用于HF粒子加速器的加速器路段和粒子加速方法技术

本发明专利技术涉及一种用于HF粒子加速器的加速器路段和粒子加速方法。在第一空腔谐振器的入口处设置了电极，其连接在直流电压源上并且基于其产生了势阱，所述势阱引起对离开离子源到第一空腔谐振器的粒子进行加速。由于离子源和加速器路段、即特别是加速器路段的空腔谐振器具有共同的电势、特别是地电势，从而实现了静电学的势阱没有为粒子的总能量做贡献、借助在HF谐振器中的电压感应来产生总的加速效果以及直流电压源不由射束电所加载，由此所述直流电源既不必精确地调节也不必高效。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将带电的粒子注入到HF粒子加速器的谐振器中的一种方法以及一种设备。
技术介绍
典型的HF粒子加速器基本上具有离子源以及加速器路段(Beschleunigerstrecke),所述加速器路段由多个空腔谐振器构成。离开离子源的带电粒子到达加速器路段的第一空腔谐振器并且在此级联式地加速到各个谐振器中。“第一”空腔谐振器是指在射束方向上或加速方向上观察的第一个空腔谐振器。加速器路段的谐振器的 (或者在谐振器上存在的HF场的)必要的同步由相应的控制来实现，所述控制对HF高压源进行控制，所述HF高压源生成出现在各个谐振器上的HF电压。空腔谐振器也被称作HF谐振器。在构造这样的粒子加速器时的主要的复杂性体现在将待加速的粒子注入到HF粒子加速器的加速器路段的第一空腔谐振器中。在此的目标是，将离开离子源的带电粒子以足够高的速度注入到第一空腔谐振器中，从而使得粒子通过该第一空腔谐振器的渡越时间比一半的HF周期时间短并且由此可以进行有效的和有效率的加速。由于来自典型的离子源的带电粒子的非常低的速度，所以例如采取下面的措施a)或者b)a)将离子源提高到与加速器结构相对的电势上，从而使得粒子在进入到第一空腔谐振器时已经被预加速了。然而该解决方法仅仅有有限的效果，原因是在离子源和加速器结构之间的可能的电压受到在总离子源和辅助设备之间(通常在空气中)的必要的高压绝缘的很大限制。加速器管的替换在高压下通常是不允许的。此外，需要稳定的、精确定义的直流电压高压源，其由射束流所加载。b)加速器的在射束方向上观察的在前部分以比在后部分的频率低的频率运行，由此考虑了粒子的开始时较低的速度。在此将频率比例选择为有理的(rational)并且锁相的。与此相关的是复杂的并且昂贵的控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种可能性，将从HF粒子加速器的离子源离开的粒子以足够高的速度注入到HF粒子加速器的加速路段的第一空腔谐振器中。所述技术问题通过在独立权利要求中给出的专利技术所解决。优选的构造由从属权利要求给出。在用于具有至少一个空腔谐振器(构造为用于对离开离子源的粒子进行加速)的HF粒子加速器的按照专利技术的加速器路段中，在离子源和加速器路段的第一空腔谐振器之间由于势阱发生了静电学的预加速。在此，离子源和加速器路段、特别是第一空腔谐振器位于相同的电势上。在加速器路段的第一空腔谐振器上安装了电极，其位于与离子源相对的电势上，从而为离开离子源的粒子生成了加速势阱。将电极构造成为在到第一空腔谐振器的入口处的环形电极，其特别被这样构造，使得其环绕第一空腔谐振器的入射口。在此“环形电极”的表达不是必须绝对表示电极的横截面是圆形的。也可以考虑其他的截面，例如矩形的、椭圆的或者类似的。原则上假设，电极的横截面和射束管的横截面相匹配。通过绝缘子、特别是通过环形的绝缘路段，电极与第一空腔谐振器的其余的谐振器结构相分离。在此同样适用的是，“环形”概念不是绝对地表示圆形的横截面。理想地，绝缘子的形状或者横截面与电极的形状相匹配。替换地或者附加地设置了并联的电容，其被构造和设置以便在第一空腔谐振器的运行中相对于第一空腔谐振器的其余的谐振器结构抑制电极的显著的交变电压。通过该电容将电极与第一空腔谐振器的其余的谐振器结构相连接。 势阱和在加速器路段的运行中在第一空腔谐振器上所提供的HF场这样彼此调整，使得通过HF场的作用于粒子上的同时的加速力对基于势阱在粒子射束方向观察存在于到第一空腔谐振器的入口之后的阻尼力进行补偿和超越。在粒子射束方向上观察，第一空腔谐振器基本上位于势阱对粒子起减速作用的区域。在粒子射束方向上观察，势阱的最小值位于第一空腔谐振器的入口处。在按照本专利技术的用于对离开离子源的粒子借助HF粒子加速器(其具有含有至少一个空腔谐振器的加速器路段，构造所述空腔谐振器就他而言以便对离开离子源的粒子进行加速)进行加速的方法中，借助势阱对粒子进行静电学的预加速，并且在经过势阱的最小值之后由于势阱对粒子的吸引作用将粒子再次减速。粒子完全地、也就是向上以及向下地经过所述势阱。势阱由电极生成，所述电极被置于第一电势Ul上，而至少离子源和第一空腔谐振器位于与此不同的第二电势UO上。按照本专利技术还建议，借助势阱应用从离子源到加速器路段的第一空腔谐振器的静电学的预加速。为了产生静电学的预加速而在离子源和第一空腔谐振器之间生成直流电压，方法是，在附加的电极上、例如在到空腔谐振器的入口处提供直流电势。由此，按照本专利技术的装置是直流电压势阱，其在第一空腔谐振器的谐振器入口处具有电势最小值，所述势阱允许粒子加速地离开离子源并且以起始速度进入到谐振器中。此外优选地离子源以及加速器结构位于相同的电势上、优选位于地电势上。当在谐振器中缺少针对通常的加速器运行所使用的HF场时，则由此粒子速度在穿过加速器时被再次减速至粒子离开离子源时的原始低速度，原因是谐振器的出射口位于和所述源相同的电势上或者由于粒子完全地经过了势阱。总而言之，这意味着，优选地a)静电学势阱不对粒子的总能量做贡献，b)通过电压感应在HF谐振器中发生总的加速效应，c)直流电压源不用射束流加载，从而所述直流电压源不必精确地调节也不必有效率。优选地，本专利技术基于离子源和加速器结构、特别是第一空腔谐振的共同电势提供了完全地、也就是向下地并且向上地经过的直流电压势阱。附加地，HF谐振器按照本专利技术位于减速的场域。对于通常的注入器，其中就像开头所描述的那样在离子源和加速器结构或谐振器之间存在电压差，那么与之相反地仅仅向下地经过所述电势。合适地，存在于第一空腔谐振器的HF场在加速阶段具有足够的强度，以便通过同时的加速力在HF场中对直流电压场的阻尼力进行补偿和超越，从而粒子可以以特定的速度离开第一空腔谐振器。附图说明在下面描述的实施例中依据附图给出了本专利技术的更多优点、特征和细节。其中，图I示出了 HF粒子加速器的剖面图，所述HF粒子加速器具有离子源和第一空腔谐振器，所述第一空腔谐振器具有加速电极，图2示出了用于离开离子源的粒子的电势曲线。 具体实施例方式图I不出了 HF粒子加速器I，其具有尚子源10和从尚子源10尚开地粒子射束20。在加速方向上，即在图I中从左向右，在离子源10的后面布置了加速器路段30，其通常具有多个空腔谐振器。然而图I仅仅在剖面图中示出了加速器路段30的第一空腔谐振器31。其他的空腔谐振器在结构上与商业上通用的HF加速器的空腔谐振器没有区别。从射束方向上观察的在第一空腔谐振器31的在前面的一侧安装了电极41，其被构造成环形电极并且环绕空腔谐振器31的入射口 32。通过理想情况下同样构造成环形的绝缘子42，环形电极41与第一空腔谐振器31的其余的谐振器结构相分离。第一空腔谐振器31的“其余的谐振器结构”是指第一空腔谐振器31的除了电极41和绝缘子42之外的全部组件。该绝缘环42在谐振器31的运行中相对于第一空腔谐振器31的其余的谐振器结构抑制环形电极41的显著的交变电压。这样的显著的交变电压可以例如通过与在谐振器中的HF场的容性耦合而引起。离子源10和加速器路段30的其余的加速器结构、特别是空腔谐振器位于相同的电势上。例如这些组件可以接地。对于该绝缘环42来说附加地或者替换地，为了相同的目的也可以使用并联的电容4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：O海德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：