CN110430659A - 一种矩形波导型船形谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矩形波导型船形谐振腔,该谐振腔由上下两端外壳、左右两端外壳及前后对称的长条形束流孔道组成密封腔,该上下两端外壳和左右两端外壳分别与所述前后对称的长条形束流孔道相交后,可形成朝向所述相交处的凹陷的前后两条鼻锥,各部分拼接一起之后形成围绕所述前后对称的长条形束流孔道的全流线形,外部功率源将功率馈入到腔体内可形成TM110模式的电磁场,前后两端鼻锥之间的条缝内建立加速电场,条缝不同位置的距离可相同,也可不同;所述全流线形的谐振腔易于通过在腔体宽度方向对腔体进行压缩或拉伸来对频率进行调谐。本发明使谐振腔同时具有具有接近球体或椭球体的全流线形设计和可以集中电场的前后鼻锥,同时提高Q值、降低P c 。
Description
技术领域
本发明属于带电粒子加速器微波和高频技术领域,尤其涉及一种矩形波导型的船形谐振腔。
背景技术
粒子加速器广泛应用于原子核、核工程、化学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其他食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等领域。
粒子加速器大体上由粒子源、真空加速结构、导引聚焦系统及束流输运和分析系统等四个基本部分及若干辅助系统构成。谐振腔是一种经常使用的真空加速结构,外部功率源利用功率馈送管路将功率馈送到谐振腔中,可在其中激励起微波、高频电磁场,在适当时刻让带电带电粒子束通过谐振腔,电场将会对粒子束进行加速,使粒子束获得能量和速度的提升,从而可以将电磁场能量转化为束流能量。
根据能量守恒定律,外部功率源所提供的总功率Pg=Pc+Pb+Pr+Pt。Pc为由于趋肤效应的存在而损耗在谐振腔壁上的功率,主要作用是在腔中激励起微波、高频电磁场;Pb为束流从谐振腔中带走的功率;Pr为反射回功率源的功率;Pt为损耗在功率馈送管路上的功率。无论是回旋加速器、固定场交变梯度加速器等圆型加速器,还是工业辐照领域常用的直线型加速器,在Pg一定的情况下,若在降低Pc的同时使Pb提高,可使功率的利用效率η=Pb/Pg得到提升。
提高Pb采取的方法:Pb是束流从谐振腔中带走的功率,Pb=IΔE,I为粒子束流强,ΔE为粒子每次通过谐振腔时所获得的能量增益,ΔE可表示为V为谐振腔的峰值电压,T为粒子通过谐振腔时的渡越时间因子,VT为束流通过谐振腔时看到的有效加速电压,ωrf为谐振腔的谐振频率,t和分别为粒子通过谐振腔中心时的时刻和相位。由此看出,在粒子束流强I一定的情况下,要提高Pb就要提高ΔE,要提高ΔE就要提高束流穿过腔体时所看到的有效加速电压VT。由于R=(VT)2/Pc,则在Pc一定的情况下,要想提高VT,就要提高R。提高VT的方法就是要使电场适当地集中,电场适当地集中就是要改变腔体的形状,建立腔体的鼻锥,因为鼻锥可以将电场集中到束流通过谐振腔时所走过的路径上。由此看出,在Pc一定的情况下,使Pb提高的方法是在谐振腔中建立鼻锥,使得电场适当地集中,从而使有效加速电压VT得以升高。
降低Pc采取的方法:Pc为腔体损耗的功率,腔体损耗的功率与腔体的表面积有关,表面积越小意味着损耗的功率越小。我们的目标是提高Q值,Q=ωrfU/Pc,U为谐振腔的储能,储能和腔体的体积有关,体积越大储能越多。由此看出,为了提高Q值,需要在保证谐振频率ωrf不变的情况下使腔体的体积尽量大、表面积尽量小。
由于Pb=IΔE,提高Pb还要提高粒子束流强I。在工业辐照领域常用的直线型加速器中,流强I的提高又受空间电荷效应的限制,降低其影响的直接方法是增大束流横截面的面积以降低粒子束的空间密度,可以考虑增大束流横截面在一个方向上的尺寸,形成长条形束流,这就要求谐振腔具有长条形的束流孔道;在回旋加速器、固定场交变梯度加速器等圆型加速器中,粒子束将沿径向螺旋轨道分多次通过谐振腔,为了使螺旋轨道圈间距增大以利于提高束流流强,要求谐振腔具有大的径向孔径,并能够在该孔径范围内为束流提供加速电场,所述大的径向孔径等同于直线型加速器的长条形束流孔道。
要使得η=Pb/Pg得到提升,除了以上建立鼻锥集中电场提高有效加速电压VT、在腔体谐振频率ωrf不变的情况下使腔体的体积尽量大而表面积尽量小以提高Q值、形成长条形束流孔道以提高束流流强以外,再一方面,由于圆型加速器中束流螺旋轨道圈间距反比于轨道半径,需在总体上使轨道半径较大处的有效加速电压大于轨道半径较小处的有效加速电压,这有利于增大高能量时的螺旋轨道圈间距,从而使高能量时的引出效率得到提高,因此需要谐振腔体的电磁场偏心,所述电磁场偏心就是使谐振腔的左右两端形状不对称。
综上,要使谐振腔功率利用效率η=Pb/Pg得到提升,需要四个基础条件,第一,让Pb提高,Pb提高就是有效加速电压VT升高,VT升高的方法是改变腔体的形状,通过建立腔体的鼻锥以使电场集中到束流通过谐振腔时所走过的路径上,电场集中有利于有效加速电压VT的升高;第二,要求损耗功率Pc尽量低,在保证谐振频率ωrf不变的情况下使腔体的体积尽量大、表面积尽量小,使Q值达到最大;第三,谐振腔体采用长条形束流孔道以利于提高粒子束流强;第四,若为圆型加速器,又要求谐振腔体左右两端的形状不对称,以提高外圈的螺旋轨道圈间距,从而提高引出效率。
国内外满足以上四个条件的常见矩形波导型谐振腔如图1、图2所示,包括矩形、欧米伽形及跑道形三种,工作模式均为TM110模。这些常见的谐振腔存在的问题是:在这三种形状的谐振腔中,第一种的矩形腔的Q值和分路阻抗R最低,相比第二种的欧米伽形腔,第三种的跑道形腔的Q值和分路阻抗R有大幅提升,但仍未做到最高。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提出一种矩形波导型船形谐振腔,可进一步提高谐振腔的Q值和分路阻抗R,工作模式为TM110模。
本发明为解决技术问题提出以下技术方案:
一种矩形波导型船形谐振腔,该谐振腔由上下两端外壳、左右两端外壳及前后对称的长条形束流孔道组成密封腔,所述上下两端外壳和左右两端外壳分别与所述前后对称的长条形束流孔道相交后,可形成朝向所述相交处的凹陷的前后两条鼻锥,其特征是:各部分拼接在一起之后形成围绕所述前后对称的长条形束流孔道的全流线形,外部功率源将功率馈入到腔体内可形成TM110模式的电磁场,前后两端鼻锥之间的条缝内建立加速电场,条缝不同位置的距离可以相同,也可以不同;所述全流线形的谐振腔易于通过在腔体宽度方向对腔体进行压缩或拉伸来对频率进行调谐。
所述上下两端外壳分别为两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体,该两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体各自的切面贯穿圆柱体的两端,且它们相互平行地对称并相向而设,该两个相互平行地对称并相向而设的切面的长度和相互之间的距离与所述前后对称的两个长条形束流孔道的长度和两个长条形束流孔道两端的高度相配合。
所述左右两端外壳为形状相同的对称形外壳,该形状相同的对称形外壳分别为两个对称的空心近似半球体,该两个对称的空心近似半球体分别布设在两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体的两端,并且该两个对称的空心近似半球体的端面与两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体两端端面相配合,该两个对称的空心近似半球体前后两端各自向圆心深处凹陷,并将凹陷深处的边缘线与上下两端相互平行的近似圆柱体横切面边线平滑相接,从而形成前后两条鼻锥。
所述左右两端外壳为非对称形外壳,该非对称形外壳其中一个为空心近似半椭圆体,另一个为空心近似半球体,它们分别布设在所述两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体的两端,并且空心近似半椭圆体的端面和空心近似半球体的端面与所述近似圆柱体两端的端面相配合,并且所述空心近似半椭圆体和空心近似半球体前后两端各自向圆心深处凹陷,并将凹陷深处的边缘线与上下两端相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体横切面边线平滑相接,从而形成前后两条鼻锥。
所述长条形束流孔道是从所述前后两条鼻锥之间的条缝边界线向前后两端分别延伸出一定宽度的束流孔道,该分别延伸出一定宽度的束流孔道的前后两个端面为长条矩形框,该分别延伸出一定宽度的束流孔道与前后两条鼻锥的交界处或者为长条矩形框、或者为长条月牙框,如果该交界处为长条矩形框,则束流孔道的加速条缝不同位置前后距离相同,如果该交界处为长条月牙框,则长条月牙框束流孔道的加速条缝不同位置前后距离不相同:靠近加速条缝左右两端的前后间距较小,靠近加速条缝中间的前后间距较大,从而形成月牙形鼻锥,该月牙形鼻锥用于提高加速条缝电压沿腔体长度方向分布的均匀性,或提高大半径处的加速条缝电压。
所述端面为长条矩形框的束流孔道的前后两端分别延伸出端面与其配合半圆形二级磁铁,该半圆形二级磁铁用于束流通过时在其作用下使束流偏转180度重新返回谐振腔,从而获得多次加速。
当左右两端外壳形状相同时,长条形束流孔道中产生的加速电压分布左右对称;反之,当左右两端外壳形状不同时,长条形束流孔道中产生的加速电压分布左右不对称,其目的是满足高能圆形加速器外圈有效加速电压总体大于内圈的要求。
本发明的优点效果
1、本发明提出了一种新的矩形波导型船形谐振腔,谐振腔由上下两端外壳、左右两端外壳及长条形束流孔道组成。通过使船形谐振腔的上下两端外壳和左右两端外壳与长条形束流孔道相交形成前后两端鼻锥,两端鼻锥之间的条缝内建立加速电场,左右两端外壳、不同位置的条缝距离既可以相同也可以不同,各部分拼接在一起之后形成围绕长条形束流孔道的旋转体,整个腔体呈现为全流线形。由此,在保证谐振腔频率ωrf不变的情况下,可以在谐振腔外壳内部表面积最小的情况下使该部分外壳所包围的腔体体积达到最大,从而得到更高的Q值和更高的分路阻抗R,最终在提高功率利用效率的同时在长条形加速条缝中产生更高的有效加速电压。
2、对于单一只是接近球体或椭球体的全流线形谐振腔体,虽然可以提高Q值、降低Pc,但是若电场不集中的话,束流看到的有效加速电压VT、分路阻抗R不会提高;对于单一只是建立了前后鼻锥的谐振腔,虽然可以集中电场、提高VT和束流从谐振腔中带走的功率Pb,但是若Pc不降低的话,功率利用效率η=Pb/Pg不会升高。本发明使谐振腔同时具有接近球体或椭球体的全流线形设计和可以集中电场的前后鼻锥,才能同时达到提高Q值、降低Pc、提高VT及提高束流从谐振腔中带走的功率Pb的目的,从而在本质上提高功率利用效率η=Pb/Pg。
附图说明
图1为国内外常见的矩形、欧米伽形及跑道形等三种矩形波导型谐振腔;
图2为44.4MHz时矩形、欧米伽形、跑道形及船形波导型谐振腔的性能比较;
图3为本发明左右对称型船形谐振腔加速长条形横截面粒子束的三维图;
图4为本发明左右对称型船形谐振腔的整体三维图;
图5为本发明左右对称型船形谐振腔多次加速粒子束的三维图;
图6为本发明左右不对称型船形谐振腔三维图;
图7为本发明应用于高能圆形加速器的效果图;
图8为左右对称、鼻锥为月牙形的船形谐振腔正视图、平剖俯视图、立剖侧视图;
图中:
1:左右对称型船形谐振腔;1-1:上端外壳(带轴向切面的空心近似圆柱体上端外壳);1-2:下端外壳(带轴向切面的空心近似圆柱体下端外壳);1-3:左端外壳(空心近似半球体外壳);1-4:右端外壳(空心近似半球体外壳);1-5:鼻锥;1-6:长条形束流孔道;1-7-1:束流引入点;1-7-2:束流;1-7-3:束流引出点;1-8:连接法兰;1-9:二级磁铁;1-10:二极磁铁;
2:左右不对称型船形谐振腔;2-1:上端外壳(带轴向切面的空心近似圆柱体上端外壳);2-2:下端外壳(带轴向切面的空心近似圆柱体下端外壳);2-3:左端外壳(空心近似半椭圆体外壳);2-4:右端外壳(空心近似半球体外壳);2-5:鼻锥;2-6:束流孔道;2-7-1:束流引入点;2-7-2:束流;2-7-3:束流引出点;
3:长漂移节;4:磁铁或磁铁组件4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步的解释:
本发明设计原理
1、矩形波导型船形谐振腔的由来:新腔形由矩形波导演变而来,高度方向上下两端形状近似圆柱,长度方向左右两端形状近似半圆球或半椭圆球,上下两端的近圆柱形和左右两端的近半圆球或半椭圆球形与长条形束流孔道相交可形成前后两端鼻锥,全部为流线式设计。将腔体沿着宽度方向的对称平面剖成两半后,每一半的形状都酷似无底的气垫船,所以称作船形谐振腔,全称为矩形波导型船形谐振腔。
2、船形谐振腔使得电场更加集中的设计原理:船形谐振腔内所建立的电磁场谐振模式为TM110模,电场集中在两个鼻锥之间的条缝内,磁场的磁力线围绕鼻锥、集中在鼻锥以外的区域。若船形谐振腔长度方向左右两端的形状相同、两个鼻锥间距沿腔体长度方向相等,则在长条形束流孔道中产生的加速电压分布左右对称,由腔体中心点的最高值向左右两端逐渐降低。调整鼻锥沿长度方向的形状,使其呈月牙形,即鼻锥中间部分的间距大于左右两端,可使电压分布沿长度方向更接近于平顶分布。若船形谐振腔长度方向左右两端的形状不同,例如左右两端分别为近似半圆球和半椭圆球,所产生的加速电压分布左右不对称,由腔体长度方向中心点的最高值向一端的下降速度低于向另一端的下降速度,这可以满足回旋加速器、固定场交变梯度加速器等圆型加速器轨道半径较大处有效加速电压总体上需大于轨道半径较小处的要求。
3、流线式设计使得频率调谐变得更加容易的原理:船形谐振腔的流线式设计使得频率调谐变得更加容易,可通过在腔体宽度方向对腔体进行压缩或拉伸来实现。腔体的功率馈送耦合环可放置在高度方向的上下两端或长度方向的左右两端,调整耦合环插入腔体的深度可对耦合度进行调节。
4、本发明同时提高Q值和分路阻抗R的设计原理:Q=ωrfU/Pc,,本发明的谐振腔更加接近于球形体,而球形体和其他形状体相比,在体积一定的条件下,球形体的表面积最小,也就使得谐振腔体内表面的损耗功率Pc小;还由于有效分路阻抗R=(VT)2/Pc,本发明采用可以集中电场的前后鼻锥使得有效加速电场VT加大,在公式R=(VT)2/Pc中,由于VT加大,Pc减小,所以有效分路阻抗R也加大,而如果不是使得Q和R同时提高、只是单一采用球形腔体而不采用可以集中电场的前后鼻锥,其结果则从公式中可以看出,由于(VT)2=RPc,当Pc减小时,腔体的电压VT就会下降,而VT下降是我们不希望的。因此,将R和Q值同时提高才是最为理想的。从图2的计算结果可以看出,本发明的船型谐振腔比较现有技术最具优势的跑道形谐振腔的Q值和R都有明显的提高。
基于以上原理,本发明设计了一种矩形波导型船形谐振腔:
一种矩形波导型船形谐振腔如图3所示,该谐振腔由上下两端外壳(1-1;1-2)、左右两端外壳(1-3;1-4)及前后对称的长条形束流孔道1-6组成密封腔,所述上下两端外壳和左右两端外壳分别与所述前后对称的长条形束流孔道1-6相交后,可形成朝向所述相交处的凹陷的前后两条鼻锥1-5,其特点是:各部分拼接在一起之后形成围绕所述前后对称的长条形束流孔道的全流线形,外部功率源将功率馈入到腔体内可形成TM110模式的电磁场,前后两端鼻锥1-5之间的条缝内建立加速电场,条缝不同位置的距离可以相同,也可以不同;所述全流线形的谐振腔易于通过在腔体宽度方向对腔体进行压缩或拉伸来对频率进行调谐。
如图3、图4所示,所述上下两端外壳分别为两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体(1-1;1-2),该两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体各自的切面贯穿圆柱体的两端,且它们相互平行地对称并相向而设,该两个相互平行地对称并相向而设的切面的长度和相互之间的距离与所述前后对称的两个长条形束流孔道1-6的长度和两个长条形束流孔道两端的高度相配合。
如图3、图4所示,所述左右两端外壳为形状相同的对称形外壳,该形状相同的对称形外壳分别为两个对称的空心近似半球体(1-3;1-4),该两个对称的空心近似半球体分别布设在两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体的两端,并且该两个对称的空心近似半球体的端面与两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体两端端面相配合,该两个对称的空心近似半球体前后两端各自向圆心深处凹陷,并将凹陷深处的边缘线与上下两端相互平行的近似圆柱体横切面边线平滑相接,从而形成前后两条鼻锥1-5。
如图6所示,所述左右两端外壳为非对称形外壳,该非对称形外壳其中一个为空心近似半椭圆体2-3,另一个为空心近似半球体2-4,它们分别布设在所述两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体的两端,并且空心近似半椭圆体2-3的端面和空心近似半球体2-4的端面与所述近似圆柱体两端的端面相配合,并且所述空心近似半椭圆体和空心近似半球体前后两端各自向圆心深处凹陷,并将凹陷深处的边缘线与上下两端相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体横切面边线平滑相接,从而形成前后两条鼻锥2-5。
如图4所示,所述长条形束流孔道(1-6)是从所述前后两条鼻锥之间的条缝边界线向前后两端分别延伸出一定宽度的束流孔道1-6,该分别延伸出一定宽度的束流孔道1-6的前后两个端面为长条矩形框,该分别延伸出一定宽度的束流孔道与前后两条鼻锥的交界处或者为长条矩形框、或者为长条月牙框,如果该交界处为长条矩形框,则束流孔道的加速条缝不同位置前后距离相同,如图8a所示,如果该交界处为长条月牙框,则长条月牙框束流通道的加速条缝不同位置前后距离不相同:靠近加速条缝左右两端的前后间距较小,靠近加速条缝中间的前后间距较大,从而形成月牙形鼻锥,该月牙形鼻锥用于提高加速条缝电压沿腔体长度方向分布的均匀性,或提高大半径处的加速条缝电压。
如图5所示,所述端面为长条矩形框的束流通道的前后两端分别延伸出端面与其配合半圆形二级磁铁(1-9;1-10),该半圆形二级磁铁(1-9;1-10)用于束流通过时在其作用下使束流偏转180度重新返回谐振腔,从而获得多次加速。
补充说明:
图5的1-8为连接束流孔道的法兰,每个法兰连接左右两端的束流孔道。在图5中,束流孔道分别位于每个半圆形二级磁铁的一端是封闭的,从而为束流形成真空环境。束流1-7-2由引入点1-7-1引入,经过多次180度转向并被谐振腔加速后,最后从引出点1-7-3引出。
当左右两端外壳形状相同时,长条形束流孔道中产生的加速电压分布左右对称;反之,当左右两端外壳形状不同时,长条形束流孔道中产生的加速电压分布左右不对称,其目的是满足高能圆形加速器外圈有效加速电压总体大于内圈的要求。
实施方案1
如图3所示,给出了上下剖为两半的腔体,该船形谐振腔为左右对称型,由上下两端带轴向切面的空心近似圆柱体外壳1-1和1-2、左右两端空心近似半球体外壳1-3和1-4、长条形束流孔道1-6拼接在一起形成封闭的内部真空环境,上下两端外壳和左右两端外壳与长条形束流孔道相交形成前后两端的两个鼻锥1-5。
粒子传输和获得加速的过程:长条形束流1-7-2由前端长条形束流孔道1-6进入谐振腔,经过位于前后两端两个鼻锥1-5之间的加速条缝时,受到TM110模电场的加速,然后再由后端长条形束流孔道离开谐振腔
在图3中,为显示方便将谐振腔剖分成上下两部分,实际腔体的上下两部分是拼接在一起的,以便利用真空泵将谐振腔抽取为粒子运动所必须的真空环境。如图4所示,为上下两部分拼接到一起的船形谐振腔。
实施方案2
如图5所示,该船形谐振腔的组成与实施方案1的区别在于:在束流孔道的前后两端增加半圆形二极磁铁1-9和1-10。
粒子传输和获得加速的过程:束流1-7-2由束流引入点1-7-1进入前端长条形束流孔道后再进入谐振腔,经过位于前后两端两个鼻锥间的加速条缝时,受到电场的第一次加速,再由后端长条形束流孔道离开谐振腔;第一次加速后的束流进入二极磁铁1-9,轨道偏转180度后再一次进入谐振腔获得第二次加速;第二次加速后的束流进入二极磁铁1-10,轨道再一次偏转180度后进入谐振腔获得第三次加速;如此循环,束流获得多次加速后,在束流引出点1-7-3引出。
实施方案3
如图6所示,该船形谐振腔为左右不对称型,由上下两端带轴向切面的空心近似圆柱体外壳2-1和2-2、左端空心近似半椭圆体外壳2-3、右端空心近似半球体外壳2-4、长条形束流孔道2-6及前后两端的两个鼻锥2-5拼接在一起,形成封闭的内部真空环境。前后两端的两个鼻锥2-5之间为加速条缝,加速条缝中加速电压向左端的下降速度小于向右端的下降速度。
如图7所示,高能圆型加速器(左:回旋加速器;右:固定场交变梯度加速器)一般由多个产生扭摆轨道的磁铁4或磁铁组元4和谐振腔2周期性排列组成,谐振腔2布置在磁铁4或磁铁组件4之间的漂移节3中。粒子束由束流引入点2-7-1进入到加速器的内圈轨道,在磁铁4或磁铁组元4的磁铁偏转作用下作螺旋运动,通过谐振腔不断获得能量增益,最终运动到加速器外圈轨道达到引出能量,达到引出能量的粒子束由束流引出点2-7-3引出。内圈和外圈之间的径向距离较大。
图7中谐振腔2为左右不对称型船形谐振腔,图7中加速器内圈轨道靠近图6所示谐振腔的右端、外圈轨道靠近谐振腔2的左端,由此可使外圈的有效加速电压总体上大于内圈的加速电压。
实施方案4
如图8所示,给出了左右对称型船形谐振腔的前视图8a、平剖俯视图8b及立剖侧视图8c,该腔由上下两端带轴向切面的空心近似圆柱体外壳1-1和1-2、左右两端的空心近似半球体外壳1-3和1-4、长条形束流孔道1-6及前后两端的两个鼻锥1-5拼接在一起,形成封闭的内部真空环境。与实施方案1、实施方案2及实施方案3不同的是,两个鼻锥1-5均为月牙形,两个鼻锥1-5之间的条缝靠近左右两端较小、中间较大,这样可提高加速条缝电压沿条缝长度方向分布的均匀性,或提高大半径处的加速条缝电压。
需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例。
Claims (7)
1.一种矩形波导型船形谐振腔,该谐振腔由上下两端外壳、左右两端外壳及前后对称的长条形束流孔道组成密封腔,所述上下两端外壳和左右两端外壳分别与所述前后对称的长条形束流孔道相交后,可形成朝向所述相交处的凹陷的前后两条鼻锥,其特征是:各部分拼接在一起之后形成围绕所述前后对称的长条形束流孔道的全流线形,外部功率源将功率馈入到腔体内可形成TM110模式的电磁场,前后两端鼻锥之间的条缝内建立加速电场,条缝不同位置的距离可以相同,也可以不同;所述全流线形的谐振腔易于通过在腔体宽度方向对腔体进行压缩或拉伸来对频率进行调谐。
2.根据权利要求1所述的一种矩形波导型船形谐振腔,其特征在于:所述上下两端外壳分别为两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体,该两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体各自的切面贯穿圆柱体的两端,且它们相互平行地对称并相向而设,该两个相互平行地对称并相向而设的切面的长度和相互之间的距离与所述前后对称的两个长条形束流孔道的长度和两个长条形束流孔道两端的高度相配合。
3.根据权利要求1所述的一种矩形波导型船形谐振腔,其特征在于:所述左右两端外壳为形状相同的对称形外壳,该形状相同的对称形外壳分别为两个对称的空心近似半球体,该两个对称的空心近似半球体分别布设在两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体的两端,并且该两个对称的空心近似半球体的端面与两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体两端端面相配合,该两个对称的空心近似半球体前后两端各自向圆心深处凹陷,并将凹陷深处的边缘线与上下两端相互平行的近似圆柱体横切面边线平滑相接,从而形成前后两条鼻锥。
4.根据权利要求1所述的一种矩形波导型船形谐振腔,其特征在于:所述左右两端外壳为非对称形外壳,该非对称形外壳其中一个为空心近似半椭圆体,另一个为空心近似半球体,它们分别布设在所述两个相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体的两端,并且空心近似半椭圆体的端面和空心近似半球体的端面与所述近似圆柱体两端的端面相配合,并且所述空心近似半椭圆体和空心近似半球体前后两端各自向圆心深处凹陷,并将凹陷深处的边缘线与上下两端相互平行且带轴向切面的空心近似圆柱体横切面边线平滑相接,从而形成前后两条鼻锥。
5.根据权利要求1所述的一种矩形波导型船形谐振腔,其特征在于:所述长条形束流孔道是从所述前后两条鼻锥之间的条缝边界线向前后两端分别延伸出一定宽度的束流孔道,该分别延伸出一定宽度的束流孔道的前后两个端面为长条矩形框,该分别延伸出一定宽度的束流孔道与前后两条鼻锥的交界处或者为长条矩形框、或者为长条月牙框,如果该交界处为长条矩形框,则束流孔道的加速条缝不同位置前后距离相同,如果该交界处为长条月牙框,则长条月牙框束流孔道的加速条缝不同位置前后距离不相同:靠近加速条缝左右两端的前后间距较小,靠近加速条缝中间的前后间距较大,从而形成月牙形鼻锥,该月牙形鼻锥用于提高加速条缝电压沿腔体长度方向分布的均匀性,或提高大半径处的加速条缝电压。
6.根据权利要求2和权利要求3和权利要求5所述的一种矩形波导型船形谐振腔,其特征在于:所述端面为长条矩形框的束流孔道的前后两端分别延伸出端面与其配合半圆形二级磁铁,该半圆形二级磁铁用于束流通过时在其作用下使束流偏转180度重新返回谐振腔,从而获得多次加速。
7.根据权利要求3和权利要求4所述的一种矩形波导型船形谐振腔,其特征在于:当左右两端外壳形状相同时,长条形束流孔道中产生的加速电压分布左右对称;反之,当左右两端外壳形状不同时,长条形束流孔道中产生的加速电压分布左右不对称,其目的是满足高能圆形加速器外圈有效加速电压总体大于内圈的要求。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112770474A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-07 | 中国原子能科学研究院 | 谐振加速腔 |
CN113825295A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-12-21 | 中国原子能科学研究院 | 一种加速结构以及辐射加工装置 |
CN116390324A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-07-04 | 之江实验室 | 狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB745421A (en) * | 1950-12-05 | 1956-02-29 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in or relating to electron discharge devices |
US20160035531A1 (en) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Fermi Research Alliance, Llc | Superconducting multi-cell trapped mode deflecting cavity |
US20170367171A1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-12-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Apparatus for mm-wave radiation generation utilizing whispering gallery mode resonators |
CN109561567A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-02 | 中国原子能科学研究院 | 一种大功率高稳定度变负载高频加速系统 |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB745421A (en) * | 1950-12-05 | 1956-02-29 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in or relating to electron discharge devices |
US20160035531A1 (en) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Fermi Research Alliance, Llc | Superconducting multi-cell trapped mode deflecting cavity |
US20170367171A1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-12-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Apparatus for mm-wave radiation generation utilizing whispering gallery mode resonators |
CN109561567A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-02 | 中国原子能科学研究院 | 一种大功率高稳定度变负载高频加速系统 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112770474A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-07 | 中国原子能科学研究院 | 谐振加速腔 |
CN112770474B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-10-28 | 中国原子能科学研究院 | 谐振加速腔 |
CN113825295A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-12-21 | 中国原子能科学研究院 | 一种加速结构以及辐射加工装置 |
CN116390324A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-07-04 | 之江实验室 | 狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器 |
CN116390324B (zh) * | 2023-05-25 | 2023-08-29 | 之江实验室 | 狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器 |
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