DE2007019C3

DE2007019C3 - Wanderwellen-Linearbeschleuniger für schwere geladene Teilchen

Info

Publication number: DE2007019C3
Application number: DE2007019A
Authority: DE
Inventors: Alexei Sergeewitsch Nowosibirsk Bogomolow (Sowjetunion)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-02-18
Filing date: 1970-02-16
Publication date: 1975-11-20
Also published as: DE2007019B2; US3651417A; FR2035479A5; DE2007019A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wanderwellen-Linearbeschleuniger für schwere geladene Teilchen mit einem Teilchen-Injektor, der mit einem Ende des als Hohlleiter ausgeführten Beschleunigungssystems verbunden ist, mit einer Fokussierungseinrchtung, mit einem Generator zum Erzeugen elektromagnetischer Schwingungen sowie mit Mitteln zur Anpassung der Geschwindigkeit einer der Raumharmonischen der im Hohlleiter erzeugten Wanderwellen an die Geschwindigkeit der zu beschleunigenden Teilchen.

Bei einem bekannten derartigen Wanderwellen-Linearbeschleuniger (vgl. DT-AS 12 13 546) wird angestrebt, Fokussierungs-Magnetspulen entfallen zu lassen, indem zum Zweck der radialen Fokussierung des Teilchenstrahls jede Öffnung von zum Beschleunigungssystem gehörenden Elementen in Richtung einer von orthogonalen Symmetrieachsen eine größere Abmessung aufweist als in Richtung der anderen Achse, wobei die der größeren Abmessung der Öffnung entsprechende Richtung von einem Element zum nächsten in bezug auf die Achse des Linearbeschleunigers jeweils um einen vorgegebenen festen Winkel verdreht ist. Dabei pflanzen sich die zu beschleunigenden Teilchen mit einer mit der Grundwelle synchronen Geschwindigkeit fort, also mit einer von der Geschwindigkeit der ersten Harmonischen verschiedenen Geschwindigkeit, so daß zwischen den Teilchen und der ersten Harmonischen keine Wechselwirkung stattfindet und letztere somit keinen Anteil an der Beschleunigungswirkung hat, zumal die Feldlinien der ersten Harmonischen keine axiale Komponente haben, sondern in den Ebenen der öffnungen der Elemente liegen und mit ihren Komponenten eine fokussierende und defokussierende Wirkung ausüben. Dieser bekannte Wanderwellen-Linearbeschleuniger wird also mit Vorwärtswellen betrieben.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Beschleuniger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine höhere spezifische Energiezunahme pro Längeneinheit und damit eine Verkürzung des Beschleunigungssystems für gleiche Ftidenergie erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Wanderwellen-Linearbeschleuniger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Generator an das 019

zum Injektor entgegengesetzte Ende des Hohlleiters angeschlossen ist und daß die Mittel so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Rückwärtsraumharmonischen der Wanderwellen an die Geschwindigkeit der zu beschleunigenden Teilchen anpassen.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Wanderwellen-Linearbeschleuniger gewährleistet den Vorteil einer spezifischen Zunahme der Teilchenenergie von etwa lOMeV/Nukleon · m und einer Verkürzung seiner Länge um eine Größenordnung im Vergleich mit den bekannten Beschleunigern bei einem fünf- bis zehnmal größeren Impuls-Teilchenstrom und einem Einfangen und Beschleunigen von etwa 90% der kontinuierlich injizierten Teilchen.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildetenen Linearbeschleunigers für schwere geladene Teilchen,

F i g. 2 einen gemäß der Erfindung ausgeführten Linearbeschleuniger im Längsschnitt,

F i £. 3 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemiß ausgebildeten Linearbeschleuniger,

Fig.4 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Linearbeschleunigers im Querschnitt.

Als Beispiel wird ein linearer Protonenbeschleuniger erläutert, der in F i g. 1 dargestellt ist. Der Beschleuniger weist einen Protoneninjektor 1, der z. B. ein Duoplasmatron sein kann, eine Fokussierungseinrichtung 2, die die Form von Außenlinsen, z. B. Quadrupollinsen, haben kann, einen Generator 3 zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen des Dezimeterwellenbereichs und ein von einem Hohlleiter 4 gebildetes Beschleunigungssystem auf.

Der Protoneninjektor 1 und der elektrische Generator 3 sind an die entgegengesetzten Enden des Hohlleiters 4 angeschlossen. Im folgenden wird das mit dem Protoneninjektor 1 verbundene Ende des Hohlleiters 4 als Eingangsende und das mit dem Generator 3 gekoppelte Ende als Ausgangsende bezeichnet.

In F i g. 2, die den Hohlleiter 4 im Längsschnitt darstellt, sind Stifte 5 sichtbar, die aus demselben Werkstoff wie der Hohlleiter bestehen und an seiner Innenseite so befestigt sind, daß jeder folgende Stift zum vorhergehenden entgegengesetzt gerichtet ist, wobei der gegenseitige Abstand der Stifte 5 in Richtung vom Eingangsende des Hohlleiters 4 zu dessen Ausgangsende entsprechend dem Erfordernis der Gleichheit der Soli-Geschwindigkeit eines Teilchens mit der Geschwindigkeit der teilchenbeschleunigenden Rückwärtsraumharmonischen größer wird.

Diese Anordnung der Stifte 5 gewährleistet die Anpassung der Geschwindigkeit der zu beschleunigenden Teilchen und der Geschwindigkeit derjenigen Rückwärtsraumharmonischen, die die Teilchenbeschleunigung bewirkt. Dies ergibt eine große Zunahme der Teilchenenergie beim Beschleunigungsvorgang.

Derselbe Effekt kann bei konstantem gegenseitigem Abstand der Stifte 5 erzielt werden, dabei müssen sie aber verschiedene Länge haben.

Die Länge der Stifte 5 muß in diesem Fall ebenfalls unter Berücksichtigung der geforderten Gleichheit der Soll-Geschwindigkeit eines Teilchens mit der Geschwindigkeit der teilchenbeschleunigenden Rückwärtsraumharmonischen gewählt werden.

In F i g. 3 ist der Hohlleiter 4 im Querschnitt dargestellt. Die dargestellte Form der Stifte 5 ist einem Hohlleiter mit rundem Querschnitt angepaßt. In diesem Fall haben die Stifte 5 im Mittelpunkt eine kleine öffnung 6, durch die die Teilchenwolke bei der Beschleunigung hindurchgeht.

F i g. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Hohlleiter«. Dabei ist die Form der Stifte einem Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt angepaßt. In diesem Fall durchläuft die Teilchenwolke bei der Beschleunigung einen Spalt 7 zwischen zwei Reihen von gegensinnig gerichteten Stiften 5'.

Der Beschleuniger arbeitet folgendermaßen:

Die von dem Protoneninjektor 1 gebildete Protonenwolke gelangt in den Hohlleiter 4, und dem gegenüberliegenden Hohlleiterendc, nämlich dem Ausgangsende, wird vom Generator 3 die elektromagnetische Energie zugeführt.

Bei der Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes längs des Hohlleiters 4 erfolgt eine Dämpfung der elektromagnetischen Schwingungen wegen des Feldenergieverlustes in den Stiften 5 und den Wänden des Hohlleiters 4, und die Energie des elektromagnetischen Feldes wird in Energie der Teilchenwolke umgewandelt. Die beiden Vorgänge führen zur Beschleunigung der Teilchen in einem längs der Teilchenbahn in seiner Amplitude anwachsenden elektromagnetischen Feld. Beispielsweise kann bei Benutzung eines Dezimeterwellengenerators mit einer Leistung von 20 bis 40 MW in diesem System eine Amplitude der Rückwärtsharmonischen von 100 bis 200 kV/cm erreicht werden. Die Geschwindigkeit der Rückwärtsraumharmonischen des elektromagnetischen Feldes ist dabei wegen der Wahl des gegenseitigen Abstands der Stifte 5 bei konstanter Stiftlänge oder der Wahl der Länge der Stifte 5 bei konstantem gegenseitigem Abstand der Geschwindigkeit der Teilchen bei ihrer Beschleunigung angepaßt. Die Beschleunigung der Teilchen in einem nach der Amplitude anwachsenden Feld führt zur starken Dämpfung der Phasenausdehnung der Teilchenwolke. Die geringe Phasenausdehnung der Teilchenwolke und die Dämpfung der Teilchenphasenschwingungen in der Teilchenwolke ermöglichen deren Beschleunigung bei großen Werten der Sollphase und damit eine effektive Zunahme der Teilchenenergie bei der Beschleunigung. Durch die Wirkung des Magnetfeldes der Fokussierungseinrichtung 2 wird die Teilchenwolke bei der Beschleunigung im Axialgebiet des Hohlleiters 4 gehalten. Im angeführten Ausführungsbeispiel wurde nur ein Teil des Beschleunigers beschrieben. Zur Erzielung von großen Endenergien der beschleunigten Teilchen kann dtr Beschleuniger mehrere ähnliche Beschleunigungssysteme enthalten, die in Reihe geschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

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Wanderwellen-Linearbeschleuniger für schwere geladene Teilchen mit einem Teilchen-Injektor, der mit einem Ende des als Hohlleiter ausgeführten Beschleunigungssystems verbunden ist, mit einer Fokussierungseinrichtung, mit einem Generator zum Erzeugen elektromagnetischer Schwingungen sowie mit Mitteln zur Anpassung der Geschwindigkeit einer der Raumharmonischen der im Hohlleiter erzeugten Wanderwellen an die Geschwindigkeit der zu beschleunigenden Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (3) an das zum Injektor (1) entgegengesetzte Ende des Hohlleiters (4) angeschlossen ist und daß die Mittel (5) so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Rückwärtsrauniharmonischen der Wanderwellen an die Geschwindigkeit der zu beschleunigenden Teilchen anpassen.