DE2813912A1

DE2813912A1 - Beschleunigungsanordnung

Info

Publication number: DE2813912A1
Application number: DE19782813912
Authority: DE
Inventors: Duc Tien Tran; Dominique Tronc
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1978-10-12
Also published as: FR2386231B1; CA1085054A; FR2386231A1; US4150322A

Description

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

C.G.R. MeV 29. März 1978

Route de Guyancourt
78530 Buc / Frankreich

Unser Zeichen: C 3174

Beschleunigungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beschieunigungsanordnung für die Verwendung in einem linearen Teilchenbeschleuniger für geladene Teilchen, und sie bezieht sich insbesondere auf den Gruppierungsabschnitt (oder Vorbeschleunigungsabschnitt), der dem eigentlichen Beschleunigungsabschnitt dieses Teilchenbeschleunigers vorangeht.

Bei gewissen Vorrichtungen, bei denen bei hohen Frequenzen (beispielsweise im C- oder X-Band) arbeitende Teilchenbeschleuniger angewendet werden, kann es vorteilhaft sein, eine kompakte Beschleunigungsanordnung zur Verfügung zu haben, die mit Hilfe eines eigenen HF-Beschleunigers mit HF-Energie gespeist wird. Bei den oben angegebenen Frequenzen ist der Gruppierungs- oder Vorbeschleunigungs-Resonanzhohlraum der bekannten Beschleunigungs-

Schw/Ma :-: ü 9 8 A 1 / 0 8 7 8

anordnungen jedoch von so geringer Länge, daß die Verwirklichung solcher Anordnungen große Schwierigkeiten mit sich bringt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschleunigungsanordnung zu schaffen, bei der dieser Nachteil nicht mehr auftritt.

Nach der Erfindung ist eine Beschleunigungsanordnung für einen linearen Teilchenbeschleuniger für geladene Teilchen mit wenigstens einem Beschleunigungsabschnitt, der von einer Reihe von elektromagnetisch miteinander gekoppelten Resonanzhohlräumen gebildet ist, die für den Durchlaß des Teilchenstrahlenbündels mit Axialöffnungen ausgestattet sind, einem vor dem Beschleunigungsabschnitt in der Bahn des Teilchenstrahlenbündels angebrachten komplementären Hohlraumabschnitt, der mit dem Beschleunigungsabschnitt elektromagnetisch gekoppelt ist, und Vorrichtungen zum Einkoppeln eines Höchstfrequenzsignals in die Beschleunigung sanordnung dadurch gekennzeichnet, daß der komplementäre Abschnitt von einem Resonanzhohlraum C des Typs "Rhumbatron" gebildet ist, der magnetisch mit dem ersten Hohlraum des Beschleunigungsabschnitts mittels wenigstens einer Kopplungsöffnung gekoppelt ist, wobei der Hohlraum C eine solche Länge hat, daß der Abstand zwischen den Wechselwirkungsräumen des Hohlraums C und des ersten Hohlraums des Beschleunigungsabschnitts sich aus der Gleichung:

D . (2k + § + α)ττβ X₀,

ergibt, in der folgende Bedingungen gelten: 0 < α ^ 1/4;

■-. 0 9841/0878

η und k: ganze Zahlen;

ß: die normierte Geschwindigkeit v/c der Teilchen;

X₀: die Betriebswellenlänge des Beschleunigers.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert, deren Figuren 1 bis 3 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Beschleunigungsanordnung zeigen.

Fig. 1 zeigt eine Beschleunigungsanordnung nach der Erfindung mit einem Beschleunigungsabschnitt S,, der von mehreren Beschleunigungshohlräumen A₁, Ap ... gebildet ist, und mit einem komplementären Abschnitt S_c, der ein Gruppierung sabschnitt oder ein Beschleunigungsabschnitt sein kann, wie noch erläutert wird.

Dieser komplementäre Abschnitt S~ ist von einem Resonanzhohlraum C vom Typ "Rhumbatron" gebildet. Im dargestellten Beispiel weist der Resonanzhohlraum C zwei Abschnitte mit den Längen I₁ und I₂ und den verschiedenen Radien r^ und r₂ auf, so daß sich eine Impedanzanpassung ergibt. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind die Werte für I₁, I₂ und r₂ so gewählt, daß gilt:

L = I₁ + I₂ + r₂ - (2 m + 1) £

In dieser Gleichung ist m eine ganze Zahl, die wenigstens den Wert 1 hat. Der Resonanzhohlraum C ist mit dem ersten Hohlraum A₁ mit Hilfe einer Kopplungsöffnung I₁ magnetisch gekoppelt, die in der dünnen Wand des Resonanzhohlraums C

809841/0878

angebracht ist, die an den Hohlraum A₁ angrenzt. Die Längenwerte I₁ und I₂ der Abschnitte mit den Radien T₁ und Γρ liegen nahe des Werts λ /4.

Die Mitten der Wechselwirkungsräume der Resonanzhohlräume C und A-j liegen in einem Abstand D voneinander, der sich ergibt aus:

D α (2k + I + α)_πβ A_Q; dabei gelten folgende Voraussetzungen:

k und η sind ganze Zahlen mit dem Wert von wenigstens 1;

α erfüllt die Ungleichung: 0< α < 1/4;

β ist gleich der normierten Teilchengeschwindigkeit v/c;

λ ist die Betriebswellenlänge der Beschleunigungsanordnung im Vakuum.

Wenn α den Wert Null hat und η eine gerade Zahl ist, dann ist der Resonanzhohlraum C ein Vorbeschleunigungshohlraum (beispielsweise hat η den Wert 2); wenn α den Wert Null hat und η eine ungerade Zahl ist, ist der Hohlraum ein Gruppierungshohlraum .

Im Betriebszustand gilt für den zweiten Fall (n = 1) und für eine betrachtete Gruppe von Teilchen, daß der Durchlauf des mittleren Teilchens dieser Gruppe im Wechselwirkungsraum des Resonanzhohlraums C in einem Augenblick statt-

8U98A1/0878

findet, an dem sich das Feld im Resonanzhohlraum C aufweist. Die vorangehenden Teilchen werden verlangsamt, während die darauffolgenden Teilchen beschleunigt werden, so daß sich eine Gruppierung zu Paketen des Teilchenbündels ergibt.

Wenn der Resonanzhohlraum C als Vorbeschleunigungshohlraum benutzt wird, durchläuft das mittlere Teilchen der betrachteten Teilchengruppe den Wechselwirkungsraum des Resonanzhohlraums C dann, wenn das Feld einen maximalen Wert hat.

In den zwei betrachteten Fällen durchläuft das mittlere Teilchen den Wechselwirkungsraum des Beschleunigungshohlraums A₁ dann, wenn das Beschleunigungsfeld einen maximalen Wert hat.

Der Resonanzhohlraum C kann aber auch so festgelegt werden, daß er gleichzeitig vorbeschleunigend und vorgruppierend wirkt. Dies ist dann der Fall, wenn η eine ungerade Zahl ist (beispielsweise η = 1) und wenn α mit 1/4 gewählt wird. Dabei ergibt sich:

D = (2k + ^ + J)n β λ.
Wenn gilt: k = 1, ergibt sich:

r» 11TT ο ν

Damit im Resonanzhohlraum C die Anregung von Drehschwingungstypen verhindert wird, ist es vorteilhaft, den Resonanzhohlraum C mit dem Beschleunigungshohlraum A₁ über zwei symmetrisch zu beiden Seiten der Achse des Resonanzhohlraums C angebrachte Kopplungsöffnungen I₁ und I₂ oder mit

809841/0878

- ίο -

Hilfe von drei um 120° gegeneinander versetzte Kopplungsöffnungen I₁, I₂> I3 zu koppeln.

Wenn beispielsweise ein Elektronenstrahlenbündel mit einer Energie von 30 keV in eine mit einer Frequenz von 7,5 Ghz (λ = 4 cm) arbeitenden Teilchenbeschleuniger vorbeschleunigt werden soll, dann können die Wechselwirkungsräume der Hohlräume C und A₁ die Länge von 6 mm bzw. von 8 mm haben. Die in Fig. 1 dargestellte spezielle Form des Resonanzhohlraums C, die bei der Wellenlänge λ_ο/4 eine Impedanzanpassung ergibt, ermöglicht eine Vergrößerung des Kopplungsmagnetfeldes durch die Herabsetzung der Impedanz der äquivalenten HF-Leitung, und sie ermöglicht eine Vergrößerung des elektrischen Feldes nahe der Achse der Anordnung durch Vergrößerung dieser gleichen Impedanz.

Der gruppierend und/oder vorbeschleunigend wirkende komplementäre Abschnitt C, wie er vorstehend definiert wurde, kann auch einer mehrperiodischen Beschleunigungsanordnung für stehende Wellen zugeordnet werden. In Fig. 3 hat der Beschleunigungsabschnitt S. einen dreifach periodischen Aufbau, wie er beispielsweise in der Patentanmeldung P 25 01 I25.O beschrieben ist; dieser Aufbau wird von beschleunigenden Resonanzhohlräumen A₁₁, A₁₂» A₁^ ... und von Kopplungshohlräumen a^... gebildet.

809841/0878

Le er

Claims

Dipl.-Ing

E. Prinz

Patentanwälte 2813912 Dipl -Ing.
G. Leiser Dipl.-Chem,
Dr. G. Hauser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60

C.G.R. MeV 29. März 1978

Route de Guyancourt
78330 Buc / Frankreich

Unser Zeichen; C 5174

Patentansprüche

Π Beschleunigungsanordnung für einen linearen Teilchenbeschleuniger für geladene Teilchen mit wenigstens einem Beschleunigungsabschnitt, der von einer Reihe von elektromagnetisch miteinander gekoppelten Resonanzhohlräumen gebildet ist, die für den Durchlaß des Teilchenstrahlenbündels mit Axialöffnungen ausgestattet sind, einem vor dem Beschleunigungsabschnitt in der Bahn des Teilchenstrahlenbündels angebrachten komplementären Hohlraumabschnitt, der mit dem Beschleunigungsabschnitt elektromagnetisch gekoppelt ist, und Vorrichtungen zum Einkoppeln eines Höchstfrequenzsignals in die Beschleunigungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der komplementäre Abschnitt S_c von einem Resonanzhohlraum C des Typs "Rhumbatron" gebildet ist, der magnetisch mit dem ersten Hohlraum des Beschleunigungsabschnitts S^ mittels wenigstens einer Kopplungsöffnung I₁ gekoppelt ist, wobei der Hohlraum C

Schw/Ma

B 0 9 8 U 1 / 0 8 7 8

eine solche Länge hat, daß der Abstand zwischen den Wechselwirkungsräumen des Hohlraums C und des ersten Hohlraums des Beschleunigungsabschnitts S. sich aus der Gleichung:

D= (2k + I + α)ττβ X₀,

ergibt, in der folgende Bedingungen gelten: 0 £ζ α < 1/4;
η und k: ganze Zahlen;

ß: die normierte Geschwindigkeit v/c der Teilchen;

λ : die Betriebswellenlänge des Beschleunigers.
2. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum C zwei Abschnitte enthält, die unterschiedliche Radien r^ und r^ aufweisen und die Längen I₁ und Ip etwa der Größe λ /4 haben.
3. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß α den Wert Null hat und daß η eine gerade Zahl ist, wobei der Hohlraum ein Vorbeschleunigungshohlraum ist.
4. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß α den Wert Null hat und daß η eine ungerade Zahl ist, wobei der Hohlraum ein Gruppierungshohlraum ist.

,!IÜÖ41/U878
5. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß η eine ungerade Zahl ist und daß α im wesentlichen 0,25 ist, wobei der Hohlraum C gleichzeitig ein Vorbeschleunigungshohlraum und ein Gruppierungshohlraum ist.
6. Beschleunigungsanordnung nach einem der Ansprüche bis 5 bei einem Betrieb mit Wanderwellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume A₁, A₂ ... des Beschleunigungsabschnitts mit Hilfe von Durchlaßöffnungen für das Teilchenbündel elektrisch miteinander gekoppelt sind und daß die Vorrichtung zum Einführen des Höchstfrequenzsignals einen Wellenleiter G enthält, der magnetisch mit dem ersten Beschleunigungshohlraum A₁ über eine Kopplungsöffnung I„ gekoppelt ist.
7. Beschleunigungsanordnung nach einem der Ansprüche bis 5 bei einem Betrieb mit Wanderwellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume A₁, A₂ ... des Beschleunigungsabschnitts S. mit Hilfe wenigstens einer Kopplungsöffnung t.. magnetisch miteinander gekoppelt sind, die in der gemeinsamen Wand von zwei aufeinanderfolgenden Hohlräumen angebracht ist und daß die Vorrichtung zum Einführen des Höchstfrequenzsignals einen Wellenleiter G enthält, der mit dem letzten Hohlraum A_m des Beschleunigungsabschnitts mit Hilfe einer Kopplungsöffnung magnetisch gekoppelt ist.
8. Beschieunigungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende Resonanzhohlräume des Beschleunigungsabschnitts S_A mit Hilfe von drei Kopplungsöffnungen magnetisch miteinander gekoppelt sind, die im Winkel von 120° zueinander angeordnet sind.

B0 9841/0878

Beschleunigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einem Betrieb mit stehenden Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsabschnitt S. eine mehrperiodische Anordnung ist, die von beschleunigenden Resonanzhohlräumen A₁₁, A>.p» A₁^ ... und von Kopplungshohlräumen a^, gebildet ist, wobei der erste Resonanzhohlraum A₁₁ mit Hilfe einer Kopplungsöffnung I₁ magnetisch mit dem Hohlraum C gekoppelt ist.

Ö09841/0878