DE3303572C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausblenden oder Stoppen eines Teilchenstrahls mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden Blendenflächen zum mindestens teilweisen Abschirmen des Teilchen­ strahls, wobei jede Blendenfläche aus einer Fläche gebildet wird, die zur Strahlachse im spitzen Winkel angeordnet ist.

Einrichtungen der obengenannten Art sind in der Beschleunigertechnik bei Beschleunigeranlagen bekannt. In solchen Anlagen sind hinsichtlich des Teilchenstrahls zwei unterschiedliche Funktionen 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 Teilchenstrahls durchgelassen werden sollen, während andere Bereiche des Teilchenstrahls gestoppt werden sollen. Hierbei ist es möglich, den Teilchenstrahl nicht nur symmetrisch zu seiner eigenen Mitte auszublen­ den, sondern es ist vielmehr möglich, beliebige Bereiche abzuschirmen bzw. durchzulassen.

Die zweite Funktion ist in dem vollständigen und möglichst schnellen Stoppen des gesamten Teilchenstrahls zu sehen. Hierzu sind veränder­ bare Blenden nicht vorgesehen, sondern vielmehr sogen. "Faradaytassen". Es sind dies aus geeignetem Werkstoff geformte Hohlkörper mit etwa parabelförmigem Querschnitt, die radial in den Teilchenstrahl 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 Teilchenstrahls verlaufen. Bei den Blenden des Standes der Technik werden z. B. Blenden­ platten senkrecht zur Strahlrichtung angeordnet und auch in dieser Richtung zur Abschirmung des Strahles in den Teilchenstrahl hinein verschoben. In den Auftreffbereichen des Teilchenstrahls wird die Blendenplatte thermisch hoch belastet und dort der Werkstoff der Blendenplatte relativ schnell zerstört.

Mit der DE-AS 12 69 740 ist ein ortsfester Neutronen­ kollimator für Atomkernreaktoren sowie eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 bekanntgeworden, der ebenfalls Blendenplatten von in der Regel geneigter Anordnung für die Beeinflussung eines Strahles auf­ weist. Diese Blendenplatten sind auch gemeinsam beweglich. Es handelt sich jedoch um Metallplatten, die in bekannter Weise den Teilchenstrahl ver­ unreinigen. Darüber hinaus weisen diese Platten Versetzungen auf, wodurch etwa senkrecht zum Teilchen­ strahl stehende Plattenbereiche entstehen. In diesen Bereichen wird die Einrichtung vom Teilchenstrahl thermisch überlastet. Darüber hinaus erfolgt die Ausblendbewegung der Platten etwa kreisförmig um einen auf dem Zentrum des Teilchenstrahls liegenden Mittel­ punkt. Hierdurch ist es unmöglich dem Teilchenstrahl immer eine genügend große Blendenfläche ent­ gegenzustellen. Vielmehr wird kurz vor dem voll­ ständigen Stoppen des Teilchenstrahls zunächst die innere Stufe thermisch überlastet und nach voll­ ständiger Zusammenlegung der Blendenplatten deren Stirnseite thermisch überlastet. Die genannte innere Stufe und die Stirnseite dieser Einrichtung stellen also bei einer Blendenveränderung die kritischen Bereiche der Einrichtung dar.

Bei der Faradaytasse 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 Strahlrichtung verlaufen. In diesem Bereich wird die bekannte Faradaytasse vom auftreffenden Teilchenstrahl thermisch überlastet und ebenfalls relativ rasch zerstört.

Um eine allzu kurzfristige Zerstörung solcher Einrichtungen zu verhindern, mußten die Beschleunigeranlagen mit entsprechend geringe­ rer Energie des Teilchenstrahls betrieben werden.

Ein weiterer Nachteil besonders der Faradaytasse ist deren komplizierte Herstellung.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, Einrichtungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art vorzuschlagen, die eine bessere Verteilung der durch den Teilchenstrahl erzeugten thermischen Belastung ermög­ lichen und die Verunreinigung des Teilchenstrahls minimieren.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Blenden­ flächen von Graphitplatten oder überwiegend Graphit enthaltenden Platten gebildet werden, die ihrerseits je mit einer Trägerplatte verbunden sind, wobei jede Blendenfläche radial zum Teilchenstrahl be­ weglich ist und die Blendenflächen einen unveränderlichen Winkel zur Strahlachse einnehmen.

Eine Fläche ist einfach herstellbar. Eine Anordnung dieser Fläche im spitzen Winkel zur Strahlrichtung sorgt dafür, daß die Energie eines auftreffenden Strahles auf einer größeren Fläche verteilt wird, so daß die thermische Belastung des entsprechenden Bereiches entsprechend geringer ist. Dabei kann die Fläche auch so ausgebildet sein, daß der Winkel zur Strahlmitte spitzer ist als außen. Auf jeden Fall aber ist der jeweils vorhandene Winkel konstant, wodurch die Beanspruchung anderer Teile der Einrichtung als der hierfür gedachten Blendenflächen verhindert wird. Der Werkstoff der die Blendenflächen bildenden Platten sorgt außerdem dafür, daß eine Verunreinigung des Teilchenstrahls minimiert wird. Die radiale Beweglichkeit jeder Blendenfläche erlaubt eine mindestens partielle Ausblendung des Teilchenstrahls in einem gewünschten Querschnittsbe­ reich des Teilchenstrahls.

Nicht nur die günstige Anordnung der Blendenflächen sondern auch die die Blendenflächen bildenden Platten und deren Werkstoff erlauben eine Steigerung der thermischen Belastung gegenüber den herkömmlichen, im Stand der Technik eingesetzten Werkstoffen, und es haben diese Platten den nicht unbeachtlichen Vorteil, daß sie vom Teilchenstrahl nicht aktiviert werden können, also keine Strahlung abgeben, die Meßergeb­ nisse verfälschen könnten. Natürlich können die Trägerplatten für die Graphitplatten ihrerseits ebenfalls Graphitplatten sein. Es sind als Trägerplatten jedoch auch andere Materialien möglich.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschlagen, daß zwei Blendenflächen in sich gegenüberliegender Anordnung ein Blenden­ flächenpaar bilden, deren Blendenflächen in Strahlrichtung gegeneinan­ der versetzt angeordnet sind, so daß die hintere Begrenzungslinie einer Blendenfläche als Körperkante gegen die andere Fläche anlegbar oder angelegt ist. Diese relative Anordnung der Blendenflächen zueinander ermöglicht 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 Teilchenstrahls 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 Überlagerung auf, weil im gesamten Abschirmbe­ reich Flächen, die senkrecht oder angenähert senkrecht zum Teilchen­ strahl verlaufen, nicht vorhanden sind.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist noch vorgesehen, daß jede Blendenfläche unabhängig von jeder anderen oder alternativ hierzu zusätzlich gemeinsam mit jeder anderen Blendenfläche radial zum Teilchenstrahl beweglich ist. Hierdurch gelingt es, Anordnungen zu schaffen, die es ermöglichen, den Teilchenstrahl an beliebiger Stelle seines Querschnitts in beliebiger Größenordnung auszublenden oder vollständig zu stoppen. Werden alle Bewegungsmöglichkeiten gleichzeitig an einer Einrichtung realisiert, so können die bisher üblichen unterschiedlichen Einrichtungen einerseits für eine partielle Ausblendung und andererseits für eine voll­ ständiges Stoppen des Teilchenstrahls vermieden werden. Es gelingt vielmehr sowohl die partielle Ausblendung in beliebigen Querschnittsbereichen als auch das vollständige Stoppen des Teilchenstrahls mit der gleichen Einrichtung zu bewirken, ohne daß dabei Verunreinigungen des Teilchenstrahls oder thermische Überlastungen der Blendeneinrichtung befürchtet werden müßten.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß Blendenflächen eine Oberflächenprofilierung aufweisen. Durch eine solche Oberflächenprofilierung der mit dem Teilchenstrahl in Berührung kommenden Blendenflächen wird die Oberfläche dieser Blendenflächen vergrößert, wodurch eine weitere Verbesserung der Energiever­ teilung auf der Blendenfläche erreicht wird.

Eine ergänzende Ausgestaltung sieht vor, daß als Oberflächenprofilierung mindestens eine Folge von parallelen, in Richtung des Strahlverlaufs ausge­ richteten Vertiefungen vorgesehen ist. Diese etwa wellenförmige Oberfläche, deren Wellentäler und Wellenkämme in Richtung des Teilchenstrahls verlaufen, stellen eine besonders günstige Oberflächenprofilie­ rung dar, weil sich so die gesamte zur Verfügung stehende Oberfläche dem Teilchenstrahl anbietet und nirgendwo Strahlschatten auftritt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß mindestens zwei Blendenflächen in starrer Anordnung zueinander vorgesehen sind, die, auf einem gemeinsamen Träger angeordnet, mit diesem radial zum Teilchenstrahl beweglich sind. Dies ist eine besonders einfache Bauform als Ersatz für die bisher bekannte Faraday­ tasse, mit der es ebenfalls gelingt, die Nachteile der Faradaytasse hinsichtlich der thermischen Belastbarkeit zu beseitigen.

Schließlich ist nach einer Ausgestaltung noch vorgesehen, daß mindestens zwei Blendenflächen vorgesehen sind, die miteinander einen spitzen Winkel einschließen. Diese Anordnung ist wegen ihrer flachen Neigung zum Teilchenstrahl besonders gut geeignet, die thermische Energie des Teilchenstrahls zu verteilen.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen, die Aus­ führungsbeispiele zeigen, näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 Einrichtung mit einzelbeweglichen Flächen im Schnitt,

Fig. 2 Strahlstopper im Teilschnitt in Rückzugsstellung.

Fig. 1 zeigt im Schnitt Blendenflächen 3 und 4, die bei­ spielsweise rechteckige oder quadratische Form haben können. Im Ausführungsbeispiel werden diese Blendenflächen 3 und 4 gebildet von einer Seite von Graphitplatten 13 und 14, die ihrerseits auf Trägerplatten 17 und 18 angeordnet sind. Die Trägerplatten 17 und 18 können ebenfalls aus Graphit sein. Sie können jedoch auch aus metallischen Werkstoffen hergestellt werden. Mindestens die Trägerplatten 17 und 18 sind mit einem inneren Kühlsystem versehen, wobei Kühl­ mittel 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 34 und 35 an Trägern 32 und 33 befestigt. Mittels der Träger 32 und 33 sind die Träger­ platten 17 und 18 und damit die Blendenflächen 3 und 4 unabhängig voneinander radial zum Teilchenstrahl 1 verfahr­ bar, so daß beispielsweise die Trägerplatte 18 auch die Position 36 einnehmen kann.

Die Trägerplatte 17 und damit die Blendenfläche 4 ist bei Bedarf gleichsinnig oder entgegengesetzt zur Trägerplatte 18 verfahrbar, also unabhängig von dieser beweglich. 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 Blendenflächen 3 bzw. 4 mit der Strahlrichtung 7 jeweils einen spitzen Winkel 10 bzw. 9. Hierbei ist im Ausführungsbeispiel die Anordnung so, daß auch beide Blendenflächen 3 und 4 zusammen einen spitzen Winkel 26 einschließen.

Die Blendenfläche 3 ist im Ausführungsbeispiel gegenüber der Blendenfläche 4 in Strahlrichtung 7 versetzt, so daß die hintere Begrenzungslinie 21 der im Ausführungsbeispiel rechteckigen Blendenfläche 3 bei radial zur Strahlmitte zusammengefahrenen Blendenflächen 3 und 4 die Winkelhal­ bierende 23 zwischen den beiden Blendenflächen 3 und 4 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 ausgeblendet oder gestoppt werden, so kann mindestens eine weitere Anordnung der beschriebenen Art beispielsweise um 90° zur beschriebenen Anordnung verdreht, in der Be­ schleunigeranlage vorgesehen sein. Dies wird angedeutet durch eine um 90° versetzt angeordnete und nur schematisch wiedergegebene Blende 37.

Einrichtungen zum Verfahren der Blendenflächen sind im Stand der Technik bekannt und sind daher nicht näher be­ schrieben.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, bei der die Blendenflächen 5 und 6 in einem gemeinsamen Träger 25 starr zueinander angeordnet sind, wobei jede der Blendenflächen 5 und 6 zur Winkelhalbierenden 24 einen spitzen Winkel bildet, wobei ebenfalls der Winkel den die Blendenflächen 5 und 6 gemeinsam einschließen, ein spitzer Winkel 27 ist. Der spitze Winkel 27 bzw. die einzelnen spitzen Winkel 11 und 12 jeder Blendenfläche 5 und 6 mit der Winkelhalbierenden 24 ist zur Strahlrichtung 8 des Teilchenstrahles 2 hin offen.

Auch hier werden vorteilhafterweise die Blendenflächen 5 und 6 von den entsprechenden Oberflächen von Graphit­ platten 15 bzw. 16 gebildet, die ihrerseits auf einer Trä­ gerplatte 20 bzw. 19 angeordnet sind. Die mit dem gemein­ samen Träger 25 fest verbundenen Trägerplatten 19 und 20 weisen ein inneres Kühlsystem zur Kühlung der Graphitplat­ ten 15 bzw. 16 auf, welches über die Anschlußleitungen 38 und 39 mit geeignetem Kühlmittel versorgt wird.

Mindestens die Graphitplatten 15 und 16, im Ausführungs­ beispiel jedoch auch deren Trägerplatten 19 und 20 sind unterschiedlich lang, so daß das hintere Ende im Bereich der Spitze des Winkels 27 übereinanderlappt, so daß die hintere Begrenzungslinie 22 des Rechtecks der Blendenfläche 5 über die Winkelhalbierende 24 hinausragt. Auf diese Art und Weise wird ein sicheres Stoppen des Teilchenstrahls 2 gewährleistet ohne daß an irgend einer Stelle dem Teil­ chenstrahl 2 eine zu ihm senkrechte oder angenähert senk­ rechte Fläche geboten würde. Die Einrichtung nach Fig. 2 weist somit ebenfalls die Vorteile der bekannten Faraday­ tasse 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 40 radial verfahren werden und kann dann in dieser neuen Position den Teilchenstrahl 2 komplett aufnehmen und damit stoppen. Bei einer solchen Anordnung ist der Seitenbereich nicht gefährdet, so daß hier einfache Abdeck­ platten 41 genügen.

Antrieb, übriger Aufbau und Einbaubereich einer Einrichtung nach Fig. 2 ist im übrigen so wie zu den im Einsatz be­ findlichen Faradaytassen bereits bekannt, so daß hier auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Ausblenden oder Stoppen eines Teilchenstrahls mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden Blendenflächen zum mindestens teilweisen Abschirmen des Teilchenstrahls, wobei jede Blendenfläche (3, 4; 5, 6) aus einer Fläche gebildet wird, die zur Strahlachse (7, 8) im spitzen Winkel (9, 10, 11, 12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenflächen (3, 4; 5, 6) von Graphitplatten (13, 14, 15, 16) oder überwiegend Graphit enthaltenden Platten gebildet werden, die ihrerseits je mit einer Trägerplatte (17, 18, 19, 20) verbunden sind, wobei jede Blendenfläche (3, 4; 5, 6) radial zum Teilchenstrahl (1, 2) beweglich ist, und die Blendenflächen (3, 4; 5, 6) einen unveränderlichen Winkel (9, 10, 11, 12) zur Strahlachse einnehmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Blendenflächen (3, 4; 5, 6) in sich gegenüberliegender Anordnung ein Blendenflächenpaar (3, 4; 5, 6) bilden, deren Blendenflächen (3, 4; 5, 6) in Strahlrichtung (7, 8) gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß die hintere Begrenzungslinie (21) einer Blendenfläche (4) als Körperkante gegen die andere Fläche (3, 5) anlegbar ist oder angelegt ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Blendenfläche (3, 4; 5, 6) unabhängig von jeder anderen (3, 4) oder alternativ hierzu zusätzlich gemeinsam mit jeder anderen Blendenfläche (3, 4; 5, 6) radial zum Teilchenstrahl (1, 2) beweglich ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Blendenflächen (3, 4; 5, 6) eine Oberflächenprofilierung aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Oberflächenprofilierung mindestens eine Folge von parallelen, in Richtung des Strahlverlaufs ausgerichteten Vertiefungen vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Blendenflächen (5, 6) in starrer Anordnung zueinander vorgesehen sind, die auf einem gemeinsamen Träger (25) angeordnet, mit diesem radial zum Teilchenstrahl (2) beweglich sind.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Blendenflächen (5, 6; 3, 4) vorgesehen sind, die miteinander einen spitzen Winkel (26; 27) einschließen.