DE2450131A1

DE2450131A1 - Linearer stehwellen-beschleuniger

Info

Publication number: DE2450131A1
Application number: DE19742450131
Authority: DE
Inventors: Victor Aleksey Vaguine
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-10-22
Publication date: 1975-06-05
Also published as: JPS5084796A; FR2253340B1; DE2450131B2; CA1042552A; FR2253340A1; GB1482433A; DE2450131C3; JPS5415120B2

Description

245Ü131

minimiert die Laufzeit der Partikeln über den Spalt jedes Beschleunigungshohlraums und ermöglicht es, den Beschleuniger ohne Hochfrequenz-Zusammenbrüche auf einem Leistungspegel zu betreiben, der für einen erheblich höheren mittleren Wert des beschleunigenden elektrischen Feldes längs des Strahlwegs sorgt, als es bisher möglich war.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung eines Stehwellen-Linearbeschleunigers für geladene Partikeln.

Seit Beginn der Linearbeschleuniger-Technik wurden Strahlen.aus geladenen Partikeln dadurch beschleunigt, daß wiederholt elektrische Impulse an aufeinanderfolgenden Positionen längs des Strahlweges durch die Beschleunigerstruktur angelegt wurden. Verschiedene Beschleunigerbauformen sind entwickelt worden, um ein beschleunigendes elektrisches Feld längs des Strahlweges zu führen. Der Aufbau nach Sloan-Lawrence (P.H. Sloan und E.O. Lawrence, 38 Physical Review 2021 (1931)), der Hohlraumresonatoraufbau nach Alvarez (L.W. Alvarez, 70 Physical Review, 799 (1946)) und der blendenbelastete Wanderfeldbeschleuniger (E.L. Ginzton, W.W. Hansen und W.R. Kennedy, 19 Review of Scientific Instruments 89 (1948)), sind bekannt. In jüngerer Zeit hat der Beschleunigeraufbau mit Kopplung über Seitenhohlräume (E.A. Knapp, B.C. Knapp und J.M. Potter "Standing Wave High Energy Linear Accelerator Structures", 39 Review of Scientific Instruments 979 (1968)) verbreitete Anwendung gefunden.

In früheren Stehwellen-Linearbeschleunigern ist eine Folge von Beschleunigungshohl räumen und Kopplungshohl räumen vorgesehen, die einer nach dem anderen längs der Längserstreckung des Beschleunigers angeordnet sind. Zu beschleunigende Partikeln laufen zunächst durch einen Beschleunigungshohlraum und dann durch einen Kopplungshohlraum, und dieser Vorgang wiederholt sich über die ganze Länge des Beschleunigers. Die Partikeln können nur

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in den Beschleunigungshohlräumen Energie absorbieren. Dementsprechend hatten die Kopplungshohlräume den Effekt, daß sie zur Gesamtlänge des Beschleunigeraufbaus beitrugen, jedoch keine Beschleunigungskraft auf die Partikeln ausübten. Es wurde später realisiert, daß die Kopplungshohlräume als Seitenhohlräume weg vom Weg des Partikelstrahls angeordnet werden könnten. Indem die Kopplungshohlräume weg vom Strahl positioniert wurden, konnte die Gesamtlänge des Beschleunigers herabgesetzt werden. Wenn der Strahl auf diese Weise nur durch die Beschleunigungshohl räume passiert, und nicht durch Kopplungshohlräume, kann die Energieaufnahme des Strahls pro Längeneinheit des Beschleunigers erhöht werden. Die Technik der Kopplung über Sei tephoh1 räume ergab eine wirksamere Ausnutzung der Hochfrequenzleistung als vorher möglich war. Mit der Kopplung über Seitenhohlräume wurde der Strahl einem beschleunigenden elektrischen Feld ausgesetzt, von dem Energie über die ganze Weglänge des Strahls durch den Beschleuniger absorbiert werden konnte, ausgenommen die Teile des Strahlweges zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen.

Die von geladenen Partikeln in einem Beschleunigungshohlraum absorbierte Energie steht mit der Flugzeit der Partikeln über den Hohlraum in Beziehung, so daß eine Erhöhung des Spaltes zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Uffnungen eines Beschleunigungshohl raunies in einer Verringerung der Energieaufnahme der Partikeln in diesem Hohlraum resultieren kann. Derzeitige Beschleunigerkonstruktionen mit Kopplung über Seitenhohlräume benutzen häufig Driftröhren zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen, um die Energieaufnahme in jedem Beschleunigungshohlraum zu optimieren. Driftröhren korrigieren wirksam die ungünstige Konsequenz einer Verlängerung der Beschleunigungs· hohlräunie auf die Zeit des Partikeldurchfluges, und sie neigen auch dazu, das beschleunigende elektrische Feld innerhalb der unmittelbaren Nachbarschaft des Strahlweges zu konzentrieren. Driftröhren reichen jedoch weit in die Beschleunigungshohlräume hinein und nehmen typischerweise immerhin ein Drittel der Gesamtlänge des Beschleunigers ein. Da die Partikeln in den Driftröhren im wesentlichen eine

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elektrische Feldstärke Null erfahren, nehmen Partikeln während ihres Durchlaufes durch die Driftröhren keinerlei Energie auf. Weiterhin bringen Driftröhren eine starke Konzentration der elektrischen Feldverteilung an den Eingangs- und Ausgangsöffnungen der Beschleunigungshohlräume mit sich, d.h. an den Driftröhrenöffnungen. Diese Konzentration des elektrischen Feldes an den Eingangs- und Ausgangs-Üffnungen der Beschleunigungshohlräume bringt eine Herabsetzung des Leistungspegels mit sich, bei der der Beschleuniger ohne Hochfrequenz-Zusammenbrüche betrieben werden kann. Der maximal zulässige Leistungspegel, bei dem ein Beschleuniger betrieben werden kann, ohne daß Hochfrequenz-Zusammenbruch erfolgt, bestimmt die obere Grenze des elektrischen Beschleunigungsfeldes, das längs des Strahlweges aufrechterhalten werden kann, und bestimmt damit die maximale Energieaufnahme pro Weglängeneinheit des Strahls durch den Beschleuniger. Eine Maximierung der Strahlenergieaufnahme pro Beschleunigerlängeneinheit ist besonders wichtig in Anwendungsfällen, wie Strahlungstherapie, in denen es erwünscht ist, eine Beschleunigerstruktur vorzusehen, die so kurz ist wie möglich, so daß die Beschleunigerstruktur in mehreren Ebenen bei beschränkten Raumverhältnissen gedreht werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Durch die Erfindung soll ein Stehwellen-Linearbeschleuniger für geladene Partikeln verfügbar gemacht werden, der bei Leistungspegeln arbeiten kann, die höher liegen als bisher möglich, ohne daß Hochfrequenz-Zus ammenbrüche auftreten.

Gleichzeitig soll durch die Erfindung ein Stehwellen-Linearbeschleuniger verfügbar gemacht werden, mit dem einem Strahl aus geladenen Partikeln eine höhere Energieaufnahme pro Weglängeneinheit durch den Beschleuniger ermöglicht wird, als bisher möglich war.

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Gleicherweise soll durch die Erfindung ein über Seitenhohl räume gekoppelter Stehwellen-Linearbeschleuniger verfügbar gemacht werden, bei dem die Konzentration der elektrischen Feldverteilung an den Eingangs- und Ausgangs-Öffnungen der Beschleunigungshohlrä'ume minimiert ist.

Ferner soll durch die Erfindung ein über Seitenhohlräume gekoppelter Stehwellen-Linearbeschleuniger verfügbar gemacht werden, bei dem die Energieaufnahme pro Weglä'ngeneinheit des Strahls aus geladenen' Partikeln durch den Beschleuniger maximiert ist.

Weiterhin soll durch die Erfindung ein über Seitenhohl räume gekoppelter Stehwellen-Linearbeschleuniger verfügbar gemacht werden_s bei dem der Teil des Strahlweges, bei dem der Strahl kein beschleunigendes elektrisches Feld erfährt_s minimiert ist.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der maximal zulässige Wert für das beschleunigende elektrische Feld, der vom beschriebenen Beschleuniger toleriert werden kann, ohne daß Hochfrequenz-Zusammenbrüche erfolgen, sich dem Spitzenwert des elektrischen Feldes nähert, das irgendwo auf den inneren Oberflächen der Beschleunigungshohlräume auftritt.

Durch die Erfindung soll ein Stehwellen-Linearbeschleuniger verfügbar gemacht werden, in dem die Hochfrequenzleistung wirksamer benutzt wird, d.h., der eine höhere Strahlenergieaufnahme pro Beschleunigerlängeneinheit für einen bestimmten Eingangs-Leistungspegel ergibt als bisher mit über Seitenhohlräume gekoppelten Beschleunigerstrukturen möglich war.

Ein Merkmal der Erfindung ist es, daß die zu beschleunigenden geladenen Partikeln über im wesentlichen ihren gesamten Weg durch den Beschleuniger ein beschleunigendes elektrisches Feld erfahren. Diskontinuitäten im beschleunigenden elektrischen Feld treten an

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den Blenden zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohl räumen auf, aber die Summe aller dieser Bereiche mit diskontinuierlichem Beschleunigungsfeld ist sehr klein im Vergleich zur Gesamtlänge des Strahlweges durch den Beschleuniger.

Weiterhin soll durch die Erfindung ein Beschleuniger für geladene Partikeln verfügbar gemacht werden, der aus einer Mehrzahl Beschleuniger-Unterstrukturen besteht, wobei jede Unterstruktur eine stehende elektromagnetische Schwingung in phasenmaß!ger Beziehung zu einer stehenden elektromagnetischen Schwingung in jeder anderen Unterstruktur führt, und bei dem die Beschleunigungshohl räume der Unterstrukturen ineinander geschachtelt sind_s so daß jeder Beschleunigungshohlraum einer Unterstruktur an einen Beschleunigungshohlraum einer anderen Unterstruktur längs des Weges des Strahls aus geladenen Partikeln durch den Beschleuniger angrenzt.

Außerdem soll durch die Erfindung ein Beschleuniger für geladene Partikeln verfügbar gemacht werden, der aus einer Mehrzahl Beschleuniger-Unterstrukturen besteht, wobei die Beschleunigungshohlräume der verschiedenen Unterstrukturen mit Bezug auf einander längs des Partikelstrahlweges ineinandergeschachtelt sind, und die Kopplungshohlräume jeder Unterstruktur als Seitenhohl räume weg vom Strahlweg durch den Beschleuniger angeordnet sind.

Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Phasendifferenz zwischen den Stehwellen in den aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen unterschiedlicher Unterstrukturen eingestellt werden kann, um die Energieaufnahme des Strahls aus geladenen Partikeln zu steuern, der durch den Beschleuniger passiert.

Weiter soll durch die Erfindung ein Beschleuniger für geladene Partikeln verfügbar gemacht werden, der/einer Vielzahl von Beschleunigungs-Unterstrukturen besteht, wobei die Beschleunigungshohlräume

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der verschiedenen Unterstrukturen derart ineinandergeschachtelt sind, daß jeder Beschleunigungshohlraum einer Unterstruktur an einen Beschleunigungshohlraum einer anderen Unterstruktur längs des Strahlweges durch den Beschleuniger angrenzt, wobei aneinander grenzende Beschleunigungshohlräume unterschiedlicher Unterstrukturen elektromagnetisch voneinander entkoppelt sind.

Außerdem soll durch die Erfindung eine Einrichtung verfügbar gemacht werden, mit der zwei oder mehr unabhängige Mikrowelleneingänge einem Linearbeschleuniger für geladene Partikeln zugeführt werden können, so daß der Strahl aus geladenen Partikeln in einem Teil des Beschleunigers durch Mikrowellenenergie von einem Eingang beschleunigt wird, und in einem anderen Teil des Beschleunigers von Mikrowellenenergie von einem anderen Eingang.

Die Erfindung lehrt, daß durch Verschachtelung der Beschleunigungshohlräume mehrerer unabhängiger elektromagnetischer entkoppelter Unterstrukturen, die längs des Weges des Partikelstrahls durch den Beschleuniger angeordnet sind, und dadurch, daß jede dieser Unterstrukturen mit einer stehenden elektromagnetischen Schwingung erregt wird, die in phasenmäßiger Beziehung zu einer stehenden elektromagnetischen Schwingung in jeder der anderen Unterstrukturen steht, der maximal zulässige Leistungspegel, bei dem der Beschleuniger betrieben werden kann, ohne Hochfrequenz-Zusammenbrüche zu erfahren, merklich erhöht werden kann.

Zwei oder mehr unabhängige, über Seitenhohlräume gekoppelte Unterstrukturen können kombiniert werden, um insgesamt einen einzelnen Beschleuniger zu bilden, wobei jede Unterstruktur mit Hochfrequenzleistung erregt wird, die phasenmäßig mit der anderer Unterstrukturen in Beziehung steht. Die sich ergebende Gesamtstruktur kann im π/2-Modus bezüglich der Dispersionscharakteristik betrieben werden.

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Im Allgemeinen ist vorzuziehen, daß die Unterstrukturen elektromagnetisch entkoppelt sind, damit die Phasenlage der Schwingung in einer Unterstruktur kontrollierbar mit Bezug auf die Phase der Schwingung in irgendeiner anderen Unterstruktur variabel ist, wenigstens im Falle sehr kleiner Strahlbelastung (d.h., wenn der Strahlstrom sehr klein ist). In einigen Anwendungsfällen würde jedoch ein gewisser Betrag elektromagnetischer Kopplung zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen unterschiedlicher Unterstrukturen tolerierbar, oder sogar erwünscht sein.

Im Falle eines Beschleunigers mit zwei Unterstrukturen nach der Erfindung nähert sich der Laufwegfaktor sehr stark dem Wert 1 für relativistische Partikeln (beispielsweise Elektronen) und ist für nicht relativistische Partikeln erheblich höher als es bei Beschleunigern bekannter Art möglich ist. Insbesondere bei schweren Partikeln erlaubt also die Erfindung eine beträchtlich höhere Energieaufnahme pro Längeneinheit als bisher möglich war. Weiterhin eliminiert der höhere Laufzeitfaktor (d.h. die kürzere Flugzeit) nach der Erfindung die Notwendigkeit von Driftröhren zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen, und erlaubt damit die Verwendung abgerundeter Blendenöffnungen, um die elektrische Feldkonzentration an Eingangs- und Ausgangs-Öffnungen jedes Beschleunigungshohlraums zu minimieren. Dieses Merkmal erhöht den Hochfrequenzleistungspegel, der von der Beschleunigerstruktur ohne elektrische Zusammenbrüche gehandhabt werden kann, erheblich. Weiterhin dient die Verwendung von abgerundeten Blendenöffnungen anstelle von Driftröhren dazu, daß sich ein im wesentlichen gleichförmiges elektrisches Beschleunigungsfeld über den ganzen Beschleuniger längs des Weges der geladenen Partikeln erstreckt. Dieses gleichförmige elektrische Feld nähert sich dem Wert der Spitze des Hochfrequenzfeldes, die an den Blendenabrundungen liegt.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der

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folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:'

Fig. 1 eine Schrägansicht eines Stehwellen-Linearbeschleunigers für Partikeln mit zwei unabhängigen, über Seitenhohlräume gekuppelten, ineinandergeschachtelten Unterstrukturen nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 einen.Schnitt durch einen Beschleunigungshohlraum längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Teilschnitt entsprechend der Linie 5-5 in Fig. 3, jedoch durch eine andere Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 6 eine Außenansicht entsprechend der Linie 6-6 in Fig. 5, wobei die inneren Merkmale dieser Ausführungsform unterbrochen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine Schrägansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Stehwellen-Linearbeschleunigers für Partikeln nach den Lehren der Erfindung. Der Beschleuniger 1 weist zwei ineinandergeschachtelte, über Seitenhohlräume gekoppelte Stehwellen-Unterstrukturen auf, wobei die Seitenhohlräume jeder Unterstruktur orthogonal mit Bezug auf die Seitenhohlräume der anderen Unterstruktur längs einer gemeinsamen Achse 10 angeordnet sind. Die Achse 10 definiert auch den Weg des Strahls aus geladenen Partikeln durch den Beschleuniger 1. Jede Unterstruktur bestehtaus einer Reihe von Beschleunigungshohlräumen, wobei die Beschleunigungshohlräume einer Unterstruktur zwischen die Beschleunigungshohlräume der anderen Unterstruktur geschachtelt sind, wie in Verbindung mit Fig. 2 und 3 noch erläutert wird. Für jede

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Unterstruktur sind die Beschleunigungshohlräume induktiv über Seitenhohlräume gekoppelt. Die Seitenhohlräume sind in Fig. 1 als Vorsprünge aus der allgemein zylindrischen Gesamtform des Beschleunigers 1 erkennbar. Die Beschleunigungshohlräume einer Unterstruktur sind jedoch elektromagnetisch von den Beschleunigungshohlräumen der anderen Unterstruktur entkoppelt.

In Fig. 1 sind auch Hochfrequenzleistungs-Eingangsleitungen und 111 dargestellt, die jeweils eine der Stehwellen-Unterstrukturen erregen sollen. Eine konventionelle Quelle für geladene Partikeln, beispielsweise eine Elektronenkanone, die nicht dargestellt ist, injiziert einen gepulsten Strahl aus geladenen Partikeln durch eine Strahleingangsöffnung 51 in den Beschleuniger 1 längs der Achse 10 von links nach rechts, gesehen in Fig. 1, 2 und 3. Die injizierten Strahl impulse können phasenmäßig mit den Eingangsquellen für Hochfrequenzleistung, beispielsweise Klystrons (nicht dargestellt) abgestimmt sein, die Leistung an die Leitungen 1O2 und 111 liefern, so daß die geladenen Partikeln jedes Impulses durch jeden der aufeinanderfolgenden Beschleunigungshohlräume während eines Zeitintervalls passiert, wenn die elektrische Feldintensität in diesem Hohlraum maximal ist. Es ist erwünscht, daß in jedem Beschleunigungshohlraum die Partikeln die maximale Feldintensität erfahren, die für den speziellen Leistungspegel möglich ist, bei dem der Beschleuniger 1 betrieben wird. Auf diese Weise resultiert die elektromagnetische Wechselwirkung der geladenen Partikeln mit dem elektrischen Feld in dem größtmöglichen Energieübergang vom Feld zu den Partikeln.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Beschleuniger 1 längs der Achse 10 des Partikelstrahls. In der speziellen dargestellten Ausführungsform sind elf Beschleunigungshohlräume 11, 12, 13, 14,

15, 16, 17, 18, 19, 20 und 2,1 vorgesehen. Die ungeradzahligen Beschleunigungshohlräume bilden eine Stehwellen-Unterstruktur, und die geradzahligen Beschleunigungshohlräume bilden eine andere,

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unabhängige Stehwellen-Unterstruktur. Die ungeradzahligen Beschleunigungshohlräume sind elektrisch mit Seitenhohlräumen 21, 23, 25, und 29 zusammengekoppelt. Fig. 3 zeigt einen anderen Schnitt durch den Beschleuniger 1 längs der Achse 10 des Partikelstrahls, orthogonal zum Schnitt in Fig. 2. Gemäß Fig. 3 sind die geradzahligen Beschleunigungshohlräume elektrisch durch Seitenhohlräume 22, 24, 26, und 28 zusammengekoppelt. Jeder der Beschleunigungshohlräume bis 21 ist zylindrisch aufgebaut, und alle diese Beschleunigungshohlräume sind koaxial längs der Achse 10 ausgefluchtet.

Der erste Hohlraum 11 weist eine Eingangswand 31 auf, die senkrecht zur Strahlachse 10 liegt und eine kreisförmige Strahleingangsöffnung 51 aufweist, die koaxial zur Strahlachse 10 angeordnet ist. Eine zweite Wand 32, die ebenfalls senkrecht zur Strahl achse 10 liegt, dient als gemeinsame Wand zwischen dem. Beschleunigungshohlraum 11 und dem Beschleunigungshohlraum 12. Die Wand 32 weist ebenfalls eine zentrale kreisförmige öffnung 52 auf, die koaxial mit der öffnung 51 längs der Strahlachse 10 ausgefluchtet ist. Die gemeinsame Wand weist zusätzlich zwei magnetische Kopplungsöffnungen 62 und 62' auf, die symmetrisch zueinander auf beiden Seiten der Zentralöffnung 52 angeordnet sind. Diese magnetischen Kopplungsöffnungen sind nahe der Außen-

Peripherie der Wand 32 angeordnet, angrenzend an die Bereiche in Hohlräumen 11 und 12, wo das magnetische Feld sich dem Maximalwert nähert und das elektrische Feld sehr klein ist. Im Prinzip kann eine magnetische Kopplung zwischen Hohlräumen 11 und 12 durch ein einziges Kopplungsloch bewirkt werden, oder durch eine Vielzahl von Kopp!ungslöchern, die beispielsweise in Form eines Ringes um den Außenumfang der Wand 32 angeordnet sind. Es wurde jedoch festgestellt, daß zwei diametral einander gegenüberliegende KoppTungslöcher 62 und 62' gemäß Fig. 2, deren Größe in der gleichen Größenordnung liegt wie die Größe der zentralen Strahlöffnung 52, für eine adäquate magnetische Kopplung zwischen angrenzenden Hohlräumen 11 und 12 sorgt, um eine unerwünschte elektrische Kopplung

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durch die Zentralfffnung 52 zu kompensieren. Der Netto-Effekt einer Energiekopplung von Hohlraum 11 in Hohlraum 12 durch öffnung 52 wird effektiv durch die gleichzeitige Energiekopplung von Hohlraum zurück in Hohlraum Π durch die magnetischen Kopplungsöffnungen 62 und 62¹ aufgehoben. Wie in Fig. 2 und 3 illustriert ist, sind die Kanten der öffnungen 51 und 52 abgerundet, um den elektrischen Feldgradienten an diesen öffnungen auf einen niedrigeren Wert herabzusetzen als er erhalten würde, wenn Driftröhren oder nicht abgerundete Blendenöffnungen vorgesehen wären.

Der Beschleunigungshohlraum 12 weist eine weitere Wand 33 auf, die als gemeinsame Wand zwischen Hohlraum 12 und dem nächsten Beschleunigungshohlraum 13 dient. Die Wand 33 weist eine Zentral öffnung 53, die koaxial zur Strahlachse 10 liegt, und zwei magnetische Kopplungsöffnungen 63 und 63', die symmetrisch auf beiden Seiten der Zentralöffnung 53 angeordnet sind, auf, um für eine magnetische Kopplung zwischen den Hohlräumen 12 und 13 zu sorgen» so daß irgendeine elektrische Kopplung zwischen diesen Hohlräumen durch die Zentralöffnung 53 kompensiert wird. Die Kanten der öffnung 53 sind abgerundet, wie oben in Verbindung mit öffnungen 51 und 52 diskutiert, um den elektrischen Feldgradienten an der Blendenöffnung zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohl räumen herabzusetzen.

Die Hohlräume 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 und 21 weisen gemeinsame Wände 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40bzw. 41 auf, die zwischen aneinander grenzenden Hohlräumen angeordnet sind, so daß alle diese Hohlräume längs der Strahl achse 10 ausgefluchtet sind. Die gemeinsamen Wände 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 und 41 weisen jeweils eine von vielen zentralen Strahlöffnungen 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 bzw. 61 auf, die ebenfalls koaxial miteinander um die Strahlachse 10 ausgefluchtet sind. Jede der Wände 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 und 41 weist zusätzlich zwei magnetische Kopplungsöffnungen 64 und 64', 65 und 65', 66 und 66', 67 und 67', 68 und 68', 69 und 69', 70 und 70* bzw. 71 und 71' auf,

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die symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der zentralen öffnungen 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 bzw. 61 angeordnet sind und dazu dienen, die aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräume 13 und 14, 14 und 15, 15 und 16, 16 und 17, 17 und 18, 18 und 19, 19 und 20 bzw. 20 und 21 zu koppeln. Diese magnetische Kopplung aneinander grenzender Hohlräume kompensiert irgendeine elektrische Kopplung, die durch die zentralen Strahlöffnungen in den Wänden erfolgt, die aneinander grenzende Hohlräume trennen. Die Strahl öffnungen 54, 55, 56, 57, 58; 59, 60 und 61 sind in gleicher Weise abgerundet, um den elektrischen . Feldgradienten an den Blendenöffnungen zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen zu reduzieren. Eine Ausgangswand 42 mit einer zentralen Strahlausgangsöffnung 80, die mit der Strahl achse 10 ausgefluchtet ist, ist an der von der Wand 41 abgewandten Seite des Beschleurngungshohlraums 21 angeordnet und dient dazu, die Beschleunigungshohlraumstruktur zu vervollständigen. Es ist zu erwähnen, daß der Beschleuniger 1 evakuiert ist. Für die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform ist es notwendig, daß die ■Strahleingangsöffnung 51 und die Strahlausgangsöffnung 80 mit Fenstern verschlossen sind, die fürGas undurchlässig sind, um eine vakuumdichte Integrität der Struktur aufrechtzuerhalten, die jedoch für die Strahlpartikein bei den Energien, bei denen diese Partikeln jeweils in den Beschleuniger 1 eintreten bzw. aus diesem austreten, durchlässig sind. Eine andere Ausführungsform hinsichtlich der Strahl eingangsöffnung 51 wäre es, einen Vorbeschleuniger, oder die Quelle für geladene Partikeln, unmittelbar angrenzend an die öffnung 51 anzuordnen, beispielsweise durch eine vakuumdichte Flanschverbindung, in der Weise, daß geladene Partikeln direkt durch die öffnung 51 in den evakuierten Beschleuniger injiziert werden können, ohne daß es notwendig ist, daß irgendein Fenstermaterial die öffnung 51 abdeckt. Wenn der Beschleuniger nur für sehr leichte Partikeln verwendet wird (beispielsweise Elektronen), die zu einem sehr schmalen Strahl kollimiert werden können, ist es möglich, die zentralen Strahlöffnungen so klein zu machen, daß eine elektrische Kopplung zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungs-

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hohlräumen vernachlässigbar wird. In diesem Falle sind die magnetischen Kopplungshohlräume nicht notwendig und können weggelassen werden.

Der Beschleunigungshohlraum 11 ist induktiv über einen Seitenhohlraum mit dem Beschleunigungshohlraum 13 gekoppelt, wie in Fig. 2 dargestellt. Ein zweiter Seitenhohlraum 22 (Fig. 3) ist 90° um die Strahlachse herum gegen den Seitenhohlraum 21 versetzt und sorgt für eine ähnliche induktive Kopplung zwischen den beiden Beschleunigungshohlräumen 12 und 14. Ein dritter Seitenhohlraum 23 (Fig. 2) ist 90° um die Strahlachse 10 herum jenseits des Seitenhohlraums 22 angeordnet und sorgt für eine Kopplung zwischen den beiden Beschleunigungshohlräumen 13 und 15. Ein vierter Seitenhohlraum 24 ist 90° um die Strahlachse 10 herum über den Seitenhohlraum 23 hinaus versetzt und sorgt für eine Kopplung zwischen den beiden Beschleunigungshohlräumen 14 und 16. In gleicher Weise ist ein fünfter Seitenhohlraum 25.90° um die Strahl achse 10 herum jenseits des Hohlraums 24 angeordnet, d.h. mit dem Seitenhohlraum 21 ausgefluchtet, und sorgt für eine Kopplung zwischen den beiden BeschleunigungshohTräumen 15 und 17. In ähnlicher Weise ist ein sechster Seitenhohlraum 26 90° um die Strahl achse 10 herum jenseits des Seitenhohlraums 25 angeordnet und mit dem Seitenhohlraum 22 ausgefluchtet; er sorgt für eine Kopplung zwischen den beiden Beschleunigungshohlräumen 16 und 18. Ein siebter Seitenhohlraum 27 ist weitere 90° um die Strahlachse 10 herum versetzt, mit dem Seitenhohlraum 23 ausgefluchtet und sorgt für eine Kopplung zwischen den Beschleunigungshohlräumen 17 und 19. In ähnlicher Weise ist ein achter Seitenhohlraum 28 weitere 90° um die Strahlachse 10 herum jenseits des Seitenhohlraums 27 angeordnet, mit dem Seitenhohlraum 24 ausgefluchtet und sorgt für eine Kopplung zwischen den beiden Beschleunigungshohlräumen 18 und 20. Ein neunter Seitenhohlraum 29 ist 90° weiter um die Strahlachse 10 herum angeordnet, mit den Seltenhohlräumen 21 und 25 ausgefluchtet und sorgt für eine Kopplung zwischen den beiden Beschleunigungshohlräumen 19 und 21.

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Im Prinzip können die Seitenhohlräume 21 bis 29 in üblicher Weise geformt sein, wie beispielsweise in dem oben erwähnten Aufsatz von E.A. Knapp u.a. beschrieben. Es ist jedoch vorzuziehen, den üblichen Aufbau der Seitenhohlräume zu modifizieren, um die Zwischenschaltung eines unabhängig erregten Beschleunigungshohlraums zwischen je zwei gekoppelte Beschleunigungshohlräume zu berücksichtigen. Die Form des Seitenhohlraums 22 ist, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, so entworfen, daß sie die Zwischenschaltung des Beschleunigungshohlraums 13 zwischen die Beschleunigungshohlräume 12 und 14 berücksichtigt, die elektrisch mit dem Seitenhohlraum 22 gekoppelt sind. Insbesondere ist der Hohlraum 22 nicht als einfacher Zylinder in üblicher Weise geformt, sondern als eine Kombination von drei Koaxialzylindern 2, 3 und 2¹. Ein Ende des Zylinders 2 ist teilweise durch Wand 4 begrenzt, und das andere Ende steht in offener Verbindung mit dem Zylinder 3. Der Zylinder 3 ist koaxial mit den Zylindern 2 und 2', hat jedoch kleineren Durchmesser, und steht in offener Verbindung an jedem Ende mit den Zylindern 2 und 2¹, um die Innenkammer des Seitenhohlraums 22 zu bilden. Der Zylinder V hat den gleichen Durchmesser und die gleiche axiale Länge wie der Zylinder 2 und ist teilweise durch die Wand 4.' begrenzt, die am dem Zylinder 3 gegenüberliegenden Ende sitzt. Die axiale Länge des Zylinders 3 ist gleich dem Abstand zwischen den Außenflächen der Wände 33 und 34 des Beschleunigungshohlraums 13, wie in Fig. 3 ersichtlich ist. Der Durchmesser des Zylinders 3 ist kleiner als der Durchmesser der Zylinder 2 und 2¹, um einen ausreichenden Betrag, um den Zylindern 2 und 2' zu erlauben, einen konventionell bestimmten Durchmesser zu haben, während es dem Beschleunigungshohlraum 13 möglich ist, koaxial zu dem Beschleunigungshohlräumen 12 und 14 zu sein und die gleichen Abmessungen wie diese zu haben. Ein Metall pfosten 5, der von der Wand 4 vorsteht, und ein Metallpfosten 5', der von der Wand 4/ vorsteht, sind symmetrisch längs der gemeinsamen Achse der

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Zylinder 2, 3 und 2* angeordnet, so daß der Spalt zwischen den Pfosten 5 und 5' die Kapazität bilden kann, die dafür notwendig ist, den Seitenhohlraum 22 auf die gleiche Frequenz abzustimmen wie die Beschleunigungshohlräume 12 und 14. Fig.4 zeigt im Detail einen Querschnitt durch den Beschleunigungshohlraum 13 und den Seitenhohlraum 22. Der Seitenhohlraum 22 kommuniziert mit dem Beschleunigungshohlraum 12 durch Blende 6, und mit Beschleunigungshohlraum 14 durch Blende 6', wobei die Blenden 6 und 6¹ induktive Kopplungsblenden sind. Die anderen Seitenhohlräume 24, 26 und 28 gemäß Fig. 3 und die Seitenhohlräume 21, 23, 25, 27 und 29 gemäß Fig. 4 sind in der gleichen Weise aufgebaut wie für den Seitenhohlraum 22 beschrieben. Die Beschleunigungshohlräume und die Seitenkopplungshohlräume einer bestimmten Unterstruktur sind alle so abgestimmt, daß sie im wesentlichen bei dergleichen Frequenz in Resonanz kommen.Für praktische Anwendungsfälle wird in Betracht gezogen, daß die Hohlräume im S-Band in Resonanz kommen.

Wie in Fig.l veranschaulicht'ist, kommuniziert ein erster Hochfrequenz-Leistungs-Eingangs-Hohlleiter 102 mit dem Beschleunigungshohlraum 20 durch Blende 106, um Energie in die geradzahligen Beschleunigungshohlräume zu koppeln. Der Hohlleiter 102 besteht aus einem rechteckigen Führungselement 103, einem daran befestigten Montageflansch und einem Hochfrequenzfenster 105, das dicht darüber gesetzt ist, um die Passage von hochfrequenter Energie in den Beschleunigungshohlraum 20 zu erlauben, während es gleichzeitig einen Teil des Vakuumgefäßes des Beschleunigers 1 bildet. In ähnlicher Weise kommuniziert ein zweiter Hochfrequenz-Leistungs-Eingangs-Hohlleiter 111, der aus einem rechteckigen Führungselement 113, einem Montageflansch und einem Hochfrequenzfenster 115 besteht, mit dem Beschleunigungshohlraum 11 über Blende 116, um Energie in die ungeradzahligen Beschleunigungshohlräume zu koppeln. Im Prinzip könnte Hochfrequenzenergie an irgendeinen der Beschleunigungshohlräume jeder Unterstruktur gekoppelt werden, um eine Stehwelle in dieser Unterstruktur aufzubauen. Zweckmäßigerweise werdenjedoch die Leistungs-Eingangs-Hohlleiter 102 und 111 an den gegenüberliegenden Enden des Beschleunigers 1 angeordnet,

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um den körperlichen Abmessungen der Hohlleiter Rechnung zu tragen. · Da die Unterstruktur, die aus den Beschleunigungshohlräumen 11, 13, 15, 17, 19 und 21 besteht, elektromagnetisch von der Unterstruktur entkoppelt ist, die aus den Beschleunigungshohlräumen 12, 14, 16, 18 und 20 besteht, kann jede Unterstruktur so erregt werden, daß sie eine Stehwelie anderer Frequenz stützt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß Eingangsleistung der gleichen Frequenz gewöhnlich in jede Unterstruktur eingekoppelt wird. Für einen Beschleuniger mit zwei Unterstrukturen, wie in der Zeichnung dargestellt ist, kann maximale Energie an den Strahl aus geladenen Partikeln übertragen werden, und damit die maximale Ausgangsstrahlenergie erreicht werden, wenn die Stehwelle in.einer Unterstruktur phasenmäßig um ■"■ /4 gegen die Stehwelle in der anderen Unterstruktur versetzt ist (d.h., wenn die Phase der Schwingung in Hohlraum 12 der Phase der Schwingung in Hohlraum 11 um π /4 nacheilt) und die Phasengeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit der Partikeln durch den Beschleuniger ist. Die Injektion der geladenen Partikeln in den Beschleuniger ist mit dem Hothfrequenzfeld im ersten Beschleunigungshohlraum in bekannter Weise synchronisiert, wobei die Hohlraumabmessungen und die Feldfrequenz berücksichtigt werden. Für einen Beschleuniger mit einer größeren Anzahl von unabhängigen Unterstrukturen als zwei, kann die maximale Strahlausgangsenergie dann erreicht werden, wenn jede folgende strahlabwärtige Unterstruktur phasenmäßig so eingestellt ist, daß sie der unmittelbar vorausgehenden Unterstruktur um ir/2N (wobei N die Anzahl der Unterstrukturen ist) nacheilt und die Phasengeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit der Partikeln ist. Für einen Strahl aus geladenen Partikeln mit einer bestimmten Intensität ist es durch Justierung der Phasenverschiebung zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen möglich, die Ausgangsstrahlenergie des Beschleunigers von einem Maximalwert bis herab zu einem Wert einzustellen, der etwa nur der Energie gleich ist, die die Partikeln besitzen, wenn sie in den Beschleuniger eintreten.

Statt jeder Beschleuniger-Unterstruktur mit einem getrennten Hoch-

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frequenz-Leistungs-Eingangs-Hohlleiter auszustatten, wäre es auch möglich, beide Unterstrukturen von einer einzigen Energiequelle durch einen einzigen Eingangshohlleiter zu erregen. Der Hohlleiter 102 kann beispielsweise weggelassen werden und Leistung von der Unterstruktur aus den ungeradzahligen Beschleunigungshohlräumen kann in die · Unterstruktur aus den geradzahligen Hohlräumen durch einen Kopplungs-Seitenhohlraum eingekoppelt werden, der so ausgelegt ist, daß er die notwendige Phasenverschiebung in der richtigen Richtung ergibt, so daß der Strahl einen identischen Beschleunigungseffekt in den Hohlräumen einer Unterstruktur erfährt, den er auchin den Hohlräumen der Unterstruktur erfährt. Gemäß Fig. 5 ist der Hohlleiter 102 weggelassen worden und Leistung vom Beschleunigungshohl raum 21 einer Unterstruktur wird in den Beschleunigungshohlraum 20 der anderen Unterstruktur über den Kopplungsseitenhohlraum 120 eingekoppelt, der so ausgelegt ist, daß sich eine Phasenvoreilung um π/4 in Richtung der Vorwärts-Transmission der elektromagnetischen Schwingung vom Beschleunigungshohlraum 21 zurück zum Beschleunigungshohlraum 20 ergibt, d.h. in Richtung entgegengesetzt zur Laufrichtung des Strahls. Die Phase der elektromagnetischen Schwingung in Hohlraum 20eilt dann der Phase in Hohlraum 21 um π/4 vor. Der Seitenhohlraum 120 besteht aus drei Kammern 121, 122 und 123 in offener Kommunikation miteinander. Die Kammern 121 und 123 sind durch eine Metallwand 125 getrennt, so daß Energie vom Beschleunigungshohlraum 21 in Richtung der Vorwärtstransmission anschließend in Kammer 121, dann in Kammer 122 und dann in Kammer 123 wandert, ehe sie in dem Beschleunigungshohlraum 20 passiert. Die Kammer 122 ist als Zylinder in üblicher Weise aufgebaut, wie beispielsweise in dem erwähnten Aufsatz von E.A. Knapp u.a. beschrieben, und zwar mit kapazitiven Belastungselementen 124 und 124', die in die Kammer 122 vorstehen, um die Kapazität zu bilden, die dazu notwendig ist, den Seitenhohlraum 120 auf die gleiche Frequenz abzustimmen wie die Beschleunigungshohlräume 20 und 21. Die Kammern 121 und 123 sind Transmissions-Hohlleiter-Strukturen. Ein dielektrisches Element 126 (das eine keramische Platte sein kann, beispielsweise aus Tonerde) ist an einer der Wände des Hohlraums 121 befestigt,

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beispielsweise angelötet, (etwa an die Innenseite der Wand 127), um für die Phasenverschiebung ττ/4 in Richtung der Vorwärtstransmission hochfrequenter Energie von der Unterstruktur zu sorgen, die aus ungeradzahligen Beschleunigungshohlräumen besteht ₃ zu der Unterstruktur, die aus den geradzahligen Beschleunigungshohlräumen besteht. Fig. 6 zeigt eine Außenansicht des Seltenhohlraums 120 senkrecht zur Strahlachse 10, wobei das kapazitive Belastungselement 124, die Wand 125 und das dielektrische Element 126 unterbrochen dargestellt sind.

Obwohl die dargestellten Ausführungsformen der Erfindung nur zwei ineinander geschachtelte Unterstrukturen zeigen, ist klar, daß drei, vier, oder noch mehr Unterstrukturen in ähnlicher Weise ineinander geschachtelt werden können. Um die Vorteile eines Beschleunigers nach der Erfindung abzuschätzen, ist es nützlich, das Verhältnis E /E_Q zu betrachten, wobei E als der Spitzenwert des elektrischen Feldes definiert ist, der irgendwo auf den Innenflächen des Beschleunigers für einen gegebenen Eingangsleistungspegel auftritt, und E_Q als der Mittelwert des elektrischen Feldes längs der Strahl achse des Beschleunigers für den gleichen Eingangsenergiepegel. Bei steigendem Eingangsenergiepegel steigen auch die Werte von E und E , das Verhältnis E /E_Q bleibt jedoch eine Konstante, die charakteristisch für den speziellen Beschleuniger ist. Der maximal zulässige Spitzenwert (E_)_m_, der ohne Hochfrequenz-Zusammenbruch gestützt werden

P MlelX

kann (d.h. ohne BogenUberschlag) wird durch die Betriebsfrequenz des Beschleunigers, die Impulsdauer und die Oberflächenbedingungen der Beschleunigungshohlräume bestimmt. In einem Beschleuniger mit Hohlräumen, die auf Resonanz im S-Band für eine Impulsdauer im Bereich von 4 bis 5 Mikrosekunden dimensioniert sind, hat also E einen maximal zulässigen Wert (E_p)_max von etwa 55 MV pro Meter. Dieser Wert von (E ") wird als maximal erzielbarer Wert für E_n

y lila Λ ρ

angesehen, und jeder Versuch, diesen Wert durch Erhöhen des Eingangsleistungspegels zu erhöhen, resultiert nur in einem Hochfrequenz-Zusammenbruch .

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Bei bekannten Beschleunigern wurde der Spitzenwert E gewöhnlich in der Nähe der Blenden oder der Driftröhrenöffnungen zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen erreicht, und zwar aufgrund des scharfen elektrischen Feldgradienten in diesen Bereichen, der durch die Blenden- oder Driftröhren-Vorsprünge verursacht war. Es ist zu beachten, daß die Vermeidung scharfer Kanten an den Irisöffnungen zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen, oder die Beseitigung der Driftröhren mit ihren Vorsprüngen in die aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräume den elektrischen Feldgradienten im Bereich zwischen einander grenzenden Beschleunigungshohlräumen erheblich reduzieren würde und dementsprechend für eine gleichförmigere elektrische Feldstärkeverteilung längs des Strahlweges durch den Beschleuniger sorgen würde. Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß dickwandige Blenden mit scharfkantigen öffnungen vermieden werden, und die Notwendigkeit für Driftröhren zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohl räumen eliminiert wird. In einem Beschleuniger nach der Erfindung wird also der Partikelstrom einer relativ gleichförmigen elektrischen Feldstärke über praktisch den ganzen Weg durch den Beschleuniger ausgesetzt, mit Ausnahme an den abgerundeten Blendenöffnungen zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen. Es sind derzeit Techniken bekannt, mit denen die Wände zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen dünn genug gemacht werden können, so daß die Gesamtheit der Dickenmaße aller aneinander grenzende, Beschleunigungshohlräume trennenden Wände klein im Vergleich zum Gesamtweg des Strahls durch den Beschleuniger ist. Die erforderliche Stärke der Wände zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen in einem Beschleuniger nach der Erfindung hängt nur von Betrachtungen hinsichtlich der mechanischen Festigkeit ab. über Seitenhohlräume gekoppelte Beschleuniger bekannter Art erforderten auf der anderen Seite im allgemeinen Driftröhren zwischen aneinandergrenzenden Beschleunigungshohlräumen, um die Energieaufnahme in jedem Beschleunigungshohlraum zu optimieren, statt daß dünnwandige Blenden zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen vorgesehen waren. Erfindungsgemäß wird also der Teil des Strahlweges durch den Beschleuniger,

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in dem der Strahl kein beschleunigendes elektrisches Feld erfährt,, minimiert, so daß die Energieaufnahme pro Weglängeneinheit für einen bestimmten mittleren Wert E₀ des elektrischen Feldes längs der Strahlachse des Beschleunigers erhöht wird.

Ebenso wie der Teil des Strahlweges, an dem das beschleunigende elektrische Feld Null ist, minimiert wird, sorgt die Erfindung auch dafür, daß der Strahl einen höheren Mittelwert E des elektrischen Feldes erfährt als es bisher mit über Seitenhohlräume gekoppelten Beschleunigern bekannter Art möglich war. Hochfrequenz-Zusammenbruch fand bei niedrigerem Betriebsenergiepegel bekannter Beschleunigerstrukturen statt als bei einem Beschleuniger nach der Erfindung, und zwar wegen der stärkeren Konzentration des elektrischen Feldes an den Eingangs- und Ausgangsöffnungen der Beschleunigungshohl räume bekannter Strukturen. Nach der Erfindung kann Eingangs-Hochfrequenzenergie mit höheren Pegeln in den Beschleuniger gekoppelt werden, ohne daß ein elektrischer Zusammenbruch befürchtet werden muß, als mit bekannten Beschleunigerstrukturen möglich.

Wenn aneinander grenzende Beschleunigungshohlräume elektromagnetisch voneinander entkoppelt sind, ist es möglich, die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen in aneinander grenzenden Hohlräumen zu justieren. Dieses Merkmal der Erfindung kann eine Einrichtung bilden, mit der die Ausgangsenergie des Strahls aus geladenen Partikeln vom Beschleuniger kontrolliert werden kann, wenigstens im Falle geringer Strahlbelastung.

Es wurde experimentell festgestellt, daß der Wert des Verhältnisses>E /E für einen Beschleuniger mit zwei Unterstrukturen nach der Erfindung kleiner ist als der Wert für das gleiche Verhältnis bei einem Beschleuniger bekannter Art, wie er in dem oben erwähnten Aufsatz von E.A. Knapp u.a. beschrieben ist und zwar um etwa den Faktor 2. Da (£„)„,-„ für beide Beschleunigerformen eine Konstante ist, ist

ρ ιΠαΧ

das maximal zulässige Beschleunigungsfeld (^E ₀)_max» das mit einem

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Beschleuniger mit zwei Unterstrukturen nach der Erfindung erzielbar ist, ehe Hochfrequenz-Zusammenbruch erfolgt, um etwa den Faktor 2 größer als das für einen Beschleuniger nach E.A. Knapp u.a. Diese Verdopplung des maximal zulässigen Beschleunigungsfeldes, die vom Beschleuniger ohne elektrischen Zusammenbruch toleriert werden kann, macht es für einen Beschleuniger nach der Erfindung möglich, einen Ausgangsstrahl mit maximaler Energieaufnahme zu liefern, die etwa doppelt so groß ist wie sie mit üblichen Stehwellenbeschleunigern der gleichen Gesamtlänge erzielbar ist. Es ist natürlich notwendig,daß ein Beschleuniger nach der Erfindung mit einem Eingangsleistungspegel betrieben wird, der etwa vier mal höher ist als der maximal zulässige Leistungspegel, den konventionelle Beschleuniger tolerieren könnten, ohne daß elektrische Zusammenbrüche auftreten, um diese Verdopplung der Strahlenergieaufnähme pro Beschleunigerlängeneinheit zu erreichen.

Um die Vorteile der Erfindung zu würdigen, ist es instruktiv, den Fall einer Kette von gleichförmigen, idealisierten, blendenbelasteten Wanderfeld-Beschleunigungshohlräumen für den TM-Modus mit vernachlässigbarer elektrischer Kopplung zu angrenzenden Hohlräumen durch die sehr kleinen zentralen Strahlachsenöffnungen zu betrachten, mit phasenmäßiger Kopplung durch Seitenhohlräume. Wenn beispielsweise das Verhältnis d/D gleich 0,8 gemacht wird (wobei d der Abstand zwischen den Innenwänden jedes Beschleunigungshohlraums und D die Summe von d plus Stärke der Wand zwischen zwei aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen ist) und die Strahl geschwindigkeit der Phasengeschwindigkeit des Beschleunigungsfeldes entspricht, dann kann gezeigt werden,-daß E_p/E₀=

= D/Td, wobei T, der Laufzeitfaktor, gegeben ist durch T = -·

wobei φ = 2F.d/λ , mit λ als Wellenlänge der beschleunigenden elektromagnetischen Schwingung. Das Verhältnis E_D/E_Q für einen solchen idealisierten scheibenbelasteten Wanderfeldbeschleuniger kann als Funktion von-ψ für ein konstantes Verhältnis d/D = 0,8 berechnet werden, so daß sich die in Tabelle I zusammengestellten Resultate ergeben:

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Tabelle I

V^Eo

O 1,25

ττ/4 1,27

π/3 . 1,29

π/2 1,34

2 ττ/3 . 1,41

4 π/5 , 1,49

ir 1,65

Die obigen Berechnungen basieren auf der Annahme, daß die Strahlöffnungen zwischen aufeinanderfolgenden Besch1eunigungshöh!räumen sehr klein sind. Es kann.gezeigt werden, daß der O-Modus, d.h. der Modus, in dem Φ = 0, überhaupt nicht empfindlich gegen Änderungen in der Größe der öffnungen zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen ist, daß aber der π-Modus außerordentlich empfindlich selbst gegen eine geringfügige Vergrößerung der Öffnungsgröße ist. Für den π-Modus hängt also das Verhältnis E /E stark von der Größe der öffnung und der Stärke der Wand zwischen den Hohlräumen ab. Für jeden der übrigen Modi . (d.h. Φ = π/4, π/3, π/2, 2π/3, 4π/5) liegt der Effekt der Änderung der Öffnungsgröße irgendwo zwischen den Effekten für den O-Modus und den π-Modus.

Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß für einen idealisierten, scheibenbelasteten, über Seitenhohlräume gekoppelten Wanderfeldbeschleuniger, der geometrisch so geformt ist, daß d/D = 0,8, mit einer Phasenverschiebung von π/2 pro Beschleunigungshohlraum, der theoretische Wert für das Verhältnis E_D/E_Q 1,34 beträgt, wenn angenommen wird, daß die Strahlöffnungen zwischen Hohlräumen sehr klein sind. Werte für das Verhältnis E_D/E_Q sind experimentell entsprechend dem Verfahren

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bestimmt worden, das von V.A. Vaguine "Studies of Electromagnetic Hybrid Waves in Cylindrical Structures", CERN Yellow Report, European Organization for Nuclear Research, CERN 71-4 (1971) beschrieben ist, und zwar für einen konventionellen scheibenbelasteten, über Seitenhohlräume gekoppelten Beschleuniger, der hinsichtlich Energieaufnahme optimiert wurde, und der unter Stehwellenbedingungen mit einer Phasenverschiebung von π/2 pro Beschleunigungshohlraum arbeitet und endliche Strahlöffnungen zwischen einander grenzenden Hohlräumen hat. Werte für das gleiche Verhältnis E /E sind in gleicher Weise experimentell nach dem gleichen Verfahren für einen nicht optimierten Stehwellenbeschleuniger nach der Erfindung mit N = 2 bestimmt worden, wobei die gleiche geometrische Beziehung d/D = 0,8 aufrechterhalten wurde, obwohl in diesem Falle das Verhältnis d/D = 0,8 hinsichtlich der Energieaufnahme nicht einen optimierten Wert darstellt. Sowohl für den konventionellen Beschleuniger als auch den erfindungsgemäßen Beschleuniger mit zwei Unterstrukturen betrug der Strahl Öffnungsdurchmesser 10 mm. Beide Beschleuniger wurden bei 2998 MHz erregt. Unter Stehwellenbedingungen wurde der Wert von E /E für den konventionellen Beschleuniger zu 3,75 gefunden, während der entsprechende Wert für den Beschleuniger nach der Erfindung mit zwei Unterstrukturen zu 1,90 gefunden wurde. Der Unterschied zwischen dem-experimentell bestimmten Wert E /E = 1,90 für einen Stehwellenbeschleuni§er nach der Erfindung mit zwei Unterstrukturen und dem Wert von E /E = 1,34 für einen idealisierten scheibenbelasteten Wanderfeldbeschleuniger kann auf die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe der endlichen Strahlöffnungen der Beschleunigungshohlräume des Experimentiergerätes zurückgeführt werden. Eine verfeinerte theoretische Berechnung, die die nicht vernachlässigbare Größe der Strahlöffnungen des idealisierten scheibenbelasteten Beschleunigers berücksichtigt, würde zeigen, daß der Wert von E /E für einen Stehwellenbeschleuniger nach der Erfindung mit zwei Unterstrukturen, der im ττ-Modus arbeitet, sehr gut an den Wert von E /E₀ angenähert ist, der sich für einen

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idealisierten, scheibenbelasteten Wanderfeldbeschleuniger ähnlicher geometrischer Form für den π/2-Modus ergibt. Es ist klar, daß der Wert von E /E für einen erfindungsgemäßen Stehwellenbeschleuniger mit zwei Unterstrukturen (E /E₀ = l>90) niedriger ist als der entsprechende Wert für E /E für einen konventionellen, über Seitenhohlräume gekoppelten Stehwellenbeschleuniger (E /E = 3,75) und zwar etwa um den Faktor 2.

Für einen Stehwellenbeschleuniger mit N ineinander geschachtelten Unterstrukturen nach der Erfindung, wobei jede Unterstruktur im ir/2-Modus arbeitet, ist es möglich, die elektrische Feldverteilung zu bestimmen und andere wichtige Parameter zu berechnen, die den Parametern eines scheibenbelasteten Wanderfeldbeschleunigers mit ähnlichem geometrischen Aufbau entspricht, der mit einer Phasenverschiebung von π/2Ν pro Hohlraum arbeitet. Die maximal mögliche Energieaufnahme des Strahls pro Längeneinheit für einen bestimmten Beschleunigeraufbau wird durch den Mittelwert E des elektrischen Feldes bestimmt, das längs der Strahl achse des betreffenden Beschleunigers aufrechterhalten werden kann. Beruhend auf dem experimentell bestimmten maximal zulässigen Spitzenwert von (E ) = 55 MV pro Meter ist das zu erwartende maximal mögliche Beschleunigungsfeld (Ε_Λ)_,_ν, ausgedrückt in MV pro Meter, für

O Πια λ

verschiedene Beschleunigerformen nach der Erfindung in Tabelle II für N =1, 2, 3 und 4 zusammengestellt, wobei N=I ein konventioneller Aufbau ist, N = 2 eine Konstruktion mit zwei Unterstrukturen, N = eine Konfiguration mit drei Unterstrukturen, und N = 4 eine Konfiguration mit vier Unterstrukturen.

Tabelle II

* o'max

1 14,7 MV/m

2 · 28 MV/m

3 36 MV/m

4 41 MV/m

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Wie sich aus Tabelle II ergibt, ist zu erwarten, daß die maximal mögliche Energieaufnahme pro Längeneinheit wächst, wenn die Anzahl ineinandergeschachtelter Unterstrukturen N wächst.

Die Energieaufnahme eines geladenen Partikels in einem Beschleunigungshohlraum ist proportional der Quadratwurzel der Nebenschiußimpedanz des Hohlraums. Es ist deshalb erwünscht, die Nebenschiußimpedanz der Beschleunigungshohlräume eines Linearbeschleunigers zu maximieren, um die Energieaufnahme des Strahls zu maximieren. Die Nebenschlußimpedanz eines Beschleunigungshohlraums ist eine Funktion, die durch

2 das Produkt RT repräsentiert ist, wobei R ein Faktor ist, der durch den Gütefaktor Q des Hohlraums bestimmt ist, und T der Laufzeitfaktor ist, der durch die Geschwindigkeit der Partikeln bestimmt ist, die Länge des Beschleunigungsspalts im Hohlraum und die Frequenz der stehenden elektromagnetischen Schwingung. Die Beziehung zwischen R und T ist kompliziert, im allgemeinen kann jedoch R nur erhöht werden, wenn T verkleinert wird, und umgekehrt. Dementsprechend muß eine optimale Beschleunigerkonfiguration für einen bestimmten Partikeltyp die einander entgegenwirkenden Effekte berücksichtigen, die durch die Faktoren R und T repräsentiert sind. Wenn beispielsweise die Anzahl N der Unterstrukturen steigt, verringert sich der Beschleunigungsspalt für jeden Hohlraum im allgemeinen, so daß sich der Laufzeitfaktor T verbessert. Eine Verringerung der Länge der Beschleunigungshohlräume bringt jedoch eine Erhöhung der elektrischen Verluste im Beschleuniger mit sich, so daß der Gütefaktor Q des Beschleunigers verschlechtert wird, und damit der Faktor R ungünstig beeinflußt wird. Der Typ des zu beschleunigenden Partikels ist bedeutsam für die Auswahl der optimalen Beschleunigerkonfiguration, und zwar wegen des Effektes der Partikelmasse auf die Flugzeit des Partikels über den Beschleunigungsspalt.

Für relativistische Partikeln (beispielsweise Elektronen) kann es bei den derzeitigen Techniken zur Maximierung des Gütefaktors der Beschleunigungshohlräume eines Linearbeschleunigers nicht mehr

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vorteilhaft sein, die Anzahl der Unterstrukturen auf mehr als N = 2 zu erhöhen. Eine Erhöhung der Anzahl der Unterstrukturen kann den Laufzeitfaktor nicht wesentlich durch Verringerung der Flugzeit über den Beschleunigungsspalt verbessern, die elektrischen Verluste im Beschleuniger jedoch merklich steigen lassen. Andererseits kann die Verbesserung des Laufzeitfaktors für sich langsamer bewegende schwerere Partikeln (beispielsweise Ionen), die sich aus einer Erhöhung der Anzahl der Unterstrukturen ergibt, den Effekt der elektrischen Verluste, die auf diese Weise in das System eingeführt werden, mehr als aufwiegen. Es wurde festgestellt, daß die Nebenschlußimpedanz für einen nicht optimierten, über Seitenhohlräume gekoppelten Stehwellen-Linearbeschleuniger für den ττ/2-Modus mit zwei Unterstrukturen nach der Erfindung etwa 10 % höher ist als für einen konventionellen, über Seitenhohlräume gekoppelten Stehwellen-Linearbeschleuniger für den

ρ ir/2-Modus, der hinsichtlich des Parameters R_QT optimiert wurde. Diese größere Nebenschlußimpedanz ist auf den wesentlich höheren Wert von T für den erfindungsgemäßen Beschleuniger mit zwei Unterstrukturen zurückzuführen.

Ein Vergleich zwischen dem Wert gewisser wichtiger Parameter für einen konventionellen über Seitenhohlräume gekoppelten Beschleuniger, der hinsichtlich der Nebenschlußimpedanz optimiert ist, mit den Werten der gleichen Parameter für einen nicht optimierten Beschleuniger nach der Erfindung mit zwei Unterstrukturen wird in Tabelle III gegeben. Sowohl der optimierte konventionelle Beschleuniger als auch der nicth optimierte Beschleuniger nach der Erfindung werden bei einer Frequenz von 2998 MHz erregt, und beide haben eine Gesamtlänge von 27,5 cm und eine zentrale Strahlöffnung zwischen Beschleunigungshohlräumen von 10 mm. Der maximal zulässige Spitzenwert (E ) , der ohne Hochfrequenz-Zusammenbruch gestützt werden kann, ist für beide Beschleunigerstrukturtypen dergleiche, und die Beschleunigungshohlräume für beide Typen sind so ausgelegt, daß sie einen Elektronenstrahlstrom von 200 mA transportieren. Der konventionelle Beschleuniger besteht aus fünf Beschleunigungshohlräumen voller Größe plus einem Strahleingangshohlraum halber Größe, der so ausgelegt ist, daß er den injizierten

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Elektronen erlaubt, in den Beschleuniger an einer Stelle nahezu maximaler Intensität der räumlichen elektrischen Feldstärkeverteilung einzutreten, um den Bündelungseffekt des Beschleunigungsfeldes auf die Elektronen zu optimieren. (US-Patentschrift 3 546 524). Der Beschleuniger nach der Erfindung besteht aus zwei elektromagnetisch entkoppelten Unterstrukturen, von denen eine Unterstruktur fünf Beschleunigungshohlräume und die andere sechs Beschleunigungshohlräume hat.

Tabelle III	Parameter	Konventioneller Beschleuniger	Erfindungs gemäßer Beschleu niger mit N = 2
Gütefaktor (Q)	15 500	11 000
Laufzeitfaktor	0,760	0,935
Effektive Nebenschlußimpedanz (MegOhm pro Meter)	78,4	85,0
E /E (unter Stehwellen- P Bedingungen)	3,75	1,90
Maximale Energieaufnahme pro Längeneinheit (Megavolt pro Meter)	14,7	29,0
Maximale Elektronenstrahl-Ausgangs
energie (Megavolt)	4,0	8,0
Entwurfsenergie (Megavolt)	4,0	4,0
Entwurfsstrahlstrom (Mi Πi-Ampere)	200	200
Hochfrequente Strahl leistung (Megawatt)	0,80	0,80
Hochfrequenz-Energieverluste (Megawatt)	0,74	0,62
Gesamte hochfrequente Eingangs energie (Megawatt)	1,54	1,42
Maximal zulässige Hochfrequenz leistung für den 200 Milli- Ampere-Strahl (Megawatt)	1,54	5,68

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Bei niedrigen Eingangsleistungspegeln ist die Strahl ausgangsenergie ' für den nicht optimierten Beschleuniger nach der Erfindung etwa 5 % bis 10 % höher als für den konventionellen Beschleuniger, der unter gleichen Bedingungen arbeitet. Der entscheidende Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik wird jedoch beobachtet, wenn die hochfrequente Eingangsleistung angehoben wird. Der Beschleuniger nach der Erfindung mit zwei Unterstrukturen kann einen Eingangsleistungspegel tolerieren, der mehr als dreimal höher liegt als derjenige, den der konventionelle Beschleuniger tolerieren kann, ohne daß Hochfrequenz-Zusammenbrüche auftreten. Der Beschleuniger nach der Erfindung kann also einem Elektronenstrahl fast doppelt so viel Energieaufnahme mitgeben als es möglich war mit einem konventionellen Beschleuniger der gleichen Gesamtlänge.

Bei einem erfindungsgemäßen Beschleuniger mit zwei Unterstrukturen ist der Gütefaktor Q für jeden Beschleunigungshohlraum nicht so gut wie der eines konventionellen Beschleunigers. Bei einem Beschleuniger nach der Erfindung mit zwei Unterstrukturen erfährt jedoch der Elektronenstrahl ein beschleunigendes elektrisches Feld über praktisch die gesamte Länge des Beschleunigers, während beim konventionellen Beschleuniger der Elektronenstrahl ein Beschleunigungsfeld nur etwa auf zwei Drittel der Länge des Beschleunigers erfährt, und zwar wegen des Abschirmeffektes der Driftröhren. Beim Beschleuniger nach der Erfindung ist der schlechtere Gütefaktor Q der Beschleunigungshohlräume dadurch mehr als kompensiert, daß der Elektronenstrahl stärker dem Beschl.eunigungsfeld ausgesetzt werden kann. Der bedeutsamste Beitrag zur Nebenschlußimpedanz eines Beschleunigungshohlraums ist derjenige, der durch die zweite Potenz des Laufzeitfaktors erhalten wird. Ein

2
Vergleich von T für jede Beschleunigerstrukturtype ergibt ein Verhältnis 0,874/0,576 zu Gunsten des erfindungsgemäßen Beschleunigers gegenüber dem konventionellen Beschleuniger. Grobe Vergleiche wie diese sind vorsichtig zu Gunsten des konventionellen Beschleunigers, zeigen: aber die inhärente Überlegenheit eines Beschleunigers nach der Erfindung gegenüber dem konventionellen Beschleuniger. Es ist anzuerkennen, daß für Strahlen aus schwereren Partikeln der Laufzeit-

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faktor in einem konventionellen Beschleuniger kleiner ist als für Elektronenstrahlen. Bei einem Beschleuniger mit einer Vielzahl von elektromagnetisch entkoppelten Unterstrukturen nach der Erfindung ergibt sich noch eine stärkere Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich der Nebenschlußimpedanz für Strahlen aus schwereren Partikeln als für Elektronenstrahlen. Eine bestimmte Anzahl N von Unterstrukturen kann gefunden werden, die die einander

2 entgegenwirkenden Effekte optimiert, die eine Erhöhung von T und eine Verringerung von R auf die Energieaufnahme pro Längeneinheit für die spezielle Partikelart haben, die durch den Beschleuniger läuft. Für Elektronenstrahlen ist wahrscheinlich N = 2 das Optimum, weil höhere Zahlen von Unterstrukturen den Gütefaktor Q der Beschleunigerstruktur herabsetzen, ohne daß der Laufzeitfaktor T verbessert wird. Für schwerere Partikeln können jedoch höhere Werte von N geeignet sein.

Bei niedrigen Leistungspegelnj, bei denen Hochfrequenz-Zusammenbruch kein Problem darstellt, ergibt die Erfindung eine Verbesserung gegenüber dem Stand aer Technik hinsichtlich der Energieaufnahme pro Beschleunigerlängeneinheit,, die einem Strahl aus geladenen Partikeln erteilt werden kann. Bei höheren Leistungspegeln ist die Erfindung jedoch einem bekannten Beschleuniger erheblich überlegen. Insbesondere kann ein Beschleuniger nach der Erfindung bei Leistungspegeln arbeiten, die den Pegel weit übersteigen, bei dem bekannte Beschleuniger unter Hochfrequenz-Zusammenbruch leiden. Dementsprechend kann ein Beschleuniger nach der Erfindung für einen weit höheren Mittelwert des Beschleunigungsfeldes längs des Partikelweges durch den Beschleuniger sorgen, und damit eine wesentlich höhere Energieaufnahme der zu beschleunigenden Partikeln erreichen als es mit bekannten Beschleunigern möglich ist.

Ein merklicher Fortschritt in der Technik der Stehwellenbeschleuniger ergab sich, als realisiert wurde, daß die Kopplungshohl räume aus dem Strahlweg herausgesetzt und als Seitenhohlräume angeordnet werden können.

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Dadurch wurde eine merkliche Erhöhung der Energieaufnahme des Strahls pro Beschleunigerlängeneinheit für einen bestimmten Hochfrequenz-Eingangsleistungspegel ermöglicht. Eine Entfernung der Koppel hohl räume aus der Strahl achse führte zu einer Ausdehnung der Beschleunigungshohlräume in Richtung der Strahlachse, was wiederum dazu führte, daß Driftröhren zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen eingesetzt wurden. Bei einem Beschleunigeraufbau mit Kopplung über Seitenhohlräume mit Driftröhren, der hinsichtlich der Nebenschlußimpedanz optimiert ist, wird der Strahl dem beschleunigenden elektrischen Feld nur etwa 2/3 der Länge des Beschleunigers ausgesetzt, was natürlich eine merkliche Verbesserung gegenüber früheren ßeschleunigerkonfigurationen war, bei denen die Kopplungshohlräume in der Strahlachse verhinderten, daß der Strahl über die Hälfte der Länge des Beschleunigers dem beschleunigenden elektrischen Feld ausgesetzt wurde. Eine Beschleunigerkonfiguration nach der Erfindung mit mehreren Unterstrukturen stellt eine weitere merkliche Verbesserung der Technik der Stehwellenbeschleuniger dar, weil es möglich wird, den Strahl dem beschleunigenden elektrischen Feld praktisch über die ganze Länge des Beschleunigers auszusetzen, wobei Grenzen nur durch die Dicke der Wände zwischen aneinander grenzenden Beschleunigungshohlräumen gesetzt sind. Für eine gewünschte Ausgangsstrahl energie kann also ein Beschleuniger nach der Erfindung eine kürzere Gesamtlänge haben als irgendein bekannter Beschleuniger. Diese wirksame Ausnutzung des Raumes ist besonders bei Strahlentherapiegeräten wichtig.

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Claims

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Patentansprüche

( 1.JVerfahren zur Beschleunigung eines Strahls aus geladenen Partikeln, bei dem die Partikeln in einen ersten Beschleunigungshohlraum ' eines Stehwellen-Linearbeschleunigers eingeführt werden, dafür gesorgt wird, daß die Partikeln von dem ersten Beschleunigungshohlraum in einen zweiten Beschleunigungshohlraum wandern, der unmittelbar angrenzend an den ersten Beschleunigungshohlraum angeordnet ist, und danach dafür gesorgt wird, daß die Partikeln von dem zweiten Beschleunigungshohlraum in einen dritten Beschleunigungshohlraum wandern, der unmittelbar angrenzend an den zweiten Beschleunigungshohlraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Beschleunigungshohlraum elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind und die Partikeln durch eine Blende von einem Beschleunigungshohlraum zum angrenzenden wandern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste

und dritte Beschleunigungshohlraum mit einer ersten elektromagnetischen Stehwelle erregt werden, und der zweite Beschleunigungshohlraum mit einer zweiten elektromagnetischen Stehwelle erregt wird.
3. Linearbeschleuniger zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch oder 2, gekennzeichnet durch eine Anzahl Unterstrukturen, Einrichtungen, mit denen eine stehende elektromagnetische Schwingung in jeder Unterstruktur geführt werden kann, so daß die Stehwelle in einer Unterstruktur im wesentlichen unabhängig sein kann von der Stehwelle in irgendeiner anderen Unterstruktur.
4. Beschleuniger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Steuerung der Phasendifferenz zwischen den Schwingungen in den

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ORIGINAL INSPECTED

Unterstrukturen, so daß die Energieaufnahme der durch den Beschleuniger hindurch laufenden geladenen Partikeln gesteuert werden kann.
5. Beschleuniger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Unterstruktur aus einer Anzahl von mit öffnungen versehenen Beschleunigungshohlräumen besteht, die so angeordnet sind, daß sie die Passage von geladenen Partikeln längs eines linearen Weges durch die Struktur erlauben, wobei jeder Beschleunigungshohlraum einer Unterstruktur unmittelbar angrenzend an einen Beschleunigungshohlraum einer anderen Unterstruktur angeordnet ist..
6. Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unmittelbar aneinandergrenzende Beschleunigungshohlräume unterschiedlicher Unterstrukturen eine gemeinsame Wand aufweisen und diese gemeinsame Wand eine öffnung aufweist, die die Passage von geladenen Partikeln längs des Partikelweges durch den Beschleuniger erlaubt.
7. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit der eine elektromagnetische Stehwelle in jeder Unterstruktur geführt wird, aus einer Anzahl Seitenhohlräumen besteht, die aus dem Partikelweg heraus angeordnet sind, wobei jeder Seitenhohlraum dazu dient, elektromagnetische Energie von einem Beschleunigungshohlraum einer Unterstruktur zu einem anderen Beschleunigungshohlraum der gleichen Unterstruktur zu koppeln.
8. Beschleuniger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Seitenhohlraum eine Einrichtung aufweist, mit der der Seitenhohl raum auf die Resonanzfrequenz der beiden Beschleunigungshohlräume abger stimmt werden kann, die durch den Seitenhohlraum gekoppelt sind.
9. Beschleuniger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung aus einem metallenen Pfosten besteht, der von einer Wand des Seitenhohlraums vorsteht.

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10. Beschleuniger nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Seitenhohl raum aus einer Anzahl koaxialer zylindrischer Teile besteht, die in offener Verbindung miteinander stehen, wobei der Durchmesser eines dieser zylindrischen Teile kleiner ist als der Durchmesser irgendeines anderen der zylindrischen Teile.
11. Beschleuniger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil des Seitenhohlraums mit kleinerem Durchmesser angrenzend an einen Beschleunigungshohlraum einer anderen Unterstruktur als die Unterstruktur, die die mit dem Seitenhohlraum gekoppelten Beschleunigungshohlräume enthält, und radial außerhalb hinsichtlich des Partikelweges angeordnet ist.
12. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit der eine stehende elektromagnetische Schwingung in jeder Unterstruktur geführt werden kann, einen getrennten Eingangs-Hohlleiter für jede Unterstruktur aufweist.
13. Beschleuniger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Quelle für elektromagnetische Energie durch den ersten Eingangs-Hohlleiter an die eine Unterstruktur gekoppelt ist und eine andere Quelle für elektromagnetische Energie durch einen anderen Eingangshohlleiter an die andere Unterstruktur angekoppelt ist, und daß die zweite Quelle für elektromagnetische Energie eine Schwingung liefert, die eine kontrollierbar unterschiedliche Phase gegenüber der Schwingung hat, die von der ersten Quelle für elektromagnetische Energie geliefert wird.
14. Beschleuniger nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangshohlleiter für die eine Unterstruktur in Verbindung mit dem ersten Beschleunigungshohlraum der einen Unterstruktur angeordnet ist, durch den die geladenen Partikeln längs des linearen Weges passieren, und daß der Eingangshohlleiter für eine andere Unterstruktur in Verbindung mit dem letzten Beschleu-

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nigungshohlraum der anderen Unterstruktur angeordnet ist, durch den die geladenen Partikeln längs des linearen Weges passieren.
15. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung,, mit der eine stehende elektromagnetische Schwingung in jeder Unterstruktur geführt wird, aus einem Eingangshohlleiter für eine der Unterstrukturen und einem Unterstrukturen-Kopplungshohlraum besteht, der weg vom Partikelweg angeordnet ist und elektromagnetische Energie von der einen Unterstruktur zu einer anderen Unterstruktur koppelt.
16. Beschleuniger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstruktur-Kopplungshohlraum in Verbindung mit einem Beschleunigungshohlraum der einen Unterstruktur und ebenfalls in Verbindung mit einem Beschleunigungshohlraum einer anderen Unterstruktur angeordnet ist, und daß der Beschleunigungshohlraum der anderen Unterstruktur unmittelbar angrenzend an den Beschleunigungshohlraum der erstgenannten Unterstruktur längs des Partikelweges angeordnet ist.
17. Beschleuniger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstruktur-Kopplungshohlraum Abstimmeinrichtungen aufweist, mit denen der Unterstruktur-Kopplungshohlraum auf die Resonanzfrequenz der Beschleunigungshohlräume der unterschiedlichen Unterstrukturen abgestimmt werden kann, mit denen der Unterstruktur-Kopplungshohlraum in Verbindung steht, und daß der Unterstruktur-Kopplungshohlraum eine Einrichtung aufweist, mit der eine Phasenverschiebung in die Richtung der übertragung der elektromagnetischen Schwingung vom Beschleunigungshohlraum der einen Unterstruktur zum Beschleunigungshohlraum deranderen Unterstruktur eingeführt werden kann.
18. Beschleuniger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung aus einem metallenen Pfosten besteht,

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der von der Wand des Unterstruktur-Kopplungshohlraums hervorsteht.
19. Beschleuniger nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungseinrichtung aus einem dielektrischen Element besteht, das an einer Wand des Unterstruktur-Kopplungshohlraums befestigt ist.
20. Beschleuniger nach Anspruch 19_S dadurch gekennzeichnet,daß das dielektrische Element eine keramische Platte ist, die an die Wand des Unterstruktur-Kopplungshohlraums angelötet ist.
21. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet-, daß die Beschleunigungshohlräume jeder Unterstruktur zwischen die Beschleunigungshohlräume jeder anderen Unterstruktur geschachtelt sind, so daß jeder Beschleunigungshohlraum jeder Unterstruktur an einen Beschleunigungshohlraum einer anderen Unterstruktur längs des Partikelweges angrenzt, und daß jeder Seitenhohlraum jeder Unterstruktur zwei Beschleunigungshohlräume der gleichen Unterstruktur koppelt und wenigstens einen Beschleunigungshohlraum einer anderen Unterstruktur übergreift, wobei die Dimensionen der Beschleunigungshohlräume aller Unterstrukturen im wesentlichen identisch sind.
22. Beschleuniger nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Seitenhohlräume alier Unterstrukturen im wesentlichen identisch sind.
23. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander grenzenden, mit öffnungen versehenen Beschleunigungshohlräume unterschiedlicher Unterstrukturen hinsichtlich der übertragung elektromagnetischer Energie durch die öffnungen zum Durchtritt der geladenen Partikeln im wesentlichen voneinander entkoppelt sind.
24. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 5 bis 23, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß magnetische Kopplungsöffnungen in den Wänden vorgesehen sind, die aneinander grenzende Besch1eunigungshöh!räume unterschiedlicher Unterstrukturen voneinander trennen, um eine elektrische Kopplung zu kompensieren.
25. Beschleuniger nach einem der Ansprüche 3 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Unterstrukturen vorgesehen sind.

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