CN112770473A - 射频加速器及其耦合腔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合腔装置包括：耦合腔及冷却结构。所述冷却结构与所述耦合腔沿着所述耦合腔的轴线对接。本发明的技术方案中所述冷却结构与所述耦合腔沿着所述耦合腔的轴线对接，从而对耦合腔进行降温冷却，从而满足更高功率下耦合腔运行的稳定性。

Description

射频加速器及其耦合腔装置

技术领域

本发明涉及加速器领域技术领域，具体涉及一种射频加速器及其耦合腔装置。

背景技术

射频加速器一般用于在加速结构中建立微波加速场以加速带电粒子至较高能量。其中，可以由微波源产生微波电场并通过传输波导传输至耦合腔，微波场模式经耦合腔转换后进入加速腔链建立符合要求的加速场。

耦合腔中的场，一半为驻波场，一半为行波场，在工作时，由于损耗高，所以发热量大，易造成耦合腔的腔体温度变化，进而使得耦合腔频率偏移，对微波功率的馈入和加速场的建立造成影响，致使束流品质和参数指标不能满足要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种射频加速器及其耦合腔装置，以保证耦合腔的冷却效果，提高加速管高功率的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种耦合腔装置，包括：耦合腔；冷却结构。其中，所述冷却结构与所述耦合腔沿着所述耦合腔的轴线对接。

进一步地，所述耦合腔包括腔体外壳、由所述腔体外壳所限定的谐振腔、沿着所述谐振腔的轴线贯穿所述谐振腔的束流孔、以及形成在所述腔体外壳中的至少一个用于供冷却液流通并与所述冷却结构连通的孔道。

进一步地，所述腔体外壳为在垂直于所述轴线的径向上具有一定厚度的铜层；整个所述孔道直接形成于所述铜层的内部。

进一步地，所述孔道沿着所述轴线延伸，并与所述谐振腔间隔设置。

进一步地，所述铜层的内部设有多个所述孔道；多个所述孔道相互平行地形成在所述铜层的内部，并且相互间隔设置。

进一步地，在所述腔体外壳的垂直于所述轴线的剖面上，每个所述孔道的截面呈弯曲的槽，且位于以所述轴线为圆心的圆周上。

进一步地，所述冷却结构为不锈钢腔体；所述本体的与所述耦合腔连接的端面上镀镍，所述端面通过焊接与所述耦合腔沿着所述轴线连接。

进一步地，所述冷却结构包括本体、进水槽和进水口；所述进水槽形成在所述端面上，并与所述孔道在所述轴线方向上连通；所述进水口形成在所述本体的外周面上，并沿着与所述轴线垂直的径向朝向所述本体内部延伸至与所述进水槽连通。

进一步地，在所述冷却结构的垂直于所述轴线的截面上，所述进水槽的形状为一个连续的弯曲槽，且所述进水槽在以所述轴线为圆心的圆周上；所述孔道在所述端面上的正投影位于所述进水槽中。

进一步地，所述冷却结构还包括形成在所述本体中的导向槽；所述耦合腔上与所述端面接触的外端面上进一步形成有导向部；所述导向槽和所述导向部相互配合。

进一步地，所述冷却结构还包括形成在所述端面上的第一定位部；所述耦合腔上与所述端面接触的外端面上进一步形成有第二定位部；所述第一定位部和所述第二定位部相互配合。

进一步地，所述第一定位部为形成在所述端面中的凹槽或凸起；所述第二定位部为形成在所述外端面上的凸起或凹槽。

本发明提供了一种射频加速器，包括上述的耦合腔装置。

应用本发明的技术方案，所述冷却结构与所述耦合腔沿着所述耦合腔的轴线对接，从而对耦合腔进行降温冷却，从而满足更高功率下耦合腔运行的稳定性。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明的实施例一的耦合腔装置的结构示意图；

图2是图1中的耦合腔的放大示意图；

图3是图1中的冷却结构放大示意图；

图4是根据本发明的实施例二的耦合腔的放大示意图；

图5是根据本发明的实施例二的冷却结构的放大示意图；

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

100、耦合腔装置；112、腔体外壳；114、谐振腔；116、束流孔；118、孔道；119、外端面；120、导向部；122、第二定位部；130、冷却结构；131、端面；132、本体；134、导向槽；136、进水槽；138、进水口；140、第一定位部。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例一的耦合腔装置100包括耦合腔110和冷却结构130。其中，冷却结构130与耦合腔110连接并用于冷却耦合腔110。

具体地，耦合腔110包括腔体外壳112、由腔体外壳112所限定的谐振腔114、沿着谐振腔114的轴线OO’贯穿谐振腔114的束流孔116、以及形成在腔体外壳112中的至少一个孔道118。

在一实施例中，腔体外壳112可以采用铜制成，并且腔体外壳112在垂直于轴线OO’的径向OR上具有一定的厚度，该厚度足以形成孔道118并满足耦合腔110的强度要求等要求。换言之，腔体外壳112可以为在垂直于轴线OO’的径向OR上具有一定厚度的铜层，且整个孔道118直接形成于腔体外壳112即铜层的内部。

在一实施例中，孔道118形成在腔体外壳112即铜层的内部，大致沿着轴线OO’延伸，并与谐振腔114间隔设置。在其他实施例中，孔道118形成在腔体外壳112即铜层的内部，可以与轴线OO’呈一定角度延伸，并与谐振腔114间隔设置。

在图1和图2所示的实施例中，多个孔道118，如3个孔道118，形成在腔体外壳112即铜层的内部，并分别大致沿着轴线OO’延伸。孔道118用于供冷却液如冷却水流过，以冷却腔体外壳112。在腔体外壳112的周向，多个孔道118相互间隔设置。换言之，多个孔道118相互平行地形成在腔体外壳112即铜层的内部，并且相互间隔设置。在腔体外壳112的垂直于轴线OO’的剖面上，每个孔道118的截面大致呈弯曲的槽，且位于以轴线OO’为圆心的圆周上。

如图2所示，耦合腔110的外端面119上可以进一步形成有导向部120。导向部120可以为形成在外端面119上的柱状或其他形状的凸起结构，以便于与冷却结构130的对位安装。

冷却结构130可通过焊接如钎焊等方式与耦合腔110沿着轴线OO’连接。冷却结构130可以为金属腔体如不锈钢腔体。可选地，为了提高耦合腔110和冷却结构130之间的焊接性能，冷却结构130可以为镀镍的不锈钢腔体，既可以对整个不锈钢腔体镀镍，也可以仅针对不锈钢腔体与耦合腔110连接的端面131上镀镍。

具体地，冷却结构130包括本体132、形成在本体132中的导向槽134、进水槽136和进水口138。其中，导向槽134的形状与导向部120的形状相匹配，从而通过导向槽134和导向部120之间的配合以方便冷却结构130和耦合腔110轴向对接。

如图3所示，进水槽136形成在本体132的端面131上。在图3所示的实施例中，在冷却结构130的垂直于轴线OO’的截面上，进水槽136的形状为一个连续的弯曲槽，且所述弯曲槽在以轴线OO’为圆心的圆周上。如图1所示，当冷却结构130与耦合腔110沿着轴线OO’对接时，多个孔道118分别与导向槽134对准并连通。换言之，多个孔道118在冷却结构130的端面131上的正投影位于进水槽136中，从而使得进水槽136分别与多个孔道118连通。在一实施例中，多个孔道118在冷却结构130的端面131上的正投影全部位于进水槽136中。

进水口138形成在本体132的外周面上，并沿着径向OR朝向本体132内部延伸至与进水槽136连通。这样，冷却液如冷却水等可以经由进水口138流入进水槽136，进而流入多个孔道118中，从而对耦合腔110进行降温冷却。

图4是根据本发明的实施例二的耦合腔的放大示意图；图5是根据本发明的实施例二的冷却结构的放大示意图。如图4和图5所示，在图1至图3所示结构的基础上，冷却结构进一步包括形成在端面131上的第一定位部140，耦合腔进一步包括形成在外端面119上的第二定位部122。通过第一定位部140和第二定位部122之间的配合，可以快速准确地实现冷却结构和耦合腔的对位，使得多个孔道118在冷却结构的端面131上的正投影位于进水槽136中，从而使得进水槽136分别与多个孔道118连通。在一实施例中，第一定位部可以为形成在端面131中的凹槽或凸起，相应地，第二定位部可以为形成在外端面119上的凸起或凹槽。

根据上述实施例中的耦合腔装置100的具体结构，耦合腔110的腔体外壳112在垂直于轴线OO’的径向OR上具有一定厚度(如具有一定厚度的铜层)，整个孔道118直接形成于腔体外壳112(如铜层)的内部，并且通过焊接如钎焊等方式与耦合腔110沿着轴线OO’连接的冷却结构130中形成有与多个孔道118连通的进水槽136，这样，冷却液如冷却水等可以经由进水口138流入进水槽136，进而流入多个孔道118中，从而对耦合腔110进行降温冷却，从而满足更高功率下耦合腔运行的稳定性。此外，当孔道118形成在腔体外壳112即铜层的内部，大致沿着轴线OO’延伸时，孔道118为直线型孔道，加工方便，冷却效率高。

本发明的实施例还提供一种射频加速器，包括上述耦合腔装置。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种耦合腔装置(100)，其特征在于，包括：

耦合腔(110)；

冷却结构(130)；

其中，所述冷却结构(130)与所述耦合腔(110)沿着所述耦合腔(110)的轴线对接。

2.根据权利要求1所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述耦合腔(110)包括腔体外壳(112)、由所述腔体外壳(112)所限定的谐振腔(114)、沿着所述谐振腔(114)的轴线贯穿所述谐振腔(114)的束流孔(116)、以及形成在所述腔体外壳(112)中的至少一个用于供冷却液流通并与所述冷却结构(130)连通的孔道(118)。

3.根据权利要求2所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述腔体外壳(112)为在垂直于所述轴线的径向上具有一定厚度的铜层；整个所述孔道(118)直接形成于所述铜层的内部。

4.根据权利要求3所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述孔道(118)沿着所述轴线延伸，并与所述谐振腔(114)间隔设置。

5.根据权利要求3所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述铜层的内部设有多个所述孔道(118)；多个所述孔道(118)相互平行地形成在所述铜层的内部，并且相互间隔设置。

6.根据权利要求5所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：在所述腔体外壳的垂直于所述轴线的剖面上，每个所述孔道的截面呈弯曲的槽，且位于以所述轴线为圆心的圆周上。

7.根据权利要求2所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述冷却结构(130)为不锈钢腔体；所述本体(132)的与所述耦合腔(110)连接的端面(131)上镀镍，所述端面(131)通过焊接与所述耦合腔(110)沿着所述轴线连接。

8.根据权利要求7所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述冷却结构(130)包括本体(132)、进水槽(136)和进水口(138)；

所述进水槽(136)形成在所述端面(131)上，并与所述孔道(118)在所述轴线方向上连通；

所述进水口(138)形成在所述本体(132)的外周面上，并沿着与所述轴线垂直的径向朝向所述本体(132)内部延伸至与所述进水槽(136)连通。

9.根据权利要求8所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：在所述冷却结构(130)的垂直于所述轴线的截面上，所述进水槽(136)的形状为一个连续的弯曲槽，且所述进水槽(136)在以所述轴线为圆心的圆周上；所述孔道(118)在所述端面(131)上的正投影位于所述进水槽(136)中。

10.根据权利要求9所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述冷却结构(130)还包括形成在所述本体(132)中的导向槽(134)；所述耦合腔(110)上与所述端面(131)接触的外端面(119)上进一步形成有导向部(120)；所述导向槽(134)和所述导向部(120)相互配合。

11.根据权利要求9所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述冷却结构(130)还包括形成在所述端面(131)上的第一定位部(140)；所述耦合腔(110)上与所述端面(131)接触的外端面(119)上进一步形成有第二定位部(122)；所述第一定位部(140)和所述第二定位部(122)相互配合。

12.根据权利要求11所述的耦合腔装置(100)，其特征在于：所述第一定位部(140)为形成在所述端面(131)中的凹槽或凸起；所述第二定位部(122)为形成在所述外端面(119)上的凸起或凹槽。

13.一种射频加速器，其特征在于，包括：根据权利要求1至12中任一项所述的耦合腔装置(100)。

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