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Die
Erfindung betrifft einen Beschleuniger zur Beschleunigung von geladenen
Teilchen und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Beschleunigers.
Ein derartiger Beschleuniger kann unter anderem in der Medizintechnik,
insbesondere in der Strahlentherapie, eingesetzt werden, wo es nötig
ist, zur Erzeugung eines Behandlungsstrahls geladene Teilchen wie
beispielsweise Elektronen, Protonen oder andere geladene Ionen zu
beschleunigen. Die geladenen Teilchen können z. B. entweder
zur Erzeugung von Röntgen-Bremsstrahlung verwendet werden
oder direkt zur Bestrahlung eines Zielobjekts.
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Bekannt
sind hierfür so genannte ”dielectric wall accelerator” (engl.
für Beschleuniger mit dielektrischen Wänden),
kurz auch als DWA bezeichnet. Derartige Beschleuniger sind üblicherweise
eisenlose Induktions-Teilchenbeschleuniger, die ein Paket mit üblicherweise
einer Vielzahl von Laufzeitleitungen umfassen und dessen Arbeitsweise
auf einer unterschiedlichen Laufzeit von elektromagnetischen Wellen
in den Laufzeitleitungen basiert. Das Grundprinzip der Ausbreitung
eines elektromagnetischen Signals in einer Laufzeitleitung ist beispielsweise
in der
US 2,465,840 von
A. D. Blumlein, offenbart.
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Bei
einem Beschleuniger werden in die Vielzahl der Laufzeitleitungen
bzw. Laufzeitleitungen Stromstöße eingeleitet.
Die geometrische Anordnung von Laufzeitleitungen und die durch die
Stromstöße erzeugten elektromagnetischen Wellen
erzeugen ein sich zeitlich änderndes Magnetfeld bzw. eine Änderung
des magnetischen Flusses, welche – bedingt durch die geometrische
Anordnung der Laufzeitleitungen – an einem Ort, z. B. innerhalb
eines Strahlrohres, ein beschleunigendes elektrisches Potential erzeugt.
Das elektrische Potential wird dazu verwendet, geladene Teilchen
zu beschleunigen.
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Ein
derartiger Teilchenbeschleuniger ist beispielsweise aus der
US 5,757,146 bekannt. Als
Paket von Laufzeitleitungen wird hier ein Stapel von scheibenförmigen
Kondensatorpaaren eingesetzt. Ein Kondensatorpaar besteht dabei
aus zwei scheibenförmigen Plattenkondensatoren. Die Höhe
der Plattenkondensatoren und die Dielektrika zwischen den Kondensatorplatten
sind so gewählt, dass sich eine elektromagnetische Stoßwelle
in einem Kondensator des Kondensatorpaars deutlich schneller ausbreitet als
in dem anderen Kondensator. Ein derartiges Kondensatorpaar wird
in Anlehnung an die von A. D. Blumlein offenbarten Laufzeitleitungen
auch als asymmetrisches Blumlein oder Blumlein-Modul bezeichnet.
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Der
Stapel von scheibenförmigen Kondensatorpaaren bzw. Blumlein-Modulen
ist dabei um ein zentrales Rohr angeordnet. Jede zweite Kondensatorplatte
liegt gegenüber den anderen Kondensatorplatten auf einem
positiven Potential. Im statischen Fall erzeugen die Kondensatoren
alternierend jeweils entgegengesetzte elektrische Felder, die sich
im Inneren des Stapels, also entlang des zentralen Rohres, kompensieren.
Wenn nun die Kondensatorplatten am äußeren Umfang
kurzgeschlossen werden, breitet sich zwischen jedem Kondensatorplattenpaar eine
elektromagnetische Stoßwelle radial nach innen aus. Durch
die schnellere Ausbreitungsgeschwindigkeit der ins Zentrum gerichteten
Stoßwelle in jedem zweiten Kondensator erreicht die Stoßwellenfront
in jedem zweiten Kondensator das zentrale Rohr zu einem Zeitpunkt,
an dem sich die Stoßwellenfront in den anderen Kondensatoren
noch auf dem Weg nach innen befindet und das zentrale Rohr noch
nicht erreicht hat. Hierdurch ergibt sich eine Konstellation von
elektromagnetischen Feldern, die für eine gewisse Zeit
im Zentrum des Stapels entlang des Rohres ein elektrisches Potential
erzeugt. Das von einem Kondensatorpaar erzeugte Potential beträgt
im Idealfall das Doppelte der Ladespannung der Kondensatorplatten
und besteht so lange, bis die langsamere Stoßwelle ebenfalls
das zentrale Rohr erreicht hat. Dieser Zeitraum kann dazu genutzt
werden, geladene Teilchen entlang des Rohres zu beschleunigen. Am
Ausgang der Laufzeitleitung – in diesem Fall am inneren
Rohr – werden die Stoßwellen reflektiert. Auch
dies geschieht, bedingt durch die unterschiedlichen Laufzeiten,
zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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In
dem Vortrag Caporaso, GJ et al. "High Gradient
Induction Accelerator", Particle Accelerator Conference,
June 25–29, 2007, ist unter anderem die Möglichkeit
erwähnt, bei einer scheibenförmigen ausgebildeten
Laufzeitleitung die Permittivitätszahl abhängig
vom Radius zu variieren, um die Feldwellenimpedanz bei einer scheibenartig
aufgebauten Laufzeitleitung konstant zu halten.
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In
der Arbeit Humphries, S, "Principles of Charged
Particle Acceleration", ISBN 0-471-87878-2, wird auf S.
317 ff. offenbart, dass der Abstand der Elektrodenplatten
mit dem Radius ansteigt, sodass ein homogenes Dielektrikum verwendet
werden kann und dennoch eine radial gleich bleibende Impedanz erreichbar
ist.
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In
der
WO 2008/051358
A1 sind verschiedene Ausführungsformen von Laufzeitleitungen
offenbart, u. a. Blumlein-Module, welche streifenartig zentral nach
innen auf ein Strahlrohr zulaufen. Die streifenartigen Blumlein-Module
können dabei auch einen geschwungenen Verlauf annehmen.
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Der
Artikel
von Caporaso, GJ, "High Gradient Induction Cell",
Proceedings of the Workshop an Accelerator Driven High Energy Density
Physics, October 26–29, 2004, Lawrence Berkeley National
Laboratory, und der
Artikel von Nelson, SD, Poole,
BR, "Electromagentic Simulations of Dielectric Wall Accelerator
Structures for Electron Beam Acceleration", Particle Accelerator
Conference, 2005, PAC 2005, Proceedings of the, 16–20 May
2005, 2550–2552 beschreiben ebenso einen Aufbau
der Blumlein-Module mit ebenen, linearen, streifenförmigen
Laufzeitleitungen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Beschleuniger bereitzustellen,
welche eine effektive Beschleunigung von geladenen Teilchen bei
einfacher Herstellung ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch einen Beschleuniger nach Anspruch
1. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Merkmalen der
abhängigen Ansprüche.
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Der
erfindungsgemäße Beschleuniger zur Beschleunigung
von geladenen Teilchen umfasst mehrere Laufzeitleitungen, welche
auf eine Strahltrajektorie zulaufen und welche in Richtung der Strahltrajektorie
nacheinander angeordnet sind. Zumindest einige der Laufzeitleitungen
sind bezüglich der Strahltrajektorie gegeneinander rotiert.
Die Rotationsachse ist hierbei die Strahltrajektorie.
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Dies
bedeutet, dass – in Richtung der Strahltrajektorie – gesehen,
die Projektionen der Laufzeitleitungen nicht deckungsgleich übereinander
liegen, sondern gegeneinander verdreht sind. Die Projektionen überlappen
sich nicht vollständig und überschneiden sich
nur teilweise. Die Laufzeitleitungen laufen auf eine Strahltrajektorie
zu, wodurch eine in die Laufzeitleitung eingekoppelte elektromagnetische
Welle ebenfalls auf die Strahltrajektorie zuläuft bzw.
nach Reflexion wieder zurücklaufen kann. Bezüglich
der Verlaufsrichtung der Strahltrajektorie sind die Laufzeitleitungen
nacheinander angeordnet. Beispielsweise können die Laufzeitleitungen
gestapelt nacheinander entlang der Strahltrajektorie angeordnet
werden.
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Der
Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass bei einer
scheibenartig aufgebauten Laufzeitleitung die räumliche
Ausbreitung der elektromagnetischen Felder zwar vorteilhaft ist.
Bei einer ringförmig nach innen laufenden eingekoppelten
Stoßwelle muss sich der magnetische Fluss nämlich
um ein zentral angeordnetes Strahlrohr winden, da es praktisch keinen
anderen Streufeld-Rückflussraum gibt. Nahezu der gesamte magnetische
Fluss erzeugt daher ein elektrisches Potential, welches zur Beschleunigung
verwendet werden kann.
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Dabei
wurde aber auch erkannt, dass bei einer scheibenartigen Laufzeitleitung
eine konstante Feldwellenimpedanz nur schwer und aufwändig
zu erreichen ist, welche für eine unverzerrte Ausbreitung
eine elektromagnetische Stoßwelle notwendig wäre.
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Sind
die beiden Kondensatoren z. B. mit einem homogenen Dielektrikum
gefüllt und besitzen eine vom Radius unabhängige
Dicke, ist allerdings die gewünschte radiale Stoßwellenausbreitung
unmöglich: Die Verschiebungsstromdichte in der Stoßfront
wird durch die Entladung des Dielektrikums aufgebracht; bei kleinen
Radien steht weniger Stoßfrontquerschnitt zur Verfügung,
wodurch der Entladestrom entlang den Platten nicht konstant gehalten werden
kann.
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Bei
einer konstanten geometrischen Dicke der scheibenartigen Laufzeitleitung
müsste ein radial inhomogenes Dielektrikum verwendet werden,
um die Feldwellenimpedanz bei einer scheibenartig aufgebauten Laufzeitleitung
konstant zu halten und damit die Ausbreitung einer Stoßwelle
zu ermöglichen Dies bringt das Problem mit sich, eine radial
variable Permittivitätszahl herzustellen. Zudem wird bei
einer derartigen Laufzeitleitung das Energiespeichervermögen
des Dielektrikums nur in der Nähe des zentralen Strahlrohres
vollständig ausgenutzt. Bei größeren Radien
muss die Permittivitätszahl und damit das Energiespeichervermögen
pro Volumeneinheit künstlich reduziert werden.
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Eine
andere Lösung mit radial konstanter Permittivitätszahl,
bei der die Dicke der Laufzeitleitung abhängig vom Radius
linear nach außen zunimmt, steht hingegen einem kompakten
Beschleunigerdesign entgegen. Die mit einer derartigen Konfiguration
erreichbare Stapeldichte wird relativ klein und ist nicht durch
die Beschleunigungsstrecke am Innenrand in der Nähe der
Strahltrajektorie gegeben, sondern durch die Höhe am Außenrand
bestimmt.
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Weiterhin
liegt der Erfindung die Überlegung zu Grunde, dass lineare,
streifenartige Laufzeitleitungen zwar einfach in der Herstellung
sind und eine günstige, weitgehend gleich bleibende Feldwellenimpedanz
auch bei einem homogenen Dielektrikum aufweisen, dass derartige
Laufzeitleitungen jedoch beim Betrieb eine nicht optimale räumliche
Konstellation von elektromagnetischen Feldern erzeugen. Beim Betrieb
erzeugen eingeleitete Wellen einen magnetischen Fluss, der seitlich
aus den Leitungen austritt und sich bevorzugt direkt um die Laufzeitleitung windet
und nicht um ein zentrales Strahlrohr, so dass nur ein Teil des
erzeugten magnetischen Flusses für die Beschleunigung von
geladenen Teilchen verwendet werden kann.
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Bei
Lösungen, bei denen eine magnetische Flussleitung mit magnetischen
Kernen erreicht wird, ist mitunter wegen der extrem schnellen Sättigung des
Magnetmaterials bzw. den großen nötigen Querschnitten
nicht oder nur sehr schwer zu realisieren.
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Dadurch,
dass bei dem erfindungsgemäßen Beschleuniger die
Laufzeitleitungen gegeneinander rotiert sind, wird ein Teil des
magnetischen Flusses, der seitlich aus einer Laufzeitleitung austreten
würde und sich um die Laufzeitleitung winden würde,
zum Teil in andere Laufzeitleitungen eingeleitet, die hierzu rotiert
angeordnet sind. Hierdurch wird eine Konfiguration des magnetischen
Flusses erreicht, die sich der vorteilhaften Konfiguration des magnetischen Flusses
bei einer scheibenartig ausgebildeten Laufzeitleitung annähert
und sich zu einem größeren Teil um ein zentral
angeordnetes Strahlrohr windet. Insgesamt steht hierdurch ein größerer
Teil des magnetischen Flusses zur Beschleunigung von Teilchen in einem
Strahlrohr zur Verfügung.
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Üblicherweise
sind die Laufzeitleitungen in Blumlein-Modulen angeordnet, wobei
ein Blumlein-Modul ein Paar aus einer schnellen Laufzeitleitung
und aus einer langsamen Laufzeit leitung umfasst. In diesem Falle
sind bei dem Beschleuniger zumindest ein Teil der Blumlein-Module
bezüglich der Strahltrajektorie gegeneinander rotiert.
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Beispielsweise
kann ein derartiges Blumlein-Modul über ein Kondensatorpaar
realisiert werden, wobei das Kondensatorpaar eine gemeinsame Mittelelektrode
sowie zwei Außenelektroden umfasst. Zwischen Mittelelektrode
und den Außenelektroden befindet sich jeweils ein Dielektrikum.
Hierdurch entsteht eine Doppelschicht aus Einzelleitern, welche
durch die Wahl des Dielektrikums und durch die geometrischen Abmessungen
eine Verzögerungszeit z. B. im Verhältnis 1 zu
3 aufweisen können.
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Insbesondere
können die Laufzeitleitungen streifenartig ausgebildet
sein. In diesem Fall weisen die Laufzeitleitungen bzw. die Projektion
der Laufzeitleitungen in Richtung der Strahltrajektorie im Wesentlichen
die Form eines länglichen Rechtecks auf, das eine im Wesentlichen
konstante Breite von weniger als dem Achtfachen des Strahlrohrdurchmessers, insbesondere
weniger als dem Vierfachen des Strahlrohrdurchmessers, und höchst
insbesondere weniger als das Doppelte des Strahlrohrdurchmessers
hat.
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Dies
ergibt eine Laufzeitleitung, die der Art nach als Streifen ausgebildet
ist. Der längliche Streifen kann auch wie in der
WO 2008/051358 A1 in
der Streifenebene einen geschwungenen Verlauf annehmen oder sich
auf die Strahltrajektorie hin verjüngen. Die nach Art eines
Streifens ausgebildeten Laufzeitleitungen weisen eine im Wesentlichen
konstante Höhe und eine im Wesentlichen konstante Breite
auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind bei einem Teil der
Laufzeitleitungen die Laufzeitleitungen miteinander verschränkt.
Dies ist möglich, da die Laufzeitleitungen gegeneinander
rotiert sind, so dass sie mit zunehmendem Abstand von der Strahltrajektorie
auf Lücke angeordnet werden können. Damit ist
eine Verschränkung der Laufzeitleitungen untereinander
möglich, was wiederum Vorteile bei der kompakten Bau weise
bzw. bei der Verschaltung der Laufzeitleitungen ermöglicht.
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Insbesondere
sind ein Teil der Laufzeitleitungen derart miteinander verschränkt,
dass hierdurch die miteinander verschränkten Laufzeitleitungen
eine Form annehmen, welche eine radial nach außen abnehmende
Höhe aufweist. Die Form kann insbesondere derart beschaffen
sein, dass sie innerhalb einer um die Strahltrajektorie rotationssymmetrischen
Hüllfläche anordenbar ist, welche eine radial
nach außen abfallende Höhe aufweist. Die Hüllfläche
kann insbesondere durch Rotation einer Hyperbel um die Strahltrajektorie
gebildet werden.
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Diesen
Ausführungsformen liegen Überlegungen zu Grunde,
die das Problem einer radial nach innen laufenden elektromagnetischen
Welle von der Energiedichteverteilung her betrachten. Eine konstante
Energiedichteverteilung w, gegeben durch den Zusammenhang w = εrεoE2 (εr ...
relative Permittivitätszahl, εo ...
Permittivität des Freiraums, E ... elektrische Feldstärke),
führt bei konstanter Permittivitätszahl εr und konstanter elektrischer Feldstärke
E dazu, dass die Masse des Dielektrikums pro Radiuselement dR ebenfalls
konstant bleiben soll. Dies bedeutet, dass zwischen Dicke D des
Dielektrikums und dem radialen Abstand R ein indirekt proportionaler Zusammenhang
D ~ 1/R gegeben ist.
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Durch
die Verschränkung der Laufzeitleitungen miteinander und
durch die geometrische Form der verschränkten Laufzeitleitungen,
welche eine Form eine radial nach außen hin abfallende
Höhe aufweist, können die oben angeführten
idealen Zusammenhänge zumindest näherungsweise
erfüllt werden.
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Durch
die Verschränkung, die mit wachsendem Radius größer
wird, kann zudem erreicht werden, dass das Feldvolumen für
die magnetische Feldstärke B und das Feldvolumen für
das elektrische Feldstärke E in etwa in der gleichen Größenordnung
liegen, was letztlich zu einem verbesserten oder gar maximierten
beschleunigenden Potential führt.
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Die
Laufzeitleitungen können zudem über eine gemeinsame
Ringelektrode miteinander verschaltet werden, was aufgrund der zueinander
rotierten Laufzeitleitungen besonders vorteilhaft ist.
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Insbesondere
bei verschränkten Laufzeitleitungen, bei denen ein Teil
der Laufzeitleitungen am äußeren Ende in etwa
in der gleichen Ebene liegen, kann eine derartige Ringelektrode
auf einfache Weise für eine Verschaltung sorgen.
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Ausführungsformen
der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den
Merkmalen der abhängigen Ansprüche sind anhand
der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne
jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein Blumlein-Modul mit einer Doppelleiterstruktur,
welches in gerader Weise radial nach innen auf eine Strahltrajektorie
zuläuft,
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2 eine
Aufsicht auf acht streifenartig ausgebildete, gegeneinander rotierte
Blumlein-Module, wobei jedes Blumlein-Modul eine Doppelschicht von
Einzelleitern umfasst,
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3 eine
perspektivische Ansicht von acht streifenartig ausgebildeten, ineinander
verschränkten Blumlein-Modulen,
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4 eine
genauere Darstellung eines der Blumlein-Module aus 3,
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5 eine
Darstellung von hyperbolischen Hüllkurven entlang des Strahlrohres.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Blumlein-Moduls 11 anhand
eines Längsschnitts durch einen Teil des Blumlein-Moduls 11.
Ein Induktions-Beschleuniger ist aus derartigen Blumlein-Modulen
aufgebaut. Mit einem Blumlein-Modul lässt sich ein beschleunigendes
elektrisches Potential entlang einer Strahltrajektorie 35 erzeugen.
Der Beschleuniger weist üblicherweise eine Vielzahl derartiger Blumlein-Module 11 auf,
die üblicherweise stapelartig nacheinander angeordnet sind.
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Das
Blumlein-Modul 11 umfasst dabei eine schnelle Laufzeitleitung 15 und
eine langsame Laufzeitleitung 13. Die beiden Laufzeitleitungen 15, 13 sind
als Kondensatoren ausgebildet, wobei der Kondensator der schnellen
Laufzeitleitung 15 ein erstes Dielektrikum mit einer ersten
Permittivitätszahl ε1 aufweist
und wobei der Kondensator der langsamen Laufzeitleitung ein zweites
Dielektrikum mit einer zweiten Permittivitätszahl ε2 aufweist. Die Höhe der Kondensatoren
und die Permittivitätszahlen der Dielektrika sind dabei
so gewählt, dass sich eine elektromagnetische Welle in
der schnellen Laufzeitleitung 15 deutlich schneller ausbreitet
als in der langsamen Laufzeitleitung 13, symbolisch dargestellt
durch die dünnen Pfeile 29 bzw. durch die dicken
Pfeile 27. Ein besonders günstiges Höhenverhältnis
ist durch ein Verhältnis von 1:√3 gegeben, bei einem Verhältnis der
Permittivitätszahlen ε1:ε2 von 1:9. Mit diesen Parametern lässt
sich Impedanz maximieren, was die zur Schaltung notwendigen Ströme
minimiert. Die Laufzeiten von elektromagnetischen Wellen in den beiden
Laufzeitleitungen 13, 15 verhalten sich in diesem
Fall im Verhältnis 1:3.
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Die
beiden äußeren Kondensatorplatten 23, also
die Außenelektroden, sind geerdet, während die mittlere
Kondensatorplatte 25 bzw. die Mittelelektrode je nach Schaltung
auf ein bestimmtes Potential gesetzt werden kann. Hierzu befindet
sich an der Eingangsseite 19 der Laufzeitleitungen 13, 15 eine Schaltanordnung 21,
mit der die mittlere Kondensatorplatte 25 auf ein bestimmtes
Potential gesetzt werden kann. Bei einem Kurzschluss der Mittelelektrode und
der Außenelektroden erzeugt dies eine elektromagnetische
Stoßwelle, die sich von der Eingangsseite 19 radial
nach innen zur Ausgangs seite 17 fortpflanzt. An der Ausgangsseite 17 befindet
sich ein Strahlrohr 31, isoliert von dem Blumlein-Modul 11 durch
einen Vakuumisolator 33, in welchem – durch die
unterschiedlichen Laufzeiten der elektromagnetischen Wellen bedingt – für
einen gewissen Zeitraum ein elektrisches Potential erzeugt wird,
was zur Beschleunigung geladener Teilchen entlang einer Strahltrajektorie 35 ausgenutzt
werden kann.
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2 zeigt
eine Aufsicht auf acht streifenartig ausgebildete Blumlein-Module 11,
welche stapelweise nacheinander entlang eines Strahlrohres 31 angeordnet
sind. Das Strahlrohr 31 verläuft dabei durch die
Mitte jedes der streifenartig ausgebildeten Blumlein-Module 11.
Die Blumlein-Module 11 sind dabei gegeneinander rotiert
bezüglich der Strahltrajektorie 35 als Rotationsachse,
welche senkrecht zur Ebene der Zeichnung verläuft. Die
Projektionen der Blumlein-Module 11 in Richtung der Strahltrajektorie 35 sind
durch die ihre Verdrehung gegeneinander nicht überlappend.
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Zwei
radial nach innen gerichtete Pfeile 37 verdeutlichen bei
einem der Blumlein-Module 11 die Laufrichtung von elektromagnetischen
Wellen, die an der Eingangsseite 17 der Blumlein-Module 11 eingekoppelt
werden können. Die elektromagnetischen Wellen laufen auf
das Strahlrohr 31 zu. Hierdurch entsteht eine Konfiguration
von elektromagnetischen Feldern, welche zumindest zum Teil einen
magnetischen Fluss erzeugt, der um das Strahlrohr 31 verläuft
und der sich zeitlich ändert. Dieser zeitlich sich ändernde
magnetische Fluss erzeugt im Inneren des Strahlrohres 31 ein
beschleunigendes elektrisches Potential entlang der Strahltrajektorie 35.
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Der
magnetische Fluss, der durch eine in einem Blumlein-Modul 11 propagierende
elektromagnetische Welle erzeugt wird, tritt u. a. seitlich aus
den einzelnen Blumlein-Modulen aus, symbolisiert durch die gepunkteten
Pfeile 39. Durch die gegeneinander rotierten Blumlein-Module 11 wird
dieser seitlich austretende magnetische Fluss nun teilweise so geleitet, dass
er in andere Blumlein-Module 11 eintritt und dadurch um
das Strahlrohr 31 gewunden wird.
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Ohne
die Rotation der Blumlein-Module 11 würde ein
Teil dieses magnetischen Flusses, der nun um das Strahlrohr 31 herum
geführt wird, um die Längsrichtung der streifenartig
ausgebildeten Blumlein-Module 11, d. h. um die Ausbreitungsrichtung
der elektromagnetischen Welle, herum geführt. Dieser Teil
würde somit nicht zum beschleunigenden elektrisches Potential
beitragen. Durch die Rotation der Blumlein-Module 11 gegeneinander
wird somit das erzeugte beschleunigende elektrische Potential erhöht,
da der entstehende magnetische Fluss vermehrt um das Strahlrohr 31 geführt
wird.
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Zur
Verschaltung der Blumlein-Module 11 kann eine Ringelektrode 41 vorgesehen
sein, die es ermöglicht, elektromagnetische Stoßwellen
in die Blumlein-Module 11 einzukoppeln.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht der streifenartig ausgebildeten Blumlein-Module 11.
In dieser perspektivischen Ansicht ist deutlich zu erkennen, dass
die Blumlein-Module 11 gegeneinander verschränkt
sind. Für die Verschränkung der Laufzeitleitungen
verläuft eine streifenartig ausgebildete Laufzeitleitung
mitunter nicht mehr in einer Ebene, sondern ist verbogen. 4 zeigt
eine vergrößerte Darstellung der obersten Laufzeitleitung
des Stapels, bei der der schichtweise Aufbau erkennbar mit Mittelelektrode 25 und
zwei Außenelektroden 23 erkennbar ist.
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Dadurch,
dass der Umfang mit zunehmendem Radius wächst, steht mit
zunehmendem Radius mehr Platz zur Verfügung, um Blumlein-Module 11 nebeneinander
anzuordnen, während um das Strahlrohr 31 die Blumlein-Module 11 nacheinander
entlang des Strahlrohrs 31, also stapelartig, angeordnet sind.
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Die
nebeneinander angeordneten, verschränkten Laufzeitleitungen
sind besonders einfach über eine in einer Ebene angeordnete
Ringelektrode zu verschalten.
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5 zeigt
um das Strahlrohr 31 angeordnete Hüllflächen 43,
die eine mit zunehmendem Radius R eine hyperbolisch abnehmende Höhe
h aufweisen. Zur besseren Darstellung sind die Hüllflächen 43 und das
Strahlrohr 31 aufgeschnitten dargestellt. Die in 3 gezeigten,
ineinander verschränkten streifenartigen Laufzeitleitungen
können derart innerhalb einer Hüllfläche 43 angeordnet
werden, dass sie sich innerhalb der Hüllfläche 43 befinden.
Hierdurch lassen sich die oben beschriebenen Vorteile erreichen. Eine
in 3 gezeigte Gruppe mit ineinander verschränkten,
streifenartigen Laufzeitleitungen kann entlang des Strahlrohres
wiederholt angeordnet werden, so dass die Erzeugung eines großen,
beschleunigenden Potentials möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2465840 [0002]
- - US 5757146 [0004]
- - WO 2008/051358 A1 [0008, 0025]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Vortrag Caporaso,
GJ et al. ”High Gradient Induction Accelerator”,
Particle Accelerator Conference, June 25–29, 2007 [0006]
- - Arbeit Humphries, S, ”Principles of Charged Particle
Acceleration”, ISBN 0-471-87878-2, wird auf S. 317 ff. [0007]
- - Artikel von Caporaso, GJ, ”High Gradient Induction
Cell”, Proceedings of the Workshop an Accelerator Driven
High Energy Density Physics, October 26–29, 2004, Lawrence
Berkeley National Laboratory [0009]
- - Artikel von Nelson, SD, Poole, BR, ”Electromagentic
Simulations of Dielectric Wall Accelerator Structures for Electron
Beam Acceleration”, Particle Accelerator Conference, 2005,
PAC 2005, Proceedings of the, 16–20 May 2005, 2550–2552 [0009]