DE3303572A1

DE3303572A1 - Einrichtung zum ausblenden oder stoppen eines teilchenstrahls

Info

Publication number: DE3303572A1
Application number: DE19833303572
Authority: DE
Inventors: Rolf Ing.(grad) 5000 Köln Schirk; Klaus 5170 Jülich Vallentin
Original assignee: Reaktorwartung & Appbau GmbH
Current assignee: Reaktorwartung & Appbau GmbH
Priority date: 1983-02-03
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1984-08-16
Also published as: EP0115579A2; DE3303572C2; EP0115579A3

Description

PATENTANWALT MANFRED» EHRMANN. "-

EUROPEAN PATENT ATTORNEY

ZUGELASSENER VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

Düren - Josef-Schregel-Straße 19 3

Patentanwalt M. Lierrnann, Josef-Schregel-Str. 19, 0-5160 Düren

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1. Februar 1983

Patent- und HiIfsgebrauchsmusteranmeldung

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Reaktorwartungsdienst und Apparatebau GmbH Eleonorenstraße 1 5170 Juli ch

Titel

"Einrichtung zum Ausblenden oder Stoppen eines Teilchenstrahls"

Einrichtung zum Ausblenden oder Stoppen eines Teilchenstrahls

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausblenden oder Stoppen eines Tei lchenstrahl s mit mindestens einer Bl endenfläche zum mindestens teilweisen Abschirmen des Teil chenst rahl s.

Einrichtungen der oben genannten Art sind in der Beschleunigertechnik bei. Beschleunigeranlagen bekannt. In solchen Anlagen sind hinsieht 1 ich des Teilchenstrahls zwei unterschiedliche Funkt ionen von solchen Einrichtungen zu erfüllen, die daher im Stand der Technik auch unterschiedlich gebaut sind. Nach der ersten Funktion muß eine Einrichtung vorhanden sein, die' in der Lage ist, den Teilchenstrahl teilweise auszublenden. Dies bedeutet, daß bestimmte Bereiche des Tei1chenst rahls durchgelassen werden sollen, während andere Bereiche des^y Teilchenstrahls gestoppt werden sollen. Hierbei ist es möglich, den Tei 1 chenst rahl nicht nur symmetrisch zu seiner eigenen Mitte auszublenden, sondern es ist vielmehr möglich beliebige Bereiche abzuschirmen bzw. durchzulassen.

Die zweite Aufgabe ist in der voll ständigen und möglichst schnellen Stoppung des gesamten Teilchenstrahls zu sehen. Hierzu sind veränderbare Blenden nicht vorgesehen, sondern vielmehr sogen. "Faradaytassen". Es sind dies aus geeignetem Werkstoff geformte Hohlkörper mit etwa parabelförmigem Querschni tt, die radial in den Teil chenst rahl geschoben werden und diesen komplett aufnehmen und damit stoppen.

Sowohl Blende als auch Faradaytasse des Standes der Technik haben den Nachteil, daß sie mindestens Flächenbereiche aufweisen, die etwa senkrecht zur Strahlrichtung des Teil—

chenstrahls verlaufen. Bei den Blenden des Standes der Technik werden z.B. Blendenplatten senkrecht zur Strahlrichtung angeordnet und' auch in dieser Richtung zur Abschirmung des Strahles in den Teilchenstrahl hinein verschoben. In den Auf t reff hereichen des Teil chenstrahls wird die Blendenplatte thermisch hoch belastet und dort der Werkstoff der Blendenplatte relativ schnell zerstört.

Hei der Faraday tasse wird dieser kritische Bereich von dem kugelähnlich geformten inneren Ende der Tasse gebildet. Dieses innere Ende der Tasse weist wegen seiner Gestalt zwangsläufig Zonen auf, die angenähert oder auch exakt senkrecht zur Strahl richtung verlaufen. In diesem Bereich wird die bekannte Faraday tasse vom auftreffenden Tei1chenstrahl thermisch überlastet und ebenfalls relativ rasch zerstört.

Um eine all ty kurzfrist ige Zerstörung solcher Einrichtungen zu verhindern, mußten die Beschleunigeranlagen mit entsprechend geringerer Energie des Tei 1 chenst rahl es betrieben werden.

Kin wei terer Nachtei1 besonders der Faraday tasse ist deren komplizierte Herstellung.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, Einrichtungen der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, die bei gleichem Energiegehalt des Teil chenst rahl es eine bessere Verteilung der thermischen Belastung durch den Teil chenst rahl ermöglichen. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Blendenfläche aus einer Fläche gebildet wird, die zur St rahl richtung im spitzen, zur Einschußrichtung hin offenen, Winkel angeordnet ist. Eine Fläche ist einfach herstellbar. Eine Anordnung dieser Fläche im spitzen Winkel zur St rahl richtung sorgt dafür, daß die Energie eines auftreffenden Strahles auf einer größeren Fläche verteilt wird, so daß

die thermische Belastung des ent sprechenden Bereiches entsprechend geringer ist. Dabei kann die Fläche auch so ausgebildet sein, daß der Winkel zur Strahlmitte spitzer ist als außen.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß Bl enden flächen von Graphitplatten oder überwiegend Graphit enthaltenden Platten gebildet werden, die ihrerseits je mit einer Trägerplatte verbunden sind. Graphitplatten erlauben eine Steigerung der thermisehen Belastung gegenüber den herkömmlichen im Stand der Technik eingesetzten Werkstoffen und haben zudem den nicht unbeachtlichen Vorteil, daß sie vom Teilchenstrahl nicht aktiviert werden können, also keine Strahlung abgeben die Meßergebnisse verfälschen könnte und haben den wei teren Vorteil, daß sie den Teilchenstrahl in nur unwesentlichem und daher, tolerierbarem Umfang verunreinigen, flerkömml i ehe Werkstoffe der Blenden hingegen bewirkten eine ganz ^rhebliehe Verunreinigung des Teilchenstrahles, die bei der weiteren Verarbeitung und Beobachtung des Teilchenstrahles größte Schwierigkeiten bereitete. Diese Nachteile können durch die Verwendung der genannen Graphitplatten behoben werden und es wird gleichzeitig eine höhere thermi sehe Belastbarkeit erreicht. Die Trägerplatten für die Graphitplatten können ihrerseits natürlich ebenfalls Graphitplatten sein. Es sind als Trägerplatten jedoch auch andere Material ien möglich.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgeschlagen, daß mindestens zwei Bl enden flächen in Strahl richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß mindestens ein Teil einer Begrenzungsl ini e mindestens einer BI enden fläche die in Strah1 richtung verlaufende Winkelhalbierende von zwei einen Winkel einschl ießenden Flächen überschreitet. Diese relative Anordnung der B!enden flächen zueinander ermögl icht ein vollständiges Stoppen des Teilchenstrahls und dies, obgleich zur Beeinflussung des Teilchenstrahls nur ebene Flächen verwendet werden. Damit wird es auch möglich, mit den ebenen Flächen zum Ausblenden des Teilchen-

Strahles den Teilchenstrahl gleichzeitig vollständig zu stoppen und damit wie eine bekannte Faradaytasse zu wirken. Es tritt jedoch an keiner Stelle die bei der Faradaytasse befürchtete thermische Überlastung auf, weil im gesamten Abschirmbereich Flächen die senkrecht oder angenähert senkrecht zum Teilchenstrahl verlaufen, nicht vorhanden sind.

Wiederum nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß B1 enden flächen eine Oberf lächenprof i 1 ierung aufweisen. Durch eine solche Oberf lächenprof i 1 ierung der mit dem Teilchenstrahl in Berührung kommenden Bl enden flächen, wird die Oberfläche dieser Bl enden flächen vergrößert, wodurch eine weitere Verbesserung der Energieverteilung auf der Blendenflache erreicht wird.

Eine ergänzende Ausgestaltung sieht vor, daß als Oberflächenprofil ierung mindestens eine Folge von parallelen, in Richtung des Strahlverlaufs ausgerichteten ,Vertiefungen vorgesehen ist. Diese etwa wellenförmige Oberfläche, deren Wellentäler und Wellenkämme in Richtung des Teilchenstrahls verlaufen, stellen eine besonders günstige Oberflächenprof i 1 ierung dar, weil sich so die gesamte zur Verfugung stehende Oberfläche dem Teilchen strahl anbietet und nirgendwo Strahl schatten auftritt.

Wiederum nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß j ede Blendenfläche unabhängig von feder anderen undIoder gemeinsam mit jeder anderen radial zum Teilchenstrahl beweglich ist. Hierdurch wird es möglich, beliebige Bereich des Teil chenstrahls auszublenden oder den Teilchenstrahl vollständig zu stoppen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß mindestens zwei B1 endenflachen in starrer Anordnung zueinander vorgesehen sind, die, auf einem gemeinsamen Träger angeordnet, mit

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diesem radial zum Teilchenstrahl beweglich sind. Dies ist eine besonders einfache Bauform als Ersatz für die bisher bekannte Faradaytasse mit der es ebenfal1s gelingt, die Nachteile der Faradaytasse hinsieht lieh der thermischen Belastbarkeit zu beseitigen.

Schließlich ist nach einer Ausgestaltung noch vorgesehen, daß mindestens zwei Bl enden flächen vorgesehen sind , die einen spitzen Winkel einschließen. Diese Anordnung ist wegen ihrer flachen Neigung zum Tei 1 chen strahl besonders gut geeignet, die thermische Energie des Teilchenstrahles zu verteilen.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen, die Ausführungsbei spiele zeigen, näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 Einrichtung mit einzelbeweglichen Flächen im Schnitt

Figur 2 Strahlstopper im Teilschnitt in Rückzugsstellung

Figur 1 zeigt im Schnitt Bl enden flächen 3 und k, die bei" spielsweise rechteckige oder quadratische Form haben können. Im Ausführungsbeispiel werden diese Bl enden flächen 3 und h gebildet von einer Seite von Graphitplatten 13 und IU₁ die ihrerseits auf Trägerplatten 17 und 18 angeordnet sind. Die Trägerplatten 17 und 18 können ebenfal 1 s aus Graphit sein. Sie können jedoch auch aus metallisehen ' Werkstoffen hergestellt werden. Mindestens die Trägerplatten 17 und J8 sind mit einem inneren Kühl system versehen, wobei Kühlmittel durch die entsprechenden Anschlußleitungen 28 und 29 zu- und abgeführt wird.

Die Trägerplatten 17 und 18 sind über Anschlußteile 31 und 30 mittels der Schrauben 3h und 35 an Trägern 32 und

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33 befestigt. Mittels der Träger 32 und 33 sind die Trägerplatten 17 und 18 und damit die B!endenflächen 3 und k unabhängig voneinander radial, zum Teilchenstrahl 1 verfahrbar, so daß bei spiel swei se die Trägerplatte 18 auch die Position 36 einnehmen kann.

Die Trägerplatte 17 und damit die Blendenfläche U ist bei Bedarf gleichsinnig oder entgegengesetzt zur Trägerplatte 18 verfahrbar, also unabhängig von dieser beweg!ich. Es ist jedoch auch möglich beide Trägerplatten 17 und 18 in einer bestimmten vorgegebenen Position zueinander gemeinsam und synchron zu bewegen.

In der beschriebenen Anordnung bilden die Bl enden flächen 3 bzw. k mit der Strahl richtung 7 jeweils einen spitzen Winkel 10 bzw. 9. Hierbei ist im Ausführungsbei spiel die Anordnung so, daß auch beide Bl enden flächen 3 und k zusammen einen spitzen Winkel 26 einschließen.

Die Blendenfläche 3 ist im Ausführungsbeispiel gegenüber der Blendenfläche h in Strahl richtung 7 versetzt, so daß die hintere Begrenzungslinie 21 der im Ausführungsbeispiel rechteckigen Blendenfläche 3 bei radial zur Strahlmitte zusammengefahrenen Bl enden flächen 3 und U die Winkelhalbierende 23 zwischen den beiden B !enden flächen 3 und k überschreitet. Hierdurch ist es möglich, den Teilchenstrahl 1 komplett zu stoppen, ohne daß an irgend einer Stelle Blendenflächen vorhanden wären, die' angenähert oder exakt senkrecht zum Teilchenstrahl 1 stünden. Es wird also im gesamten Bereich eine günstige Verteilung der. Energie des Teilchenstrahls erreicht.

Soll der Teilchenstrahl 1 in einer oder mehreren anderen Ebenen _&au sg eb lend et oder gestoppt werden, so kann mindestens eine weitere Anordnung der beschriebenen Art beispielsweise

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um 90° zur beschriebenen Anordnung verdreht, in der Beschleunigeranlage vorgesehen sein. Dies wird angedeutet durch eine um 90° versetzt angeordnete und nur schematisch wiedergegebene Blende 37.

Einrichtungen zum Verfahren der BI enden flächen sind im Stand der Technik bekannt und sind daher nicht näher beschrieben.

Figur 2 zeigt eine Einrichtung, bei der die Bl enden flächen

5 und 6 in einem gemeinsamen Träger 25 starr zueinander angeordnet sind, wobei jede der Bl enden flächen 5 und 6 zur Winkelhalbierenden 2k einen spitzen Winkel bildet, wobei ebenfalls der Winkel den die Blendenflachen 5 und

6 gemeinsam einschließen, ein spitzer Winkel 27 ist. Der spitze Winkel 27 bzw. die einzelnen sp'itzen Winkel 11 und 12 jeder Bl enden fläche 5 und 6 mit der Winkelhalbierenden 2I4 ist zur Strahl richtung 8 des Teilchenstrahles 2 hin offen.

Auch hier werden vorteilhafterweise die Blendenflächen 5 und 6 von den ent sprechenden Oberflächen von Graphitplatten 15 bzw. 16 gebildet, die ihrerseits auf einer Trägerplatte 20 bzw. 19 angeordnet sind. Die mit dem gemeinsamen Träger 25 fest verbundenen Trägerplatten 19 und 20 weisen ein inneres Kühl system zur Kühlung der Graphitplatten 15 bzw. 16 auf, welches über die Anschlußleitungen 38 und 39 mit geeignetem Kühlmittel versorgt wird.

Mindestens die Graphitplatten 15 und 16, im Ausführungsbeispiel jedoch auch deren Trägerplatten 19 und 20 sind unterschiedlich lang, so daß das hintere Ende im Bereich der Spitze des Winkels 27 übeteinanderlappt, so daß die hintere Begrenzungslinie 22 des Rechtecks der Blendenfläche 5 über die Winkelhalbierende 2k hinausragt. Auf diese Art und Weise wird ein sicheres Stoppen des Teilchenstrahls

2 gewährleistet ohne daß an irgend einer Stelle dem Teilchenstrahl 2 eine zu ihm senkrechte oder angenähert senkrechte Fläche geboten würde. Die Einrichtung nach Figur 2 weist somit ebenfalls die Vorteile der bekannten Faradaytasse auf, vermeidet jedoch deren Nachteile. Damit der Teilchenstrahl 2 gestoppt werden kann, muß der gemeinsame Träger 25 mit den eben beschriebenen Einrichtungen um den Bereich hO radial verfahren werden und kann dann in dieser neuen Posit ion den Teilchenstrahl 2 komplett aufnehmen und damit stoppen. Bei einer solchen Anordnung ist der Seitenbereich nicht gefährdet, so daß hier einfache Abdeckplatten hl genügen.

Antrieb, übriger Aufbau und Einbaubereich einer Einrichtung nach Figur 2 ist im übrigen so wie zu den im Einsatz befindlichen Faradayta ssen bereits bekannt, so daß hier auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1	Teil chenstrahl	32	Träger
2	Teilchenstrahl	33	Träger
3	Bl endenfläche	3k	Schraube
h	Blendenfläche	35	Schraube
5	Blendenfläche	36	Position
6	BI enden f la ch e	37	Blende
7	Strahl richtung	38	Anschluß leitung
8	Strahl richtung	39	Anschluß leitung
9	spitzer Winkel	UO	Bereich
10	spitzer Winkel	kl	Abdeckplatte
11	spitzer Winkel
12	spitzer Winkel
13	Graphitplatten
U	Graphitplatten
15	Graph itplatten
16	Graph itplatten		■
17	Trägerplatte
18	Trägerplatte
19	Trägerplatte
20	Trägerplatte
21	Begrenzungsl inie
22	Begrenzungsl inie
23	WinkelhaIbierende
2h	Winkelhalbierende
25	gemeinsamer Träger
26	spitzer Winkel
27	spitzer Winkel
28	An Schluß leitung
29	An Schluß leitung
30	Anschlußteil
31	Anschlußteil

- Leerseite -

Claims

Schutzansprüche

Einrichtung zum Ausblenden oder Stoppen eines Teilchenstrahls mit mindestens .einer Blendenfläche zum mindestens teilweisen Abschirmen des Teilchenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß jede Blendenfläche (3,h,5,6) aus einer Fläche gebildet wird, die zur Strahl richtung (7,8) im spitzen, zur Einschußrichtung hin offenen, Winkel (9,10,11,12) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichent, daß Bl enden flächen (3,h,5,6) von Graphitplatten (13,Ik,15, 16) oder überwiegend Graphit enthaltenden Platten gebildet werden, die .ihrerseits je mit einer Trägerplatte (17,18,19, 20) verbunden sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1. oder 2., dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Blendenflächen (3,k; 5,6) in Strahl richtung (7,8) gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß mindestens ein Teil einer Begrenzungslinie (21,22) mindestens einer Blendenfläche (3,5) die in Strahlrichtung (7,8) verlaufende Winkelhalbierende (23,2k) von zwei einen Winkel einschließenden Flächen (3,h;5,6) überschreitet.
Ii. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1. -3-, dadurch gekennzeichnet, daß Bl enden flächen (3,U;5,6) eine Oberflächenprofil ierung aufweisen.
5. Einrichtung nach Anspruch lt., dadurch gekennzeichnet, daß als Oberflächenprofilierung mindestens eine Folge von parallelen in Richtung des Strahlverlaufs ausgerichteten Vertiefungen vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1. -5., dadurch gekennzeichnet, daß jede Blendenfläche (3,U;5,6) unabhängig von jeder anderen (3,U) und/oder gemeinsam mit jeder anderen (3,h;5,6) radial zum Teilchenstrahl (1,2) beweglich ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1. -5., dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Bl enden flächen (5,6) in starrer Anordnung zueinander vorgesehen sind, die auf einem gemeinsamen Träger (25) angeordnet mit diesem radial zum Teilchenstrahl (2) beweglich sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1. -7., dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Blendenflächen (5,6; 3,U) vorgesehen sind, die einen spitzen Winkel (26;27) einschl ießen.