DE2654685A1

DE2654685A1 - Hoechstfrequenz-versorgungsanordnung fuer einen linearen ladungsteilchenbeschleuniger

Info

Publication number: DE2654685A1
Application number: DE19762654685
Authority: DE
Inventors: Duc Tien Tran
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1975-12-05
Filing date: 1976-12-02
Publication date: 1977-07-14
Also published as: US4107617A; FR2334266A1; FR2334266B1; GB1530820A; JPS52101398A; CA1088206A

Description

Höchstfrequenz-Versorgungsanordnung für einen linearen Ladungsteilchenbeschleuniger

In einem Linearbeschleuniger für geladene Teilchen hat der erste Beschleunigungsabschnitt gleichzeitig die Aufgabe der Gruppierung und der Beschleunigung der Teilchen.

Die Gruppierung der Teilchen kann jedoch nur während der negativen Phase der Hochfrequenzspannung entsprechend einem kreuzenden elektrischen Feld erfolgen, was eine Herabsetzung des ¥irkungsgrades des Beschleunigers mit sich bringt, da diese für die Gruppierung günstige Phasenlage für den Beschleunigungsvorgang ungünstig ist.

Wenn die Höchstfrequenzquelle an den ersten Beschleunigungsabschnitt bei Fehlen des Teilchenstrahlenbündels angepaßt wird und eine Kopplung ohne Reflexion erreicht wird, dann erzeugt die Anwesenheit des Strahlenbündels eine Fehlanpassung

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und führt zu einem zur Quelle reflektierten Signal.

Durch Überkoppeln der Höchstfrequenzquelle am Beschleunigungsabschnitt in der Weise, daß eine geeignete Anpassung dieses Beschleunigungsabschnitts für einen vorbestimmten Wert des Strahlstroms erhalten wird, kann der Wirkanteil der reflekti-ertai Leistung eliminiert werden, doch muß der Blindanteil in einer externen Last verbraucht werden, was einen nutzlosen Leistungsverlust darstellt.

Eine Maßnahme zur Vermeidung dieses Nachteils besteht darin, die Phase des in den Beschleunigungsabschnitt eingekoppelten Höchstfrequenzsignals um eine vorbestimmte, von den Eigenschaften des Beschleunigers, insbesondere des Strahlstroms der zu beschleunigenden Teilchen zu verschieben, damit beim Betrieb ein minimales Reflexionssignal erhalten wird.

Mit Hilfe der Erfindung wird eine auf diesem Prinzip beruhende Anordnung geschaffen, die ein optimales Arbeiten eines linearen Ladungsteilchenbeschleunigers ermöglicht, wobei die Phaseneinstellung der Signale .dadurch erzielt wird, daß in vorbestimmter Weise die Betriebsfrequenz des dem Beschleuniger zugeordneten Höchstfrequenzgenerators.geändert wird.

Nach der Erfindung ist eine Höchstfrequenz-Versorgungsanordnung mit gesteuerter Frequenz für einen linearen Ladungsteilchenbeschleuniger mit einer Teilchenquelle, η Beschleunigungsabschnitten mit stehenden Wellen und Einkopplungsvorrichtungen zum Einkuppeln eines Höchstfrequenzsignals aus einem Höchstfrequenzgenerator in einen der Beschleunigungsabschnitte gekennzeichnet durch

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Vorrichtungen zum Abgreifen eines Teilsignals Y^ des vom Höchstfrequenzgenerator abgegebenen Höchstfrequenzsignals zum Einkoppeln in den ersten der η Beschleunigungsabschnitte, Vorrichtungen zum Abgreifen eines Teilsignals Vgdes in diesem ersten Beschleunigungsabschnitt gespeicherten Höchstfrequenzsignals, wenn in diesem Abschnitt ein Strahlenbündel aus geladenen Teilchen vorhanden ist, und zum Verschieben der Phase des Teilsignals *V_? um π/2 zur Erzielung eines Signals V^, Vorrichtungen zur Erzielung eines Gleichspannungssignals ν mit einer zur Phasenver-

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Schiebung Δ 0 der Signale V^ und V₂ proportionalen Amplitude, Vorrichtungen zum Vergleichen des Gleichspannungssignals ν mit einem Bezugssignal ν und zum Bestimmen eines Fehlersignals Iv-v I und Vorrichtungen zum Steuern der Betriebsfrequenz des Höchstfrequenzgenerators mit Hilfe des Fehlersignals Iv-V₁J.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Vorgangs der Teilchengruppierung,

Fig.2 das Vektordiagramm, das die Phasenverschiebung der Höchstfrequenz-Beschleunigungsspannung ohne und mit demTeilchenstrahlenbündel zeigt,

Fig.3 eine Höchstfrequenz-Versorgungsanordnung nach der Erfindung,

•Fig.4 das Vektordiagramm der Höchstfrequenzsignale V^ und Vp,

Fig.5 das Vektordiagramm, das die Köchstfrequenzsignale bestimmt, die aus den Signalen V. und V am Ausgang

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-. eines in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendeten • Ringmischers erhalten werden, und

Fig.6 eine Regelanordnung für die Betriebsfrequenz des Höchstfrequenzgenerators, die in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden kann. >

Wie Fig.1 zeigt, findet die Gruppierung P der geladenen Teilchen im ersten Abschnitt eines Linearbeschleunigers statt, wenn sich das Teilchenstrahlenbündel in einem elektrischen Kreuzfeld befindet.

Die Höchstfrequenz-Beschleunigungsspannung im ersten Beschleunigungsabschnitt kann bei Fehlen des Strahlenbündeis durch einen Vektor V dargestellt werden, wie in Fig.2 angegeben ist. In Anwesenheit des Teilchenstrahlenbündels entsteht eine phasenverschiebung zwischen dem durch den Vektor V angegebenen ursprünglichen Höchstfrequenzsignal, das in den ersten Beschleunigungsabschnitt eingekoppelt ist, und dem diesen Beschleunigungsabschnitt beherrschenden HF-Signal, das durch den Vektor V angegeben ist. Diese Phasenverschiebung führt zu einem reflektierten Signal V_n, dessen zum ursprünglichen Höchstfrequenzsignal V um 90 phasenverschobene Komponente V_R1 den reflektierten Blindenergieanteil darstellt (V^₁ = Y_Q sin Δ 0).

Zur Vermeidung dieser Energiereflexion kann die Phase des ursprünglichen Höchstfrequenzsignals V um einen Wert Δ0 so verschoben werden, daß die in den ersten Beschleunigungsabschnitt eingegebenen und dort gespeicherten Signale die gleiche Phasenlage haben, wenn dieser Beschleunigungsabschnitt mit dem Strahlenbündel geladen wird.

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Diese Korrekturphasenverschiebung Δ 0 kann dadurch erhalten werden, daß die Betriebsfrequenz.F des Höchstfrequenzgenerators G, der dem Beschleuniger A zugeordnet ist, um einen Wert Δ F bezüglich der Eigenfrequenz F_Q des ersten Beschleunigungsabschnitts verstellt wird, so daß gilt:

F₀ Δ0

Q ist dabei der Vakuumgütefaktor des ersten Beschleunigungsabschnitts.

Fig.3 zeigt eine Höchstfrequenz-Versorgungsanordnung für einen Teilchenbeschleuniger nach der Erfindung; diese Anordnung enthält einen Höchstfrequenzgenerator G, dessen Betriebsfrequenz F von einem Phasenvergleichssystem gesteuert wird. Diese · Höchstfrequenz-Versorgungsanordnung enthält in Zuordnung zum Höchstfrequenzgenerator G folgende Baueinheiten:

- eine Höchstfrequenz-Richtungsleitung 1,

- einen Koppler 2 zum Abgreifen eines Teils V₁ des Höchstfrequenzsignals V, das vom Generator G geliefert und zum ersten Beschleunigungsabschnitt 3 des Beschleunigers A übertragen wird,

- eine Abgreifvorrichtung 30 (beispielsweise eine Schleife oder eine Sonde ) zum Abgreifen eines Teils V₂ der im ersten Beschleunigungsabschnitt 3 gespeicherten Höchstfrequenzenergie,

einen Phasenschieber 4, mit dessen Hilfe die Phase des Signals Vp um 90° verschoben werden k; ein Höchstfrequenzsignal V^ entsteht,

Signals Vp um 90° verschoben werden kann, so daß daraus

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einen Ringmischer 5 zum Mischen der SignaleV₁ und V,, damit die SUmIiIeIv₁ + Vj und die DifferenzIV₁ - vll der Signale V₁ und V, geliefert werden,

zwei Detektoren 6 und 7 zur Erzeugung der Amplitudenwerte A und B der Signale jvt, + V^lundiv], - V₃!,

einen Komparator 8, mit dessen Hilfe ein Signal ν erhalten werden kann, das die Differenz zwischen den Amplituden A und B darstellt und das der Phasenverschiebung Δ 0 der Signale V₁ und Ψ-? proportional ist, so daß also gilt: ν = ΚΔ0/

- einen Komparator 9, mit dessen Hilfe das Signal ν mit einem einstellbaren Bezugssignal ν verglichen werden kann, damit ein Fehlersignal Iv - v_rl geliefert wird,

- ein aus einer Gleichspannungsquelle 11 gespeistes Potentiometer 10, zur Erzielung des Bezugssignals ν und

- eine Steueranordnung 12 zum Steuern der Frequenz des Höchstfrequenzgenerators, wobei diese Steueranordnung vom Signal Iν - ν |nachgeführt wird.

Das in Fig.4 dargestellte Vektordiagramm zeigt die Vektoren, V₁ und V,, die in einem Winkel νοηΔ0 zueinander stehen; das Diagramm von Fig.5 veranschaulicht, wie das der Phasenverschiebung Δ 0 zwischen den Vektoren V₁ und V, proportionale Signal ΚΔ0 definiert ist. Es gilt:

OB S=MT₁ + νζ.|= V₁ + v| - 2 cos ( J -Δ0) · V₁ · V₃ OC -MT₁ -^₃I= V^ + v| - 2 cos ( \ +Δ0) · V₁ · V₃

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Daraus folgt:

OB - OC = 1^ + T₃I - IT₁ - T₃! = - 2 V₁-V₃- sinÄ 0 = ΚΔ 0

Die Phasenverschiebung Δ 0 hängt von der Stromstärke des Bündels der zu beschleunigenden Teilchen ab. Wenn die vom Generator G gelieferte und dem Beschleuniger zugeführte Höchstfrequenzenergie konstant bleibt, hängt die Strahlungsdosis somit im wesentlichen von der Intensität des Teilchenstrahlenbündels ab. Die Steuerung der Intensität dieses Strahlenbündels kann durch Steuerung der Katodenheizspannung V^ der Strahlerzeugungseinheit des Beschleunigers erfolgen, d.h. durch Steuerung der an den Katodenheizdraht angelegten Energie. Wenn die vom Generator G abgegebene Höchstfrequenzenergie und die Heizdrahtspannung V^ der Strahlerzeugungseinheit des Beschleunigers A konstant gehalten werden, kann andrerseits die Steuerung des Maximums der Bestrahlungsdosis dadurch erhalten werden, daß der Wert des Bezugssignals v_p in zweckmässiger Weise ausgewählt wird.

Fig.6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Höchstfrequenz-Versorgungsanordnung mit einem System zur Steuerung des Maximums der Bestrahlungsdosis, wobei diese Steuerung von Hand oder besser noch automatisch ausgeführt werden kann.

Dieses automatisch arbeitende Steuersystem enthält:

- eine Dosismeßvorrichtung 15 (beispielsweise eine Ionisationskammer), die ein der Bestrahlungsdosis proportionales Signal d liefert,

- eine Potentiometervorrichtung 16, die ein der Bezugsdosis

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entsprechendes Signal d abgibt,

einen Komparator 17 zur Abgabe eines Fehlersignalsid-d I zum Steuern der Spannung V^ der Heizdrahtversorgungsschaltung 18 der (nicht dargestellten) Katode des Beschleunigers A, wobei die Änderung AV- der Spannung V« eine Änderung des Stroms des Teilchenstrahlenbündels des Beschleunigers A und somit die Änderung der zwischen den oben definierten Signalen V₁ und V^ vorliegenden Phasendifferenz Δ0 herbeiführt,

- eine Differenzierschaltung 19, die ein der Änderung AV^ proportionales Signal k AV- abgibt,

einen Motor 21, dessen vom Signal k^V^ gesteuerte Bewegung die Betätigung des Potentiometers 10 ermöglicht, das das oben definierte Signal v_r liefert, wobei dieses Signal ν mit dem Signal ν = Kδ 0 verglichen wird und die Differenz Iv - ν I der Signale ν und ν die Frequenzsteueranordnung 12 des Generators G (Fig.3) nachführt und

zwei Schalter 20 und 22, die die automatische Steuerung der Bestrahlungsdosis (Schalter 20 geschlossen und Schalter 22 geöffnet) und die Steuerung der Bestrahlungsdosis von Hand (Schalter 20 geöffnet und Schalter 22 geschlossen) gestatten.

Die Anwendung der in Fig.3 dargestellten Versorgungsanordnung, die mit einem Dosissteuersystem nach Fig.6 ausgestattet ist, ermöglicht es, ein Strahlenbündel mit einer minimalen Inten sität zu erhalten, das eine vorbestimmte Bestrahlungsdosis liefern kann, wobei die Leistung des Höchstfrequenzgenerators G zuvor festgelegt worden ist, was einer optimalen Einstellung der Arbeitsweise des Beschleunigers A entspricht.

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Für eine gegebene Betriebsleistung des Beschleunigers A kann die Einstellung der Frequenz F des Generators G entsprechend der maximalen Bestrahlungsdosis erhalten werden, indem das Potentiometer 16 betätigt wird.

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Claims

Pat enfans'p rüche

1.tHöchstfrequenz-Versorgungsanordnung mit gesteuerter Frequenz für einen linearen Ladungsteilchenbeschleuniger mit einer Teilchenquelle-η Beschleunigungsabschnitten mit stehenden Yfellen und Einkopplungsvorrichtungen zum

—» Einkoppeln eines Höchstfrequenzsignals V aus einem Höchstfrequenzgenerator G in einen der Beschleunigungsabschnitte, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Abgreifen eines Teil-

—>·
signals V^ des vom Höchstfrequenzgenerator abgegebenen Höchstfrequenzsignals V_Q zum Einkoppeln in den ersten der η Beschleunigungsabschnitte, Vorrichtungen zum Abgreifen eines Teilsignals V^ des in diesem ersten Beschleunigungsabschnitt gespeicherten Höchstfrequenzsignals, wenn in diesem Abschnitt ein Strahlenbündel aus geladenen Teilchen vorhanden ist, und zum Verschieben . der Phase des Teilsignals V₉, um π/2 zur Erzielung eines Signals V,, Vorrichtungen zur Erzielung eines Gleichspannungssignals ν mit einer zur Phasenverschiebung Δ0 der Höchstfrequenzsignale *V^ und T, proportionalen Amplitude, Vorrichtungen zum Vergleichen des Gleichspannungssignals ν mit einem Bezugssignal v_r und zum Bestimmen eines Fehlersignalslv - ν I, und Vorrichtungen zum Steuern der Betriebsfrequenz des Höchstfrequenzgenerators mit Hilfe des Fehlersignalslv - V₂J.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Höchstfrequenz-Richtungsleitung (1), einen Höchstfrequenz-Koppler (2) zum Abgreifen des Höchstfrequenzsignals V^, eine Kopplungsschleife (30) zum Abgreifen des Signals Vp des ersten Beschleunigungsabschnitts (3), der mit dem Strahlenbündel geladen ist, einen Phasenschieber (4) zum Verschieben der Phase des Signals V um π/2 zur Erzielung des Signals V·*, einen Ringmischer (5)»

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ORIGINAL !NSPECTED

•I.

der die HöchstfrequenzsignalelV, + V-J und! V₁ - V-*I liefert, zwei Detektoren (6, 7), die zwei den jeweiligen Amplituden der Signale I V₁ + Υ-Λ und lV - V,i proportionale Signale liefern, einen Komparator (8), der ein der Amplitudendifferenz der Signale IV₁ + vtlundlv\j - VJ entsprechendes Gleichspannungssignal ν abgibt, das der Phasenverschiebung ( Δ0) der Signale V₁ und V-, proportional ist, einen Komparator (9) zum Vergleichen des Signals ν mit einem einstellbaren Bezugssignal ν für die Erzeugung eines Fehlersignals ν - ν » ein Potentiometer (10), das aus einer Gleichspannungsquelle (11) gespeist wird und das Bezugssignal ν liefert, und sine Steueranordnung (12) zum Steuern der Frequenz des Höchstfrequenz-Generators _t wobei diese Steueranordnung von dem FehlersignalIv - ν I nachgeführt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einer Bestrahlungsdosis-Steueranordnung zugeordnet ist, die die Frequenzsteueranordnung (12) nachführt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Bestrahlungsdosis-Steueranordnung folgende Baueinheiten enthält: eine Dosismeßvorrichtung (15), die ein der Dosis entsprechendes Signal d abgibt, eine Potentiometervorrichtung (16), die ein einer Bezugsdosis entsprechendes Signal d_r abgibt, einen Komparator (17), der ein Fehlersignal Id - dl liefert, eine Katodenheizversorgung (18) für den Beschleuniger , die eine Heizspannung V_f liefert, deren Wert vom Wert des Fehlersignals|d - d^J bestimmt wird, eine Differenzierschaltung(i9), die ein der Änderung AV- proportionales Signal k&V?

Jl. Jl

liefert, und einen Motor (21), dessen vom Signal KAV~ gesteuerte Bewegung das Potentiomater (10) betätigt, das den Wert des Bezugssignals ν bestimmt.

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