DE102010044113A1

DE102010044113A1 - RF cavity and particle accelerator with RF cavity

Info

Publication number: DE102010044113A1
Application number: DE102010044113A
Authority: DE
Inventors: Oliver Heid; Timothy Hughes
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-24
Also published as: WO2012065799A1

Abstract

Eine HF-Kavität umfasst eine Kammer mit einer elektrisch leitenden Wand und eine erste Antriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von ersten Festkörperschaltern, die entlang eines Umfangs der Wand angeordnet sind. Dabei ist jeder erste Festkörperschalter ausgebildet, einen elektrischen Strom in die Wand einzukoppeln. Weiter umfasst die HF-Kavität eine zweite Antriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von zweiten Festkörperschaltern, die entlang des Umfangs der Wand angeordnet sind. Dabei ist auch jeder zweite Festkörperschalter ausgebildet, einen elektrischen Strom in die Wand einzukoppeln. Außerdem ist die zweite Antriebsvorrichtung parallel zur ersten Antriebsvorrichtung orientiert.An RF cavity comprises a chamber with an electrically conductive wall and a first drive device with a plurality of first solid-state switches which are arranged along a circumference of the wall. Each first solid-state switch is designed to couple an electrical current into the wall. The RF cavity further comprises a second drive device with a plurality of second solid-state switches which are arranged along the circumference of the wall. Every second solid-state switch is designed to couple an electrical current into the wall. In addition, the second drive device is oriented parallel to the first drive device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine HF-Kavität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Teilchenbeschleuniger mit einer HF-Kavität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.The present invention relates to an RF cavity according to the preamble of patent claim 1 and to a particle accelerator having an RF cavity according to the preamble of patent claim 8.

In HF-Kavitäten lassen sich hochfrequente elektromagnetische Schwingungen anregen. Solche HF-Kavitäten können auch als Resonatoren bezeichnet werden. HF-Kavitäten werden beispielsweise in Teilchenbeschleunigern zur Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen verwendet.In HF cavities, high-frequency electromagnetic oscillations can be excited. Such RF cavities can also be referred to as resonators. For example, RF cavities are used in particle accelerators to accelerate electrically charged particles.

Zum Anregen einer hochfrequenten elektromagnetischen Schwingung in einer HF-Kavität ist es bekannt, eine hochfrequente Leistung beispielsweise mittels eines Klystrons zu erzeugen und mittels eines Wellenleiters zur HF-Kavität zu transportieren oder mittels eines Dämpfungsglieds oder eines induktiven Kopplers in die Kavität einzukoppeln. Allerdings lassen sich mit dieser Art der Anregung nicht beliebig hohe HF-Leistungen erzielen.To excite a high-frequency electromagnetic oscillation in an RF cavity, it is known to generate a high-frequency power, for example by means of a klystron, and to transport it by means of a waveguide to the RF cavity or to couple it into the cavity by means of an attenuator or an inductive coupler. However, this type of excitation can not achieve arbitrarily high RF power.

Aus der EP 0 606 870 A1 ist bekannt, eine HF-Kavität mit einer leitfähigen Wand mit einer Mehrzahl von Festkörperverstärkern auszustatten, die dazu vorgesehen sind, einen hochfrequenten Stromfluss in der Wand der HF-Kavität zu induzieren und dadurch eine hochfrequente elektromagnetische Schwingung in der HF-Kavität anzuregen.From the EP 0 606 870 A1 It is known to provide an RF cavity with a conductive wall with a plurality of solid state amplifiers, which are intended to induce a high-frequency current flow in the wall of the RF cavity and thereby to stimulate a high-frequency electromagnetic oscillation in the RF cavity.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte HF-Kavität bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine HF-Kavität mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Teilchenbeschleuniger bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Teilchenbeschleuniger mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object of the present invention is to provide an improved RF cavity. This object is achieved by an RF cavity having the features of claim 1. It is a further object of the present invention to provide an improved particle accelerator. This object is achieved by a particle accelerator having the features of claim 8. Preferred developments are specified in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße HF-Kavität umfasst eine Kammer mit einer elektrisch leitenden Wand und eine erste Antriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von ersten Festkörperschaltern, die entlang eines Umfangs der Wand angeordnet sind. Dabei ist jeder erste Festkörperschalter ausgebildet, einen elektrischen Strom in die Wand einzukoppeln. Außerdem ist eine zweite Antriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von zweiten Festkörperschaltern vorgesehen, die entlang des Umfangs der Wand angeordnet sind. Dabei ist jeder zweite Festkörperschalter ausgebildet, einen elektrischen Strom in die Wand einzukoppeln. Außerdem ist die zweite Antriebsvorrichtung parallel zur ersten Antriebsvorrichtung orientiert. Vorteilhafterweise kann die HF-Kavität dann eine große Länge aufweisen. Vorteilhafterweise verteilen sich Leistungsverluste beim Antreiben der HF-Kavität dann über große Bereiche der Kammerwand, was eine insgesamt höhere Antriebsleistung gestattet.An RF cavity according to the invention comprises a chamber with an electrically conductive wall and a first drive device with a plurality of first solid state switches, which are arranged along a circumference of the wall. In this case, each first solid-state switch is designed to couple an electric current into the wall. In addition, a second drive device is provided with a plurality of second solid-state switches, which are arranged along the circumference of the wall. Each second solid state switch is designed to couple an electric current into the wall. In addition, the second drive device is oriented parallel to the first drive device. Advantageously, the RF cavity can then have a large length. Advantageously, power losses when driving the RF cavity are then distributed over large areas of the chamber wall, which allows an overall higher drive power.

Bevorzugt weist die Wand der Kammer der HF-Kavität einen ersten Abschnitt, einen elektrisch gegenüber dem ersten Abschnitt isolierten zweiten Abschnitt und einen elektrisch gegenüber dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt isolierten dritten Abschnitt auf. Dabei ist die erste Antriebsvorrichtung mit dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt und die zweite Antriebsvorrichtung mit dem zweiten Abschnitt und dem dritten Abschnitt verbunden. Vorteilhafterweise fließen in der Wand induzierte elektrische Ströme dann über die Antriebsvorrichtungen, wo sie verstärkt werden können.Preferably, the wall of the chamber of the RF cavity has a first portion, a second portion electrically insulated from the first portion, and a third portion electrically insulated from the first portion and the second portion. In this case, the first drive device with the first portion and the second portion and the second drive device with the second portion and the third portion is connected. Advantageously, electrical currents induced in the wall then flow over the drive devices where they can be amplified.

In einer Weiterbildung der HF-Kavität weist die Wand einen vierten Abschnitt auf, der elektrisch gegenüber dem ersten Abschnitt, dem zweiten Abschnitt und dem dritten Abschnitt isoliert ist. Dabei ist eine dritte Antriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von dritten Festkörperschaltern vorgesehen, wobei die dritte Antriebsvorrichtung mit dem dritten Abschnitt und dem vierten Abschnitt verbunden ist. Vorteilhafterweise kann dann auch die dritte Antriebsvorrichtung zum Anregen einer hochfrequenten elektromagnetischen Schwingung in der HF-Kavität beitragen.In a development of the HF cavity, the wall has a fourth section, which is electrically insulated from the first section, the second section and the third section. In this case, a third drive device is provided with a plurality of third solid-state switches, wherein the third drive device is connected to the third section and the fourth section. Advantageously, the third drive device can then also contribute to exciting a high-frequency electromagnetic oscillation in the HF cavity.

In einer Ausführungsform der HF-Kavität ist die Kammer hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die Antriebsvorrichtungen an einer Mantelfläche der Kammer angeordnet sind. Vorteilhafterweise können HF-Kavitäten mit hohlzylindrisch ausgebildeten Kammern für viele Anwendungszwecke genutzt werden.In one embodiment of the RF cavity, the chamber is formed as a hollow cylinder, wherein the drive devices are arranged on a lateral surface of the chamber. Advantageously, RF cavities with hollow cylindrical chambers can be used for many applications.

Bevorzugt ist die erste Antriebsvorrichtung mit einer ersten Treiberschaltung zum Schalten der ersten Festkörperschalter verbunden und die zweite Antriebsvorrichtung mit einer zweiten Treiberschaltung zum Schalten der zweiten Festkörperschalter verbunden. Dabei sind die erste Treiberschaltung und die zweite Treiberschaltung mit einer Steuerschaltung verbunden. Vorteilhafterweise kann die Steuerschaltung dann die Treiberschaltungen der Antriebsvorrichtungen ansteuern.Preferably, the first drive device is connected to a first driver circuit for switching the first solid state switch and the second drive device is connected to a second driver circuit for switching the second solid state switch. In this case, the first driver circuit and the second driver circuit are connected to a control circuit. Advantageously, the control circuit can then drive the driver circuits of the drive devices.

Besonders bevorzugt sind die erste Treiberschaltung und die zweite Treiberschaltung ausgebildet, die ersten Festkörperschalter und die zweiten Festkörperschalter synchron zu schalten. Vorteilhafterweise lassen sich die in der Wand der Kammer der HF-Kavität fließenden Ströme dann gezielt beeinflussen, um unerwünschte longitudinale Moden zu unterdrücken. Auch lassen sich die Phasen der Antriebsvorrichtungen so steuern, dass gewünschte longitudinale Moden angeregt werden.Particularly preferably, the first driver circuit and the second driver circuit are designed to switch the first solid state switches and the second solid state switches synchronously. Advantageously, the currents flowing in the wall of the chamber of the HF cavity can then be selectively influenced in order to suppress unwanted longitudinal modes. Also, the phases of the driving devices can be controlled so that desired longitudinal modes are excited.

In einer Ausführungsform der HF-Kavität ist diese zur Beschleunigung von Teilchen ausgebildet. Vorteilhafterweise lässt sich die HF-Kavität dann in Teilchenbeschleunigern verwenden.In one embodiment of the RF cavity, this is designed to accelerate particles. Advantageously, the RF cavity can then be used in particle accelerators.

Ein erfindungsgemäßer Teilchenbeschleuniger weist mindestens eine HF-Kavität der vorab beschriebenen Art auf. Vorteilhafterweise kann die HF-Kavität dabei eine große Länge aufweisen.A particle accelerator according to the invention has at least one HF cavity of the type described above. Advantageously, the HF cavity can have a great length.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Showing:

1 eine schematische Seitenansicht einer HF-Kavität; 1 a schematic side view of an RF cavity;

2 eine Vorderansicht der HF-Kavität; und 2 a front view of the RF cavity; and

3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der HF-Kavität. 3 a perspective view of a portion of the RF cavity.

1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Seitenansicht einer HF-Kavität 100. 2 zeigt in ebenfalls stark schematisierter Form eine Vorderansicht dieser HF-Kavität 100. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils der HF-Kavität 100. Die HF-Kavität 100 kann auch als HF-Resonator bezeichnet werden. Die HF-Kavität 100 kann beispielsweise in einem Teilchenbeschleuniger, insbesondere in einem Wechselspannungs-Linearbeschleuniger, Verwendung finden. 1 shows a highly schematic representation of a side view of an RF cavity 100 , 2 also shows a highly schematic form of a front view of this RF cavity 100 , 3 shows a perspective view of a portion of the RF cavity 100 , The RF cavity 100 can also be referred to as an RF resonator. The RF cavity 100 can be used, for example, in a particle accelerator, in particular in an AC linear accelerator.

Die HF-Kavität 100 weist eine Kammer 200 auf. Die Kammer 200 umfasst eine Wand 210 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus einem Metall, die einen Hohlraum der Kammer 200 umschließt. Im in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kammer 200 hohlzylindrisch ausgebildet. In diesem Fall wird die Wand 210 durch eine Mantelfläche der Kammer 200 gebildet. Die Kammer 200 kann grundsätzlich jedoch auch eine andere als eine hohlzylindrische Form aufweisen.The RF cavity 100 has a chamber 200 on. The chamber 200 includes a wall 210 made of electrically conductive material, for example of a metal, a cavity of the chamber 200 encloses. Im in 1 to 3 illustrated embodiment, the chamber 200 hollow cylindrical. In this case, the wall becomes 210 through a lateral surface of the chamber 200 educated. The chamber 200 however, in principle may also have a shape other than a hollow cylindrical shape.

Die Wand 210 der Kammer 200 weist einen ersten Abschnitt 211, einen zweiten Abschnitt 212, einen dritten Abschnitt 213, einen vierten Abschnitt 214, einen fünften Abschnitt 215 und einen sechsten Abschnitt 216 auf. Die Abschnitte 211 bis 216 sind in axialer Richtung der Kammer 200 hintereinander angeordnet. Jeder der Abschnitt 211 bis 216 weist somit für sich ebenfalls die Form eines Zylindermantels auf. Die einzelnen Abschnitt 211 bis 216 sind dabei derart koaxial hintereinander angeordnet, dass sie sich zur zylindermantelförmigen Wand 210 ergänzen.The wall 210 the chamber 200 has a first section 211 , a second section 212 , a third section 213 , a fourth section 214 , a fifth section 215 and a sixth section 216 on. The sections 211 to 216 are in the axial direction of the chamber 200 arranged one behind the other. Each of the section 211 to 216 thus also has the form of a cylinder jacket for itself. The single section 211 to 216 are arranged coaxially behind one another in such a way that they form the cylinder jacket-shaped wall 210 complete.

Der erste Abschnitt 211 und der benachbarte zweite Abschnitt 212 der Wand 210 sind elektrisch voneinander isoliert. Dies ist in 3 erkennbar. Zwischen dem ersten Abschnitt 211 und dem zweiten Abschnitt 212 befindet sich ein isolierender Bereich 220. Der isolierende Bereich 220 kann beispielsweise durch einen Luft- oder Vakuumspalt zwischen den Abschnitten 211, 212 gebildet sein. Der isolierende Bereich 220 kann jedoch auch ein anderes elektrisch isolierendes Material aufweisen. Entsprechend ist auch der zweite Abschnitt 212 elektrisch gegenüber dem dritten Abschnitt 213, der dritte Abschnitt 213 gegenüber dem vierten Abschnitt 214, der vierte Abschnitt 214 gegenüber dem fünften Abschnitt 215 und der fünfte Abschnitt 215 gegenüber dem sechsten Abschnitt 216 isoliert.The first paragraph 211 and the adjacent second section 212 the Wall 210 are electrically isolated from each other. This is in 3 recognizable. Between the first section 211 and the second section 212 there is an insulating area 220 , The insulating area 220 For example, by an air or vacuum gap between the sections 211 . 212 be formed. The insulating area 220 however, it may also comprise another electrically insulating material. The same is true for the second section 212 electrically opposite the third section 213 , the third section 213 opposite the fourth section 214 , the fourth section 214 opposite the fifth section 215 and the fifth section 215 towards the sixth section 216 isolated.

Die HF-Kavität 100 weist ferner eine erste Antriebsvorrichtung 310, eine zweite Antriebsvorrichtung 320, eine dritte Antriebsvorrichtung 330, eine vierte Antriebsvorrichtung 340 und eine fünfte Antriebsvorrichtung 350 auf. Jede der Antriebsvorrichtung 310 bis 350 ist entlang eines Umfangs der Wand 210 angeordnet und senkrecht zur Längsachse der Kammer 200 orientiert. Die erste Antriebsvorrichtung 310 ist dabei im Bereich des isolierenden Bereichs 220 zwischen dem ersten Abschnitt 211 und dem zweiten Abschnitt 212 der Wand 210 angeordnet. Die zweite Antriebsvorrichtung 320 ist entsprechend zwischen dem zweiten Abschnitt 212 und dem dritten Abschnitt 213 angeordnet. Die dritte Antriebsvorrichtung 330 ist zwischen dem dritten Abschnitt 213 und dem vierten Abschnitt 214 angeordnet. Die vierte Antriebsvorrichtung 340 ist zwischen dem vierten Abschnitt 214 und dem fünften Abschnitt 215 angeordnet. Die fünfte Antriebsvorrichtung 350 ist zwischen dem fünften Abschnitt 215 und dem sechsten Abschnitt 216 angeordnet.The RF cavity 100 also has a first drive device 310 , a second drive device 320 , a third drive device 330 , a fourth drive device 340 and a fifth drive device 350 on. Each of the drive device 310 to 350 is along a perimeter of the wall 210 arranged and perpendicular to the longitudinal axis of the chamber 200 oriented. The first drive device 310 is in the area of the insulating area 220 between the first section 211 and the second section 212 the Wall 210 arranged. The second drive device 320 is corresponding between the second section 212 and the third section 213 arranged. The third drive device 330 is between the third section 213 and the fourth section 214 arranged. The fourth drive device 340 is between the fourth section 214 and the fifth section 215 arranged. The fifth drive device 350 is between the fifth section 215 and the sixth section 216 arranged.

Die Ausgestaltung der HF-Kavität 100 mit einer in sechs Abschnitte 211 bis 216 unterteilten Wand 210 und fünf Antriebsvorrichtung 310, 320, 330, 340, 350 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Die HF-Kavität 100 kann in anderen Ausführungsformen auch weniger oder mehr Antriebsvorrichtungen und gegeneinander elektrisch isolierte Abschnitte aufweisen. Beispielsweise könnte die Wand 210 in lediglich vier elektrisch voneinander isolierte Abschnitte unterteilt sein. In diesem Fall weist die HF-Kavität 100 drei Antriebsvorrichtungen auf, die entlang der isolierenden Bereiche zwischen den vier Abschnitten der Wand angeordnet sind.The design of the RF cavity 100 with one in six sections 211 to 216 subdivided wall 210 and five drive device 310 . 320 . 330 . 340 . 350 is merely an example. The RF cavity 100 may also have fewer or more drive devices and mutually electrically isolated portions in other embodiments. For example, the wall could 210 be divided into only four electrically isolated from each other sections. In this case, the RF cavity rejects 100 three drive devices, which are arranged along the insulating regions between the four sections of the wall.

In 1 und 2 sind die Antriebsvorrichtung 310, 320, 330, 340, 350 lediglich schematisch dargestellt. 3 zeigt eine genauere Ansicht eines Teils der ersten Antriebsvorrichtung 310. Die erste Antriebsvorrichtung 310 umfasst eine Mehrzahl erster Festkörperschalter 315, die in Umfangsrichtung der Wand 210 entlang des isolierenden Bereichs 220 zwischen dem ersten Abschnitt 211 und dem zweiten Abschnitten 212 mit gleichmäßigem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Um den isolierenden Bereich 220 besser erkennbar zu machen, sind in 3 nicht alle ersten Festkörperschalter 315 dargestellt. Die erste Antriebsvorrichtung 310 kann beispielsweise 64 erste Festkörperschalter 315 aufweisen. Jeder erste Festkörperschalter 315 kann beispielsweise als Leiterplatte mit darauf angeordneten Verstärkerschaltungen ausgebildet sein. Jede Leiterplatte steht dann senkrecht auf der zylindermantelförmigen Wand 210.In 1 and 2 are the driving device 310 . 320 . 330 . 340 . 350 only shown schematically. 3 shows a more detailed view of a portion of the first drive device 310 , The first drive device 310 includes a plurality of first solid state switches 315 in the circumferential direction of the wall 210 along the insulating area 220 between the first section 211 and the second sections 212 are arranged at a uniform angular distance from each other. To the insulating area 220 are more visible in 3 not all first solid state switches 315 shown. The first drive device 310 can, for example 64 first solid state switch 315 exhibit. Every first solid state switch 315 may be formed, for example, as a printed circuit board with amplifier circuits arranged thereon. Each circuit board is then perpendicular to the cylinder jacket-shaped wall 210 ,

Jeder erste Festkörperschalter 315 weist einen Strompfad 316 auf, der eine leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 211 und dem zweiten Abschnitt 212 der Wand 210 der Kammer 200 darstellt. Jeder erste Festkörperschalter 315 ist dazu ausgebildet, einen Stromfluss 230 zwischen dem ersten Abschnitt 211 und dem zweiten Abschnitt 212 über den Strompfad 316 anzuregen und zu verstärken. Der Stromfluss 230 kann dabei ein hochfrequenter Wechselstrom sein.Every first solid state switch 315 has a current path 316 on top of a conductive connection between the first section 211 and the second section 212 the Wall 210 the chamber 200 represents. Every first solid state switch 315 is designed to be a current flow 230 between the first section 211 and the second section 212 over the current path 316 to stimulate and strengthen. The current flow 230 can be a high-frequency alternating current.

Die zweite Antriebsvorrichtung 320, die dritte Antriebsvorrichtung 330, die vierte Antriebsvorrichtung 340 und die fünfte Antriebsvorrichtung 350 sind analog zur ersten Antriebsvorrichtung 310 ausgebildet. Somit weist die zweite Antriebsvorrichtung 320 eine Mehrzahl zweiter Festkörperschalter auf, die einen Stromfluss 230 zwischen den zweiten Abschnitt 212 und dem dritten Abschnitt 213 anregen können. Die dritte Antriebsvorrichtung 330 weist eine Mehrzahl dritter Festkörperschalter auf, die einen Stromfluss 230 zwischen dem dritten Abschnitt 213 und dem vierten Abschnitt 214 anregen können. Die vierte Antriebsvorrichtung 340 weist eine Mehrzahl vierter Festkörperschalter auf, die einen Stromfluss 230 zwischen dem vierten Abschnitt 214 und dem fünften Abschnitt 215 anregen können. Die fünfte Antriebsvorrichtung 350 weist eine Mehrzahl fünfter Festkörperschalter auf, die einen Stromfluss 230 zwischen dem fünften Abschnitt 215 und dem sechsten Abschnitt 216 anregen können.The second drive device 320 , the third drive device 330 , the fourth drive device 340 and the fifth drive device 350 are analogous to the first drive device 310 educated. Thus, the second drive device 320 a plurality of second solid-state switches having a current flow 230 between the second section 212 and the third section 213 can stimulate. The third drive device 330 has a plurality of third solid-state switches that conduct current 230 between the third section 213 and the fourth section 214 can stimulate. The fourth drive device 340 has a plurality of fourth solid-state switches that provide a current flow 230 between the fourth section 214 and the fifth section 215 can stimulate. The fifth drive device 350 has a plurality of fifth solid-state switches that provide a current flow 230 between the fifth section 215 and the sixth section 216 can stimulate.

Die erste Antriebsvorrichtung 310 ist mit einer ersten Treiberschaltung 410 verbunden. Die zweite Antriebsvorrichtung 320 ist mit einer zweiten Treiberschaltung 420 verbunden. Die dritte Antriebsvorrichtung 330 ist mit einer dritten Treiberschaltung 430 verbunden. Die vierte Antriebsvorrichtung 340 ist mit einer vierten Treiberschaltung 440 verbunden. Die fünfte Antriebsvorrichtung 350 ist mit einer fünften Treiberschaltung 450 verbunden. Die Treiberschaltungen 410 bis 450 sind dazu vorgesehen, die Antriebsvorrichtungen 310 bis 350 zu schalten. Hierzu versorgen die Treiberschaltung 410 bis 450 die jeweilige Antriebsvorrichtung 310 bis 350 mit einem hochfrequenten Signal mit einer gewünschten Frequenz. Die Festkörperschalter der jeweiligen Antriebsvorrichtung 310 bis 350 regen dann jeweils einen Stromfluss 230 mit dieser Frequenz an.The first drive device 310 is with a first driver circuit 410 connected. The second drive device 320 is with a second driver circuit 420 connected. The third drive device 330 is with a third driver circuit 430 connected. The fourth drive device 340 is with a fourth driver circuit 440 connected. The fifth drive device 350 is with a fifth driver circuit 450 connected. The driver circuits 410 to 450 are intended to drive the devices 310 to 350 to switch. To do this, supply the driver circuit 410 to 450 the respective drive device 310 to 350 with a high-frequency signal at a desired frequency. The solid state switch of the respective drive device 310 to 350 then each rain a current flow 230 with this frequency.

Weiter weist die HF-Kavität 100 eine Steuerschaltung 500 auf. Die Steuerschaltung 500 ist mit der ersten Treiberschaltung 410, der zweiten Treiberschaltung 420, der dritten Treiberschaltung 430, der vierten Treiberschaltung 440 und der fünften Treiberschaltung 450 verbunden. Die Steuerschaltung 500 ist dazu vorgesehen, die Treiberschaltungen 410 bis 450 zu synchronisieren. Dadurch können beispielsweise das durch die erste Treiberschaltung 410 der ersten Antriebsvorrichtung 310 bereitgestellte hochfrequente Signal und das durch die zweite Treiberschaltung 420 der zweiten Antriebsvorrichtung 320 bereitgestellte hochfrequente Signal miteinander synchronisiert werden. Es ist auch möglich, die durch die Treiberschaltungen 410 bis 450 abgegebenen hochfrequenten Signale derart zu synchronisieren, dass sie gewünschte Phasendifferenzen zueinander aufweisen.Next, the RF cavity 100 a control circuit 500 on. The control circuit 500 is with the first driver circuit 410 , the second driver circuit 420 , the third driver circuit 430 , the fourth driver circuit 440 and the fifth driver circuit 450 connected. The control circuit 500 is intended to drive circuits 410 to 450 to synchronize. As a result, for example, by the first driver circuit 410 the first drive device 310 provided high-frequency signal and that by the second driver circuit 420 the second drive device 320 provided high-frequency signal are synchronized with each other. It is also possible through the driver circuits 410 to 450 emitted high-frequency signals to synchronize such that they have desired phase differences to each other.

Durch geeignete Synchronisierung der Antriebsvorrichtungen 310 bis 350 lassen sich der Wand 210 der Kammer 200 Ströme mit unterschiedlichem räumlichem und zeitlichem Verlauf aufprägen. Lediglich beispielhaft ist es etwa möglich, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt im zweiten Abschnitt 212 der Wand 210 ein Stromfluss 230 in Richtung der zweiten Antriebsvorrichtung 320 auftritt, während gleichzeitig im fünften Abschnitt 215 ein Strom 230 in Richtung der vierten Antriebsvorrichtung 314 fließt. Durch diese Möglichkeit, den Stromfluss 230 in der Wand 210 zu kontrollieren, ist es möglich, gewünschte longitudinale Schwingungsmoden in der Kammer 200 der HF-Kavität 100 anzuregen und unerwünschte longitudinale Schwingungsmoden zu unterdrücken. Dadurch weist die mit mehreren Antriebsvorrichtung 310 bis 350 ausgestattete HF-Kavität 100 eine wesentlich größere Flexibilität auf als eine herkömmliche HF-Kavität mit nur einer Antriebsvorrichtung.By suitable synchronization of the drive devices 310 to 350 let the wall 210 the chamber 200 Influencing flows with different spatial and temporal course. For example only, it is possible that at some point in the second section 212 the Wall 210 a current flow 230 in the direction of the second drive device 320 occurs while at the same time in the fifth section 215 a stream 230 in the direction of the fourth drive device 314 flows. By this possibility, the current flow 230 in the wall 210 It is possible to control desired longitudinal vibrational modes in the chamber 200 the RF cavity 100 stimulate and suppress unwanted longitudinal vibration modes. This indicates that with multiple drive device 310 to 350 equipped HF cavity 100 a much greater flexibility than a conventional RF cavity with only one drive device.

Ein weiterer Vorteil der HF-Kavität 100 mit mehreren Antriebsvorrichtungen 310 bis 350 besteht darin, dass mittels der mehreren Antriebsvorrichtung 310 bis 350, die jeweils mehrere Festkörperschalter umfassen, die Zuführung elektromagnetischer Leistung in die Kammer 200 über einen großen Bereich der Wand 210 der Kammer 200 verteilt ist. Damit sind auch die Orte, an denen unvermeidliche Leistungsverluste auftreten und Abwärme entsteht, über einen großen Bereich der Wand 210 der Kammer 200 verteilt. Dies gestattet es, die der Kammer 200 insgesamt zugeführte Leistung zu erhöhen, ohne dass Leistungsverluste an einzelnen Orten einen kritischen Wert überschreiten. Außerdem werden die Anregungsleistungen vorteilhafterweise erst am Ort der Anregung erzeugt. Insgesamt lassen sich damit in der HF-Kavität 100 höhere Schwingungsleistungen als bei herkömmlichen HF-Kavitäten erzielen.Another advantage of the RF cavity 100 with several drive devices 310 to 350 is that by means of the multiple drive device 310 to 350 each comprising a plurality of solid state switches, supplying electromagnetic power to the chamber 200 over a large area of the wall 210 the chamber 200 is distributed. As a result, the places where unavoidable power losses occur and waste heat is generated are spread over a large area of the wall 210 the chamber 200 distributed. This allows it, that of the chamber 200 increase the total power supplied without any power losses at individual locations exceeding a critical value. In addition, the excitation powers are advantageously generated only at the location of the excitation. Overall, this can be in the RF cavity 100 achieve higher vibration performance than conventional RF cavities.

Die Kammer 200 kann in axialer Richtung eine große Länge aufweisen.The chamber 200 can have a large length in the axial direction.

Die HF-Kavität 100 eignet sich insbesondere zur Verwendung in Teilchenbeschleunigern, beispielsweise zur Verwendung in Wechselstrom-Linearbeschleunigern.The RF cavity 100 is particularly suitable for use in particle accelerators, for example, for use in AC linear accelerators.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0606870 A1 [0004]

Claims

RF cavity ( 100 ) with a chamber ( 200 ) with an electrically conductive wall ( 210 ) and with a first drive device ( 310 ) with a plurality of first solid-state switches ( 315 ) along a circumference of the wall ( 210 ) are arranged, each first solid state switch ( 315 ) is designed, an electric current ( 230 ) in the wall ( 210 ), characterized in that a second drive device ( 320 ) is provided with a plurality of second solid-state switches, which along the circumference of the wall ( 210 ), each second solid-state switch being designed to generate an electric current ( 230 ) in the wall ( 210 ), wherein the second drive device ( 320 ) parallel to the first drive device ( 310 ) is oriented.

RF cavity ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the wall ( 210 ) a first section ( 211 ), one electrically opposite the first section ( 211 ) isolated second section ( 212 ) and one electrically opposite the first section ( 211 ) and the second section ( 212 ) isolated third section ( 213 ), wherein the first drive device ( 310 ) with the first section ( 211 ) and the second section ( 212 ), and the second drive device ( 320 ) with the second section ( 212 ) and the third section ( 213 ) connected is.

RF cavity ( 100 ) according to claim 2, characterized in that the wall ( 210 ) a fourth section ( 214 ) which is electrically opposite the first section ( 211 ), the second section ( 212 ) and the third section ( 213 ) is isolated, wherein a third drive device ( 330 ) is provided with a plurality of third solid-state switches, wherein the third drive device ( 330 ) with the third section ( 213 ) and the fourth section ( 214 ) connected is.

RF cavity ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber ( 200 ) is formed as a hollow cylinder, wherein the drive devices ( 310 . 320 . 330 ) on a lateral surface ( 210 ) the chamber ( 200 ) are arranged.

RF cavity ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first drive device ( 310 ) with a first driver circuit ( 410 ) for switching the first solid state switch ( 315 ), the second drive device ( 320 ) with a second driver circuit ( 420 ) is connected to switch the second solid-state switch, and the first driver circuit ( 410 ) and the second driver circuit ( 420 ) with a control circuit ( 500 ) are connected.

RF cavity ( 100 ) according to claim 5, characterized in that the first driver circuit ( 410 ) and the second driver circuit ( 420 ), the first solid-state switches ( 315 ) and to switch the second solid-state switches synchronously.

RF cavity ( 100 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the RF cavity ( 100 ) is designed to accelerate particles.

Particle accelerator, characterized in that the particle accelerator comprises at least one HF cavity ( 100 ) according to claim 7.