本发明专利技术涉及一种用于回旋加速器的双频谐振腔（6），该双频谐振腔（6）包括D形电极（10）、柱形物（20）以及包围所述柱形物和所述D形电极的导电罩（40），所述柱形物的一端刚性地连接到所述导电罩的底部，而所述柱形物（20）的相反端支撑所述D形电极（10）。所述导电罩和所述柱形物形成包括至少三个部分（20a，20b，20c）的传输线，各部分具有特性阻抗（Zc1，Zc2，Zc3）。所述中间部分（20b）的特性阻抗Zc2大致低于其他两部分（20a，20b）的特性阻抗Zc1和Zc3，这使得腔可以以两种模式谐振，以产生两个不同的频率，而无需利用诸如滑动短路或移动板的移动组件。本发明专利技术还涉及用于基于使用电磁和射频模拟工具来设计这样的谐振腔的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及回旋加速器领域，尤其涉及能够对具有不同荷(q)/质(m)比的多种 带电粒子(例如，质子(q/m比等于I)、阿尔法粒子(q/m比等于1/2)或氘核(q/m比也等于 1/2))进行加速的回旋加速器。
技术介绍
从文献W08606924来了解回旋加速器。参照该文献的图2，这样的回旋加速器包 括通常被称为D形电极(dee)的加速电极28，各加速电极28与通常被称为内杆(stem)的 垂直柱形物29耦合。所述D形电极28和所述内杆29被导电罩包围，它们一起形成了谐振腔。通常，RF电源激励谐振腔，并且带电粒子连续通过由带有不同电势的扇极 (sector)和D形电极构成的加速间隙使所述粒子加速。所施加的RF电压的频率必须等于 “回旋加速器频率”，该频率由以下等式表示其中，q是被加速粒子的电荷，m是其质量，并且il是垂直于粒子循环的中间平面 的主磁场。回旋加速器还可以在谐波模式下工作在这样的情况下，当粒子在D形电极内侧 循环的同时，RF电压发生数次振荡。在这些已知腔的情况下，其中一个腔存在在一端被D形电极电容充电而另一端被短路的4谐振器。柱形物形成轴向传输线，该柱形物的性质基本类似于旨在补偿D形电极 4的电容性阻抗以使无功RF功率最小化的电感。根据回旋加速器的构造，腔相对于粒子循环 的中间平面非对称地或者对称地布置。在不对称拓扑结构的情况下(本申请的图la)，构成 D形电极的两个板互相机械连接且电连接，并且仅构成由柱形物支撑的一个单元。在对称拓 扑结构的情况下(本申请的图lb)，下方柱形物和上方柱形物分别支撑下半部D形电极和上 半部D形电极。一旦关闭回旋加速器，下半部D形电极和上半部D形电极在它们周边的某 些地方互相电连接。如图1a所示意性表示的，D形电极属于谐振腔5。该腔包括D形电极10本身、垂 直圆柱体20和导电罩40。图1c示出了腔的等效电路，其中，电感L表示柱形物20，而电容 C是在D形电极10和导电罩40之间的空间的位置处形成的电容。这样的并联LC电路的谐 振频率由以下表达式给出 在磁场i不变的情况下，为了能够在回旋加速器中对具有不同q/m比的多种粒子 进行加速，提出以下两种方案 a)在保持相同的RF频率的同时，使用不同的谐波模式，b)在改变RF频率的同时，使用相同的谐波模式。第一方案存在以下缺点· 回旋加速器的中央区域的复杂性增加， 在高电流处，机器内部的束流损失将导致机械部件的活化。另一方面，第二方案存在以下优点 至少在低能量的第一转中，不同质量的粒子将具有相同的定心，由此将沿类似轨 较少束流损失，由此减少位于束流轨道附近的机械部件的活化， 对于q/m比等于I的粒子，每转增益更好， 等时性更好。该第二方案的实现促使能够改变由D形电极、柱形物和导电罩构成的腔的谐振频率。这样的方案已经由 M. Eiche 等人(“Dual Frequency resonator systemforacompact cyclotron，，，Proc. XIII Intern. Conf. on Cyclotrons and Their Applications, (World Scientific,Singapore,1992,p.515)> P. Lanz 等人(“Adual Frequency Resonator”, Proceedings of thel993IEEE Particle Accelerator Conference, 17-20May 1993, Washington, DC; 15th IEEE Particle Accelerator Conference, p. 1151)、以及Miura Iwao 等人(“Accelerating Resonance Cavity”，JP07-066877B，1995)提出了。前面两个作者通过利用由活塞驱使的、且旨在改变谐振器长度的滑动式短路来实现RF频率的改变。最后一个作者借助于旋转90°的移动板来实现RF频率的改变，这改变了电极的电容，从而改变了谐振频率。谐振频率的改变需要相对复杂且昂贵的RF结构，这增加了可靠性问题。实际上， 现有技术的装置存在如下所列出的许多缺点a.对于移动短路-因为活塞对谐振器的壁施加了相当大的摩擦力，所以活塞的尺寸与短路的尺寸相关联；-在频率变化期间，短路的重复线性移动造成磨损。从长远来看，接触点和/或接触点在上面滑动的壁二者的表面质量的下降会导致出现更多电阻点(resistive point), 由于RF电流穿过电阻点，所以会导致局部增温；-当短路在壁上施加的压力不再充分时，短路被完全破坏。情况是接触电阻对于要被传输的RF电流而言变得太大，这会引起温度上升，该温度上升可能导致接触点熔化。b.对于移动板-板的旋转轴需要穿过回旋加速器的真空部，以确保所述轴连接到活塞或连接到对其进行驱动的引擎。如果引擎被容纳在真空中，不过它们将必须被馈电，这需要电缆向外穿出。-由于大量的RF电流穿过该移动电容，所以在低频时腔的品质因数很差。频率的稳定性也会成问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是至少部分地解决上述困难。根据第一方面，本专利技术涉及用于在回旋加速器中对带电粒子进行加速的谐振腔， 该谐振腔包括D形电极、柱形物以及至少部分包围所述柱形物和所述D形电极的导电罩，所 述柱形物的一端支撑所述D形电极，由此所述导电罩和所述柱形物形成传输线，其特征在 于，所述柱形物的相反端附接到所述导电罩的底部，并且所述传输线的位于所述柱形物的 上述两端之间的中间部分的线电容实质上大于所述传输线的其他部分的线电容。当说到柱形物的相反端附接到导电罩的底部时，必须理解的是，柱形物的上述相 反端被机械固定到罩的底部并且以固定方式电连接到罩的底部。柱形物由此在其两端之间 呈现出固定物理长度。由于导电罩也具有固定的物理长度，所以由罩和柱形物形成的传输 线具有固定长度，由此具有固定电感。这样的构造使得腔可以根据两种不同模式(例如，4模式和#模式)而谐振，由此44产生两种不同的RF频率，而无需必须使用诸如滑动短路或移动板的移动组件，这解决了许 多上述问题。优选地，所述传输线的所述中间部分的线电容比所述传输线的另一部分的线电容 大两倍。在更优选的方式中，所述传输线的所述中间部分的线电容比所述传输线的另一部 分的线电容大十倍。在更优选的方式中，所述传输线的所述中间部分的特性阻抗与所述传输线的其他 部分的特性阻抗使得所述腔能够根据两种模式谐振，从而以大致双倍比产生两种不同的频 率。对于“大致双倍”，必须理解频率比在1. 7(17/10)和2. 3(23/10)之间。这样的腔实际 上使得可以在相同的回旋加速器中对q/m比值为2的粒子(如质子和阿尔法粒子，或质子和 氘核)进行加速。在更优选的方式中，所述柱形物包括多个叠置的圆柱体，这些圆柱体中的一个圆 柱体相当于所述传输线的上述中间部分并且具有大致比其他圆柱体中的一个圆柱体的平 均直径大的平均直径。另选地或结合地，所述导电罩包括多个叠置的中空圆柱体，这些中空 圆柱体中的一个中空圆柱体相当于所述传输线的上述中间部分并且具有大致比所述其他 中空圆柱体中的一个中空圆柱体的平均直径小的平均直径。柱形物和/或导电罩的这样的 圆柱形结本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.22 EP 10170531.71.一种适于在回旋加速器中对带电粒子进行加速的谐振腔(6)，该谐振腔(6)包括D形电极(100)、柱形物(20)以及至少部分包围所述柱形物和所述D形电极的导电罩(40)，所述柱形物(20)的一端支撑所述D形电极(10)，所述导电罩和所述柱形物(20)由此形成传输线，其特征在于，所述柱形物(20)的相反端附接到所述导电罩(40)的底部(45)，并且所述传输线的位于所述柱形物的上述两端之间的中间部分(20b)的线电容实质上大于所述传输线的另一部分(20a，20c)的线电容。2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述传输线的所述中间部分(20b)的线电容比所述传输线的另一部分(20a，20c)的线电容大两倍。3.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述传输线的所述中间部分(20b)的线电容比所述传输线的另一部分(20a，20c )的线电容大十倍。4.根据前述权利要求中任一项所述的谐振腔，其特征在于，所述传输线的所述中间部分(20b)的特性阻抗(Ze2)和所述传输线的其他部分(20a，20c)的特性阻抗(Zel，Zc3)使得所述腔(6)能够根据两种模式谐振，从而以大致双倍比产生两种不同的频率。5.根据前述权利要求中任一项所述的谐振腔，其特征在于，所述柱形物(20)包括多个叠置的圆柱体(20a，20b，20c)，这些圆柱体中的一个圆柱体(20b)相当于所述传输线的所述中间部分(20b)并且具...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·阿比斯，
申请(专利权)人：离子束应用公司，
类型：
国别省市：
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