BR112012021362A2

BR112012021362A2 - fonte de alta tensão cc e acelerador de partícula.

Info

Publication number: BR112012021362A2
Application number: BR112012021362-8A
Authority: BR
Inventors: Oliver Heid
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2020-08-25
Also published as: DE102010008995A1; CA2790898A1; EP2540144B1; CN102823332A; JP2013520775A; WO2011104082A1; JP5698271B2; CN102823332B; US20120313556A1; RU2567373C2; RU2012140503A; EP2540144A1; CA2790898C; US8754596B2

Abstract

FONTE DE ALTA TENSÃO CC E ACELERADOR DE PARTÍCULA. A presente invenção refere-se a uma fonte de alta tensão CC que compreende: um com um primeiro eletrodo (37), que pode ser levado para um primeiro potencial, com um segundo eletrodo (39), que é disposto de forma concêntrica com relação ao primeiro eletrodo (37) e pode ser levado para um segundo potencial que se difere do primeiro potencial, com pelo menos um eletrodo intermediário (33), que é disposto de forma concêntrica entre o primeiro eletrodo (37) e o segundo eletrodo (39) e que pode ser levado para um intermediário situado entre o primeiro potencial e o segundo potencial, um dispositivo de comutação (35) para carregar a pilha de capacitor ao qual os eletrodos (33, 37, 39) da pila de capacitor são conectados e que é concretizado tal que durante o funcionamento do dispositivo de comutação (35), os eletrodos (33, 37, 39) da pila de capacitor dispostos de forma concêntrica um com relação ao outro podem ser levado para níveis potenciais crescentes, em que o dispositivo de comutação (35) da pilha de capacitor compreende os tubos de elétron (63), mais particularmente, os tubos de elétron que podem ser controlados. Adicionalmente, a presente invenção se refere a um acelerador de partícula que compreende tal alta fonte de tensão CC.

Description

| 1/29 " Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FONTE DE ALTA TENSÃO CC E ACELERADOR DE PARTÍCULA". E A presente invenção refere-se a uma fonte de alta tensão CCea um acelerador de partícula com uma pilha de capacitor de eletrodos dispos- tosde forma concêntrica um com relação ao outro.

Há muitas aplicações que exigem uma alta tensão CC. A título de exemplo, os aceleradores de partículas são uma aplicação; aqui, as partículas carregadas são aceleradas para energias elevadas. Além de sua importância fundamental em pesquisa, os aceleradores de partículas estão se tornando cada vez mais importante na medicina e para muitos fins indus- Y triais. ' Até agora, os aceleradores lineares e ciclotrons são utilizados b para produzir um feixe de partículas na faixa de MV, estes instrumentos são, em geral, muito complicados e complexos.

Um tipo de aceleradores de partículas conhecidos são os então chamados aceleradores de partículas eletrostáticas com uma fonte de alta tensão CC. Aqui, as partículas a serem aceleradas são expostas a um cam- po elétrico estático.

A título de exemplo, os aceleradores em cascata (também os aceleradores Cockcroft-Walton) são conhecidos, nos quais uma alta tensão CC é gerada mediante a multiplicação e a retificação de uma tensão CA por meio de um circuito Greinacher, que é conectado inúmeras vezes em série (cascata). Como um resultado disso, um forte campo elétrico é fornecido.

A presente invenção tem como base o objetivo de indicar um fontede altatensão CC, o que, apesar de ter um design compacto, pode ser operada de forma particularmente estável e fornece de modo simultâneo uma alta diferença potencial. Além disso, a presente invenção tem como ba- se o objetivo de especificar um acelerador para acelerar as partículas carre- gadas, que, apesar de terem um design compacto, podem ser operadas de forma particularmente estável e permite de modo simultâneo uma alta ener- gia de partículas possível. A presente invenção é alcançada pelas características das rei- |

| 2/29 -. vindicações independentes. Os desenvolvimentos vantajosos são visualiza- dos nas características das reivindicações dependentes. ã A fonte de alta tensão CC de acordo com a invenção para o for- necimento da tensão CC compreende: uma pilha de capacitor - com um primeiro eletrodo, que pode ser levado para um primei- ro potencial, - com um segundo eletrodo, que é disposto de forma concêntrica com relação ao primeiro eletrodo e pode ser levado para um segundo poten- cial que se difere do primeiro potencial, tal que uma diferença de potencial é * formada entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, - com pelo menos um eletrodo intermediário, que é disposto de forma concêntrica entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo e que pode ser levado para um potencial intermediário situado entre o primeiro potencial eosegundo potencial.

Além disso, a fonte de alta tensão CC tem um dispositivo de co- mutação para o carregamento da pilha de capacitor ao qual os eletrodos da pilha de capacitor, isto é, o primeiro eletrodo, o segundo eletrodo e os ele- trodos intermediários, são conectados. O dispositivo de comutação é concre- tizado tal que durante o funcionamento do dispositivo de comutação, os ele- trodos da pilha de capacitor dispostos de forma concêntrica um com relação ao outro são levados para os níveis potenciais crescentes. O dispositivo de comutação da pilha de capacitor compreende os tubos de elétron.

A invenção tem como base o conceito de carregamento de uma fonte de alta tensão CC de maneira tão eficaz quanto possível. Isso é reali- zado por meio de um dispositivo de comutação com os tubos de elétron que podem ser concretizados, em particular, como diodos.

Comparada aos componentes de semicondutores, tais como os diodos semicondutores, esta é vantajosa pelo fato de que tal como um resul- tado do design dos tubos de elétron, não há nenhuma conexão física que seria acompanhada por um risco de colapso entre aqueles eletrodos de da pilha de capacitor que são conectados pelos tubos de elétrons. Além disso,

U os tubos de elétron atuam de uma maneira de restrição de corrente e são resistentes com relação à sobrecarga de corrente ou à sobrecarga de ten- A são.

Um ou mais tubos de elétron pode ser, mais particularmente, concretizado como tubos de elétron que podem ser controlados. A título de exemplo, o controle pode ser ocasionado de modo térmico ou de modo foto- óptico. Os catodos do tubo de elétrons podem ser concretizados como emis- sor de elétron térmico com, por exemplo, um aquecimento, mais particular- mente, um aquecimento radiante, para o controle da corrente nos tubos de elétron. Os catodos de tubo de elétron também podem ser concretizados * como fotocatodos. Esses permitem que a corrente seja controlada em cada um dos tubos de elétron e, portanto, a corrente de carga através mediante a h modulação de exposição, por exemplo, por radiação laser. Isto proporciona a possibilidade de controlar de modo indireto a alta tensão que pode ser al- —cançada. A fonte de alta tensão pode ser carregada e adaptada de uma ma- neira mais flexível.

Com seu design como pilha de capacitor de eletrodos dispostos de forma concêntrica um em relação ao outro, a fonte de alta tensão CC tem uma forma particularmente vantajosa e com econômica com relação ao es- paço, oque ao mesmo tempo permite a varredura eficiente ou de isolamento do eletrodo de alta tensão.

A pilha de capacitor pode compreender, mais particularmente, uma pluralidade de eletrodos intermediários dispostos de forma concêntrica um com relação ao outro, que são conectados pelo dispositivo de comutação tal que, quando o dispositivo de comutação está em funcionamento, os ele- trodos intermediários são levados para uma sequência de níveis potenciais crescentes entre o primeiro potencial e o segundo potencial. Os níveis po- tenciais dos eletrodos da pilha de capacitor aumentam de acordo com a se- quência da sua disposição concêntrica. Como um resultado do dispositivo de comutação com os tubos de elétron, os eletrodos da pilha de capacitor po- dem ser carregados por uma tensão CA de bomba. A amplitude da tensão CA de bomba pode ser comparativamente pequena comparada à alta tensão

: que pode ser alcançada.

A disposição concêntrica dos eletrodos na fonte de alta tensão . CC permite um design, em geral, compacto. Para uso conveniente do volu- me de isolamento, isto é, o volume entre o eletrodo interno e externo, um ou mais eletrodos intermediários concêntricos alcançaram os potenciais ade- quados. Os níveis potenciais aumentam de modo sucessivo e podem ser selecionados de tal modo que isso resulta em uma intensidade de campo em grande parte uniforme no interior do volume de isolamento completo.

Os eletrodos intermediários introduzidos aumentam ainda o limi- tede resistência dielétrica e então, as tensões CC mais elevadas podem ser . produzidas do que sem os eletrodos intermediários. Isto se deve ao fato de que a resistência dielétrica em um vácuo é aproximadamente inversamente f proporcional à raiz quadrada dos espaçamentos de eletrodo. Por meio do(s) eletrodo(s) intermediário(s) introduzido(s), por meio do(s) qual(s) o campo elétrico no interior da fonte de alta tensão CC se torna mais uniforme, e ao mesmo tempo contribuem para um aumento vantajoso na possível intensi- dade de campo que pode ser alcançada.

Em uma modalidade, pelo menos parte da fonte de alta tensão CC pode ter um vácuo. Esse vácuo pode ser usado para formar o vácuo ne- cessário para operar os tubos de elétron, tal que os tubos de elétron são fra- CO livre de vácuo.

Os elétrodos da pilha de capacitor podem, por exemplo, ser iso- lados uns dos outros mediante um isolamento a vácuo. Um alto vácuo pode ser encontrado no volume de isolamento. O uso de materiais de isolamento seria desvantajoso pelo fato de que os materiais tendem a aglomerar cargas internas que são, mais particularmente, causadas mediante a radiação ioni- zante, durante o funcionamento do acelerador, quando expostos a um cam- po elétrico CC. As cargas aglomeradas, que se movimentam causam uma intensidade de campo elétrico muito não homogênea em todos os isolamen- tos físicos, o que ocasiona então, o limite de colapso que é excedido local- mente e, consequentemente, a formação de canais de ignição. O isolamento por um alto vácuo evita tais desvantagens. A intensidade de campo elétrico

Y que pode ser usada durante a operação estável pode ser assim aumentada. Como um resultado disso, a disposição é substancialmente livre de materiais q isolantes, exceto por poucos componentes como, por exemplo, a montagem de eletrodo.

Alguns ou todos os tubos de elétron do dispositivo de comutação podem ser dispostos nesse isolamento a vácuo, tal que os tubos de elétron podem ser concretizados sem o seu próprio fraco a vácuo. Como um resul- tado do isolamento a vácuo dos eletrodos da pilha de capacitor, um isola- mento rígido e econômico com relação ao espaço do eletrodo de alta tensão é adicionalmente alcançado. Aqui, o eletrodo de alta tensão pode ser o ele- S trodo mais interno, no caso da disposição concêntrica, enquanto o eletrodo externo pode ser, por exemplo, um eletrodo aterrado. " A fonte de alta tensão CC pode ter também, por exemplo, um tubo de feixe, ao longo do qual as partículas carregadas podem ser acelera- das. É possível utilizar o vácuo situado ali com o objetivo de criar os tubos de elétron sem um frasco a vácuo.

Se tal fonte de alta tensão CC for usada, por exemplo, para a geração de um feixe de partículas, tais como elétrons, íons, partículas ele- mentares ou, em geral, partículas de carga, é possível atingir a energia de partícula na faixa MV, no caso de um design compacto Em uma modalidade vantajosa, o dispositivo de comutação compreende uma cascata de alta tensão, mais particularmente, uma cascata Greinacher ou uma cascata Cockcroft-Walton. Por meio de tal dispositivo, é possível carregar o primeiro eletrodo, o segundo eletrodo e o eletrodo inter- —mediários para a geração de tensão CC por meio de tensão CA comparati- vamente baixa.

Essa modalidade tem como base o conceito de uma geração de alta tensão, como se torna possível, por exemplo, por um retificador em cas- cata Greinacher. Usada em um acelerador, a energia potencial elétrica serve para converter a energia cinética das partículas em virtude do alto potencial que é aplicado entre a fonte de partícula e o fim da trajetória de aceleração.

Em uma modalidade variante, a pilha de capacitor é subdividida

- em duas cadeias de capacitor mutuamente separadas por um vão que se estende através dos eletrodos. Como um resultado da separação dos eletro- . dos concêntricos da pilha de capacitor em duas cadeias de capacitor mutu- amente separadas, as duas cadeias de capacitor podem, de modo vantajo- so, ser usadas para a formação de um dispositivo de comutação em casca- ta, como uma cascata Greinacher ou uma cascata Cockcroft-Walton. Aqui, a cadeia de capacitor constitui uma disposição de eletrodos (parcial) que, por sua vez, são dispostos de forma concêntrica um com relação ao outro. Em uma modalidade da pilha de eletrodo como a pilha de invó- lucro esférico, a separação pode ser alcançada através, por exemplo, de um . corte ao longo do equador, o que leva a duas pilhas hemisféricas. Os tubos de elétron podem conectar as duas cadeias de capaci- í tor, tal que as cadeias de capacitor não têm contato físico. No caso de um tal circuito, os condensadores individuais das cadeias podem ser carregados respectivamente, para a tensão pico a pico da tensão CA de entrada primária, que serve para carregar a fonte de alta tensão, de tal modo que o equilíbrio de potencial mencionado acima, uma distribuição de campo elétrico uniforme e, portanto, uma utilização ótima da folga de isolamento são alcançadas de uma forma simples.

De modo vantajoso, o dispositivo de comutação, que compreen- de uma cascata de alta tensão, pode ligar duas cadeias de capacitor mutu- amente separadas e, em particular, ser disposto no vão. A tensão CA de entrada para a cascata de alta tensão pode ser aplicada entre os dois ele- trodos mais externos das cadeias de capacitor pois, por exemplo, esses po- dem ser acessíveis a partir do lado externo. As cadeias de diodo de um cir- cuito retificador podem, então, ser aplicadas no vão equatorial e, portanto, de uma maneira econômica com relação ao espaço.

Os eletrodos da pilha de capacitor podem ser formados tal que eles ficam situados sobre a superfície de um elipsoide, mais particularmente, — sobre a superfície de uma esfera, ou sobre a superfície de um cilindro. Estas formas são fisicamente expedientes. A seleção do formato dos eletrodos como no caso de uma esfera oca ou o capacitor esférico é particularmente

. expediente. Os formatos similares como, por exemplo, no caso de um cilin- dro, também são possível, em que esse último, no entanto em geral, tem f uma distribuição de campo elétrico comparativamente não homogênea. A baixa indutância dos eletrodos de potencial do tipo invólucro permite a aplicação de altas frequências de funcionamento e assim, a redu- ção de tensão durante a drenagem de corrente continua restrita apesar da capacitância relativamente baixa dos capacitores individuais O acelerador de acordo com a invenção para acelerar as partí- culas carregadas compreende uma fonte de alta tensão CC de acordo com a invenção, em que há um canal de aceleração, que é formado por aberturas - nos eletrodos da pilha de capacitor, de tal modo que as partículas carrega- das podem ser aceleradas através do canal de aceleração. O potencial de À aceleração pode ser formado entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. Particularmente no caso de um acelerador no qual o eletrodo de altatensão é isolado por um vácuo, a utilização de um vácuo, além disso, é vantajosa pelo fato de que não há a necessidade de fornecer um próprio tu- bo de feixe que por sua vez, pelo menos em parte, tem uma superfície iso- lante. Isso também evita que os problemas críticos da descarga parede ocor- ram ao longo das superfícies isolantes devido ao fato de que o canal de ace- leração agora não precisa mais ter as superfícies isolantes.

As modalidades exemplificadoras da presente invenção serão explicadas em mais detalhes com base nas figuras a seguir, no entanto, sem Se limitar a essas. Em detalhes: a figura 1 mostra uma ilustração esquemática de um circuito Greinacher, como conhecido da técnica anterior; a figura 2 mostra uma ilustração esquemática de uma seção a- través de uma fonte de alta tensão CC com uma fonte de partículas no cen- tro; a figura 3 mostra uma ilustração esquemática de uma seção a- través de uma fonte de alta tensão CC que é concretizada como um acele- rador acoplado; a figura 4 mostra uma ilustração esquemática do design do ele-

- trodo com uma pilha de eletrodos dispostos de maneira cilíndrica; a figura 5 mostra uma ilustração esquemática de uma seção a- Â través de uma fonte de alta tensão CC de acordo com a Figura 2, com um espaçamento de eletrodo que diminui em direção ao centro;

a figura 6 mostra uma ilustração dos diodos do dispositivo de comutação, cujos diodos são concretizados como tubos de elétron de frasco livre de vácuo;

a figura 7 mostra um diagrama que mostra o processo de carre- gamento como uma função dos ciclos de bomba; e a figura 8 mostra Kirchhoff vantajoso das extremidades de ele- . trodo.

Nas figuras, as mesmas partes foram indicadas com os mesmos ii números de referência.

O princípio de uma cascata de alta tensão 9, que é configurada como por um circuito Greinacher, deve ser explicado com o uso do diagrama de circuito na figura 1. Uma tensão CA U é aplicada a uma entrada 11. A primeira me- tade da onda carrega o capacitor 15 para a tensão U através do diodo 13. Na metade da onda subsequente da tensão CA, a tensão U do capacitor 13 é adicionada à tensão U na entrada 11, tal que o capacitor 17 agora é carre- gado para a tensão 2U através do diodo 19. Esse processo é repetido nos diodos e capacitores subsequentes e então, a tensão 6U é obtida no total na saída 21 no caso do circuito mostrado na figura 1. A figura 2 também mostra de forma clara como, conforme um resultado do circuito ilustrado, o primeiro conjunto 23 de capacitores forma, respectivamente, uma primeira cadeia de capacitor e o segundo conjunto 25 de capacitores forma, respectivamente, uma segunda cadeia de capacitor.

A figura 2 mostra uma seção esquemática através de uma fonte de alta tensão 31 com um eletrodo central 37, um eletrodo externo 39 e uma fileira de eletrodos intermediários 33, que são ligados por uma cascata de alta tensão 35, o princípio da qual foi explicado na figura 1, e que pode ser carregado por essa cascata de alta tensão 35.

" Os eletrodos 39, 37, 33 são concretizados sob a forma de uma esfera oca e dispostos de modo concêntrico um com relação ao outro. A in- f tensidade máxima de campo elétrico que pode ser aplicada é proporcional à curvatura dos eletrodos. Portanto, uma geometria de invólucro esférico é particularmente expediente.

Situado no centro há o eletrodo de alta tensão 37, o eletrodo mais externo 39 pode ser um eletrodo aterrado. Como um resultado de um corte equatorial 47, os eletrodos 37, 39, 33 são subdivididos em duas pilhas hemisféricas mutuamente separadas que são separadas por um vão. A pri- meira pilha hemisférica forma uma primeira cadeia de capacitor 41 e a se- . gunda pilha hemisférica forma uma segunda cadeia de capacitor 43. No processo, a tensão U de uma fonte de tensão CA 45 é apli- " cada, respectivamente, às metades do invólucro do elétrodo mais externo 39 ', 39". Os diodos 49 para formar o circuito estão dispostos na região do grande círculo de metades das esferas ocas, ou seja, no corte equatorial 47 das respectivas esferas ocas Os diodos 49 formam as ligações cruzadas entre as duas cadeias de capacitores 41, 43, que correspondem aos dois conjuntos 23, 25 de capacitores da figura 1.

No caso da fonte de alta tensão 31 ilustrada aqui, um canal de aceleração 51, que se estende, por exemplo, a partir de uma fonte de partí- culas 52 disposta no interior e permite que o feixe de partículas seja extraí- do, é encaminhado através da segunda cadeia de capacitor 43. O fluxo de partículas das partículas carregadas passa por uma alta tensão de acelera- ção a partir do eletrodo de alta tensão em formato de esfera oca 37.

A fonte de alta tensão 31 e o acelerador de partícula são vanta- josos pelo fato de que o gerador de alta tensão e o acelerador de partícula são integrados um ao outro pois, nesse caso, todos os eletrodos e os eletro- dos intermediários podem ser alojados no volume mais baixo possível.

A fim de isolar o eletrodo de alta voltagem 37, a disposição de eletrodo todo é isolado por isolamento a vácuo. Inter alia, este proporciona a possibilidade de gerar as tensões particularmente altas do eletrodo de alta tensão 37, o que resulta em uma energia de partícula particularmente alta.

" No entanto, em princípio, o isolamento do eletrodo de alta tensão por meio do isolamento sólido ou líquido também é possível. à O uso de vácuo como um isolante e o uso de um espaçamento de eletrodo intermediário da ordem de 1 cm proporcionam a possibilidade de atingiras forças do campo elétrico, com valores superiores a 20 MV/m. Além disso, o uso de um vácuo é vantajoso pelo fato de que o acelerador não pre- cisa de funcionar em baixa carga durante o funcionamento devido à radiação que ocorre durante a aceleração, possivelmente levando a problemas nos materiais isolantes. Isso permite o design de máquinas menores e mais compactas.

a A figura 3 mostra um desenvolvimento da fonte de alta tensão mostrado na figura 2 como um acelerador acoplado 61. O dispositivo de co- mutação 35 da figura 2 não é ilustrado por razões de objetividade, mas é idêntico, no caso da fonte de alta tensão mostrado na figura 3.

No exemplo ilustrado aqui, a primeira cadeia de capacitor 41 também tem um canal de aceleração 53 que é encaminhado através dos eletrodos 33, 37, 39.

No interior do eletrodo de alta tensão central 37, uma película de carbono 55 para carga é disposta no lugar da fonte de partículas. Os íons de carga negativa podem ser produzidos fora da fonte de alta tensão 61, acele- rados ao longo do canal de aceleração 53 através da primeira cadeia de ca- pacitor 41 ao eletrodo de alta voltagem central 37, convertidos em íons car- regados positivamente, ao passar através da película de carbono 55 e, sub- sequentemente, acelerados ainda mais por meio do canal de aceleração 51 da segunda cadeia de capacitor 43 e surgirem a partir da fonte de alta ten- são 31.

A camada mais externa esférica 39 pode permanecer em grande parte fechada e, assim, assumir a função de um invólucro ligado e aterrado. O invólucro hemisférico situado diretamente abaixo pode ser então o capaci- torde um circuito ressonante LC e uma parte do conector de acionamento do dispositivo de comutação.

Tal acelerador acoplado utiliza as partículas de carga negativa.

e As partículas carregadas negativamente são aceleradas através do percurso de aceleração da primeira parte 53 a partir do eletrodo exterior 39 para o 7 eletrodo de alta tensão central 37. Um processo de conversão de carga o- corre no eletrodo de alta tensão central 37.

A título de exemplo, isso pode ocorrer por uma película 55, por meio do qual as partículas carregadas negativamente são encaminhadas com a ajuda das quais o carregamento é realizado. As partículas resultantes carregadas positivamente são adicionalmente aceleradas por meio da se- gunda trajetória de aceleração 51 a partir da alta tensão do eletrodo de volta 37 para o eletrodo exterior 39. Aqui, a taxa de conversão também pode ser - provocada de forma que as partículas carregadas positivamente multiplicam, como por exemplo, C4 +, são criados, os quais são particularmente forte- ? mente acelerados pela segunda trajetória de aceleração 51. Uma modalidade do conjunto do acelerador fornece a geração deum feixe de prótons de 1 mA de força que utiliza uma energia de 20 MeV. Para este fim, um fluxo contínuo de partículas é introduzido dentro da trajetó- ria de aceleração a partir de uma primeira parte 53 H - fonte de partículas e acelerado para o eletrodo central de 10 MV. As partículas colidem com uma carga de carbono, como um resultado do qual os dois elétrons são removi- dos dos prótons. A corrente de carga da cascata Greinacher é, por conse- guinte, duas vezes maior que a corrente do feixe de partículas.

Os prótons se obter um adicional de 10 MeV de energia ao mesmo tempo em que emergem a partir do acelerador através do percurso de aceleração segundo 53.

Para este tipo de aceleração, o acelerador pode proporcionar uma fonte de alta tensão MV 10 com N = 50 níveis, ou seja, um total de 100 diodos e capacitores. No caso de um raio interior de r = 0,05 m e um isola- mento por vácuo, com uma resistência dielétrica de 20 MV / m, o raio exteri- or é de 0,55 m. Em cada hemisfério existem 50 espaços intermediários, com um espaçamento de 1 cm entre adjacentes cascas esféricas.

Um pequeno número de níveis reduz o número de ciclos de car- ga e da impedância de fonte interna eficaz, mas aumenta as exigências fei-

tas sobre a tensão de carga da bomba. Os diodos dispostos na abertura equatorial, que interligam as f duas pilhas hemisfério, pode, por exemplo, ser dispostas num padrão em espiral semelhante. De acordo com a equação (3.4), a capacitância total po- deserde74pF ea energia armazenada pode ser 3,7 kJ. A corrente de car- ga de 2 mA exige uma frequência de operação de aproximadamente 100 kHz.

Se os filmes de carbono forem utilizados para a carga decapa- gem, é possível a utilização de películas com uma espessura de película de t =15..30 ug/icm2. Esta espessura representa um bom compromisso entre a - transparência e eficácia das partículas da carga. O tempo de vida de um filme de remoção de carbono pode ser f estimado com o uso de Tfoil kfoil = * (AU) / (221), onde | é a corrente de fei- xe, A é a área do ponto do feixe, U é a energia da partícula e Z é a massa da partícula. Filmes ao vapor depositados ter um valor de 1,1 kfoil = C/Vm2.

Os filmes de carbono, que são produzidos pela desintegração de etileno, por meio de descarga luminescente tem um tempo de vida de es- pessura constante dependente do Kfoil = (0,44 - 0,60 t) C/Vm2, em que a espessura é especificado em ug/cm2.

No caso de um diâmetro de feixe de 1 cm e uma resistência de corrente de feixe de 1 mA, uma tempo de vida de 10 ... 50 dias pode ser esperado nesse caso. Os tempos de vida mais longos podem ser alcança- dos mediante o aumento da superfície irradiada de modo eficaz, por exem- plo, mediante a varredura de um disco rotativo ou um filme com uma estrutu- radefitalinear.

A figura 4 ilustra uma forma de eletrodo na qual os eletrodos em formato cilíndrico e oco 33, 37, 39 são dispostos de forma concêntrica um com relação ao outro. Uma abertura divide a pilha do eletrodo em duas ca- deias de capacitores mutuamente separadas, que podem ser ligadas por um dispositivo de comutação com uma configuração análoga a da figura 2.

A figura 5 mostra um desenvolvimento da fonte de alta tensão mostrado na figura 2, na qual o espaçamento dos eletrodos 39, 37, 33 dimi-

- nui em direção ao centro. Como explicado abaixo, como resultado de uma tal modalidade, é possível compensar a diminuição da tensão CA da bomba, f aplicada ao eletrodo externo 39, na direção do centro de tal forma que a in- tensidade do campo substancialmente idêntica, no entanto, prevalece entre os pares de eletrodos adjacentes. Como um resultado desse, it é possível alcançar uma intensidade de campo amplamente constante ao longo do ca- nal de aceleração 51.

O espaçamento de eletrodo de redução também pode ser apli- cado às modalidades como na figura 3 e na figura 4. A figura 6 mostra uma modalidade mostrada de diodos do dispo- - sitivo de comutação. Os eletrodos do tipo invólucro de hemisfério dispostos de forma concêntrica 39, 37, 33 só são indicados na ilustração por motivos ú de objetividade.

Nesse caso, os diodos são mostrados como tubos de elétron 63, com um cátodo 65 e um ânodo 67 oposto a ele. Uma vez que o dispositivo de comutação é disposto dentro do isolamento a vácuo, o frasco a vácuo dos tubos de elétron que, de outro modo, seriam exigidos para o funciona- mento dos elétrons, pode ser dispensado. Os catodos podem ser concreti- zados como, por exemplo, emissores de elétrons térmicos com aquecimento radiante pela abertura equatorial ou como fotocatodos. Esses permitem que a corrente seja controlada em cada diodo mediante a modulação de exposi- ção, por exemplo, por radiação laser.

A corrente de carga, portanto, de modo indireto, a alta tensão pode ser assim controlada.

No texto a seguir, as explicações mais detalhadas serão ofereci- das com relação aos componentes da fonte de alta tensão ou no que se re- fere ao acelerador de partículas.

Capacitor Esférico A disposição segue o princípio apresentado na figura 1 de dispor o eletrodo de alta tensão no interior do acelerador e do eletrodo aterrado concêntrico no lado de fora do acelerador.

Um capacitor esférico com um raio interno r e um radio externo

. R tem uma capacitância determinada por e re S . Cs4troçoç (3.1) A intancidada da ramnn am um rain ná antão determinada por E & , (RN) " Na Essa intensidade de campo tem uma dependência quadrática no raio e, portanto, aumenta muito em direção ao eletrodo interno.

Na superfície do eletrodo intarnn n=r n mávima : & R Es — U (33 ART) & 3) foi alcançado.

Isso é desvantajoso a partir do ponto de vista da resistência dielétrica.

Um capacitor esférico hipotético com um campo elétrico homo- gêneo teria a seguinte capacitância: S R+rR+MP ' C = de (3.4) Rr Como um resultado do fato de que os eletrodos dos capacitores dacascata Greinacher foram inseridos como eletrodos intermediários em um potencial claramente definido no acelerador em cascata, a distribuição de intensidade de campo é linearmente encaixada no raio pois, as esferas ocas de parede fina, a intensidade de campo elétrico aproximadamente é igual a ao caso plaro E É (3.5) (B=n' ”

com a intensidade de campo máxima e mínima.

A capacitância entre os dois eletrodos intermediários adjacentes é determinada por e Cr = dmeg Elo (3.6) Tk4t TR Os eletrodo hemisféricos e o espaçamento igual do eletrodo d = (R-r)/N leva a r.= r +kd e às seguintes capacitâncias de eletrodo: Cars Corsa = 276 rc rdo o PIRT+ELR À (37) Retificador Os diodos semicondutores suaves e modernos em avalanche têm capacitâncias parasitas muito baixas e têm tempos curtos de recupera- ção.. Uma conexão em série não exige resistores para equilibrar o potencial.

A frequência de funcionamento pode ser selecionada para ser comparativa- f 10 mente alta para usar as capacitancâncias relativamente baixas do interele- trodo das duas pilhas de capacitor Greinacher.

No caso de uma tensão de bomba para o carregamento de cas- cata Greinacher, it é possível usar uma tensão de U;=100kV, isto é, 70 kVes.

Os diodos precisam suportar as tensões de 200 kV.

Isso pode ser alcançado —pelofatode que o uso é feito de cadeias de diodos com uma tolerância infe- rior.

A título de exemplo, o uso pode ser feito dezenas de diodos de 20 kV.

À título de exemplo, os diodos podem ser os diodos BY724 de Philips, os dio- dos BR757-200A de EDAL ou os diodos ESJA5320A de Fuji.

Os tempos rápidos de recuperação reversa, por exemplo, t,=100 ns paraBY724, minimiza as perdas.

As dimensões do diodo BY724 de 2,5 mm * 12,5 mm possibilitam o alojamento de 1.000 diodos para o dispositivo de comutação em um único plano equatorial para o acelerador esférico aco- plado especificado em mais detalhes abaixo.

No lugar dos diodos em estado sólido, também é possível usr os tubos de elétron nos quais a emissão de elétron é usada para a retificação.

A cadeia de diodos pode ser formada por uma multiplicidade de eletrodos, dispostos de modo similar à rede um com relação ao outro, dos tubos de elétron, que são conectados aos invólucros hemisféricos.

Cada eletrodo tua como um cátodo por um lado, e como um anodo, por outro lado.

- Pilha de Capacitor Distinta O conceito central consiste em cortar os eletrodos, que são dis- : postos de forma concêntrica em sucessão, em um plano equatorial. As duas pilhas de eletrodo resultantes constituem os capacitores em cascata. Tudo queé necessário é ligar a cadeia de diodos aos eletrodos opostos ao longo do plano do corte. Deve-se notar que o retificador estabiliza de forma auto- mática as diferenças de potencial dos eletrodos dispostos de modo sucessi- vo a cerca de 2 Us, que sugere os espaçamentos de eletrodo constantes.. À tensão de acionamento é aplicada entre os dois hemisférios externos. Distribuição de Capacitância Ideal . Se o circuito apresentar apenas os capacitores da figura 3, o funcionamento estacionário fornece uma frequência de funcionamento f, " uma carga Tot Ss Qu (88)

Í por onda completa na carga através do capacitor Co. Cada um dos pares do capacitor Ca, é Caxs1 transmite, portanto, uma carga (k+1)Q. A bomba de carga representa uma impedância de gerador-fonte 1/3 MEIRA Remy Do so fui iaem—— e"); BM 2f Vel Cx Corr Como um resultado, uma corrente de carga lout reduz a tensão deemissãoCC como por Hu S LN E Ré los (340) A corrente de carga causa um ondulação residual CA na emis- são CC com o valor pico a pico de Nel " Lam k+1 LEIA gen. FI aus E E (345) = Se todos os capacitores forem iguais, CK = C, a impedância de

. END INT LA Bus Doo (312) r fonte eficaz é e o valor pico a pico da ondulação CA se torna AU = e [.—O. j (31) Para um determinado armazenamento total de energia dentro do retificador, uma desigualdade capacitivo reduz um pouco os valores Rg e Rr comparado à seleção convencional de capacitores idênticos a favor da parte de baixa tensão.

À A figura 7 mostra o carregamento de uma cascata descarregada " de hemisférios concêntricos N = 50, organizados pelo número de ciclos de bomba.

Capacitâncias de Vazamento

Qualquer troca de carga entre as duas colunas reduz a eficiência do circuito multiplicador, vide a figura 1, por exemplo, como resultado das capacitâncias de vazamento c; e a perda de carga de recuperação reversa q;

—pelosdiodosD,

As equações básicas para as tensões de capacitores U;* na ex- tremidade positiva e negativa da tensão de acionamento pico U, com a que- da de tensão direta do diodo sendo ignorada, são:

UE = o (3.14) Us * Um 348) Uia = fama (316) Vans s dores 3197) atéoiíndice2N-2e Bd E anca o 18) Van E VU. (818)

Com o uso dessa nomenclatura, a amplitude média da tensão de emissão CC é

. 1 2 Vs Soa (3.20) - E O valor pico a pico da ondulação na tensão CC é ENA ; Us 3 (CN 4 2) Emb Com as capacitâncias de vazamento c; paralelas aos diodos D;, as equações básicas para as variáveis são u; = 0, Ur = 2U,e o sistema tridiagonal das equações é : Frita - (Cort Ci +(Ck o cdaga = Q Tae (4:22) Í ' . O Vkodd. ta f Cargas de Recuperação Reversa Tempos de recuperação reversa finitos t, dos diodos delimitados causam uma perda de carga de gone no 2) com n = ft, e Qp para a carga por onda completa na direção direta.

Em se- guida, a equação (3.22) se torna: : Vheven Nesná Oii OA ue TI o aCe o eduga = 2 Chita (Ceni + > nO ee TIO s Ce esea Í 0 vEodd, (3 Pilhade Capacitor Contínuo Linha de Transmissão Capacitiva Em cascatas Greinacher, os diodos do retificador ocupam de modo substancial a tensão CA, convertem-na em tensão CC e acumulam essa última a uma alta tensão de saída CC.

A tensão CC é encaminhada h 20 parao eletrodo de alta tensão entre as duas colunas de capacitor e suprimi- da pelas capacitâncias de correntes e de vazamento do retificador entre as duas colunas.

Para um grande número N de níveis, essa estrutura separada pode ser aproximada por uma estrutura de linha de transmissão contínua.

: Para a tensão CA, o design do capacitor constitui uma impedân- cia longitudinal com uma impedância específica de comprimento 3. As capa- ' citâncias de vazamento entre as duas colunas introduzem uma admissão de derivação específica de comprimento ?., O empilhamento de tensão dos dio- dos do retificador ocasiona uma carga de corrente adicional específica 3 que é proporcional à corrente de carga CC lou e à densidade das derivações ao longo da linha de transmissão.

As equações básicas para a tensão CA U (x) entre as colunas e a corrente de eixo direto CA | (x) são : Pos MM) (dom te 3 (3:26) 2 1o A equação geral é uma equação do telégrafo estendida: 3 ts z C'-3N0D=3. (13:27) Em geral, a ondulação pico a pico na saída CC se iguala à dife- rença da amplitude de tensão CA em ambas as extremidades da linha de transmissão U= Cag)—= Und. fa28 As duas condições de contorno são exigidas para uma solução exclusiva dessa segunda equação de diferencial de ordem.

Uma das condições de limite pode ser U (xo) = Ui, determinada pelatensão de acionamento CA entre as extremidades de baixa tensão CC das duas colunas.

A outra condição de contorno natural determina corrente CA na extremidade de alta tensão CC x = x1. A condição de contorno para uma impedância CA de terminal concentrado Z, entre as colunas é: ni Ses : Úlrga = Ve). (3.29) No caso não carregado Z; = =, a condição do contorno é U'0x1) = 0.

. Espaçamento de Eletrodo Constante Para um espaçamento de eletrodo constante t, a corrente de ' carga específica é tr do Ts —— & 18.30) e então, a distribuição da tensão CA é regulada por

É U se — ST = 3). 3) A tensão de emissão CC média é, então x am 1 : Var e. Gisjde 3:32) " Y e a ondulação pico a pico CC da tensão CC é O Se [IND UM. (3.83) Espaçamento ótimo de eletrodo O espaçamento ótimo de eletrodo garante uma intensidade constante de campo elétrico CC 2 E no caso da corrente de carga CC plane- jada. A corrente de carga CA específica ao longo da linha de transmissão, dependendo da posição,é ur E su ; Té, (3.34) v A tensão CA segue a partir de mt À pe FS E Ut UE -39 Us 3mElao (335) Os espaçamentos de eletrodo surgem a partir das amplitudes de tensão CA |localt&x)=U(XXVE.

A tensão de emissão CC no caso da corrente de carga CC pla- nejada é Un = 2Ed. Uma redução da carga sempre aumenta as tensões entre os eletrodos, portanto, a operação com pouca ou nenhuma carga pode exceder o E admissível e a capacidade máxima de carga das colunas do retificador. Portanto, ela pode ser recomendada para otimizar o design para a operação não carregada.

E Para qualquer distribuição de eletrodo determinada que se difere daquela na configuração para uma corrente de carga CC planejada, a ten- são CA ao longo da linha de transmissão e, portanto, a tensão de emissão CC é regulada pela equação (3.27). CascataLinear No caso de uma cascata linear com os eletrodos planos com uma largura w, altura h e um espaçamento s entre as colunas, as impedân- cias de linha de transmissão são ; 2 iegu ts Na à tegunteho* ? Tg 13:46) “10 Cascatalinear-Espaçamento de eletrodo constante . A equação do telégrafo não homogênea é 2 d Ea os Ee is (3.37 has feueht 7) Mediante a suposição de uma linha que se estende a partir de x = 0 até x= d= Nte é operada por Ui, = U (O), e de uma propagação cons- tantedevy?=2/(h*s), a solução é j coslios coshos Ns La) sm est E nb | anos o EE as, 13.38 Go costivd O Vooslid ) atado o Ss) Os diodos substancialmente derivam a tensão CA,a corrigem e a acumulam ao longo da linha de transmissão. Portanto, a tensão de emissão CC média é 2 d Bus Í Vlsdde, (339) o ou - explicitamente — tanhyd tanknd Nº : Vau = UN = EE, ——— ss 1] ss Dois 40 ut ão + E Fado Lois [140] Uma expansão em série até a terceira ordem em yd resulta em

BN ANE À ds RIN E 1) Tesão (48 out * E ( 3h, 31 coa out SA)

' e E N dd BEAR E do o oa, IA) ' ha OC Fra 4) Os efeitos relacionados a corrente de carga correspondem à e- quação (3.12) e (3.13). —CascataLinear- Espaçamento ótimo de eletrodo Nesse caso, a equação básica é mm Ea Elab UU a a E e cat BA hs fFénuh SB) . Ela aparece como se essa equação de diferencial não tem uma solução analítica fechada.

A solução implícita que satisfaz U'(0) = 0 é É) " du = Í SET TS SS CNES SN E arado (8:48) Ss 2 do FR ã e o tio Vas ut 1! 103 + Fit Bos Cascata Radial Sob a hipótese de uma pilha de eletrodos cilíndricos e concêntri- cos com uma altura h independente do raio e um vão axial s entre as colu- nas, como mostrado na figura 4, as impedâncias radiais específicas são 1 Deneaasr = mrEganh | 7 —. t (845) ? Cascata Radial - espaçamento de eletrodo constante Com um espaçamento de eletrodo radial equidistante = (R-r)/N, a equação básica À 2 FE Bs US o [Dum os 3,46) o hê owht p tema solução geral ; Ef Tout ca Vio)= AK(vo)+ BLolyp)-+ oi Lola (3.47) dnfeght com y? = 2/(h*s). Ko e lp são as funções Bessel de ordem zero modificadas e Loé a função STRUVE de ordem zero modificada L,.

= As condições de limite U'(r) = O no raio interno r e U (R) = Un no raio externo R determinam as duas constantes tubls d : í le 2 LirRKa(4r) + hirIKa6 R) = £ Kifar) o lar OR fá, Rh) + Rolo (PA 23 Pas Us KG) gs Kb + Kah BLOGO + 2) (3.49) hivBK Ar + hOnNKa R) tal que Ui = E POOROO LONE 0h o PS EERBIEGA FhooRahR) ; E : ola aK (e) + hiiniKalso + bo [sto - Letra) Sa On a tonta). , df egtat tam) +hor Kan 8) ar 2% IntvolKa(4 RL RIKAD - (nim +2 | BOSE LOREOO (3:50) : 1) ICS DRiC! + Lernkoon |

K, e |; são as funções Bessel modificadas e L, é a função Struve modificada L, = L'o - 2/1, de toda a primeira ordem.

A tensão de emissão CC é 2 fº Voa E t Í Utada. 1351) "Er Cascata Radial- Espaçamento ótimo de eletrodo O espaçamento ótimo de eletrodo é t(p) = U(p)/E e a equação básica se torna UM À UU 2 Dm Elm (8529) hp hs coulio f Parece que essa equação diferencial não tem uma solução ana- | líticafechada, mas pode ser resolvida numericamente.

Formas do eletrodo Superfícies Equipotenciais Uma máquina compacta exige que a intensidade de campo elé- trico de colapso seja maximizada.

Em geral, as superfícies lisas com peque-

: na curvatura devem ser selecionadas para os eletrodos do capacitor. Como uma aproximação a grosso modo, a intensidade de campo elétrico de colap- í so faz um equilíbrio com a raiz quadrada inversa do espaçamento do eletro- do e então, um grande número de superfícies estreitamente espaçadas e- — quipotenciais com menores diferenças de tensão deve ser preferido sobre algumas distâncias grandes com grandes diferenças de tensão. Bordas de eletrodo de campo elétrico mínimo Para um design de eletrodo substancialmente plano com o es- paçamento equidistante e uma distribuição de tensão linear, o formato de borda ótimo é conhecido como forma KIRCHHOFF (vide abaixo), " 3 Td AZ " A AZ OO ABS UAANHSESO am uy = à + EL (oreran rs ArCtan So ; 184) depende dos parâmetros [E DO [0, 1/2]. O formato do eletrodo é mostrado na figura 8. Os eletrodos têm uma distância normalizada de um e uma espessu- ra assintótica 1 - A em uma grande distância da borda que, em uma face de extremidade, se afunila a uma borda vertical com a altura. b=1- A = aretan À. (3,55) O parâmetro 0 < A < 1 também representa o campo elétrico in- verso como um resultado da presença de eletrodos. A espessura dos eletro- dos pode ser arbitrariamente pequena, sem introduzir as distorções visíveis docampo elétrico.

Uma curvatura negativa, por exemplo, nas aberturas ao longo da trajetória do feixe, reduz ainda mais a amplitude do campo elétrico. Este re- sultado positivo pode ser rastreado de volta pelo fato de que os eletrodos apenas causam a interferência local em um campo elétrico já existente.

A forma ideal para os eletrodos de alta tensão livres são os per- fis ROGOWSKI e BORDA, com um valor de pico na amplitude do campo elétrico de duas vezes a intensidade do campo não distorcido.

. Gerador de tensão de acionamento O gerador de tensão de acionamento precisa fornecer uma ten- Á são CA em uma alta frequência. O procedimento geral é ampliar uma tensão CA média por um transformador de saída altamente isolado.

As ressonâncias internas de interferência, que são causadas por capacitâncias sinuosas e indutâncias de vazamento inevitáveis fazem com que um esboço de um design para tal um transformador seja um desafio.

Uma bomba de carga pode ser uma alternativa a isso, isto é, um gerador Marx de semicondutor operado de modo periódico. Tal circuito for- —nece uma tensão de saída que alterna entre aterrada e uma alta tensão de : polaridade única, e de forma eficiente carrega o primeiro capacitor da cadeia de capacitor. ; ' É Resistência dielétrica no vácuo dº** law Há inúmeras indicações, mas nenhuma explicação final, de que a tensão de colapso é aproximadamente proporcional à raiz quadrada do espaçamento de eletrodos de espaçamentos superiores d = 10º m. Portan- to, o campo elétrico de colapso tem uma escala por si Emas ad" (Ad) comA constante, dependendo do material de eletrodo (vide abaixo). Como se os materiais de superfície de eletrodo atualmente disponíveis exigem uma distância de espaçamento de eletrodo de d < 10? m para os campos de E = 20 MV/m.

Materiais de superfície A centelha entre os eletrodos no vácuo depende muito da super- fície de material. Os resultados do estudo CLIC (A. Descoeudres et al. "DC Breakdown experiments for CLIC", Procedimentos de EPACO8, Genoa, Itá- lia, p. 577, 2008) mostram os coeficientes de colapso material | a mn JE) . ia AAA 2 sema ses Aa steel : 385 - SS SIGLN 38 346 Ni VBA v É DA Ti i 2:70 Mo É 182 Aonel | Leo Ta : 134 a 190 045 Ci Í 1LI7 076 Dependência da área do eletrodo Há indicações de que a área do eletrodo tem uma influência substancial na intensidade de campo de colapso.

Assim: Ê. po do çÃEO Ba XS8-100 E da (A) ih À Ler? :

se aplica para as superfícies de eletrodo de cobre e um espaçamento de eletrodo de 2*10? mm.

O seguinte se aplica aos eletrodos planos produzidos Ê a partir de aço inoxidável com um espaçamento de 10º m: Yv ET AE AS : > a Ra anão (0 Eua BT 38100 É ( ; Se) (A) Formato do campo eletrostático Taxa de Utilização Dielétrica Em geral, aceita-se que os campos elétricos homogêneos permi- tem as maiores tensões.

O fator n de taxa de utilização SCHWAIGER dielé- trico é definido como o inverso do aumento do campo elétrico local como um resultado da falta de homogeneidade do campo, isto é, a razão entre o cam- po elétrico em uma disposição de eletrodo plano ideal e o campo elétrico de superfície de pico da geometria ao considerar as mesmas tensões e distân- cias de referência.

Ele representa a utilização do dielétrico com relação às amplitu- des do campo elétrico.

Para as distâncias pequenas d < 6*10º m, os cam- pos elétricos não homogêneos parecem aumentar a tensão de colapso.

. Curvatura da Superfície de Eletrodo Uma vez que a falta de homogeneidade máxima do campo elé- i trico ocorre nas superfícies do eletrodo, a medição relevante para o formato do eletrodo é a curvatura média H = (kI+k2)/2. Há diferentes superfícies que satisfazem o ideal de redução a zero, as curvaturas médias locais por grandes áreas. A título de exemplo, isso inclui as superfícies rotacionais catenárias com H = O. Cada medição puramente geométrica, como n ou H só pode re- presentar uma aproximação para o comportamento de colapso real. A falta de homogeneidade do campo elétrico local tem uma influência não local no . limite de colapso e pode até mesmo aprimorar a intensidade de campo geral. Superfícies de eletrodo de campo elétrico constante É A figura 8 mostra as bordas de eletrodo KIRCHHOFF no caso de A = 0,6 para um campo elétrico vertical. O aumento de campo dentro da pi- lhade eletrodo é 1/A=1.6.As faces de extremidade são planas.

Uma superfície eletrodo representa uma linha equipotencial do campo elétrico análogo a uma superfície livre de um líquido que flui. Um eletrodo livre de tensão segue a linha de campo de fluxo. Qualquer função analítica w(Z) com a coordenada espacial complexa z = x + iy satisfaz a e- — quaçãoPOISSON. A condição do contorno para a área de fluxo livre é equi- valente a uma magnitude constante do derivado v (conjugado) de uma pos- sível função w Es & tÃA) Qualquer função possível w(v) por uma velocidade de fluxo v ouum plano hodógrafo leva a uma imagem z do plano = [/D= [Oo (As Sem perda de generalidade, a magnitude do derivado sobre a superfície do eletrodo pode ser normalizada a um, e a altura DE pode ser indicada como A comparado a AF (vide a figura 6). No plano v a curva CD,

g em seguida, imagens no arco i à 1 no círculo da unidade. Na figura 8, os pontos A e F correspondem a 1/A, B corresponde ' à origem, C corresponde a i e D e E correspondem a 1. O padrão de fluxo completo é representado no primeiro quadrante do círculo da unidade. A fon- tedaslinhasde fluxo é 1/A, o depósito é 1.

As duas reflexões do eixo imaginário e do círculo da unidade es- tendem esse padrão de fluxo por todo o plano 5 complexo. A função poten- cial w é, portanto, definida por quatro fontes nas posições 7 + A, -A, 1/A, - 1/A e dois depósitos de força 2 em + 1.

: 1stogo-A) inglês Ada loa (2= 3) non (9 + 3) -aneto-n=atogtern), | (AS) É O derivado da mesma é di É dE 2 z AA dd EA TA DI TRI 1 LA) e assim, 1 1 1 z 2 No contorno livre CD, a velocidade de fluxo é 7 = e", portanto, dv=ivdçe —” ; b à 2) à Imigo Fo FOLDER IDEA do (AS) com zo = i b no ponto C. A integração analítica fornece a equa- ção (3.54). Listagem de Referência 9 cascada de alta tensão 1 entrada 13 diodo 15 capacitor 17 capacitor

. 19 diodo 21 saída " 23 primeiro conjunto de capacitores 25 segundo conjunto de capacitores 31 fonte de alta tensão 33 eletrodo intermediário 35 cascada de alta tensão 37 eletrodo central 39 eletrodo externo 39,39" meio invólucro de eletrodo . 41 primeira cadeia de capacitor 43 segunda cadeia de capacitor É 45 fonte de tensão CA 47 corte equatorial 49 diodo 51 canal de aceleração através da segunda cadeia de capacitor 52 fonte de partículas 61 acelerador acoplado 53 canal de aceleração através da primeira cadeia de capacitor 55 filme de carbono 63 tubos de elétron 65 cátodo 67 ânodo 81 fonte de alta tensão

Claims

. REIVINDICAÇÕES

1. Fonte de alta tensão CC (31) para o fornecimento da tensão ' CC, que tem: - uma pilha de capacitor - com um primeiro eletrodo (37), que pode ser levado para um primeiro potencial, - com um segundo eletrodo (39), que é disposto de forma con- cêntrica com relação ao primeiro eletrodo (37) e pode ser levado para um segundo potencial que se difere do primeiro potencial, - com pelo menos um eletrodo intermediário (33), que é disposto * de forma concêntrica entre o primeiro eletrodo (37) e o segundo eletrodo (39) e que pode ser levado para um potencial intermediário situado entre o í primeiro potencial e o segundo potencial, um dispositivo de comutação (35) para carregar a pilha de capa- citoraoqualos eletrodos (33, 37, 39) da pilha de capacitor são conectados e que é concretizado tal que durante o funcionamento do dispositivo de comu- tação (35), os eletrodos (33, 37, 39) da pilha de capacitor dispostos de forma concêntrica um com relação ao outro podem ser levado para níveis potenci- ais crescentes, em que o dispositivo de comutação (35) da pilha de capacitor compreende os tubos de elétron (63), mais particularmente, os tubos de elé- tron que podem ser controlados.

2. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com a reivindicação 1, em que os tubos de elétron (63) são concretizados como diodos (49).

3. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que pelo menos parte da fonte de alta tensão CC (31) tem um vácuo,que forma o vácuo exigido para o funcionamento dos tubos de elétron (63), tal que os tubos de elétron (63) são frascos livres de vácuo.

4. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com a reivindicação 3,emque cos eletrodos (33,37, 39) da pilha de capacitor são isolados uns dos outros pelo vácuo.

5. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com uma das reivin-

- dicações 1 a 4, em que a pilha de capacitor compreende uma pluralidade de eletrodos intermediários (33) dispostos de forma concêntrica um com relação ' ao outro, que são conectados pelo dispositivo de comutação (35) tal que quando o dispositivo de comutação (35) está em funcionamento, os eletro- dos intermediários (33) podem ser levados para uma sequência de níveis potenciais crescentes.

6. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 5, em que o dispositivo de comutação compreende uma casca- ta de alta tensão (35), mais particularmente, uma cascata Greinacher ou uma cascata Cockcroft-Walton. *

7. Fonte de alta tensão CC, de acordo com uma das reivindica- ções 1 a 6, em que a pilha de capacitor é subdividida em duas cadeias sepa- E radas de capacitor (41, 43) por um vão (47) que se estende através dos ele- trodos (33, 37, 39).

8. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com a reivindicação 7, em que o dispositivo de comutação compreende uma cascata de alta ten- são (35), que liga as duas cadeias mutuamente separadas de capacitor (41, 43) e que, em particular, é disposto no vão (47).

9. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com a reivindicação 8,emque a cascata de alta tensão (35) é uma cascata Greinacher ou uma cascata Cockcroft-Walton.

10. Fonte de alta tensão CC (31), de acordo com uma das rei- vindicações precedentes, em que os eletrodos (33, 37, 39) da pilha de capa- citor são formados tal que eles ficam situados sobre a superfície de um elip- soide, mais particularmente, sobre a superfície de uma esfera, ou sobre a superfície de um cilindro.

11. Acelerador para o aceleramento das partículas carregadas, com uma fonte de alta tensão CC (31), como definida em uma das reivindi- cações precedentes, em que há um canal de aceleração (51), que é formado pelas aberturas nos eletrodos (33, 37, 39) da pilha de capacitor, tal que as partículas carregadas podem ser aceleradas através do canal de aceleração (51).

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