DE2533349A1 - Klystron-beschleunigersystem - Google Patents

Description

MÜLLER-BORii ■ GROMIKG - DEUFKL · SCITÖN · JIERTEJL

PiTENTANWJ LTE MÜNCHEN - BRAUNSCHWEIG - KÖLN Z O O ·* O H *

JULI 1975

FH. VY CiHOENlNC. rV;-L-lMG - MJN¹CHiE-N DR Λ SCHÖN. Dif'i.-CnEM - MÜNCHEN

Hl/V/e-th - A 2433

ATOHIC EKHiGY OF CAKADA LIMITED Ottawa, Ontario, Kanada

Klystron-Beschleunigersystern

Die Erfindung "betrifft eine Klystron-Beschleunigeranordnung und bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung, in welcher öas Klystron und der Resonanzhohlraunibeschleuniger in einer einzigen Anordnung zusammengefaßt sind-

Bei herkömmlichen Linearbeschleunigersystemen wird ein Kopplungshohlraum auf einem Bündelweg in dem Beschleunigungsabschnitt dazu verwendet, Energie in die Beschleunigungsanordnung einzukoppeln. Es sind verschiedene Anordnungen verwendet worden, beispielsweise die sogenannte SLAC-Anordnung, in welcher der übergang von dem Rechteckwellenleiter mit Hilfe einer Anpaßiris erfolgt, und der Kopplerhohlraum ist ein regulärer Beschleunigerhohlraum. In einer zweiten Anordnung, beispielsweise in der C.S.E".-Anordnung ist der Kopplerhohlraum viel enger und trägt nicht wesentlich zu der Elektronenbeschleunigung bei.

609820/0657

8 MÜNCHEN 80 · SIEBEHTSTR.* · POB 860720 · KABEL·: MUEBOPAT · TEL. C089) 471079 · TELEX: 5-226

Diese herkömmlichen Kopplerhoblräume mit ihren seitlichen Öffnungen führen sowohl eine Amplituden-Asymmetrie als auch eine Phasenverschiebung in das axiale elektrische PeId als Funktion der Querkoordinate ein, was zu Problemen "bei der Anpassung und der Abstimmung führen kann. Außerdem sind IU·'¹-Vakuumfenster erforderlich, und zwar beim Klystron ebenso wie bei den. Ho dienergie-Wellenleiterkomponenten zwischen den zwei.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine direkte Kopplung zwischen der HP-Energiequelle und der Beschleun.igeranordnung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß ein Klystron-Beschleunigersystem innerhalb einer einzigen Anordnung gebildet wird.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Klystron-Beschleunigersystem mit kompaktem Aufbau und zugleich mit gutem Wirkungsgrad, geschaffen.

Gemäß der Erfindung wird somit ein Klystron-Beschleunigersystem geschaffen, in welchem der Klystron-Ausgangshohlraum dazu verwendet wird, als integrales Element in der Beschleunigungsanordnung zu dienen. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei lineare Beschleunigungsabschnitte auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, welche einen Partikelbündelweg festlegt, und der Klystron-Ausgangshohlraum ist mit den Beschüeunigungsabschnitten mit Hilfe von zwei Kupplungszellen gekuppelt, wodurch die Beschleunigungsabschnitte in einem Stehwellenmodus erregt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Klystron-Beschleunigersystem, in welchem der Klystron-Hohlraum als integrales Element in der Beschleunigungsanordnung verwendet wird. In einer bevorzugten

609830/0657

_ 3 —

2b33349

Ausführungshorn sind zwei lineare Beschleunigungsabschnitte auf einer gemeinsamen Achse angebracht, um einen !-artikelbünclelweg festzulegen. Der KIyutron-Ausgangshoh.il raum ist mit den Beschleunigungsabschnitten mit Hilfe von zwei Ivopplungszellen gelrorjpelt, wodurch die Beschleunigungsabschnitte im TiY2-Stfchv:elleniBocus erregt v»^rerden..

609820/0657

Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung "beschrieben, in welcher die einzige Figur in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Klystron-Beschleunigersystem zeigt.

Die Anordnung des in seiner Gesamtheit mit 1 "bezeichneten Klystron-Beschleunigers gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei mit 2 die Klystron-Treiberquelle für den Linearbeschleuniger J bezeichnet ist. Der Beschleuniger 3 besteht aus einer Anzahl von Resonanzhohlräumen, die in einem Abschnitt 4 ausgebildet sind, welcher derart angebracht ist, daß ein axialer Bündelweg 7 gebildet wird, in welchem eine wandernde oder eine stehende Welle als Beschleunigungsanordnung entstehen kann. Es ist ein Linearbeschleuniger dargestellt, die erfindungsgemäße Technik ist jedoch nicht auf Linearbeschleuniger begrenzt. Es wird eine herkömmliche Technik verwendet, um die Hohlräume zusammenzukoppeln und um die Hohlraumprofile und die Hohlraumlängen zu bestimmen. Zusätzlich können für ein System einer stehenden Welle zwei Abschnitte 4, 4¹ gemäß der Darstellung derart angeordnet werden, daß ein einzelner axialer Bündelweg 7 gebildet wird. Ein Uberbrückungshohlraum 5 ist außerhalb der Beschleunigerbündelachse angeordnet und direkt mit dem Beschleunigerabschnitt 4-gekoppelt oder im Falle eines Systems mit einer stehenden Welle derart im ΊΤ/2-Modus betrieben, daß eine Kopplung mit dem Beschleunigungsabschnitt bzw. den Beschleunigungsabschnitten 4 (4¹) durch Kopplungszellen 6 (6') besteht. Somit dient der Hohlraum 5 als ein Element des gekoppelten HF-Hohlraumsystems, welches die Beschleunigungsanordnung 3 bildet. Der Hohlraum 5 wird jedoch zusätzlich als Ausgangshohlraum des Klystrons 2 verwendet.

609820/0657

Das Klystron 2 "besteht aus einer Elektronenkanone 8, welche ein gleichstromartiges Elektronenbündel entlang einem Weg 9 liefert, welcher in den Klystroneingangshohlraum 10 gerichtet ist. Der Eingangsklystronhohlraum 10 kann durch einen Oszillator getrieben werden, der durch ein Standardregelsystem mit einer automatischen Frequenzsteuerung oder durch eine selbsterregende Technik gesteuert ist, wodurch das ganze System selbsterregend wird, und die Betriebsfrequenz wird durch entsprechende Einstellungen der IEF-Phase zwischen einer Signalaufnahme von dem Beschleuniger 3 und dem Eingangsklystronhohlraum 10 überwacht. Die Phasen- und die Amplituden st euerung für den Beschleuniger werden dadurch verwirklicht, daß der Oszillator 13 in seinem Ausgang in bezug auf bestimmte Steuereingänge 14 eingestellt wird.

Der gleichstromartige Elektronenstrahl von der Kanone 8 wird dann durch den HF-Tx'eiber in dem Eingangsklystronhohlraum 10 plus der Wirkung einer Anzahl von Hohlräumen 11 gebündelt bzw. geballt, von denen drei dargestellt sind. Dieser gebündelte bzw. geballte Strahl baut dann die oszillierenden HF-Felder in dem Ausgangsklystronhohlraum 5 auf, der koaxial zu der Klystronbündelachse angeordnet ist. Die HF-Energie, welche in diesem Hohlraum erzeugt wird, wird durch die Beschleunigeranordnung und durch die EnergieverStärkung des beschleunigten Bündels verbraucht. Schließlich wird der Klystronstrahl durch die Klystronstrahlauf feuereinrichtung 12 absorbiert.

Dieser gekoppelte Klystron-Linearbeschleuniger teilt dasselbe Vakuumsystem, so daß die Notwendigkeit für HF-Fenster entfällt, und er bildet eine kompakte Anordnung, so daß auch die Notwendigkeit für Wellenleiterkomponenten für eine höhere Energie

609820/0657

entfällt. Iris-Anpaßprobleme bei dem Linearbeschieuniger werden auch überwunden, und zwar insbesondere solche Probleme, welche mit der Änderung von Linearbeschi euniger-Büiidelströmen verbunden sind.

Einige typische Werte für ein System einer ungedämpften Welle sind folgende: mit einer Kanone für 40 kV und 5 A (200 kW) kann das Klystron 100 kV/ an den Beschleuniger liefern, wenn ein Wirkungsgrad von 50 °/° zugrundegelegt wird. Diese Energie wird dann von dem Beschleuniger dazu verwendet, einen Strahl mit dem Strom I zu beschleunigen, und zwar auf eine Energie E, wenn eine Energie von XkW verwendet wird, um die HF-Felder aufzubauen, d. h. es gilt die folgende Beziehung:

IE + X = 100 kW.

Wenn das Klystron eine Verstärkung von 50 db hätte, wäre die Treiberenergie ein Watt.

- Patentansprüche -

609820/0$57

Claims (3)

1. Pa t e nt an sp rü c h e

   Klystron-Beschleunigersystem , dadui-ch gekennzeich net, daß eine Klystroneinrichtimg'vorgesehen ist, welche einen Ausgangsresonanzhohlraum aufv:eist, daß die Klyotroneinrichtung derart ausgebildet ist, daß innerhalb des AusgangshohlrauuK;s oszillierende HF-Feldex· erzeugt werden, daß der Beschleunigungsabschnitt eine vorgegebene Anzahl von miteinander" gekoppelten Resonanzhohlräumen aufweist, welche einen Bündelweg festlegen, und daß eine Kopplungszelleneinrichtung in einer integralen Anordnung den Ausgangshohlrsum mit dem Beschleunigungsabschnitt koppelt, um den Beschleunigungsabschnitt mit Energie zu versorgen, damit ein Partikel - Strahlungsbündel beschleunigt werden kann.
2. 2. Klystron-Beschleunigersystern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsabschnitt einen ersten Linearbeschleunigungsabschnitt aufweist und einen zweiten linearen Beschleunigungsabschnitt hat, welche entlang einer genieinsamen Achse angeordnet sind, daß weiterhin die Kopplungszelleneinrichtung eine erste Kopplungszelle und eine zweite Kopplungszelle hat, daß die erste Kopplungszelle in einer integralen Anordnung den Ausgangshohlraum, mit dem ersten Beschleunigungsabschnitt koppelt und daß die zweite Kopplungszelle in einer integralen Anordnung den Ausgangshohlraum mit dem zweiten Beschleunigungsabschnitt koppelt.
3. 3. Klystron-Beschleunigersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsabschnitte im T(/2-Stehwellenmodus erregt sind. .

   609820/0657

   Leerseite