DE2630310C2 - Hochfrequenz-Hohlraumresonator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Hohlraumresonator für einen Teilchenbeschleuniger mit in axialer Richtung angeordneten Ein- und Austrittsöffnungen für den Teilchenstrahl, dessen Wände aus einem normalleitenden oder einem supraleitenden Material bestehen und dessen Oberfläche durch ein chemisches und/oder elektrochemisches Verfahren vergütet ist.

Hochfrequenz-Hohlraumresonatoren sind durch Wände aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Kammern, die zum Herstellen von Beschleunigerstrukturen für einen Teilchenbeschleuniger miteinander gekoppelt werden. Diese Hohlraumresonatoren sind an zwei in Achsrichtung einander gegenüberliegenden Wandelementen mit je einer Ein- und Austrittsöffnung für den Teilchenstrahl versehen, die nur einen relativ kleinen Durchmesser haben. Die das elektromagnetische Feld einschließenden Wandelemente des Hohlraumresonators müssen auf ihrer zum Feldraum weisenden Innenseite insbesondere, wenn die Resonatorwände aus einem supraleitenden Werkstoff, wie z. B. Niob, hergestellt werden, einer besonderen Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Dabei soll eine mögichst glatte Oberfläche mit möglichst kleiner Rauhigkeit hergestellt werden, damit u. a. eine durch Emission von Sekundärelektronen verursachte Herabsetzung der Resonatorgüte möglichst niedrig gehalten wird.

Es ist bekannt (JEEE Transactions NS-20 (1973), Seiten 63 bis 67), zur Erfüllung dieser Erfordernisse den Hochfrequenz-Hohlraumresonator aus zwei oder mehreren offenen Teilen zusammenzusetzen, deren innere Oberflächen vor dem Zusammenschweißen nach einem chemischen Verfahren hochglanzpoliert werden.

Es ist auch bekannt, bei einer fertig geschweißten Konstruktion eines Hohlraumresonators durch die engen Strahlöffnungen in besonderer Weise geformte Elektroden in den Feldraum einzuführen und die Oberflächen der Innenwände durch ein elektrochemisches Verfahren zu vergüten.

In beiden Fällen ist es nur mit hohem Aufwand

ίο möglich oder teilweise ganz ausgeschlossen, eine den hohen Anforderungen entsprechende Oberflächengüte zu erreichen, weil an unzugänglichen Stellen Schweißnähte nur unzureichend bearbeitet werden können und in deren Umgebung abgelagertes Material aus der Schweißnaht durch die engen Strahlöffnungen hindurch nur unvollkommen entfernt werden kann. Beim Aufbau von Hohlraumresonatoren aus vorgearbeiteten Teilen ohne nachträgliche Schweißverbindungen treten wegen des hohen Resonanzsirombelages kaum ausreichend lösbare Hochfrequenz-Kontaktprobleme auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenz-Hohlraumresonator zu entwickeln, der es ermöglicht, mit relativ geringem Aufwand die Oberfläche sowohl durch mechanische als auch durch chemische Behandlung in einen Zustand hoher definierter Güte zu bringen und die mechanische Oberflächehqualität während und nach der Fertigung jederzeit optisch zu kontrollieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Ein- bzw. Austrittsöffnung jeweils im Zentrum eines scheibenförmigen Endstücks befindet und daß die Endstücke durch Stäbe bzw. Rohre verbunden sind, deren Achsen parallel zur Beschleunigerachse verlaufen und in einer koaxial zur Beschleu-

J5 nigerachse angeordneten Zylindermantelfläche liegen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Hochfrequenz-Hohlraumresonators nach der Erfindung besteht darin, daß die Endstücke als Hohlkörper ausgebildet sind, daß die Endstücke durch Rohre verbunden sind und daß die Verbindungen der Innenräume der Endstücke mit den Rohren so gestaltet sind, daß ein Kühlmittel durchgeleitet werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten konstruktiven, betriebstechnischen und ökonomischen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zum Aufbau eines Hochfrequenz-Hohlraumresonators sehr einfache, serienmäßig herstellbare Halbzeuge, wie gezogene Rohre und Preßteile für Endstücke verwendbar sind, daß während der Herstellung ständige Kontrollen der Maßgenauigkeit und der Oberflächenbeschaffenheit leicht möglich sind und daß wegen der guten Zugänglichkeit eine mechanische Nacharbeitung und eine bessere chemische und/oder elektrochemische Nachbehandlung der Oberflächen erfolgen kann. Die Verwendung von doppelwandig ausgebildeten Endstükken und von Rohren als Wandelemente ermöglicht ferner eine sehr preisgünstige Herstellung doppelwandiger Resonatorstrukturen, die durch flüssiges Helium unter die Sprungtemperatur des Resonatorwandmate-

bO rials gekühlt und dadurch supraleitend gemacht werden können.

Der Hochfrequenz-Hohlraumresonator nach der Erfindung besitzt ferner eine wesentlich erhöhte Festigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsverminderung, so

ii") daß eine Stabilisierung der Eigenfrequenz: erreicht wird, die wiederum zur Einsparung aufwendiger Regelkreise für die Erzielung einer hohen Frequenz- Litid Phasenstabilität führt.

Darüber hinaus können in einen Hochfrequenz-Hohlraumresonator mit der erfindungsgemäßen Struktur die beschleunigten Elementarteilchenpakete die zur TEj _mn-Modefamilie gehörenden Schwingungsmoden nicht erregen.

Bei der vorgeschlagenen Konstruktion sind außerdem die im Resonator eingeschlossenen I iochfrequenz-Felder nach außen weitgehend abgeschirmt, aber dennoch durch die Schlitze zwischen den die Endstücke verbindenden Stäben bzw. Rohren leicht zugänglich füu die Einrichtung zur HF-Einkopplung, zur HF-Hilfsauskopplung und für Eigenfrequenz-Tunerorgane, ohne daß aufwendige Resonatorwanddurchführungen erforderlich wären.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Der als Achsschnitt gezeichnete Hohlraumresonator ist in bezug auf die Achse 1 rotationssymmetrisch und kreisförmig. Jedes der beiden Endstücke 2 besteht aus zwei gepreßten, tellerförmigen Halbschalen 3,4, die an ihrem Außenrand 5 und im Bereich 6 der zentralen öffnung 7 zusammengeschweißt sind. Die Haibschaien 4 sind an ihrem Umfang mit Bohrungen 8 versehen, in die Rohre 9 eingeschweißt sind. Dadurch wird eine zylinderförmige Struktur mit durchbrochenen Seitenwänden gebildet. In den Endstücken 2 sind Einrichtungen 10 zum Anschließen von Leitungen zum Zu- und Ableiten eines flüssigen Kühlmittels, insbesondere bei supraleitenden Hohlraumresonatoren von flüssigem Helium, angeordnet Die tellerförmigen Halbschalen 3, 4 der beiden Endstücke 2 sind aus Niobbl :?h von z. B. 2 bis 4 mm Stärke gepreßt die Rohre 9 bestehen ebenfalls aus Niob von z. B. 0,5 bis 2 mm Wandstärke und z. B. 10 bis 60 mm Durchmesser. Die Abmessungen eines Hochfrequenz-Hohlraumresonators für f_o = 3,2GHz sind z. ~d. Durchmesser 100 mm, Länge 50 mm, Durchmesser der Ein- und Austrittsöffnung 7 für den Teilchenstrahl 15 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenz-Hohlraumresonator für einen Teilchenbeschleuniger mit in axialer Richtung angeordneten Ein- und Austrittsöffnungen für den Teilchenstrahl, dessen Wände aus einem normalleitenden oder einem supraleitenden Material bestehen und dessen Oberfläche durch ein chemisches und/oder elektrochemisches Verfahren vergütet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einbzw. Austrittsöffnung (7) jeweils im Zentrum eines scheibenförmigen Endstückes (2) befindet und daß die Endstücke durch Stäbe bzw. Rohre (9) verbunden sind, deren Achsen parallel zur Beschleunigerachse (I) verlaufen und in einer koaxial zur Beschleunigerachse angeordneten Zylindermantelfläche Hegen.

2. Hochfrequenz-Hohlraumresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstükke (2) als Hohlkörper ausgebildet sind, daß die Endstücke (2) durch Rohre (9) verbunden sind und daß die Verbindungen der Innenräume der Endstükke (2) mit den Rohren (9) so gestaltet sind, daß ein Kühlmittel durchgeleitet werden kann.

3. Hochfrequenz-Hohlraumresonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Endstück (2) aus zwei gepreßten, tellerförmigen Halbschalen (3, 4) mit zentraler Ein- und Austrittsöffnung (7) zusammengesetzt ist, daß je zwei der Halbschalen (3, 4) an ihrem Außenrand (5) und an der Peripherie der zentralen öffnung (7) miteinander verschweißt sind, daß eine der Halbschalen (4) mit Bohrungen (8) zum Einschweißen der Rohre (9) versehen ist.