CN115866873A - 一种用于加速器的聚束装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加速器的聚束装置，包括：真空室、电极以及阻抗变换器；所述真空室具有用于使离子束注入所述加速器的束流通道；所述电极设置在所述束流通道内的轴线上，且与所述阻抗变换器相连接；所述阻抗变换器，用于在阻抗匹配状态下馈入功率，在所述电极上产生电场对所述离子束进行加减速，从而对所述束流进行聚束。本申请技术方案，能够在加速器的离子束注入方向上，对离子源引出的连续束流进行压缩，实现束流的聚束，提高加速器的注入效率。

Description

一种用于加速器的聚束装置

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，特别是关于一种用于加速器的聚束装置。

背景技术

加速器，如回旋加速器在国民生产的各个行业具有重要用途，工业上可以应用于辐射加工、无损检测，农业上可用于辐射育种，卫生医疗领域可以用于放射治疗、医用同位素生产、辐照消毒等等。

小型化、高性能的紧凑型回旋加速器是商用化的重要发展方向，在材料科学、核医学、放射生物学、疾病的诊断和治疗方面都具有广阔的前景。

目前，各研究机构和厂商都积极研制回旋加速器。例如，一种典型的7MeV的紧凑型回旋加速器，其采用外部的电子回旋共振(ECR，Electron Cyclotron Resonance)离子源，使ECR离子源产生的离子束沿着回旋加速器主磁场的轴向注入到加速器内部，再利用静电偏转板使离子束进入家去器的加速轨道中进行加速。

然而，本申请的发明人在研究中发现，离子源输出的束流是连续的，束流脉冲宽度相对于加速器的高频周期大，经过一段束流传输线，束流宽度会进一步增大，而回旋加速器的中心区只能接收到有限的相位区间的束流，因而直接将连续束注入到加速器的中心区，将只有少量的离子束被加速，离子注入的效率较低。有必要提供将离子源引出的连续束流压缩为较窄束团的聚束装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于加速器的聚束装置，能够在加速器的离子束注入方向上，对离子源引出的连续束流进行压缩，增加加速器可以加速的束流，即提高注入效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本申请提供一种用于加速器的聚束装置，包括：真空室1、电极2以及阻抗变换器3；

所述真空室1具有用于使离子束注入所述加速器的束流通道；

所述电极2设置在所述束流通道内的轴线上，且与所述阻抗变换器3相连接；

所述阻抗变换器3，用于在阻抗匹配状态下馈入功率，在所述电极2上产生电场对所述离子束进行加减速，从而对所述束流进行聚束。

在本申请的一种实现方式中，所述电极2包括相互平行的至少两个中空的电极端面6；

所述电极端面与所述束流通道的轴线相垂直；其中一个所述电极端面与所述阻抗变换器3相电连接，另一所述电极端面接地。

在本申请的一种实现方式中，每一所述电极端面的中空部分布设有由若干条导电丝组成的导电丝网7。

在本申请的一种实现方式中，所述若干条导电丝之间相互平行，且相邻两条所述导电丝之间的间距大于所述导电丝的直径。

在本申请的一种实现方式中，所述电极2还包括使相邻两个所述电极端面6保持设定间隔的多个绝缘支柱8。

在本申请的一种实现方式中，所述阻抗变换器3在与所述束流通道的轴线相垂直的方向上与所述真空室1相连接。

在本申请的一种实现方式中，所述阻抗变换器3通过法兰5与所述真空室1相连接。

在本申请的一种实现方式中，所述阻抗变换器3用以连接外部的射频功率源，在1：4或1：9阻抗变换的阻抗匹配下向所述电极2馈入功率。

在本申请的一种实现方式中，所述阻抗变换器3在所述电极的一个电极端面上产生电压信号，所述电压信号的频率的取值范围为2.75-50MHz，峰值电压的取值范围为0.5-3kV。

在本申请的一种实现方式中，所述真空室1的束流通道的两端通过法兰4连接外部束流管道；

所述真空室1还连接可调节所述真空室1的真空度的外部真空调节设备，在所述聚束装置的工作状态下，所述真空室1的真空度不高于1.0×10^-5mbar。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明申请方案中提供的聚束装置，可以安装在ECR离子源到回旋加速器的注入线上，结构简单，安装维护方便，聚束装置的真空室具有束流通道，电极设置在束流通道的轴线上，阻抗变换器在阻抗匹配状态下馈入功率，在电极上产生电场对离子束进行加减速，从而实现束流的聚束，提高加速器的注入效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于加速器的聚束装置的整体结构示意图；

图2是图1实施例中的EE切面的俯视图；

图3是本发明实施例中的聚束装置中的电极结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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，对本发明实施例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部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，在本申请的一个实施例中提供了一种用于加速器的聚束装置，包括：真空室1、电极2以及阻抗变换器3。

其中，真空室1具有用于使离子束注入加速器的束流通道。

电极2设置在束流通道内的轴线上，且与阻抗变换器3相连接。

阻抗变换器3，用于在阻抗匹配状态下馈入功率，在电极2上产生电场对离子束进行加减速，从而对束流进行聚束。

下面请一并参阅图1至图3，在本申请的一个更为详细的实施例中，说明本申请提供的聚束装置的结构，以及其工作原理和效果。

在本申请实施例中，聚束装置，可以应用于紧凑型回旋加速器，可以提高其离子注入的效率。具体的，例如以7MeV紧凑型回旋加速器为例，其采用外部电子回旋共振离子源(ECR)和轴向注入的方法，ECR离子源位于回旋加速器顶部，其产生的束流沿着轴向注入线(例如图1示意中的竖直线方向)注入到加速器内部，再利用静电偏转板使之进入中心平面的加速轨道中进行加速。

本申请实施例提供的聚束装置，在工作状态下，安装于回旋加速器的轴向注入线上。

本实施例中的聚束装置，包括真空室1、电极2以及阻抗变换器3。

具体的，真空室1可以但不限于是规则对称结构，例如图1和图2示意为长方体结构，其中具有用于使离子束注入加速器的束流通道。在图1示意中，束流通道的轴线与回旋加速器的轴向注入线重合。真空室1的束流通道的上下两端可以通过法兰4连接外部的束流管道。

在本申请实施例中，在工作状态之前，真空室1通过连接的真空泵等外部真空调节设备来调节真空度。在工作状态下，真空室1当中有离子束流过时，其内部的真空度不高于1.0×10^-5mbar。

在本申请实施例中，如图1和图2所示意，阻抗变换器3通过法兰5与真空室1相连接，从而使阻抗变换器3在与束流通道的轴线相垂直的方向上与真空室1相连接。

在聚束装置处于工作状态时，阻抗变换器3一端与电极2相连接，另一端可以通过电缆与外部的固态功率源相连接，可以采用1：4或1：9阻抗变换的阻抗匹配状态下向电极2馈入功率，例如可以实现固态功率源50Ω输出到电极端200Ω或450Ω阻抗匹配，在电极2产生高达1.2kV的锯齿波电压，其工作频率为31.02MHz。从而由电极2形成的变化电场对离子进行加减束，实现束流的聚束。

请具体参阅图2和图3，说明电极2的结构。

在本申请的实施例中，电极2包括相互平行的两个中空的电极端面6。电极端面6可以采用铜等导电材料。

电极端面6与束流通道的轴线相垂直，其中一个电极端面与阻抗变换器3相电来连接，例如电极端面可以通道导电片10连接阻抗变换器3，在阻抗匹配的状态下获得例如31.02MHz的高频锯齿电压信号。另一个电极端面接地，例如可以通过导电片9接地，接地的方式可以有很多种，在此并不限定，例如法兰5可以采用金属材料，作为地信号，接地的电极端面通过导电片9连接法兰5。或者，电极端面可以通过导电片9连接到阻抗变换器3中电子线路中的地信号。

在本申请实施例中，电极2还包括使相邻两个电极端面6保持设定间隔的多个绝缘支柱8，例如在图3中示意为4个绝缘支柱。绝缘支柱可以但不限于采用陶瓷等绝缘材料制备。

每一电极端面6的中空部分布设有由若干条导电丝组成的导电丝网7。具体的，导电丝网7中的导电丝之间相互平行，导电丝可以采用钨丝绕在电极端面上的螺钉形成。邻两条导电丝之间的间距大于导电丝的直径，从而避免导电丝对离子束的透过率造成影响，一般减少的透过率不超过20％即可。例如导电丝的直径可以是0.1mm，之间的间距为3mm。

由上述结构的聚束器在工作时，真空室1处于真空状态，阻抗变换器3外接外部的射频功率源，在阻抗匹配状态下在电极的一个端面及其导电丝网上产生高频锯齿波电压，另一端面接地，相对高速离子受较低电场作用，相对低速离子受较高电场作用，将连续束流调制成脉冲束流，同时，电极2上的丝网状结构可以有效减小束流通道占比，提高加速器的注入效率。

综上，上述本发明申请方案中提供的聚束装置，可以安装在ECR离子源到回旋加速器的注入线上，结构简单，安装维护方便，同时聚束装置的真空室具有束流通道，电极设置在束流通道的轴线上，阻抗变换器在阻抗匹配状态下馈入功率，在电极上产生电场对离子束进行加减速，从而实现束流的聚束，提高加速器的注入效率。

以上上述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于加速器的聚束装置，其特征在于，包括：真空室(1)、电极(2)以及阻抗变换器(3)；

所述真空室(1)具有用于使离子束注入所述加速器的束流通道；

所述电极(2)设置在所述束流通道内的轴线上，且与所述阻抗变换器(3)相连接；

所述阻抗变换器(3)，用于在阻抗匹配状态下馈入功率，在所述电极(2)上产生电场对所述离子束进行加减速，从而对所述束流进行聚束。

2.根据权利要求1所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述电极(2)包括相互平行的至少两个中空的电极端面(6)；

所述电极端面与所述束流通道的轴线相垂直；其中一个所述电极端面与所述阻抗变换器(3)相电连接，另一所述电极端面接地。

3.根据权利要求2所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，每一所述电极端面的中空部分布设有由若干条导电丝组成的导电丝网(7)。

4.根据权利要求3所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述若干条导电丝之间相互平行，且相邻两条所述导电丝之间的间距大于所述导电丝的直径。

5.根据权利要求2至4任一项所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述电极(2)还包括使相邻两个所述电极端面(6)保持设定间隔的多个绝缘支柱(8)。

6.根据权利要求1所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述阻抗变换器(3)在与所述束流通道的轴线相垂直的方向上与所述真空室(1)相连接。

7.根据权利要求6所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述阻抗变换器(3)通过法兰(5)与所述真空室(1)相连接。

8.根据权利要求1所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述阻抗变换器(3)用以连接外部的射频功率源，在1：4或1：9阻抗变换的阻抗匹配下向所述电极(2)馈入功率。

9.根据权利要求8所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述阻抗变换器(3)在所述电极的一个电极端面上产生电压信号，所述电压信号的频率的取值范围为2.75-50MHz，峰值电压的取值范围为0.5-3kV。

10.根据权利要求1所述的用于加速器的聚束装置，其特征在于，所述真空室(1)的束流通道的两端通过法兰(4)连接外部束流管道；

所述真空室(1)还连接可调节所述真空室(1)的真空度的外部真空调节设备，在所述聚束装置的工作状态下，所述真空室(1)的真空度不高于1.0×10^-5mbar。

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