurs. The one averaged over the whole coil Current density is 86 A / mm2.
Hierauf ist bei der Wahl des Supraleitermaterials Rücksicht zu nehmen. Geeignet ist z.B. Niob-Titan.This must be taken into account when choosing the superconductor material. Niobium-titanium, for example, is suitable.
Bezüglich der Toleranzen, die hinsichtlich des magnetischen Führungsfeldes 1 erhalten sind, ist folgendes zu bemerken: Eine Abweichung des Feldes Bo vom Sollwert bewirkt lediglich eine Energieänderung und damit eine Verschiebung des Spektrums der Synchrotronstrahlung.With regard to the tolerances that apply to the magnetic guide field 1 are received, the following should be noted: A deviation of the field Bo from the nominal value only causes a change in energy and thus a shift in the spectrum of synchrotron radiation.
Der zulässige Fehler von B' ist durch die Verschiebung des Arbeitspunktes im Qr/Qy-Diagramm gegeben, der kleiner als 10 % des maximal zulässigen Bereiches sein sollte, d.h.The permissible error of B 'is due to the shift in the operating point given in the Qr / Qy diagram, which is less than 10% of the maximum permissible range should be, i.e.
| AB' | < B/r #n mit #n < 3.10-3 (15) daraus ergeben sich für den Sollwert B' des Feldgradienten und den maximalen Fehler | AB' des Feldgradienten die folgenden Werte bei der Einschußenergie von 8 MeV und der maximalen oder Endenergie von 430 MeV: (16) E [ MeV j 8 430 B' [ T/cm] -1,71 . 10-3 -9,18 . 10-2 |AB'| [T/cm ] 10-5 5.10-4 Feldgradienten dieser Größenordnung lassen sich mit der erforderlichen Genauigkeit einwandfrei messen, so daß sich die Ströme in den Spulen hinreichend genau einstellen lassen. | AB '| <B / r #n with #n <3.10-3 (15) result for the setpoint B 'of the field gradient and the maximum error | AB 'of the field gradient the following values at the injection energy of 8 MeV and the maximum or final energy from 430 MeV: (16) E [MeV j 8 430 B '[T / cm] -1.71. 10-3 -9.18. 10-2 | AB '| [T / cm ] 10-5 5.10-4 field gradients of this magnitude can be achieved with the required Measure accuracy properly so that the currents in the coils are sufficient can be set precisely.
Während der ersten Phase der Beschleunigung wird eine Feldänderungsgeschwindigkeit B von mindestens 0,1 T/s benötigt. Solche zeitlich veränderlichen Felder können Wirbelströme induzieren, die Feldstörungen verursachen. Dies ist bei der Konstruktion des Eisenjoches, der Spulenkörper, der Vakuumkammer, von Beschleunigungselektroden und Resonatoren in der Vakuumkammer und anderer sich im Bereich des Magnetfeldes befindender elektrisch leitender Bauteile in bekannter Weise zu berücksichtigen, z.B. durch Unterteilung und/oder Wahl geeigneter Werkstoffe mit hohem spezifischem Widerstand.During the first phase of acceleration there is a rate of change of field B of at least 0.1 T / s is required. Such time-varying fields can Induce eddy currents that cause field disturbances. This is in the construction of the iron yoke, the coil formers, the vacuum chamber, of acceleration electrodes and resonators in the vacuum chamber and others in the area of the magnetic field to take into account electrically conductive components in a known manner, e.g. by subdividing and / or choosing suitable materials with a high level of specificity Resistance.
Da der Wert von B nicht sehr groß ist, kann die Unterteilung z.B. des Eisenkernes, relativ grob sein.Since the value of B is not very large, the subdivision can e.g. of the iron core, be relatively coarse.
Die Fehler, die durch eine Parallelversetzung der Achsen der oberen und unteren Spule eines Spulenpaares oder durch einen Winkel zwischen den Spulenachsen verursacht werden, sind relativ klein und im allgemeinen vernach-Iässigbar. Die beiden Teile der Hauptspulen sollten jedoch möglichst genau kreisförmig sein, da eine elliptische Deformation der Hauptspulenteile eine vergleichsweise große Fehlerquelle darstellt.The errors caused by a parallel displacement of the axes of the upper and lower coil of a coil pair or by an angle between the coil axes are relatively small and generally negligible. the However, both parts of the main coils should be as precisely circular as possible, since an elliptical deformation of the main coil parts is a comparatively large source of error represents.
Die Form der Stirnflächen 12c (Fig. 3) der Polschuhe des Eisenkernes ist nicht sehr kritisch. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hatten die Polschuhe eine Mittelbohrung 30 mit einem Radius von 5 cm.The shape of the end faces 12c (Fig. 3) of the pole pieces of the iron core is not very critical. In the present embodiment, the pole pieces had a central bore 30 with a radius of 5 cm.
Anschließend verläuft die Stirnfläche 12c bis zu einem Radius r1 = 18 cm senkrecht zur y-Achse. Der restliche, äußere Teil bis zum maximalen Radius von 34 cm ist kegelstumpfförmig und bildet mit dem inneren Teil einen Winkel von 10 6°.The end face 12c then runs up to a radius r1 = 18 cm perpendicular to the y-axis. The rest of the outer part up to the maximum radius of 34 cm is frustoconical and forms an angle of with the inner part 10 6 °.
Der longitudinale Phasenraum Jedes im Speicherring umlaufende Elektron verliert pro Umlauf einen Teil seiner Energie als Synchrotronstrahlung. Dieser Energieverlust beträgt für ein Soll-Teilchen, das auf dem Sollkreis mit dem Radius rO mit der Sollenergie von 430 MeV umläuft, im Mittel: e² 4#e² #E0- = 1/r #4 = # = 1/# # = 10.7 keV (17) 3# 9# Diese Energie muß den Teilchen wieder zugeführt werden, indem es an einer oder mehreren Stellen des Speicherrings einer totalen beschleunigenden Spannung U0 ausgesetzt wird. Diese Spannung muß eine Wechselspannung mit einer Frequenz sein, die ein ganzzahliges Vielfaches h der Umlauffrequenz v =166,6 106 Hz der Teilchen auf dem Sollkreis ist. The longitudinal phase space Every electron rotating in the storage ring loses part of its energy as synchrotron radiation per revolution. This loss of energy is for a nominal particle that is on the nominal circle with the radius r0 with the nominal energy of 430 MeV circulates, on average: e² 4 # e² # E0- = 1 / r # 4 = # = 1 / # # = 10.7 keV (17) 3 # 9 # This energy must be fed back to the particle by passing it on to a or several places of the storage ring of a total accelerating tension U0 is suspended. This voltage must be an alternating voltage with a frequency which is an integral multiple h of the orbital frequency v = 166.6 106 Hz of the particles is on the target circle.
Das Verhältnis zwischen dem Scheitelwert der Beschleunigungsspannung und der vom Sollteäbhen benötigten mittleren Beschleunigungsspannung (hier also 10,7 kV) wird als Überfaktor bezeichnet und hat bei dem vorliegenden Speicherring etwa den Wert 7. Um zu vermeiden, daß die Raumladungsdichte bei hohen Strahlströmen so hoch wird, daß Instabilitäten auftreten, können der beschleunigenden HF-Wechselspannung Oberwellen überlagert werden. Der zeitliche Verlauf der Beschleunigungsspannung läßt sich dann folgendermaßen ausdrücken: (18) c c U(t) = UHF sin (h . t + #s) + UN sin [N(h r0 r0 Dabei ist N die Ordnung der Oberwellen. Damit die die Teilchen azimutal fokussierende Potentialmulde möglichst flach wird, müssen zur Zeit t =0, zu der das Sollteilchen in einem Beschleunigungsspalt die Spannung U0 durchfällt, die Ableitungen gleich Null sein: d d² ddt U(o) = 0, dt² U(o) = O (19) Mit dem Überfaktor q = 6 sowie h = 1 ergibt sich eine beschlellnigende Hochfrequenzspannung mit UHF = 50 kV. Dieser Hochfrequenzspannung wird eine Spannung dreifacher Frequenz (N = 3 ) mit einer Scheitelspannung U2 = 16,2 kV überlagert. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß eine azimutale Fokussierung der Teilchen auch bei relativ großer Phasen- und Energieabweichung noch möglich ist. Dies ist bei der Injektion (Füllung des Speicherrings wichtig. In der Praxis erstreckt sich der zulässige Phasenbereich von -137° bis 10?, was azimutalen Abständen vom Sollteilchen von-51,5 cm bis + 68,7cm entspricht. Die maximal zulässige Energieunscharf, bezogen auf die Sollenergie, ist etwa 4,9 . 10-3.The ratio between the peak value of the acceleration voltage and the mean acceleration voltage required by the Shouldäbhen (here 10.7 kV) is referred to as an overfactor and has in the present storage ring about the value 7. To avoid the space charge density at high beam currents becomes so high that instabilities occur, the accelerating HF AC voltage Harmonics are superimposed. The acceleration voltage as a function of time can then be expressed as follows: (18) c c U (t) = UHF sin (i.e. t + #s) + UN sin [N (h r0 r0 N is the order of the harmonics. In order to the potential well that focuses the particles azimuthally becomes as flat as possible at time t = 0, at which the target particle in an acceleration gap has the voltage U0 fails, the derivatives are equal to zero: d d² ddt U (o) = 0, dt² U (o) = O (19) The overfactor q = 6 and h = 1 results in an accelerating high-frequency voltage with UHF = 50 kV. This high frequency voltage becomes a voltage of three times the frequency (N = 3) superimposed with a peak voltage U2 = 16.2 kV. By this measure it is ensured that an azimuthal focusing of the particles even with relatively large phase and energy deviation is still possible. This is during the injection (Filling the storage ring is important. In practice, the permissible phase range extends from -137 ° to 10?, which is azimuthal distances from the target particle from -51.5 cm to + 68.7 cm is equivalent to. The maximum permissible energy uncertainty, based on the target energy, is about 4.9. 10-3.
Das Hochfreguenzbeschleunigungssystem Die Randbedingungen für das HF-Beschleunigungssystem des Speicherrings ergeben sich zum größten Teil aus den obigen Ausführungen und sind im folgenden nochmals zusammengefaßt: Sollkreisradius rO = 287 mm Hochfrequenz VHF= 166,6 MHz Oberwellenzahl h = 1 Maximal nutzbare Spannung Umax= 65 kV Leistungsaufnahme des Pstr = 0,5 . 10,7 kW= Strahles (bei I = 0,5A) 5,35 kW Die Grundfrequenz des HF-Systems wurde gleich der Umlaufsfrequenz gewählt (h = 1), weil es in diesem Frequenzbereich bereits leistungsfähige Sender gibt. The high frequency acceleration system The boundary conditions for the The HF acceleration system of the storage ring results for the most part from the above and are summarized again in the following: Nominal circle radius rO = 287 mm high frequency VHF = 166.6 MHz harmonic number h = 1 maximum usable voltage Umax = 65 kV power consumption of the Pstr = 0.5. 10.7 kW = beam (at I = 0.5A) 5.35 kW The fundamental frequency of the RF system became equal to the orbital frequency chosen (h = 1) because there are already powerful transmitters in this frequency range gives.
Aus dem gleichen Grund wurde die 3. Oberwelle für das zusätzliche HF-System, also N = 3, bestimmt.For the same reason, the 3rd harmonic was made for the additional HF system, i.e. N = 3, determined.
Weitere wichtige Argumente für die Wahl h = 1 sind, daß dann keine Multibunch-Instabilitäten auftreten und andere Instabilitäten gegebenenfalls mit Hilfe eines Feedback-Systems gesteuert werden können.Further important arguments for choosing h = 1 are that then none Multibunch instabilities occur and other instabilities may occur with Can be controlled with the help of a feedback system.
Die Resonatoren müssen zwischen den Polschuhen des Magneten eingebaut werden, sie dürfen daher eine Bauhöhe von etwa 8 cm nicht überschreiten. Die lichte Höhe soll mindestens 4 cm betragen, um den umlaufenden Strahl nicht zu behindern. In radialer Richtung besteht größere Freiheit.The resonators must be installed between the pole pieces of the magnet , they must therefore not exceed a height of about 8 cm. The light one The height should be at least 4 cm so as not to obstruct the circulating jet. There is greater freedom in the radial direction.
Für den Einschuß der Elektronen und den Auslaß der Synchrotronstrahlung muß der Resonator zumindest außen in der Mittelebene einen rundumlaufenden Spalt aufweisen. Die obere Hälfte des Resonators sollte gegen die untere zwecks Absaugen von Ionen auf eine Gleichspannung von einigen Kilovolt gelegt werden können.For the injection of electrons and the outlet of the synchrotron radiation the resonator must have a circumferential gap at least on the outside in the central plane exhibit. The upper half of the resonator should be placed against the lower half for suction of ions can be applied to a DC voltage of a few kilovolts.
Der Resonator ist daher auch auf der Innenseite in der Mittelebene aufzuspalten. Der Gesamtleistungsbedarf des oder der Resonatoren soll möglichst klein sein.The resonator is therefore also on the inside in the center plane split up. The total power requirement of the resonator or resonators should as much as possible be small.
Allerdings sollte die als Wärme auftretende Verlustleistung größer als die vom Strahl aufgenommene Leistung von 5,35 kW sein, damit die sogenannte Robinson-Instabilität vermieden wird.However, the power loss occurring as heat should be greater than the power absorbed by the beam of 5.35 kW, so the so-called Robinson instability is avoided.
Ein gerader A/4-Resonator kann aus zwei konzentrischen Rohren mit den Radien r. und r in den Längen a-s 1 a bzw. a bestehen, wie es in Fig. 6a im Längsschnitt und Fig. 6b im Querschnitt dargestellt ist. Am einen Ende sind die beiden Rohre durch einen leitenden Ring miteinander verbunden und am anderen Ende bilden sie einen Spalt mit der Länge s. In einem solchen Resonator können die stehende elektromagnetische Wellen mit der Grundfrequenz HF 4a erzeugt werden, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Es bildet sich dabei nur ein Viertel einer vollen Welle aus, am kurzgeschlossenen Ende ist die Spannung stets null und am offenen Ende liegt über dem Spalt s -die maxiale Wechselspannung U* an. Im max Spalt s werden die entlang der strichpunktiert gezeichneten Achse laufenden Elektronen beschleunigt.A straight A / 4 resonator can consist of two concentric tubes with the radii r. and r consist of the lengths a-s 1 a and a, respectively, as shown in FIG. 6a in the Longitudinal section and Fig. 6b is shown in cross section. At one end are those both tubes connected by a conductive ring and at the other end they form a gap with the length s. In such a resonator the standing electromagnetic waves are generated with the fundamental frequency HF 4a, where c is the Speed of light is. Only a quarter of a full wave is formed off, at the short-circuited end the voltage is always zero and at the open end across the gap s - the maximum alternating voltage U *. In the max gap s they are along the dashed-dotted axis accelerates the electrons running.
Bei Verwendung im Speicherring sind die Achsen der Rohre des A/4-Resonators oder der A/4-Resonatoren entsprechend der Sollkreisbahn gekrümmt. Die Rohre können auch rechteckige Querschnitte haben.When used in the storage ring, the axes of the tubes are the A / 4 resonator or the A / 4 resonators are curved according to the nominal circular path. The pipes can also have rectangular cross-sections.
Da die Wandströme außer auf dem Kurzschlußring azimutal verlaufen, können die Resonatoren in der Mittelebene aufgeschnitten werden.Werden zweA/4-Resonatoren mit den Beschleunigungsspalten gegeneinander gestellt und im Gegentakt erregt, so erhält man einen einzigen Resonator mit einer Gesamtlänge von A/2. Ein solcher Doppelresonator der mit der zweiten Oberwelle der Teilchenumlauffrequenz erreqt wird, erstreckt sich über kanpp 1/2 des Ringumfanges. Ein weiterer Doppelresonator, der mit der dritten Oberwelle der Umlauf frequenz erregt wird, belegt ~ 60°, so daß etwa 1/3 des Ringes für Einschuß- und Strahldiagnostikelemente frei bleibt.Since the wall currents are azimuthal except on the short-circuit ring, the resonators can be cut open in the middle plane. Become two A / 4 resonators with the acceleration gaps placed against each other and excited in push-pull, so one obtains a single resonator with a total length of A / 2. Such a double resonator which is excited with the second harmonic of the particle orbital frequency extends about 1/2 of the ring circumference. Another double resonator that works with the third harmonic of the circulation frequency is excited, occupies ~ 60 °, so that about 1/3 of the ring for bullet and jet diagnostic elements remains free.
Eine vereinfachte Darstellung eines zweckmäßigen Doppelresonators zeigt Fig. 7a. Fig. 7b zeigt die Spannungs-und Stromverteilung im Doppelresonator gemäß Fig. 7a.A simplified representation of a useful double resonator Fig. 7a shows. 7b shows the voltage and current distribution in the double resonator according to Fig. 7a.
Die charakteristischen Daten eines bevorzugten HF-Systems sind in der folgenden Tabelle 3 zusammengestellt: Tabelle 3: Die charakteristischen Daten des HF-Systems Resonatortyp 2 4A im Gegentakt Resonanzfrequenz 166,6 MHz 499,8 MHz Oberwellenzahl 1 3 Scheitelspannung 50 kV 16,2 kV Shuntimpedanz 0,3 MQ Verlustleistung 4,2 kW Winkellänge --170 ° Querschnitt: Höhe x Breite 40 x 70 mm2 Innen Außen 75 x 135 mm2 HF-Generator Röhrentyp Valvo Typ YL 1530 YL 1560 maximale Ausgangsleistung CW 18 kW 5 kW Topfkreis Valvo Typ 40768 c 40783 Aufbau der Vakuumkammer Fig. 8 zeigt einen Querschnitt eines Teiles der Vakuuicammer 18. Die Wand der Vakuumkammer wird durch zwei schalenförmige Teile 18a und 18b gebildet, die an einer Flanschanordnung 18c vakuumdicht miteinander verschraubt sind. An den Wänden der Vakuumkammer sind die beiden Halt tee eines Resonators 40 durch Isolatoren 42 gehaltert Der radial innere Teil (in Fig. 8 links) der Vakuurnmmer ist durch eine nicht dargestellte Rohrleitung, die durch die Mittelbohrung 30 (Fig. 2) führt, mit einer nicht dargestellten konventionellen Hochvakuumanlage verbunden. Ausserdem befinden sich in der Vakuumkammer radial ausserhalb des Resonators 40 Kryopumpen 44 . In der Sollkreisebene 46 befindet sich aussen an der zylinderischen Wand der Vakuumkammer ein Absorber 48 aus Kupfer, der mit- Kühlkanälen 50 für eine Wasserkühlung versehen ist Ähnliche Kühlkanäle sind auch am Außen- und Innenleiter des Resonators 40 vorgesehen. Der Absorber 48 wird von im wesentlichen tangential verlaufenden Strahlrohren 51 durchsetzt, die der Auskopplung der Synchrotronstrahlung dienen und ein strahlungsdurchlässiges vakuumdichtes Fenster aufweisen können. Ein entsprechendes nicht dargestelltes Rohr dient zum Einschießen der Elektronen.The characteristic data of a preferred RF system are in the following Table 3 compiled: Table 3: The characteristic data of the HF system resonator type 2 4A push-pull resonance frequency 166.6 MHz 499.8 MHz Harmonic number 1 3 Peak voltage 50 kV 16.2 kV Shunt impedance 0.3 MQ Power loss 4.2 kW angle length --170 ° cross section: height x width 40 x 70 mm2 inside outside 75 x 135 mm2 HF generator tube type Valvo type YL 1530 YL 1560 maximum output power CW 18 kW 5 kW cup circle Valvo type 40768 c 40783 Construction of the vacuum chamber Fig. 8 shows a cross section of part of the vacuum chamber 18. The wall of the vacuum chamber is formed by two shell-shaped parts 18a and 18b which are attached to a flange arrangement 18c are screwed together vacuum-tight. Are on the walls of the vacuum chamber the two support tee of a resonator 40 supported by insulators 42 of the radial inner part (on the left in Fig. 8) of the vacuum chamber is through a not shown Pipeline, which leads through the central bore 30 (Fig. 2), with a not shown connected to a conventional high vacuum system. There are also in the vacuum chamber cryopumps 44 radially outside the resonator 40. Located in the nominal circle plane 46 There is an absorber 48 made of copper on the outside of the cylindrical wall of the vacuum chamber, which is provided with cooling channels 50 for water cooling. Similar cooling channels are also provided on the outer and inner conductors of the resonator 40. The absorber 48 is penetrated by substantially tangential jet pipes 51, the serve to decouple the synchrotron radiation and a radiation-permeable may have vacuum-tight window. A corresponding tube, not shown serves to inject the electrons.
Die lichte Kammerhöhe beträgt mindestens 4 cm, die Kammerbreite mindestens 7 cm, so daß Verluste durch Wandstöße vernachlässigt werden können. Dies gilt auch für die Einschuß- und Beschleunigungsphase, in denen der Strahlquerschnitt erheblich größer als während der Speicherzeit bei Endenergie ist.The clear chamber height is at least 4 cm, the chamber width at least 7 cm, so that losses due to wall joints can be neglected. this is also valid for the entry and acceleration phase, in which the beam cross-section is considerable is greater than during the storage time for final energy.
Das Vakuum in der Vakuumkammer 18 sollte mindestens etwa 3 x 10 7Pa betragen. Hierfür werden in der Praxis Pumpen mit einer Saugleistung von etwa 2500 l/s benötigt.The vacuum in the vacuum chamber 18 should be at least about 3 x 10 7 Pa be. In practice, pumps with a suction capacity of around 2500 l / s required.
Diese Saugleisçung kann ohne Schwierigkeiten von den beiden ringförmigen Kryo-Kondensationspumpen 44 aufgebracht werden, die oberhalb und unterhalb der Mittelebene im Bereich zwischen dem bandförmigen Absorber 48 und dem kastenförmigen Resonator 40 angeordnet sind. Da die hauptsächliche Gasquelle das gezahnte, wassergekühlte OFHC-Kupfer-Absorberband 48 ist, wirken diese Kryopumpen zwischen der Hauptgasquelle und der durch das Strahlvolumen gebildeten empfindlichen Zone als Gasfalle und schützen das Strahlvolumen optimal.This suction can be easily formed by the two ring-shaped Cryogenic condensation pumps 44 are applied which are above and below the midplane in the area between the band-shaped absorber 48 and the box-shaped resonator 40 are arranged. Since the main gas source is the toothed, water-cooled OFHC copper absorber tape is 48, these cryopumps act between the main gas source and the sensitive zone formed by the beam volume as a gas trap and protect the beam volume is optimal.
Eine weitere Kryopumpe ist im Zentrum der Vakuumkammer vorgesehen, so daß auch von der Innenseite her gepumpt werden kann. Zum Absaugen von Ionen aus dem Bereich des Strahlvolumens sind 2 cm oberhalb und unterhalb des Strahlbereiches Saugelektroden (nicht dargestellt) vorgesehen.Another cryopump is provided in the center of the vacuum chamber, so that it can also be pumped from the inside. For extracting ions from the area of the jet volume are 2 cm above and below the jet area Suction electrodes (not shown) are provided.
Aus Stabilitätsgründen soll der Querschnitt der Strahlkammer, in der der Strahl im Speicherring umläuft, nur dort vom Querschnitt des Innenrohres der Resonatoren abweichen, wo es unvermeidbar ist, also an den Beschleunigungsspalten. Es ergibt sich dann einerelativ kleine longitudinale Impedanz der Kammer, was die Wirkung von unerwünschten Raumladungseffekten abschwächt.For reasons of stability, the cross-section of the blasting chamber in which the beam circulates in the storage ring, only there from the cross section of the inner tube of the Resonators deviate where it is unavoidable, i.e. at the acceleration gaps. There is then a relatively small longitudinal impedance of the chamber, which the Weakens the effect of undesired space charge effects.
Injektion Als Elektronenquelle und Injektor wird vorzugsweise ein Linearbeschleuniger mit den folgenden Eigenschaften verwendet: Energie : (8 + 2) MeV Energieunschärfe : +2,0 % Maximaler Pulsstrom : 2 A Pulsdauer : 20 ns Pulsanstiegszeit : 3 ns Pulsfeinstruktur: : 2,998 GHz Emittanz : 3 n mm mrad Wiederholfrequenz : 10 Hz Die Emittanz ist sehr klein gegen die radiale Akzeptanz Ar -des Speicherringes: # Q a² Ar = = 2900 #mm mrad (21) r Dabei ist a die halbe radiale Apertur von 35 mm. Wegen des kleinen Radius gibt es also kaum Probleme der radialen Phasenflächenanpassung. Die Geometrie des Injektionspfades ist in Fig. 9 dargestellt. Injection A preferred electron source and injector are used Linear accelerators used with the following characteristics: energy : (8 + 2) MeV Energy uncertainty: +2.0% Maximum pulse current: 2 A Pulse duration: 20 ns pulse rise time: 3 ns pulse fine structure:: 2.998 GHz emittance: 3 n mm mrad Repetition frequency: 10 Hz The emittance is very small compared to the radial acceptance Ar - of the storage ring: # Q a² Ar = = 2900 #mm mrad (21) r where a is half radial aperture of 35 mm. Because of the small radius there are hardly any problems with the radial phase surface adjustment. The geometry of the injection path is shown in Fig. 9 shown.
Das Injektions-System besteht aus einer abbildenden Optik 53, einem Inflektor 52 und einem Kicker 54. Der Strahl 56 wird mit Hilfe eines einfachen optischen Systems vom Ausgang des in Fig. 9 nicht dargestellten Linearbeschleunigers L (Fig. 1) zum Obergabepunkt am Ende des Inflektors 52 ahgebildet. Dabei durchquert er das Eisenjoch durch eine Bohrung, die wegen der geringen Erregung praktisch feldfrei ist. Der Feldverlauf in dem anschließenden Bereich ist in Fig. 10 gegen den Radius r aufgetragen. Der Inflektor 52, ein horizontal geschlitzter, gepulster Septummagnet, überlagert in diesem Gebiet ein ein Gegenfeld von ca. 350 10 T. Die Pulsdauer kann größenordnungsmäßig 1 µs betragen. Die Injektionsbahn der Elektronen innerhalb des Eisenjochs ist in Fig. 9 dargestellt. Der Strahl verläßt das Inflektorfeld tangential zu einem Kreis mit dem Radius = = r rO + 4 cm = 32; 7 cm (22) Um die Elektronen in der Maschine einzufangen, wird der magnetische Kicker 54 als zusätzliches Einlenkelement eingesetzt. Dieser besteht aus je einer Stromschleife oberhalb des inneren Teiles der Vakuumkammer und erstreckt sich zwischen Azimutwinkeln von 1000 bis 1600 strahlabwärts vom Übergabepunkt, ist also 30 cm lang.The injection system consists of imaging optics 53, a Inflector 52 and a kicker 54. The beam 56 is made with the help of a simple optical System from the output of the linear accelerator L, not shown in Fig. 9 (Fig. 1) to the transfer point at the end of the inflector 52 ah formed. In doing so, he crosses it Eisenjoch through a hole that is practically field-free due to the low level of excitation is. The field profile in the adjoining area is in Fig. 10 against the radius r applied. The inflector 52, a horizontally slotted, pulsed septum magnet, superimposed in this area an opposing field of approx. 350 10 T. The pulse duration can of the order of 1 µs. The injection trajectory of the electrons within the Eisenjochs is shown in FIG. The beam leaves the inflector field tangentially to a circle with the radius = = r rO + 4 cm = 32; 7 cm (22) Around To capture the electrons in the machine, the magnetic kicker 54 is used as an extra Steering element used. This consists of a current loop above the inner part of the vacuum chamber and extends between azimuth angles of 1000 up to 1600 downstream from the transfer point, so it is 30 cm long.
Er produziert ein Feld von etwa 7 10 T, das sind 7,5 % des Felds von 9,3 10 2T am Sollkreis. Dieses Feld fällt während dreier Umläufe, also in 18 ns, linear auf Null ab. Solche Felder lassen sich mit Hilfe von schnellen Schwingkreisen produzieren, deren Schwingungen durch Thyristorketten im Nulldurchgang abgeschnitten werden.It produces a field of about 7 10 T, which is 7.5% of the field of 9.3 10 2T at the target circle. This field falls during three orbits, i.e. in 18 ns, linearly down to zero. Such fields can be determined with the help of fast oscillating circles produce whose vibrations are cut off by thyristor chains in the zero crossing will.
Ohne den Kickerbump würde das Elektron im Phasenraum einen Kreis mit dem Injektionsradius rinj beschreiben und nach ca. einer halben Betatronschwingung an der inneren Wand verloren gehen. Während des ersten Umlaufes reduziert der Kickerbump die Betatronamplitude um-29 mm.Without the kickerbump, the electron would be in a circle in phase space describe the injection radius rinj and after about half a betatron oscillation get lost on the inner wall. During the first round, the kicker reduces the bump the betatron amplitude by -29 mm.
Das abnehmende Kickerfeld weitet die Amplitude im zweiten Umlauf um 16 mm auf, doch bleibt das Teilchen innerhalb der zulässigen Apertur. Der Bump während des dritten Umlaufes bewirkt noch eine geringfügige Verkleinerung der Betatronamplitude. Danach kann das Teilchen als eingefangen gelten.The decreasing table football field expands the amplitude in the second round 16 mm, but the particle remains within the permissible aperture. The bump during of the third cycle causes a slight decrease in the betatron amplitude. After that, the particle can be considered trapped.
Bei den angegebenen Parametern des Speicherringes können Energieabweichungen von der Sollenergie bis zu 1,4 % akzeptiert werden. Das Einschußsystem ist so ausgelegt, daß es diesen Wert nicht zusätzlich einschränkt. Da die HF-Amplitude bereits während des Einschusses auf ihren maximalen Wert eingestellt ist, begrenzt sie die Energieakzeptanz ebenfalls nicht. Die HF-Phasenakzeptanz beträgt ca. 70 %. Ein Injektorstrom von 2 A dürfte daher ausreichen, um im Speicherring einen maximalen Strom von 500 mA speichern zu können.Energy deviations can occur with the specified parameters of the storage ring of the target energy up to 1.4% can be accepted. The bullet system is designed so that it does not limit this value additionally. Since the RF amplitude is already during of the margin is set to its maximum value, it limits the energy acceptance not either. The HF phase acceptance is approx. 70%. An injector stream of 2 A should therefore be sufficient to generate a maximum current of 500 mA in the storage ring to be able to save.
Das oben beschriebene spezelle Ausführungsbeispiel läßt sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln.Im allgemeinen soll jedoch der Sollradius der Kreisbahn unter 60 cm und die Endenergie unter 600 MeV-liegen. Der gespeicherte Elektronenstrom soll im allgemeinen mindestens 100 mA betragen. Die Energie der injizierten Elektronen (Injectionsenergie) wird im allgemeinen in der Größenordnung von 10 MeV liegen. The special embodiment described above can of course be used can be modified in various ways. In general, however, the nominal radius should the circular path is less than 60 cm and the final energy is less than 600 MeV. The saved Electron current should generally be at least 100 mA. The energy of injected electrons (injection energy) is generally in the order of magnitude of 10 MeV.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813148100 DE3148100A1 (en) | 1981-12-04 | 1981-12-04 | Synchrotron X-ray radiation source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813148100 DE3148100A1 (en) | 1981-12-04 | 1981-12-04 | Synchrotron X-ray radiation source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3148100A1 true DE3148100A1 (en) | 1983-06-09 |
Family
ID=6147927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19813148100 Withdrawn DE3148100A1 (en) | 1981-12-04 | 1981-12-04 | Synchrotron X-ray radiation source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3148100A1 (en) |
Cited By (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3530446A1 (en) * | 1984-08-29 | 1986-03-27 | Oxford Instruments Ltd., Osney, Oxford | SYNCHROTRON |
| DE3511282C1 (en) * | 1985-03-28 | 1986-08-21 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Superconducting magnet system for particle accelerators of a synchrotron radiation source |
| EP0193038A2 (en) * | 1985-02-25 | 1986-09-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetic-field generating device for a particle accelerating system |
| EP0208163A1 (en) * | 1985-06-24 | 1987-01-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetic-field device for an apparatus for accelerating and/or storing electrically charged particles |
| EP0209398A2 (en) * | 1985-07-19 | 1987-01-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | A charged particle apparatus |
| DE3704442A1 (en) * | 1986-02-12 | 1987-08-13 | Mitsubishi Electric Corp | CARRIER BEAM DEVICE |
| EP0238669A1 (en) * | 1985-09-10 | 1987-09-30 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd | Electron linear accelerator |
| EP0239646A1 (en) * | 1985-09-21 | 1987-10-07 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd | Method of introducing charged particles into magnetic resonance type accelerator and magnetic resonance type accelerator based on said method |
| EP0265797A2 (en) * | 1986-10-29 | 1988-05-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchrotron |
| EP0277521A2 (en) * | 1987-01-28 | 1988-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchrotron radiation source with fixation of its curved coils |
| EP0278504A2 (en) * | 1987-02-12 | 1988-08-17 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source |
| EP0282988A2 (en) * | 1987-03-18 | 1988-09-21 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source |
| EP0357368A1 (en) * | 1988-09-01 | 1990-03-07 | AMERSHAM INTERNATIONAL plc | Source of positive hydrogen ions |
| US5177448A (en) * | 1987-03-18 | 1993-01-05 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source with beam stabilizers |
| US5341104A (en) * | 1990-08-06 | 1994-08-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchrotron radiation source |
| US7728311B2 (en) | 2005-11-18 | 2010-06-01 | Still River Systems Incorporated | Charged particle radiation therapy |
| US8003964B2 (en) | 2007-10-11 | 2011-08-23 | Still River Systems Incorporated | Applying a particle beam to a patient |
| US8581523B2 (en) | 2007-11-30 | 2013-11-12 | Mevion Medical Systems, Inc. | Interrupted particle source |
| US8791656B1 (en) | 2013-05-31 | 2014-07-29 | Mevion Medical Systems, Inc. | Active return system |
| US8927950B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-01-06 | Mevion Medical Systems, Inc. | Focusing a particle beam |
| US8933650B2 (en) | 2007-11-30 | 2015-01-13 | Mevion Medical Systems, Inc. | Matching a resonant frequency of a resonant cavity to a frequency of an input voltage |
| US8952634B2 (en) | 2004-07-21 | 2015-02-10 | Mevion Medical Systems, Inc. | Programmable radio frequency waveform generator for a synchrocyclotron |
| US9155186B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-10-06 | Mevion Medical Systems, Inc. | Focusing a particle beam using magnetic field flutter |
| US9185789B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-11-10 | Mevion Medical Systems, Inc. | Magnetic shims to alter magnetic fields |
| US9301384B2 (en) | 2012-09-28 | 2016-03-29 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adjusting energy of a particle beam |
| US9545528B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-01-17 | Mevion Medical Systems, Inc. | Controlling particle therapy |
| US9622335B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-04-11 | Mevion Medical Systems, Inc. | Magnetic field regenerator |
| US9661736B2 (en) | 2014-02-20 | 2017-05-23 | Mevion Medical Systems, Inc. | Scanning system for a particle therapy system |
| US9681531B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-06-13 | Mevion Medical Systems, Inc. | Control system for a particle accelerator |
| US9723705B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-08-01 | Mevion Medical Systems, Inc. | Controlling intensity of a particle beam |
| US9730308B2 (en) | 2013-06-12 | 2017-08-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Particle accelerator that produces charged particles having variable energies |
| US9950194B2 (en) | 2014-09-09 | 2018-04-24 | Mevion Medical Systems, Inc. | Patient positioning system |
| US9962560B2 (en) | 2013-12-20 | 2018-05-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Collimator and energy degrader |
| US10254739B2 (en) | 2012-09-28 | 2019-04-09 | Mevion Medical Systems, Inc. | Coil positioning system |
| US10258810B2 (en) | 2013-09-27 | 2019-04-16 | Mevion Medical Systems, Inc. | Particle beam scanning |
| US10646728B2 (en) | 2015-11-10 | 2020-05-12 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adaptive aperture |
| US10653892B2 (en) | 2017-06-30 | 2020-05-19 | Mevion Medical Systems, Inc. | Configurable collimator controlled using linear motors |
| US10675487B2 (en) | 2013-12-20 | 2020-06-09 | Mevion Medical Systems, Inc. | Energy degrader enabling high-speed energy switching |
| US10925147B2 (en) | 2016-07-08 | 2021-02-16 | Mevion Medical Systems, Inc. | Treatment planning |
| CN112996213A (en) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 中国科学院近代物理研究所 | Machine protection system based on accelerator beam optics |
| US11103730B2 (en) | 2017-02-23 | 2021-08-31 | Mevion Medical Systems, Inc. | Automated treatment in particle therapy |
| US11291861B2 (en) | 2019-03-08 | 2022-04-05 | Mevion Medical Systems, Inc. | Delivery of radiation by column and generating a treatment plan therefor |
-
1981
- 1981-12-04 DE DE19813148100 patent/DE3148100A1/en not_active Withdrawn
Cited By (76)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3530446A1 (en) * | 1984-08-29 | 1986-03-27 | Oxford Instruments Ltd., Osney, Oxford | SYNCHROTRON |
| EP0193038A2 (en) * | 1985-02-25 | 1986-09-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetic-field generating device for a particle accelerating system |
| EP0193038A3 (en) * | 1985-02-25 | 1986-12-10 | Siemens Aktiengesellschaft Berlin Und Munchen | Magnetic-field generating device for a particle accelerating system |
| DE3511282C1 (en) * | 1985-03-28 | 1986-08-21 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Superconducting magnet system for particle accelerators of a synchrotron radiation source |
| US4680565A (en) * | 1985-06-24 | 1987-07-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetic field device for a system for the acceleration and/or storage of electrically charged particles |
| EP0208163A1 (en) * | 1985-06-24 | 1987-01-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetic-field device for an apparatus for accelerating and/or storing electrically charged particles |
| EP0209398A3 (en) * | 1985-07-19 | 1988-07-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | A charged particle apparatus |
| EP0209398A2 (en) * | 1985-07-19 | 1987-01-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | A charged particle apparatus |
| EP0238669A1 (en) * | 1985-09-10 | 1987-09-30 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd | Electron linear accelerator |
| EP0238669A4 (en) * | 1985-09-10 | 1987-11-09 | Sumitomo Heavy Industries | Electron linear accelerator. |
| EP0239646A1 (en) * | 1985-09-21 | 1987-10-07 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd | Method of introducing charged particles into magnetic resonance type accelerator and magnetic resonance type accelerator based on said method |
| EP0239646A4 (en) * | 1985-09-21 | 1988-09-07 | Sumitomo Heavy Industries | Method of introducing charged particles into magnetic resonance type accelerator and magnetic resonance type accelerator based on said method. |
| DE3704442A1 (en) * | 1986-02-12 | 1987-08-13 | Mitsubishi Electric Corp | CARRIER BEAM DEVICE |
| EP0265797A2 (en) * | 1986-10-29 | 1988-05-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchrotron |
| EP0265797A3 (en) * | 1986-10-29 | 1988-11-30 | Siemens Aktiengesellschaft Berlin Und Munchen | Synchrotron |
| EP0277521A2 (en) * | 1987-01-28 | 1988-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchrotron radiation source with fixation of its curved coils |
| EP0277521A3 (en) * | 1987-01-28 | 1989-04-26 | Siemens Aktiengesellschaft Berlin Und Munchen | Synchrotron radiation source with fixation of its curved coils |
| EP0278504A3 (en) * | 1987-02-12 | 1990-01-24 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source |
| EP0278504A2 (en) * | 1987-02-12 | 1988-08-17 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source |
| EP0282988A2 (en) * | 1987-03-18 | 1988-09-21 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source |
| EP0282988A3 (en) * | 1987-03-18 | 1990-01-17 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source |
| US4994753A (en) * | 1987-03-18 | 1991-02-19 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source |
| US5177448A (en) * | 1987-03-18 | 1993-01-05 | Hitachi, Ltd. | Synchrotron radiation source with beam stabilizers |
| EP0357368A1 (en) * | 1988-09-01 | 1990-03-07 | AMERSHAM INTERNATIONAL plc | Source of positive hydrogen ions |
| US5017882A (en) * | 1988-09-01 | 1991-05-21 | Amersham International Plc | Proton source |
| US5341104A (en) * | 1990-08-06 | 1994-08-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchrotron radiation source |
| US8952634B2 (en) | 2004-07-21 | 2015-02-10 | Mevion Medical Systems, Inc. | Programmable radio frequency waveform generator for a synchrocyclotron |
| USRE48047E1 (en) | 2004-07-21 | 2020-06-09 | Mevion Medical Systems, Inc. | Programmable radio frequency waveform generator for a synchrocyclotron |
| US7728311B2 (en) | 2005-11-18 | 2010-06-01 | Still River Systems Incorporated | Charged particle radiation therapy |
| US9925395B2 (en) | 2005-11-18 | 2018-03-27 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
| US9452301B2 (en) | 2005-11-18 | 2016-09-27 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
| US8907311B2 (en) | 2005-11-18 | 2014-12-09 | Mevion Medical Systems, Inc. | Charged particle radiation therapy |
| US8916843B2 (en) | 2005-11-18 | 2014-12-23 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
| US10722735B2 (en) | 2005-11-18 | 2020-07-28 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
| US10279199B2 (en) | 2005-11-18 | 2019-05-07 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
| US8344340B2 (en) | 2005-11-18 | 2013-01-01 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
| US8003964B2 (en) | 2007-10-11 | 2011-08-23 | Still River Systems Incorporated | Applying a particle beam to a patient |
| US8941083B2 (en) | 2007-10-11 | 2015-01-27 | Mevion Medical Systems, Inc. | Applying a particle beam to a patient |
| US8970137B2 (en) | 2007-11-30 | 2015-03-03 | Mevion Medical Systems, Inc. | Interrupted particle source |
| US8581523B2 (en) | 2007-11-30 | 2013-11-12 | Mevion Medical Systems, Inc. | Interrupted particle source |
| US8933650B2 (en) | 2007-11-30 | 2015-01-13 | Mevion Medical Systems, Inc. | Matching a resonant frequency of a resonant cavity to a frequency of an input voltage |
| USRE48317E1 (en) | 2007-11-30 | 2020-11-17 | Mevion Medical Systems, Inc. | Interrupted particle source |
| US9155186B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-10-06 | Mevion Medical Systems, Inc. | Focusing a particle beam using magnetic field flutter |
| US9301384B2 (en) | 2012-09-28 | 2016-03-29 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adjusting energy of a particle beam |
| US8927950B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-01-06 | Mevion Medical Systems, Inc. | Focusing a particle beam |
| US9681531B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-06-13 | Mevion Medical Systems, Inc. | Control system for a particle accelerator |
| US9706636B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-07-11 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adjusting energy of a particle beam |
| US9723705B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-08-01 | Mevion Medical Systems, Inc. | Controlling intensity of a particle beam |
| US9545528B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-01-17 | Mevion Medical Systems, Inc. | Controlling particle therapy |
| US9185789B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-11-10 | Mevion Medical Systems, Inc. | Magnetic shims to alter magnetic fields |
| US9622335B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-04-11 | Mevion Medical Systems, Inc. | Magnetic field regenerator |
| US10155124B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-12-18 | Mevion Medical Systems, Inc. | Controlling particle therapy |
| US10254739B2 (en) | 2012-09-28 | 2019-04-09 | Mevion Medical Systems, Inc. | Coil positioning system |
| US10368429B2 (en) | 2012-09-28 | 2019-07-30 | Mevion Medical Systems, Inc. | Magnetic field regenerator |
| US8791656B1 (en) | 2013-05-31 | 2014-07-29 | Mevion Medical Systems, Inc. | Active return system |
| US9730308B2 (en) | 2013-06-12 | 2017-08-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Particle accelerator that produces charged particles having variable energies |
| US10258810B2 (en) | 2013-09-27 | 2019-04-16 | Mevion Medical Systems, Inc. | Particle beam scanning |
| US10456591B2 (en) | 2013-09-27 | 2019-10-29 | Mevion Medical Systems, Inc. | Particle beam scanning |
| US9962560B2 (en) | 2013-12-20 | 2018-05-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Collimator and energy degrader |
| US10675487B2 (en) | 2013-12-20 | 2020-06-09 | Mevion Medical Systems, Inc. | Energy degrader enabling high-speed energy switching |
| US10434331B2 (en) | 2014-02-20 | 2019-10-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Scanning system |
| US11717700B2 (en) | 2014-02-20 | 2023-08-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Scanning system |
| US9661736B2 (en) | 2014-02-20 | 2017-05-23 | Mevion Medical Systems, Inc. | Scanning system for a particle therapy system |
| US9950194B2 (en) | 2014-09-09 | 2018-04-24 | Mevion Medical Systems, Inc. | Patient positioning system |
| US10646728B2 (en) | 2015-11-10 | 2020-05-12 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adaptive aperture |
| US10786689B2 (en) | 2015-11-10 | 2020-09-29 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adaptive aperture |
| US11213697B2 (en) | 2015-11-10 | 2022-01-04 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adaptive aperture |
| US11786754B2 (en) | 2015-11-10 | 2023-10-17 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adaptive aperture |
| US10925147B2 (en) | 2016-07-08 | 2021-02-16 | Mevion Medical Systems, Inc. | Treatment planning |
| US11103730B2 (en) | 2017-02-23 | 2021-08-31 | Mevion Medical Systems, Inc. | Automated treatment in particle therapy |
| US10653892B2 (en) | 2017-06-30 | 2020-05-19 | Mevion Medical Systems, Inc. | Configurable collimator controlled using linear motors |
| US11291861B2 (en) | 2019-03-08 | 2022-04-05 | Mevion Medical Systems, Inc. | Delivery of radiation by column and generating a treatment plan therefor |
| US11311746B2 (en) | 2019-03-08 | 2022-04-26 | Mevion Medical Systems, Inc. | Collimator and energy degrader for a particle therapy system |
| US11717703B2 (en) | 2019-03-08 | 2023-08-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Delivery of radiation by column and generating a treatment plan therefor |
| CN112996213A (en) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 中国科学院近代物理研究所 | Machine protection system based on accelerator beam optics |
| CN112996213B (en) * | 2021-02-09 | 2023-08-01 | 中国科学院近代物理研究所 | Machine protection system based on accelerator beam optics |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3148100A1 (en) | Synchrotron X-ray radiation source | |
| DE60219283T2 (en) | Apparatus for generating and selecting ions used in a heavy ion cancer therapy facility | |
| DE4101094C1 (en) | Superconducting micro-undulator for particle accelerator synchrotron source - has superconductor which produces strong magnetic field along track and allows intensity and wavelength of radiation to be varied by conrolling current | |
| EP0326824B1 (en) | Particle source for a reactive ion beam etching or plasma deposition device | |
| EP1692923B1 (en) | Undulator and method for operation thereof | |
| DE69736081T2 (en) | Plasma processing apparatus | |
| EP0193038B1 (en) | Magnetic-field generating device for a particle accelerating system | |
| EP1779712A1 (en) | Particle accelerator for radiotherapy by means of ion beams | |
| DE2410994A1 (en) | SUPRAL CONDUCTING CYCLOTRON | |
| DE2753397A1 (en) | NEUTRON RADIATION THERAPY MACHINE | |
| CH677556A5 (en) | ||
| DE102005015601A1 (en) | A particle beam accelerator, particle irradiation treatment system using the particle beam accelerator, and methods of operating the particle irradiation treatment system | |
| WO1992003028A1 (en) | Synchrotron radiation source | |
| DE1245506B (en) | Device for injecting and trapping electrons in a magnetic field | |
| EP3115082B1 (en) | Particle beam therapy installation with solenoid magnets | |
| DE4206558A1 (en) | Charged particle accelerator with closed beam acceleration path - controls variation of path for attenuating radiation emitted by beam | |
| DE3744930C2 (en) | ||
| DE1589581B1 (en) | Device for generating and confining an ionized gas | |
| DE1273713B (en) | Device for the immaterial containment of a high-temperature plasma | |
| DE1489020B2 (en) | ACCELERATOR FOR CHARGED PARTICLES | |
| CH664045A5 (en) | Quasi-optical gyro-klystron for producing milli-meter waves - comprising resonator, drift-zone, second resonator and two annular field-coils to generate magnetic field | |
| DE893103C (en) | Device for accelerating charged particles | |
| EP0434933B1 (en) | Device for microwave plasma generation | |
| Lyneis et al. | The Stanford Superconducting Recyclotron | |
| DE1299363B (en) | Device for generating and guiding particles of high energy, especially positrons |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |