顺序脉冲的行波加速器制造技术

顺序地脉冲的行波小型加速器，具有两个以上脉冲形成线，各脉冲形成线具有用于沿束射管的短长度产生短加速脉冲的转换器，以及触发机构，用于顺序地触发转换器使得与带电粒子的轴向横贯的脉冲束同步地沿束射管产生行进的轴向电场以顺序地给予粒子束能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及线性加速器，并且更特别地涉及顺序脉冲的行波加速器，能够顺 序地触发转换器以通过线性加速器的脉冲形成线区别地传播电波阵面，以与带电^^子的轴 向地横动的脉冲束同步沿加速器的束射管产生行进的轴向的电场，以对粒子束顺序地给予 能量。
技术介绍
粒子加速器用来增加带电的原子粒子，例如，电子，质子，或者带电的原子 核的能量，以致它们可以被核以及粒子物理学家研究。高能带电原子粒子被加速以碰撞靶 原子，并且利用检测器观察到产生的产物。带电粒子可以以很高的能量分裂靶原子的核并 且与物质的其它基本单位相互作用。并且粒子加速器在研制核聚变装置的工作中，还有对 于医学的应用，例如癌症治疗，都是重要的工具。在Carder的5, 757， 146号美国专利中公开了一种类型的粒子加速器，用于提 供产生用于带电粒子加速的快速的电脉冲的方法，其通过引用被结合在本文中。在Carder 中，显示由当被转换时产生高电压的一系列堆叠的圆形的模块组成的电介质壁加速器(DWA)系统。这些模块中的每一个被称作不对称的布鲁姆林(Blumlein)，其在2， 465， 840 号美国专利中被说明，通过引用被结合在本文中。如在Carder专利的图4A-4B中可以明 显地看到，布鲁姆林由两个不同的电介质层组成。在各个表面上以及在电介质层之间是形 成两条平行板径向传输线的导体。该结构的一侧被称为慢线，另一侧是快线。快和慢线之 间的中心电极初始被充电至高电位。因为两线具有相反极性，所以没有跨过布鲁姆林的内 径(ID)的网电压。当通过表面击穿或者类似的转换施加跨过该结构的夕H则的短路时，启 动向内向布鲁姆林的ID径向传播的两个反极性波。快线中的波在慢线中的波到达之前到 达该结构的ID。当快波到达结构的ID时，那里的极性仅在那条线中被反转，从而产生跨 过不对称的布鲁姆林的ID的网电压。此高电压将持续直到慢线中的波最终到达ID。在加 速器的情况下，带电粒子束可以在此时被注入并被加速。用这样的方式，Carder专利中的 DWA加速器提供相对于整个结构连续的轴向的加速场以实现高加速度梯度。然而，现有的电介质壁加速器，例如Carder DWA，具有可旨g影响束品质和性 能的某些固有的问题。特别地，若干问题存在于Carder DWA的圆盘形几f可图形中，其使 得整个装置对于意欲的带电粒子加速的使用达不到最优。具有中心孔的扁平的平面导体推 动传播的波阵面以放射状地汇集至那个中心孔。在这样的几何图形中，波阵面遇见能够使 输出脉冲变形的变化的阻抗，并防止限定的与时间有关的能量增益被给予横穿电场的带电 粒子束。替代地，横穿用这样的结构建立的电场的带电粒子束将接收随时间变化的能量增 益，其可以防止加速器系统适当地运输这样的束，并使得这样的束被局限的使用。另外，这样的结构的阻抗可以比所需的低得多。例如，经常非常希望当维持 所需的加速度梯度时产生数量级为毫安或更少的束。Carder的圆盘形布鲁姆林结构可能产 生将要存储在系统中的过度水平的电能。除明显的电低效以外，当系统启动时不传递至束 的任何能量可能保持在该结构中。这样的过剩能量可能对整个装置的性能和可靠性有不利 影响，其可能导致系统的过早损坏。而且在带有中心孔的扁平平面导体(例如圆盘形的)中所固有的是那个电极 外部大大伸展的圆周。结果，启动该结构的并联转换器的数目由那个圆周决定。例如，在 用于产生小于10 ns的脉冲的6"直径的装置中， 一般地，每一圆盘形不对称的布鲁姆林 层至少需要10个转换部位。当需要长加速脉冲时此问题被进一步地复杂化，因为此圆盘 形布鲁姆林结构的输出脉冲长度与从中心孔的径向伸长直接有关系。因而，当需要长脉冲 宽度时，也需要转换部位相应的增加。当启动转换器的最优实施例是通过利用激光或其它 类似装置时，需要非常复杂的分配系统。此外，长脉冲结构需要制造困乂隹的大介质片。这还会增加这样的结构的重量。例如，在目前的构造中，传递50 ns脉冲的装置可以差不多重量为每公尺几吨。虽然通过在不对称的布鲁姆林中的所有的三个导体中利用螺旋槽可以 缓和一些长脉冲的缺点，但是这可能导致可能阻碍操作的破坏性干扰的层对层的耦合。也 就是说，每阶段显著地减少的脉冲振幅(因此能量)可能出现在该结构的输出上。另外，已经开发各种类型的加速器用于医学的治疗应用中的特别使用，例如 使用质子束的癌症治疗。例如，Cole等的4，879,287号美国专利公开用于加利福尼亚洛玛 林达的洛玛林达大学质子加速器设备的多站质子束治疗系统。在此系统中，在设备的一个 位置进行粒子源生成，在设备的另一位置进行加速，而病人位于设备的其它位置。由于源， 加速，和靶的彼此远程，使用带有大，笨重的偏转磁铁的复杂的构台系统完成粒子传输。 并且已知的用于医学治疗的其它代表性的系统在Bertsche的6,407,505号美国专利和 Blosser等的4, 507, 616号美国专利中公开。在Berstche中，显示驻波RF线性加速器并 且在Blosser中显示可旋转地安装在支撑结构上的超导回旋加速器。此外，已知离子源，其从一体积之内的低压气体建立等离子体放电。从此体 积，离子被提取并准直用于加速入加速器。这些系统通常限于在0.25 A/cm2以下的提取 的当前的密度。此低电流密度部分地是由于在提取界面的等离子体放电的强度。在Leung 等的6, 985， 553号美国专利中公开该领域中已知的一个离子源实例，具有被构造为产生极 短的离子脉冲的提取系统。另一实例如Wahlin的6,759,807号美国专利所示，其公开多 栅板离子束源，具有提取栅极，加速栅极，聚焦栅极，以及屏蔽栅极以产生高度准直的离 子束。
技术实现思路
本专利技术的一个方面包括短脉冲电介质壁加速器，包含围绕加速轴的长度为L 的电介质束射管；横向地连接到束射管的至少两个脉冲形成线，各脉冲形成线具有可连接 至高电压电势、用于独立于其它脉冲形成线而贯穿其传播至少一个电波阵面、以沿束射管 的相应的短轴长度SL产生脉冲宽度r的短加速脉冲的转换器；以及用于顺序地控制转换 器使得与带电粒子的轴向横贯的脉冲束同步沿束射管产生行进的轴向的电场、以顺序地给 予所述粒子能量的单元。本专利技术的另一方面包括顺序地脉冲的行波线性加速器，包含延伸至横向加 速轴的多个脉冲形成线，各个脉冲形成线具有可连接至高电压电势、用于独立于其它脉冲 形成线而贯穿其传播至少一个电波阵面、以产生与该加速轴的相应的短轴长度相邻的短加速脉冲的转换器；以及可操作地连接以顺序地控制转换器使得与带电粒子的轴向横贯的脉 冲束同步地沿加速轴产生行进的轴向电场以顺序地给予所述粒子能量的触发器。本专利技术的另一方面包括顺序地脉冲的行波线性加速器，包含围绕加速轴的 长度为L的电介质束射管；至少两个布鲁姆林模块，各模块形成横向至加速轴的脉冲形成 线并包含具有第一端以及连接到束射管的第二端的第一导体；与第一导体相邻的第二导 体，所述第二导体具有可转换至高电压电势的第一端，以及连接到束射管的第二端；与第二导体相邻的第三导体，所述第三导体具有第一端，以及连接到束射管的第二端；具有第 一介电常数的充满第一和第二导体之间的空间的第一介电材料；以及具有第二介电常数的 充满第二和第三导体之间的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短脉冲电介质壁加速器，其特征在于，包含：　围绕加速轴的长度为Ｌ的电介质束射管；　横向地连接到所述束射管的至少两个脉冲形成线，各脉冲形成线具有可连接至高电压电势、用于独立于其它脉冲形成线而贯穿其传播至少一个电波阵面、以沿所述束射管的相应的短轴长度δＬ产生脉冲宽度τ的短加速脉冲的转换器；以及　用于顺序地控制所述转换器使得与带电粒子的轴向横贯的脉冲束同步沿所述束射管产生行进的轴向的电场、以顺序地给予所述粒子能量的单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治J卡波拉索，斯科特D内尔松，布里安普尔，
申请(专利权)人：劳伦斯利弗莫尔国家安全有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]