DE2221868A1

DE2221868A1 - Linearer Teilchenbeschleuniger

Info

Publication number: DE2221868A1
Application number: DE19722221868
Authority: DE
Inventors: Georges Henry-Bezy; Hubert Leboutet
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-05-04
Filing date: 1972-05-04
Publication date: 1972-12-07
Also published as: US3796906A; FR2135424A1; FR2135424B1; NL7205899A; GB1366752A

Description

Linearer Teilchenbeschleuniger

Die Erfindung betrifft lineare Teilchenbeschleuniger, insbesondere Elektronenbeschleuniger und hat insbesondere die Schaffung von Linearbeschleunigern mit kleinem Raumbedarf zum Ziel.

Derartige Linearbeschleuniger mit kleinem Raumbedarf sind im allgemeinen für medizinische Zwecke bestimmt, beispielsweise für die Gammagraphie oder die Radiotherapie, wobei die hochenergetischen Teilchen eine Antikatode beschießen, die aus einem Metall mit hoher Atomzahl besteht, das unter der Wirkung dieses Beschüsses Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen emittiert. Eine möglichst kompakte Ausbildung des Linearbeschleunigers ist insbesondere deswegen notwendig, weil er im Raum beweglich d.h. in verschiedene Richtungen einstellbar sein muß, damit die von der Antikatode emittierte Strahlung auf das zu bestrahlende Organ gerichtet werden kann.

Lei/Ba

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ORIGINAL IMSPECTED

Die bekannten linearbeschleuniger dieser Art weisen im allgemeinen ein verhältnismäßig großes Yolumen auf, so daß ihre Handhabung unbequem ist.

Der Linearbeschleuniger nach der Erfindung ist von diesem Nachteil dadurch befreit, daß alle für den Betrieb notwendigen Elemente entlang dem Beschleunigungsquerschnitt angeordnet und im Innern eines zylindrischen Rohres von verhältnismäßig kleinen Abmessungen untergebracht sind.

Nach der Erfindung ist ein linearer Teilchenbeschleuniger mit einem Vakuumgefäß,in dem eine Teilchenquelle und eine Beschleunigungsstruktur untergebracht sind , und mit einer Anordnung zum Einkoppeln einer Höchstfrequenzenergie in die Beschleunigungsstruktur dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplungsanordnung einen in dem Vakuumgefäß angeordneten abgewinkelten Hohlleiter aufweist, von dem ein Ende mit dem Eingang der Beschleunigungsstruktur gekoppelt ist, während das andere Ende an dem Vakuumgefäß befestigt ist.

Aus führung s be is ρ ie Ie der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 einenLängsschnitt durch einen Linearbeschleuniger nach der Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt durch den Linearbeschleuniger von Fig.1 bei einer ersten Ausführungsform,

Fig.3 einen Querschnitt durch den Linearbeschleuniger von Fig.1 der zweiten Ausführungsform,

Fig.4 einen Querschnitt durch den Linearbeschleuniger von Fig.1 bei einer dritten Ausführungsform,

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Fig.5 ein Ausführungsbeispiel eines Hohlleiters, der bei dem Linearbeschleuniger nach der Erfindung anwendbar ist,

Fig.6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines,Hohlleiters, . der bei dem Linearbeschleuniger nach der Erfindung anwendbar ist,

Fig.7-eine andere Ausführungsf orm des Linearbeschleunigers nach der Erfindung und

Fig.8 eine weitere Ausführungsform des Linearbeschleunigers nach, der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Linearbeschleuniger.. Dieser Linearbeschleuniger besteht aus einem Vakuumgefäß 1, in dem eine Teilchenquelle.2 (beispielsweise ein Elektronenstrahlsystem) angeordnet ist, einer Beschleunigungsstruktur 3 für die Beschleunigung der Teilchen und einer Anordnung zur Einkopplung der Höchstfrequenzenergie in die Beschleunigungsstruktur 3. Die Beschleunigungsstruktur 3 ist durch einen Stapel von Elementen e-j, e₂ ... e_Q. gebildet, die aus einem zylindrischen Teil 5 bestehen,das in der Mitte eine kreisrunde Blende 6 trägt, die mit einer Öffnung 7 für den Durchgang des Bündels versehen ist. Die Elemente e^.. e sind derart hintereinander angeordnet und durch Lötstel-r len 4 verbunden, daß sie zylindrische Resonanzhohlräume bilden.

Jedes der Elemente e^ ... e_n weist Ausschnitte 8 auf, wie in der Querschnittsansicht von Fig.2 gezeigt ist, und Ansätze 9, in denen Löcher 10 angebracht sind, duKch welche Stangen 11 gesteckt werden können, die zur gegenseitigen Befestigung der Elemente e₁ ... e_n dienen.

2 0 9 8 5 0 / Q 6 8. 5 , _Γ:

Das erste Elemente e-, der Beschleunigungsstruktur 3 ist mit einem durch einen Übergangs hohlleiter gebildeten ersten Koppler 13 gekoppelt. Dieser Koppler 13 ist so ausgebildet, daß er einen angepaßten Übergang zwischen dem ersten Element e^ der Beschleunigungstruktur 3 und einem Hohlleiter 14 ergibt, der die Höchstfrequenzenergie in die Beschleunigungsstruktur 3 einführt. Dieser Hohlleiter ist im Innern des Vakuumgefäßes 1 in den Ausschnitten so angeordnet, daß er parallel zu der Achse der Beschleunigungsstruktur 3 liegt. Der Hohlleiter 14 kann einen rechteckigen Querschnitt haben, wie in Fig.2 gezeigt ist, oder einen Querschnitt von komplizierterer Form, wie in Pig.3 und 5 bzw. in Ag.4 und 6 gezeigt ist. Pig.6 zeigt einen Hohlleiterabschnitt 40, dessen Querschnitt zwei kreisbogenförraige Wände aufweist, und Pig.5 zeigt einen Hohlleiterabschnitt 41, dessen Querschnitt zwei dachförmige Wände hat.

Der Hohlleiter 14 hat ein erstes Knie 15 an der Stelle seiner Verbindung mit dem Übergangskoppler 13, und ein zweites Knie 16 am Ende der Beschleunigungsstruktur 3. Der vor dem letzten Element e_Q der Beschleunigungsstruktur liegende Abschnitt des Hohlleiters 14 ist mit zwei Löchern 18 und 19 versehen, die einander gegenüber im Weg des Teilchenbündels angebracht sind. Ein zweiter übergangskoppler 20 verbindet den Hohlleiter 14 mit einem Hohlleiter 21 mit klassischen Abmessungen, wobei ein vakuumdichtes Fenster 22 am' Ende des zweiten Übergatgskopplers angelötet ist. Die beschleunigten Elektronen durchqueren ein als Driftraum dienendes Rohr 23, bevor sie die (in der Zeichnung nicht dargestellte) Antikatode erreichen. Die in die Beschleunigungsstruktur 3 eingebrachte Höchstfrequenzenergie wird von einem Magnetron 24 geliefert,

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das über eine Ferrit-Rieht leitung 25 und einen (den mechanischen Schutz des Vakuumfensters 22 bewirkenden ) biegsamen Hohlleiter 26 mit dem am Vakuumgefäß 1 befestigten zweiten Übergangskoppler 20 verbunden ist.

Zur Vernichtung der Höchstfrequenzenergie am Ende der B eschleunigungs struktur 3 ist die Innenfläche der Wände der letzten Elemente e_{M o}, e_ ., e„ der Beschleunigungs-

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struktur 3 mit einem Material 29 von hohem spezifischem Widerstand überzogen, beispielsweise mit einer unter der Bezeichnung Kanthai bekannten Eisen-Chrom-Kobalt-Aluminium-Legierung, oder noch besser mit einer unmagnetischen Nickel-Chrom-Aluminium-Legierung, deren Eigenschaften nicht durch das Vorhandensein des Magnetfeldes verändert werden, &s von den ( in Fig.1 nicht dargestellten ) Magnetspulen erzeugt wird, die zur Fokussierung des Elektronenbündels rings um die Beschleunigungsstruktur 3 angeordnet sind.

Wie in Pig.7 im Längsschnitt gezeigt ist, kann als

eflexionsfreier Abschluß auch ein dem Hohlleiter 14 völlig gleicher Hohlleiter 30 verwendet werden, der mit dem letzten Element e der Beschleunigungs.struktur gekoppelt ist und an seinem Ende einen angepaßten Abschluß 31 trägt, der durch einen "Keil" aus hochohmigen Legierungen, beispielsweise den zuvor angeführten Legierungen gebildet ist.

Fig.8 zeigt eine andere Ausführungsform des Linearbeschleunigers, welche die Verringerung der Querabmessung des Linearbeschleunigers ermöglicht. Der zur Einführung der Höchstfrequenzenergie in die. Beschleunigungsstruktur 3 dienende Hohlleiter 32

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weist drei Kniestücke 33, 34, 35 auf, und ist einerseits · über die biegsamen Hohlleiter 26 und das vakuumdichte Fenster 22 mit dem Magnetron 24 und andrerseits mit dem ersten Element e^ der Besohleunigungsstruktur 3 gekoppelt. Die Hohlleiterabschnitte 38 und 39 gewährleisten die gute Anpassung zwischen der Beschleunigungsstruktur 3 und dem Hohlleiter 32, der eine geeignet gewählte Form hat. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Fenster 22 nahe bei dem Elektronenstrahl !system 2 angeordnet.

Eine Modulatoranordnung 50 liefert eine impulsförmige Fpannung sowohl zu dem Linearbeschleuniger (der in erster linie durch die Elektronenquelle 2 und die Beschleunigungsstruktur 3 gebildet ist) als auch zu dem Magnetron 24 (Fig.1)

Die Zusammenfassung der an sehr hohen Spannungen liegenden Teile (Elektronenstrahlsystem 2 und Magnetron 24) und die Anordnung der Hohlleiter machen es möglich, einen Linearbeschleuniger für medizinische oder industrielle Zwecke von kleinem Raumbedarf zu schaffen, der vollständig in einem Rohr 44 untergebracht ist.

Patentansprüche

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Claims

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Patentana τ r ü c b e

M.JLinearer Teilchenbeschleuniger mit einem Vakuumgefäß, in dem eine Teilchenquelle und eine Besohleunigungsstruktur untergebracht sind, und mit einer Anordnung zum Einkoppeln einer Höchstfrequenzenergie in die Beschleunigungsstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplungsanordnung einen in dem Vakuumgefäß angeordneten abgewinkelten Hohlleiter aufweist, von dem ein Ende mit dem Eingang der Beschleunigungsstruktur gekoppelt ist, während das andere Ende an dem Vakuumgefäß befestigt ist.
2. Linearer Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsstruktur eine zylindrische Form mit einer Umfangswand und Stirnwänden hat, daß der Hohlleiter entlang der Umfangswand der Beschleunigungsstruktur und entlang einer der Stirnwände angebracht ist, und daß in dem entlang der Stirnwand angeordneten Hohlleiterabschnitt Öffnungen für den Durchgang des aus der Beschleunigungsstruktur austretenden Teilchenbündels angebracht sind.
3. Linearer Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsstruktur wenigstens einen länglichen Ausschnitt aufweist, in welchem der Hohlleiter untergebracht ist, dessen Querschnitts· form an den Ausschnitt angepaßt ist.
4. Linearer Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter zwei ebene Seitenwände und zwei nicht ebene Seitenwände aufweist.
5. Linearer Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht ebenen Seitenwände kreisbogenförmig sind.

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6. Linearer Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der nicht ebenen Wände durch zwei im Winkel zueinander stehende Ebenen gebildet ist.
7. Linearer Teilchenbeschleuniger nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Beschleunigungsstruktur eine Anordnung zur Absorption der restlichen Höchstfrequenzenergie angebracht ist.
8. Linearer Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsanordnung durch einen Überzug aus einem Material hohen spezifischen Widerstands auf der Innenfläche der letzten Elemente der Beschleunigungsstruktur ge.bildet ist.
9. Linearer Teilchenbeschleuniger nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsanordnung aus einem Hohlleiter besteht, der an seinem einen Ende mit dem letzten Element der Besohleunigungsstruktur gekoppelt und am anderen Ende mit einem reflexionsfreien Abschluß versehen ist.

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