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Zur stabilisierung des strahlstroms aus dem hamburger isochronzyklotron mittels einer steuerelektrode im ionenquellenausgang
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INSTRUMENTS AND METHODS 116 (1974) 6o3-604 ; © NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO . ZUR STABILISIERUIIG DES ST.RAHLSTROMS AUS DEM HAMBURGER ISOCHRONZYKLOTRON MITTELS EINER STEUERELEKTRODE IM IONENQUELLENAUSGANG H.
KRAUSE und R. LANGKALI
I. Institut für Experimentalphysik, Zyklotronlaboratoriunt, Universität Harnburg, Haarburg, Detttschkutd
Eingegangen am 1 . Februar 1974 A method for stabilizing the beam current from a cyclotron by an ion source bias is described . Die Größe des Strahlstroms aus einem Zyklotron hängt von vielen Farametern ab. Von besonderer Bedeutung sind dabei diejenigen, welche die lonenerzeugung und die Strahlextraktion bestimmen . In Bezug auf die Ionenerzeugung sind für eine Livingstone-Ionenquelle konventioneller Bauart, wie sie auch im Hamburger Isochronzyklotron verwendet wird, detaillierte Untersuchungen über die Abhängigkeit des Ausgangsstroms der Ionenquelle von verschiedenen Parametern, über die Abhängigkeit einiger Parameter untereinander und über die Möglichkeit, den Ausgangsstrom der Quelle durch Regelung geeigneter Parameter zu stabilisieren, an anderer Stelle beschrieben worden 1,2). Bei der Strahlextraktion beeinflussen die Extraktorspannung, die Form und Stärke des Magnetfeldes im Extraktionsbereich und die Dee-Spannung das Extraktionsverhältnis und damit die Größe des externen Strahlstroms. Zur Stabilisierung des externen Strahlstroms wurde am Hamburger Isochronzyklotron ein einfaches Verfahren erprobt, das im Prinzip die Einflüsse aller möglichen Parameter auszugleichen gestattet und das
als Regelstrecke eine Steuerelektrode im lonenquellenausgang verwendet . Aufbau und Anordnung einer solchen Steuereicktrode, sowie deren Steuerwirkung unter verschiedenen Betriebsbedingungen sind bereits früher dargestellt worden 3 ) . Fig . 1 zeigt als Beispiel die Steuerkennlinie für einen Protonenstrahl der Endenergie von 12 MeV . Us ist die an die Elektrode angelegte Spannung, / die interne Strahlstromstärke . In Fig . 2 ist schematisch der Aufbau des Regelkreises dargestellt : Die Regelgröße ist der auf ein externes Target T treffende und zu stabilisierende Strahlstrom, der in einem Strommeßgerät SM (Keithley - Picoammeter 414S) verstärkt wird . Der Regler ist im wesentlichen ein Differenzverstärker DV, in welchem die Regelgröße mit dem Sollwert, einstellbar mittels einer Referenzspannung UR , verglichen wird. Das Ausgangssignal von DV steuert ein Hochspannungsgerät HS (Oltronix, Typ A3, 4K-40R), das die Stellgröße für die Regelstrecke, hier also die Steuerspannung Gs für
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Fig. 1. Steuerkennlinie (Protonenstrahl, Endenergie: 12 MeV). 603
Fig. 2. Regelkreis und Regelwirkung (Protonenstrahl, Energie : 12 MeV).
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H. KRAUSE UND R . LANGKAU
die Steuerelektrode S im Ausgang der Ionenquelle IQ liefert. Fig. 2 zeigt weiterhin die Wirkung der Regelung an einem ausgewählten Beispiel. Aufgetragen ist die Größe I. des externen Strahlstroms (Protonen ; 12MeV) in Abhängigkeit von der Größe IB des Bogenstroms der Ionenquelle. Innerhalb des sich hier von IB = 0,52,5 A erstreckenden Regelbereiches variiert I. ohne Regelung um 336 nA, mit Regelung um 16 nA. Bei der Verwendung des hier skizzierten Regelverfahrens ist zu beachten, daß die Steuerspannung Us auch die geometrischen und zeitlichen Strahleigenschaften beeinflußt'). Wieweit es grundsätzlich sinnvoll ist, auch solche Sch£ankungen von I. auszuregeln, die durch Schwan-
kungen energiebestimmendez Parameter, wie z.B. der Stärke des Magnetfeldes, verursacht werden, muß im Einzelfall geprüft werden. Wir danken dem Bundesministerium für Forschung und Technologie für die Bereitstellung von Mitteln. Literatur t) H. van Duyn, Interner Report NK-056 (Technische Hochschule Eindhoven, Zyklotron-Laboratorium, Eindhoven, Niederlande). a) A. A. S. Sluyterman, Interner Report NK-102 (Technische Hochschule Eindhoven, Zyklotron-Laboratorium, Eindhoven, Niederlande). s) H . Krause und R. Langkau, Nucl. Instr. and Meth. (1974) im Druck .
INSTRUMENTS AND METHODS 116 (1974) 6o3-604 ; © NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO . ZUR STABILISIERUIIG DES ST.RAHLSTROMS AUS DEM HAMBURGER ISOCHRONZYKLOTRON MITTELS EINER STEUERELEKTRODE IM IONENQUELLENAUSGANG H.
KRAUSE und R. LANGKALI
I. Institut für Experimentalphysik, Zyklotronlaboratoriunt, Universität Harnburg, Haarburg, Detttschkutd
Eingegangen am 1 . Februar 1974 A method for stabilizing the beam current from a cyclotron by an ion source bias is described . Die Größe des Strahlstroms aus einem Zyklotron hängt von vielen Farametern ab. Von besonderer Bedeutung sind dabei diejenigen, welche die lonenerzeugung und die Strahlextraktion bestimmen . In Bezug auf die Ionenerzeugung sind für eine Livingstone-Ionenquelle konventioneller Bauart, wie sie auch im Hamburger Isochronzyklotron verwendet wird, detaillierte Untersuchungen über die Abhängigkeit des Ausgangsstroms der Ionenquelle von verschiedenen Parametern, über die Abhängigkeit einiger Parameter untereinander und über die Möglichkeit, den Ausgangsstrom der Quelle durch Regelung geeigneter Parameter zu stabilisieren, an anderer Stelle beschrieben worden 1,2). Bei der Strahlextraktion beeinflussen die Extraktorspannung, die Form und Stärke des Magnetfeldes im Extraktionsbereich und die Dee-Spannung das Extraktionsverhältnis und damit die Größe des externen Strahlstroms. Zur Stabilisierung des externen Strahlstroms wurde am Hamburger Isochronzyklotron ein einfaches Verfahren erprobt, das im Prinzip die Einflüsse aller möglichen Parameter auszugleichen gestattet und das
als Regelstrecke eine Steuerelektrode im lonenquellenausgang verwendet . Aufbau und Anordnung einer solchen Steuereicktrode, sowie deren Steuerwirkung unter verschiedenen Betriebsbedingungen sind bereits früher dargestellt worden 3 ) . Fig . 1 zeigt als Beispiel die Steuerkennlinie für einen Protonenstrahl der Endenergie von 12 MeV . Us ist die an die Elektrode angelegte Spannung, / die interne Strahlstromstärke . In Fig . 2 ist schematisch der Aufbau des Regelkreises dargestellt : Die Regelgröße ist der auf ein externes Target T treffende und zu stabilisierende Strahlstrom, der in einem Strommeßgerät SM (Keithley - Picoammeter 414S) verstärkt wird . Der Regler ist im wesentlichen ein Differenzverstärker DV, in welchem die Regelgröße mit dem Sollwert, einstellbar mittels einer Referenzspannung UR , verglichen wird. Das Ausgangssignal von DV steuert ein Hochspannungsgerät HS (Oltronix, Typ A3, 4K-40R), das die Stellgröße für die Regelstrecke, hier also die Steuerspannung Gs für
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Fig. 1. Steuerkennlinie (Protonenstrahl, Endenergie: 12 MeV). 603
Fig. 2. Regelkreis und Regelwirkung (Protonenstrahl, Energie : 12 MeV).
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H. KRAUSE UND R . LANGKAU
die Steuerelektrode S im Ausgang der Ionenquelle IQ liefert. Fig. 2 zeigt weiterhin die Wirkung der Regelung an einem ausgewählten Beispiel. Aufgetragen ist die Größe I. des externen Strahlstroms (Protonen ; 12MeV) in Abhängigkeit von der Größe IB des Bogenstroms der Ionenquelle. Innerhalb des sich hier von IB = 0,52,5 A erstreckenden Regelbereiches variiert I. ohne Regelung um 336 nA, mit Regelung um 16 nA. Bei der Verwendung des hier skizzierten Regelverfahrens ist zu beachten, daß die Steuerspannung Us auch die geometrischen und zeitlichen Strahleigenschaften beeinflußt'). Wieweit es grundsätzlich sinnvoll ist, auch solche Sch£ankungen von I. auszuregeln, die durch Schwan-
kungen energiebestimmendez Parameter, wie z.B. der Stärke des Magnetfeldes, verursacht werden, muß im Einzelfall geprüft werden. Wir danken dem Bundesministerium für Forschung und Technologie für die Bereitstellung von Mitteln. Literatur t) H. van Duyn, Interner Report NK-056 (Technische Hochschule Eindhoven, Zyklotron-Laboratorium, Eindhoven, Niederlande). a) A. A. S. Sluyterman, Interner Report NK-102 (Technische Hochschule Eindhoven, Zyklotron-Laboratorium, Eindhoven, Niederlande). s) H . Krause und R. Langkau, Nucl. Instr. and Meth. (1974) im Druck .