DE2814002A1

DE2814002A1 - Beschleunigungsanordnung fuer einen linearen teilchenbeschleuniger

Info

Publication number: DE2814002A1
Application number: DE19782814002
Authority: DE
Inventors: Duc Tien Tran; Dominique Tronc
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1978-10-12
Also published as: CA1082810A; FR2386232B1; FR2386232A1; US4160189A

Description

DipL-lng. Dipl.-Chem. _Djp| __lng

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60
Unser Zeichen; C 3176 28.März 1978

C.G.R.- MeV

Route de Guyancourt 78530 BUC - Frankreich

Beschleunigungsanordnung für einen linearen Tellchenbe s chleuni ger

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beschieunigungsanordnung für geladene Teilchen mit einer der eigentlichen Beschleunigungsanordnung zugeordneten Vorgruppierungs- oder Vorbeschleunigungsvorrichtung .

Bekannte Vorgruppierungs- oder Vorbeechleunigungsanordnungen (FR-PS 70 39 261) weisen solche elektrischen Eigenschaften und solche Abmessungen auf, daß sie nicht bei Beschleunigern angewendet werden können, die bei hohen Frequenzen, beispielsweise im C-Band oder im X-Band, arbeiten. Der Abstand zwischen den Wechselwirkungsräumen wird in diesem Fall sehr klein.

Die erfindungsgemäße Beschleunigungsanordnung kann vorteilhaft bei solchen Beschleunigern angewendet werden.

Nach der Erfindung ist eine Beschleunigungsanordnung für einen linearen Teilchenbeschleuniger für geladene Teilchen mit wenigstens einem Beschleunigungsabschnitt, der von einer Reihe von Resonanzhohlräumen gebildet ist, die mit stehenden Wellen betriebn sind, einem komplementären Hohlraumabschnitt, der in der Bahn des Strahlenbündels vor dem

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Beschleunigungsabschnitt angebracht ist und elektromagnetisch mit diesem Beschleunigungsabschnitt gekoppelt ist, wobei die Resonanzhohlräume des Beschleunigungsabschnitts, die für den Durchlaß des Strahlenbündels axiale Öffnungen aufweisen, elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, und einer Vorrichtung zum Einführen eines Hochstfrequenzsignals in die Beschieunigungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der komplementäre Hohlraumabschnitt (S_c) wenigstens einen ersten Resonanzhohlraum C₁ und einen damit elektromagnetisch gekoppelten zweiten Resonanzhohlraum C₂ aufweist, und daß der zweite Resonanzhohlraum Cp eine solche Länge L hat, daß sich der Abstand D zwischen den Wechselwirkungsräumen des ersten Resonanzhohlraums C₁ des komplementären Hohlraumabschnitts(S ) und den ersten Resonanzhohlraura A₁ des Beschleunigungsabschnitts (S.) ergibt zu:

D = (2k + §)*/} A₀ (2)

wobei sind: η und k ganze Zahlen mit wenigstens der Größe 1,

ß die normierte mittlere Geschwindigkeit v/c der geladenen Teilchen,

ι die Wellenlänge des in die Beschleunigungsanordnung eingeführten Hochstfrequenzsignals im Vakuum

und daß die elektromagnetischen Kopplungsvorrichtungen zwischen den Resonanzhohlräumen Cp und A₁ derart ausgebildet sind, daß das Teilchenbeschleunigungsfeld im Resonanzhohlraum Cp den Wert 0 hat.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert,deren Figuren 1 bis 4 in schematischer Weise vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen B es chi eunigungs-

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anordnung zeigen.

In Fig.1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beschleunigungsanordnung nach der Erfindung dargestrllt, die beispielsweise einen dreifach periodischen Beschleunigungsabschnitt S_A enthält, wie er in der Patentanmeldung P 25 01 125.0 beschrieben ist; dieser Beschleunigungsabschnitt besteht aus einer Reihe von Hohlräumen A>, Ap...., die beispielsweise mittels einer Kopplungsöffnung 1 oder mittels eines mit Kopplungsöffnungen und 3 ausgestatteten Kopplungshohlraums a₂·* elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Ein von einem (nicht dargestellten) Höchstfrequenzgenerator ausgesendetes Hochs tfrequenzsignal wird mittels eines Wellenleiters G beispielsweise in den Hohlraum Ap eingegeben. Diesem Beschleunigungsabschnitt S. ist ein komplementärer Abschnitt Sp zugeordnet, der ein Abschnitt mit Gruppierungswirkung oder ein Abschnitt mit V or bes chi euni gungs wirkung sein kann. Dieser komplementäre Abschnitt besteht aus einem ersten Resonanzhohlraum C. und aus einem zweiten ResonanzhohlraumCpj diese beiden Resonanzhohlräume sind über eine Kopplungsöffnung 12 elektromagnetisch miteinander gekoppelt, und sie sind an ihrer Mitte mit Öffnungen 4, 5 für den Durchlaß des Bündels aus geladenen Teilchen versehen. Der Resonanzhohlraum Cp, der elektromagnetisch mit dem ersten Hohlraum A^ des Beschleunigungsabschnitts gekoppelt ist, hat eine solche Länge L, daß der Abstand D zwischen den Wechselwirkungsräumen des Resonanzhohlraums C. und des Hohlraums A. sich ergibt zu:

D = (2k + I ) π /5 Λ_ο (1)

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wobei sind: k und η ganze Zahlen mit dem Wert gleich oder

größer als 1_r

β die normierte mittlere Geschwindigkeit v/c der geladenen Teilchen,

A_odie Wellenlänge des in den Beschleunigungsabschnitt S_A eingegebenen Hochs tfrequenzsignals im Vakuum.

Bei dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Hohlräume C₂ und A₁ mittels der Kopplungsöffnung 13 magnetisch gekoppelt, deren Abmessungen und deren Lage derart sind, daß das Beschleunigungsfeld in diesem Resonanzhohlraum C₂ den Wert θ hat, der daher die. Eigenschaften eines Laufraums hat.

Wenn in der Gleichung (1) der Parameter η ungerade ist (beispielsweise η = 1), dann ist der Resonanzhohlraum C₂ ein Hohlraum mit Gruppierungswirkung, der die Gruppierung der Teilchen vor ihrem Eintritt in den Beschleunigungsabschnitt S. ermöglicht. Wenn der Parameter η gerade ist, (beispielsweise η = 2), dann ist der Resonanzhohlraum C₂ ein Hohlraum mit V or be s chle unigungs wirkung.

In einer dreifachperiodischen B es chi eunigungs anordnung, d.h. in einer Anordnung aus m Gruppen zu je drei Resonanzhohlräumen, wie sie in Fig.1 dargestellt sind, wird für den ersten Resonanzhohlraum C. des komplementären Abschnitts eine Eigenfrequenz f ₁= f +, Λ f gewählt, wobei f die Betriebsfrequenz des Hohlraums A. ist.

Wenn die Beschieunigungsanordnung eine zweifachperiodische Anordnung ist, d.h. eine aus m Gruppen zu je zwei Hohlräumen nach Fig.2 bestehende Anordnung ist (Hohlräume A₁, ^a12' ^2* ^a23^' dann sind die Beschleunigungshohlräume A₁,

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ρ magnetisch mit Hilfe von Kopplungshohlräumen a.₂,

a₂₅ miteinander gekoppelt, die jeweils mit Kopplungsöffnungen 10, 11,f und 20, 21 ausgestattet sind; die Eigenfrequenz des Resonanzhohlraums C. ist dabei auf eine Frequenz eingestellt, die im wesentlichen gleich der Betriebsfrequenz f des Hohlraums A.ist.

In Fig.3 ist eine zweifachperiodische Beschleunigungsanordnung nach der Erfindung dargestellt, deren Beschleunigungshohlräume Α., Αρ·... mit Hilfe von Kopplungshohlräumen a₁₀, a₂₀ gekoppelt sind; diese Kopplungshohlräume sind dabei elektrisch mit den zwei ihnen benachbarten Hohlräumen mittels Öffnungen 32, 33 .... für den Durchlaß des Teilchenstrahl en bündel s gekoppelt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Hohlräume C. und C₂ einerseits und die Hohlräume C₂, A₁ andrerseits über die Öffnungen 30 und für den Durchlaß des Teilchenstrahlenbündels elektrisch miteinander gekoppelt.

Das in Fig.4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine dreifachperiodische Beschleunigungsanordnung, deren Beschleunigungshohlräume A,., A₂ und A₂ A, mit Hilfe von Ringhehlräumen ä., a₂ gekoppelt sind, die in der Patentanmeldung P 23 34 457.2 beschrieben sind. Die Hohlräume C^ und C₂ des komplementären Abschnitts sind über zwei Kopplungsöffnungen 34 und 35, die im Winkel von 180 zueinander angeordnet sind, magnetisch miteinander gekoppelt.

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Claims

Zeichen Patentanwälte 281 Dipl -Ing.
G. Leiser 4002 Dipl.-Chem.
Dr. G. Hauser Dipl.-lng.
E. Prinz Ernsbeigerstrasse 19 8 München 60 28.Märζ 1978 : C 3176 Unser

C.G.R. - MeV

Route de Guyancourt 78530 BUC , Frankreich

Patentansprüche

ί. Beschleunigungsanordnung für einen linearen Teilchenbeschleuniger für geladene Teilchen mit wenigstens einem Beschleunigungsabschnitt , der von einer Reihe von Resonanzhohlräumen gebildet ist, die mit stehenden Wellen betrieben sind, einem komplementären Hohlraumabschnitt, der in der Bahn des Strahlenbündels vor dem Beschleunigungsabschnitt angebracht ist und elektromagnetisch mit diesem Beschleunigungsabschnitt gekoppelt ist, wobei die Resonanzhohlräume des Beschleunigungsabschnitts, die für den Durchlaß des Strahlenbündels axiale Öffnungen aufweisen, elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, und einer Vorrichtung zum Einführen eines Hochs tfrequ en zsignals in die Beschleunigungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der komplementäre Hohlraumabschnitt(S_c) wenigstens einen ersten Resonanzhohlraum C₁ und einen damit elektromagnetisch gekoppelten zweiten Resonanzhohlraum Cpaufweist, und daß der zweite Resonanzhohlraum C₂ eine solche Länge L hat,daß sich der Abstand D zwischen den VTechelwirkungsräuinen des ersten Resonanzhohlraums C,. des komplementären Hohlraumabschnitts (S_c) und den ersten Resonanzhohlraum Schw/Ba A₁ des Beschleunigungsabschnitts(S.) ergibt zu :

D = (2k ₊ §)πβλ_ο (1)

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©fiiGINAL INSPECTED

wobei sind: η und k ganze Zahlen mit wenigstens der Größe 1, ß die normierte mittlere Geschwindigkeit v/c der geladenen Teilchen,

λ die Wellenlänge des in die Beschleunigungsanordnung eingeführten Hochs tfrequenzsignals im Vakuum ,

und daß die elektromagnetischen Kopplungsvorrichtungen zwischen den Resonanzhohlräumen C₂ und A₁ derart ausgebildet sind, daß das Teilchenbeschleunigungsfeld im Resonanzhohlraum C, den Wert 0 hat.
2. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß η ungerade ist, so daß der zweite Resonanzhohlraum (Cp) ein Hohlraum mit Gruppierungswirkung für die geladenen Teilchen 1st.
3. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß η gerade ist, so daß der zweite Resonanzhohlraum (Cp) ein Hohlraum mit Vorbeschleunigungswirkung für die geladenen Teilchen ist.
4. Beschißunigunsanordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resonanzhohlraum (C₁) des komplementären Hohlraumabschnitts (Sp) im wesentlichen die Abmessungen des ersten Resonanzhohlraums (A₁) des Beschleunigungsabschnitts (S.) hat, daß der zweite ResOnanzhohlraum (Cp) des komplementären Hohlraumabschnitts (S~) mit dem ersten Resonanzhohlraum des Beschleunigungsabschnitts (S.) mittels einer Kopplungsöffnung elektromagnetisch gekoppelt ist und daß die Eigenschaften und die Lage des zweiten Resonanzhohlraums (C₂) des komplementären Hohlraumabschnitts und die Abmessungen der Kopplungsöffnung (13) derart sind, daß die Beschleunigungskomponente des Hochs tfrequenzsignals im zweiten Resonanzhohlraum (C₂) des komplementären

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Hohlraumabschnitts (S_c) den Wert 0 hat.
5. BeschleunigungsanOrdnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsabschnitt (S_A) dreifach periodisch ist und daß die Eigenfrequenz des ersten Resonanzhohlraums (C.) des komplementären Hohlraumabschnitts (Sg) den Wert f hk Af hat, wobei f die Frequenz des ersten Resonanzhohlraums (A₁) des Beschleunigungsabschnitts (S_A) ist.
6. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsabschnitt (S.) zweifach periodisch ist und daß die Eigenfrequenz des ersten Resonanzhohlraums (C.) des komplementären Hohlraumabschnitts (Sp) gleich der Betriebs frequenz des ersten Resonanzhohlraums (A.) des Beschleunigungsabschnitts (S_A) ist.
7· Beschleunigungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzhohlräume (A. und

A₂ ) des Beschleunigungsabschnitts (S.) mit Hilfe

axialer Öffnungen für den Durchlaß des Teilchenstrahlenbündels elektrisch miteinander gekoppelt sind.
8. Beschle unigungs an Ordnung nach einem der Ansprüche 5

und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzhohlräume (A₁, A₂·...) des Beschleunigungsabschnitts(S.) magnetisch miteinander gekoppelt sind.
9. Beschle unigungs anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kopplung mit Hilfe von Kopp lungs öffnungen (1) erhalten wird, die in der Wand von zwei aufeinanderfolgenden Beschleunigungshohlräumen angebracht sind.

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10. Beschleunigungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kopplung mit Hilfe von Ringhohlräumen (a*?» ^a?V***· ^ erhalten wird.

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