CN103947302A - 高频谐振器和具有高频谐振器的粒子加速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高频谐振器，该高频谐振器具有由介电材料制成的圆柱体空腔。该空腔包括第一圆柱体区段、第二圆柱体区段和连接第一圆柱体区段和第二圆柱体区段的介电环。第一圆柱体区段的内侧具有导电的第一内部涂层。第二圆柱体区段的内侧具有导电的第二内部涂层。在第一圆柱体区段和介电环之间设有导电的第一封闭涂层。在第二圆柱体区段和介电环之间设有导电第二封闭涂层。第一封闭涂层与第一内部涂层导电连接。第二封闭涂层与第二内部涂层导电连接。高频谐振器包括设计用于在第一封闭涂层和第二封闭涂层之间提供高频电压的装置。

Description

高频谐振器和具有高频谐振器的粒子加速器
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1所述的高频谐振器以及一种按权利要求11所述的用于加速带电粒子的粒子加速器。
背景技术
在高频谐振器中，可以激励高频电磁振动。高频谐振器也可以称作空腔谐振器。高频谐振器例如使用在用于加速带电粒子的粒子加速器中。
为了在高频谐振器中激励高频电磁振动，已知的是，高频的功率例如借助速调管或四极管产生，功率借助电缆或波导管输送至高频谐振器并在此通过辐射窗或高频天线耦合入高频谐振器。当然，通过这种激励不能达到很高的高频功率。
从EP0606870A1中已知，一种设有导电壁和多个固体晶体管的高频谐振器，此多个固体晶体管设计用于在高频谐振器的壁中感应高频电流并由此在高频谐振器中激励高频电磁振动。在此通过高频谐振器的壁中的环绕的电绝缘缝隙提供高频电压来实现电流的激励。
高频谐振器使用在用于加速带电粒子的粒子加速器中需要排除高频谐振器中的空气达到非常低的压力。已表明，在高频谐振器的其他导电壁中的以介电材料填充的电绝缘缝隙仅难以密封且密封起来耗费。导电和绝缘材料不同的热膨胀尤其是会导致不密封性的形成。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种可排空的高频谐振器。该技术问题通过一种具有权利要求1的特征的高频谐振器解决。本发明的又一技术问题是，提供一种具有可更好排空的高频谐振器的粒子加速器。该技术问题通过一种具有权利要求11的特征的粒子加速器解决。优选的扩展设计在各从属权利要求中给出。
按本发明的高频谐振器具有由介电材料制成的圆柱体空腔。在此，空腔包括第一圆柱体区段、第二圆柱体区段和连接第一和第二区段的介电环。第一圆柱体区段的内侧具有导电的内部涂层。第二圆柱体区段的内侧具有导电的第二内部涂层。在第一圆柱体区段和介电环之间设有导电的第一封闭涂层。在第二圆柱体区段和介电环之间设有导电第二封闭涂层。第一封闭涂层与第一内部涂层导电连接。第二封闭涂层与第二内部涂层导电连接。此外，高频谐振器包括设计用于在第一封闭涂层和第二封闭涂层之间提供高频电压的装置。有利地，该高频谐振器的空腔同时用作真空容器、绝缘体和用于导电涂层的载体。由此，可以有利地容易排空高频谐振器的空腔并且不需要难以密封的裂口和接缝部位。因为尤其是可以省去大面积的金属-陶瓷化合物，所以不产生由不同热膨胀系数带来的问题。
在高频谐振器的实施形式中，第一封闭涂层和/或第二封闭涂层设计成环形的。因此，高频功率可以有利地在整个外周边上耦合到高频谐振器内，这能够实现特别高的激励功率。
在高频谐振器备选的实施形式中，第一封闭涂层和/或第二封闭涂层设计成多个导电的接触销。有利地也可以在该实施形式中，高频功率在外周边的多个部位处耦合到高频谐振器内，这能够实现较高的激励功率。该实施形式的另一个优点是，不需要大面积的金属-陶瓷化合物，由此可以特别可靠地密封空腔。
适宜的是，介电环垂直于空腔的纵向定向。业已证明有利的是高频谐振器的镜面和旋转对称，通过镜面和旋转对称能够实现对称振动模式的激励。
同样适宜的是，介电环沿空腔的纵向布置在空腔的中央。由此有利地也获得空腔特别对称的结构方案。
在高频谐振器优选的实施形式中，该装置包括固体功率晶体管。有利地可以通过固体功率晶体管，在耦合位置的附近产生耦合到高频谐振器内的高频功率。此外，固体功率晶体管有利地允许非常高的高频功率的接通，这能够实现很高的高频功率到高频谐振器内的耦合。
在高频谐振器的特别优选的实施形式中，该装置包括多个固体功率晶体管，该固体功率晶体管从外部环绕空腔地布置在介电环的区域内。有利地，多个固体功率晶体管的设置能够实现在高频谐振器中特别高的高频功率的激励。
在高频谐振器的优选的实施形式中，介电材料是玻璃或陶瓷。有利地，玻璃和陶瓷具有适合用作真空容器的机械特性。
适宜的是，空腔具有圆柱形状。有利地，圆柱体构造的空腔能够实现对适合加速带电粒子的振动模式的激励。
空腔优选设计成，排除空气到一个相对空腔的周围环境减小的空气压力。因此，高频谐振器可以有利地用于加速带电粒子。
按本发明的用于加速带电粒子的粒子加速器具有前述类型的高频谐振器。有利地，高频谐振器可以在该粒子加速器中排除空气到低的压力并且在此不具有难以密封的接缝部位。
附图说明
根据与附图有关进一步阐述的实施例的下列说明更清晰明确地理解上面描述的本发明特性、特征和优点以及如所实现的方式和方法。在附图中：
图1是通过高频谐振器的剖面图
图2是通过高频谐振器壁区段的剖面图。
具体实施方式
图1是极其概要地示出了高频谐振器100的示意图。在高频谐振器100中，可以激励高频电磁振动模式。高频谐振器100例如可以用于在粒子加速器中加速带电粒子。
高频谐振器100包括构造为空心圆柱体的空腔200。在图1的图示中，空腔200在附图平面上剖切。因此，在图1中仅示出空腔200的后半部。
空腔200由第一区段210和第二区段220组成。区段210，220的每个同样构造为空心圆柱形并且分别在一端面上开口。区段210，220的开口侧通过环230相互连接并且由此形成空心圆柱体的空腔200。空心圆柱体构造的空腔200定义纵向201和垂直于纵向201定向的径向202。
空腔200的第一区段210包括空腔200的圆盘形第一盖面260。空腔200的第二区段220包括空腔200的同样圆盘形的第二盖面270。第一盖面260和第二盖面270在备选的实施形式中也可以构造为与圆盘形不同。第一盖面260和第二盖面270例如可以构造为矩形或椭圆的。
第一盖面260和第二盖面270分别垂直于空腔200的纵向201定向。第一盖面260和第二盖面270通过空腔200的外周面280相互连接。外周面280通过空腔200的第一区段10的部分、通过环230以及通过第二区段220的部分构成。外周面280平行于空腔200的纵向201定向。环230优选垂直于纵向201定向。环230优选布置在第一盖面260和第二盖面270之间的中间。环230沿纵向201相对空腔200的总长度优选是狭窄的。
空腔200包围内部空间290。空腔200具有面朝内部空间290的内侧240和面朝空腔的周围环境的外侧250。
空腔200的第一区段210、空腔200的第二区段220和空腔200的环230分别由电绝缘介电材料组成。第一区段210、第二区段220和环230优选由玻璃或陶瓷组成。有利地，玻璃和陶瓷材料足够牢固，以便经受空腔200的内部空间290和空腔200的周围环境之间较高的压力差。
在空腔200的第一区段210的内侧240上设有导电的第一内部涂层310。在空腔200的第二区段220的内侧240上设有导电的第二内部涂层220。第一内部涂层310和第二内部涂层320例如可以由金属构成。在环230的内侧240上，未设有导电的涂层。由此，在空隙200的环230的区域内获得内部缝隙330，通过该内部缝隙330，第一内部涂层310与第二内部涂层320电绝缘。
图2示出通过空腔200的在环230和内部缝隙330的区域内的外周面280的剖面。
在空腔200的第一区段210和环230之间设有导电的第一封闭涂层315。在环230和空腔200的第二区段220之间设有导电的第二封闭涂层325。第一封闭涂层315和第二封闭涂层325可以例如由金属构成。第一封闭涂层315和第二封闭涂层325优选由与第一内部涂层310和第二内部涂层320相同的材料构成。第一封闭涂层315与第一内部涂层310导电地连接。第二封闭涂层325与第二内部涂层320导电地连接。第一封闭涂层215在空腔200的内侧240和外侧250之间延伸。同样，第二封闭涂层325在空腔200的内侧240和外侧250之间延伸。
在一种实施形式中，第一封闭涂层315和第二封闭涂层325分别包括一个或多个接触销，此接触销在空腔200的内侧240和外侧250之间延伸。若设置多个接触销，则它们优选沿外周面280的圆周方向围绕空腔200分布。该实施形式的优点是，在封闭涂层315，325的材料与空腔200的区段210，220和环230的材料之间仅获得少且小的接触面。由此容易密封空腔200的第一区段210与环230之间的区域和在环230与空腔200的第二区段220之间的区域。尤其是封闭涂层315，325的导电材料与区段210，220和环230的绝缘材料的不同的热膨胀系数不导致空腔200的密封的损坏。
在备选的实施形式中，第一封闭涂层315和第二封闭涂层325设计成环绕整个空腔200的外周面280的环。该实施方式有利地允许高频功率沿空腔200的外周面280的整个外周耦合到空腔200中。因为在空腔200的第一区段210和空腔200的环230之间的第一封闭涂层315仅设计成在纵向201上的薄层，所以在该实施形式中也不会产生由第一封闭涂层315的材料和第一区段210和空腔200的环230的材料不同的热膨胀系数造成的问题。这也相应地适用于第二封闭涂层325。
空腔200不具有难以密封的接缝部位并且尤其不具有大面积的金属-陶瓷过渡部。由此，空腔200可以以小的耗费排除空气到一个相对空腔200的周围环境中的空气压力减小的压力。为了排除空腔200的空气，空腔200可以具有一个或多个适合的法兰。空腔的第一盖面260和第二盖面270还可以具有适合的开口或窗口，带电粒子束可以通过这些开口或窗口到达空腔200的内部空间290中并且离开空腔200的内部空间290。
在空腔200的外侧250上，第一封闭涂层315和第二封闭涂层325可以电接触，以便在第一封闭涂层315和第二封闭涂层325之间提供电压。为此目的，高频谐振器100具有驱动装置500，该驱动装置500在图1和2中仅示意性示出。驱动装置500设计用于将高频电磁功率耦合到高频谐振器100的空腔200中。驱动装置500为此设计用于，在第一封闭涂层315和第二封闭涂层325之间提供高频交变电压并因此也在第一内部涂层310和第二内部涂层320之间提供高频交变电压。驱动装置500优选具有固体功率晶体管或另外的固体开关。驱动设备500特别优选包括多个固体功率晶体管，这些晶体管在空腔200的环230的区域内环形地环绕布置在空腔200的外周面280的外侧250。
若通过驱动设备500在第一内部涂层310和第二内部涂层320之间提供高频交变电压，则在第一内部涂层310和第二内部涂层320中提供高频电流。若通过驱动设备500在第一内部涂层310和第二内部涂层320之间提供的交变电压的频率相当于高频谐振器100的谐振频率，则内部涂层310，320中感应的电流引起在空腔200的内部空间290中激励谐振高频振动模式。因此，驱动设备500允许将高频电磁功率电容耦合到高频谐振器100的空腔200中，以便在空腔200的内部激励和增强谐振高频的振动。
高频谐振器100的空腔200有利地同时用作真空容器并且用作导电的内部涂层310，320的载体，它们形成真正的谐振器。
虽然本发明详细地通过优选的实施例进一步说明并且描述，但本发明并不限于所公开的实施例。另外的变型可以由本领域技术人员从中推导出，只要不超出本发明的保护范围即可。

Claims (11)

1.一种高频谐振器(100)，该高频谐振器具有由介电材料制成的、圆柱体的空腔(200)，
其中，所述空腔(200)包括第一圆柱体区段(210)、第二圆柱体区段(220)和连接所述第一圆柱体区段(210)和所述第二圆柱体区段(220)的介电环(230)，
其中，第一圆柱体区段(210)的内侧(240)具有导电的第一内部涂层(310)，所述第二圆柱体区段(220)的内侧(240)具有导电的第二内部涂层(320)，
其中，在所述第一圆柱体区段(210)和所述介电环(230)之间设有导电的第一封闭涂层(315)，在所述第二圆柱体区段(220)和所述介电环(230)之间设有导电第二封闭涂层(325)，
其中，所述第一封闭涂层(315)与所述第一内部涂层(310)导电连接，所述第二封闭涂层(325)与所述第二内部涂层(320)连接，
其中，所述高频谐振器(100)包括设计用于在第一封闭涂层(315)和第二封闭涂层(325)之间提供高频电压的装置(500)。
2.按权利要求1所述的高频谐振器(100)，其中，所述第一封闭涂层(315)和/或所述第二封闭涂层(325)设计成环形。
3.按权利要求1所述的高频谐振器(100)，其中，所述第一封闭涂层(315)和/或所述第二封闭涂层(325)设计为多个导电的接触销。
4.按前述权利要求之一所述的高频谐振器(100)，其中，所述介电环(230)垂直于所述空腔(200)的纵向(201)定向。
5.按前述权利要求之一所述的高频谐振器(100)，其中，所述介电环(230)在所述空腔(200)的纵向(201)上布置在所述空腔(200)的中央。
6.按前述权利要求之一所述的高频谐振器(100)，其中，所述装置(500)包括固体功率晶体管。
7.按权利要求6所述的高频谐振器(100)，其中，所述装置(500)包括多个在外部环绕所述空腔(200)地布置在所述介电环(230)的区域内的固体功率晶体管。
8.按前述权利要求之一所述的高频谐振器(100)，其中，所述介电材料是玻璃或陶瓷。
9.按前述权利要求之一所述的高频谐振器(100)，其中，所述空腔(200)具有圆柱形状。
10.按前述权利要求之一所述的高频谐振器(100)，其中，所述空腔(200)构造为，排除空气到一个相对所述空腔(200)的周围环境减小的空气压力。
11.一种用于加速带电粒子的粒子加速器，其中，所述粒子加速器具有按前述权利要求之一所述的高频谐振器(100)。
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