DE3038414A1

DE3038414A1 - Linearer stehwellenbeschleuniger

Info

Publication number: DE3038414A1
Application number: DE19803038414
Authority: DE
Inventors: Eiji Sunnyvale Calif. Tanebe; Victor Aleksey Palo Alto Calif. Vaguine
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1979-10-12
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1981-04-23
Also published as: CA1148657A; FR2467526B1; JPS5663800A; US4286192A; SE8007115L; DE3038414C2; FR2467526A1; JPH0345520B2; SE449677B

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstraße 12 ■ D-8000 München 60 · Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

. Dr. Reinlonder · Dipl.-Ing. Bernhardt · OrlhitrnBe H ■ 8000 München 60 ·

V1 P519

Varian Associates, Inc. Palo Alto. CaI., USA

Linearer Stehwellenbeschleuniger

Priorität: 12. Oktober 1979 USA - Serial No. 84 284

Zusammenfassung

Bei einem seitenhohlraumgekoppelten linearen Stehwellenbeschleuniger wird eine variable Energiewahl dadurch herbeigeführt, daß die Phase des Feldes in einem gewählten Seitenkopplungshohlraum um 0 Radian verschoben wird, wobei dieser Seitenkopplungshohlraum zwischen Gruppen von Beschleunigungshohlräumen angeordnet ist. Bei einer mittleren Beschleunigungsenergie von E-(MeV) je Wechselwirkungshohlraum und einer Gesamtzahl N der Wechselwirkungshohlräume beträgt der gesamte Energiegewinn E₁ (N-2N-), wenn N- die Anzahl der Wechselwirkungshohlräume bezeichnet, die jenseits des Auftretens der Phasenverschiebung durchlaufen werden. Die Phasenverschiebung wird auf sehr einfache Weise

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Bonkverbindungi Boyerljche Hypotheken- und Wechselbank Manchen, MOnchener Freiheit, Kto.-Nr. 3180012175 ■ Poihchedckonto München 184020-KX

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dadurch herbeigeführt, daß die gewählte Seitenhohlraumkonfiguration mechanisch auf wiederholbare Weise verändert wird, so daß die zugehörige Resonanzerregung vom Schwingungstyp TM₀₁₀ auf einen der Typen TM₀₁₁ oder TEM übergeht. Somit kann man den gesamten Energiegewinn variieren, ohne daß die hochfrequente Eingangsenergie verändert zu werden braucht. Außerdem bleibt die Strahlenergiestreuung unverändert.

Die Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf lineare Beschleuniger zum Erzeugen geladener Teilchen von unterschiedlicher Energie.

Es ist sehr erwünscht, Strahlen aus energiereichen geladenen Teilchen zu erzeugen, bei denen eine geringe Streuung der Energie gegeben ist und bei denen sich die Energie innerhalb eines großen dynamischen Bereichs variieren läßt. Ferner ist es erwünscht, daß die Streuung Δ E der Energie vom Vert E der Beschleunigungs-Endenergie unabhängig ist.

Eine einfache Lösung der Aufgabe, bei einem linearen Beschleuniger eine variable Energieregelung zu bewirken, besteht darin, die den Beschleunigungshohlräumen von der Hochfrequenzquelle aus zugeführte Energie zu variieren. Das schwächere elektrische Beschleunigungsfeld, dem die Strahlenteilchen ausgesetzt werden, welche die·Beschleunigungshohlräurae durchlaufen, führt zu einer geringeren Endenergie. Eine variable Dämpfungseinrichtung in dem Hohlleiter, durch den die hochfrequente Energie zwischen der Quelle und dem Beschleuniger übertragen wird, ermöglicht eine solche wählbare Veränderung der Amplitude des die Beschleunigung bewirkenden elektrischen Feldes. Jedoch ergibt sich bei diesem Verfahren eine Verschlechterung der Qualität des beschleunigten Strahls als Folge einer Zunahme der Energiestreuung Δ E bei der endgültigen Strahlenergie. Zwar kann man die Abmessungen des Beschleunigers für einen bestimmten Satz von Betriebsparametern, z.B. den Strahlenstrom

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und die zugeführte Hochfrequenzenergie, optimieren, doch bleibt diese Optimierung nicht erhalten, wenn die Hochfrequenzenergie geändert wird, da die Geschwindigkeit der Elektronen und damit auch die Phase des Elektronenbündels gegenüber den Hochfrequenzspannungen der Hohlräume variiert wird. Auf diese Weise ergibt sich eine Verschlechterung der konstruktiv sorgfältig geplanten geringen Energiestreuung.

Eine weitere bekannte Lösungsmöglichkeit besteht in der Verwendung einer Kaskadenanordnung zweier Wanderwellenabschnitte von Beschleunigerhohlräumen. Die beiden Abschnitte werden unabhängig voneinander von einer gemeinsamen Quelle erregt, wobei der zweite Abschnitt mit wählbarer Dämpfung der Amplitude und Änderung der Phase gespeist wird. Solche Beschleuniger sind in den US-PSen 2 920 228 und 3 070 beschrieben. Diese Wanderwellehkonstruktionen sind von Natur aus weniger zweckmäßig bzw. sie arbeiten mit einem niedrigeren Wirkungsgrad als Stehwellenbeschleuniger mit Seitenkopplung, da Energie, die nicht in den Strahl überführt wird, durch eine Last beseitigt werden muß, nachdem die hochfrequente Wellenenergie die Beschleunigungskonstruktion ein einziges Mal durchlaufen hat, und da außerdem die Nebenschlußimpedanz geringer ist als bei mit seitlicher Kopplung arbeitenden Stehwellenbeschleunigern.

Bei einem ebenfalls schon bekannten, in der US-PS 4 118 653 beschriebenen Beschleuniger ist ein Wanderwellenabschnitt des Beschleunigers, der eine optimale Energie und eine optimale Energiestreuung hervorruft, mit einem nachgeschalteten Stehwellenbeschleunigerabschnitt kombiniert. Sowohl der Wanderwellenabschnitt als auch der Stehwellenabschnitt werden mittels einer gemeinsamen Hochfrequenzquelle erregt, wobei für die Erregung des Stehwellenabschnitts eine Dämpfung vorgesehen ist. Zu dem Stehwellenabschnitt des Beschleunigers wird nur eine geringe Wirkung auf den beschleunigten und gebündelten Strahl ausgeübt, bei dem die Geschwindigkeit sehr

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nahe bei der Lichtgeschwindigkeit liegt und daher von der Energie im wesentlichen unabhängig ist. Dieser Grundgedanke macht es jedoch erforderlich, zwei sich erheblich unterscheidende Arten von Beschleunigerabschnitten zu konstruieren und herzustellen, und außerdem werden komplizierte äußere Mikrowellenkreise benötigt.

Ein weiterer linearer Stehwellenbeschleuniger, bei dem sich die Strahlenenergie variieren läßt, kann mit einem Beschleuniger aufgebaut werden, zu dem mehrere elektromagnetisch entkoppelte Unterstrukturen gehören. Hierbei ist jede Unterstruktur als seitenhohl raumgekoppelter Beschleuniger ausgebildet. Die einzelnen Unterstrukturen sind gleichachsig angeordnet, doch greifen sie so ineinander, daß benachbarte Beschleunigungshohlräume Bestandteile verschiedener Unterstrukturen bilden und elektromagnetisch entkoppelt sind. Somit können benachbarte Hohlräume Stehwellen von unterschiedlicher Phase aufrechterhalten. Hierbei ist der Energiegewinn für einen Strahl aus geladenen Teilchen, der einen solchen Beschleuniger durchläuft, offensichtlich eine Funktion der Phäsenverteilung. Bei einem Beschleuniger, der durch solche ineinandergreifenden -Unterstrukturen gekennzeichnet ist, wird eine maximale Strahlenenergie erzielt, wenn zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen eine Phasendifferenz von7//2 vorhanden ist, wobei der stromabwärtige Hohlraum dem benachbarten stromaufwärtigen Hohlraum gegenüber nacheilt und wobei der Abstand zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen einem Viertel der Strecke entspricht, die <-.· _ ein Elektron während einer Hochfrequenzperiode zurücklegt. Eine Verstellung der Phasenbeziehung zwischen den Unterstrukturen führt zu einer Veränderung der Strahlenergie. Ein solcher Beschleuniger ist in der US-PS 4 024 426 beschrieben. Zwar arbeitet dieser Beschleuniger mit einem hohen Wirkungsgrad, und die Energie läßt sich gut regeln, doch hat er einen komplizierteren Aufbau als der erfindungsgemäße Beschleuniger.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen linearen Stehwellenbeschleuniger zu schaffen, der es ermöglicht, beschleunigte Teilchen von unterschiedlicher Energie zu erzeugen, wobei gleichzeitig eine hervorragende Gleichmäßigkeit der Energiestreuung des Strahls innerhalb des dynamischen Beschleunigungsbereichs aufrechterhalten wird.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einem mit Seitenkopplung arbeitenden Stehwellenbeschleuniger dadurch gelöst, daß es möglich ist, eine einstellbare Variation der Phasenverschiebung um IT rad in einem gewählten seitlichen Hohlraum des Beschleunigers herbeizuführen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die durch den beschleunigten Strahl aufgenommene Energie dadurch variiert, daß man den seitlichen Hohlraum bzw. die seitlichen Hohlräume entsprechend wählt, in denen die Phasenverschiebung herbeigeführt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die gewünschte Phasenverschiebung dadurch herbeigeführt, daß man bezüglich der Erregung des gewählten seitlichen Hohlraums vom Schwingungstyp TMqio ^{au:f e}*^{nen der} Schwingungstypen TMq₁₁ oder TEM übergeht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Längsschnitt einen mit Seitenwandkopplung arbeitenden Stehwellenbeschleuniger bekannter Art;

Fig. 2 die Orientierung des elektrischen Feldes bei dem Beschleuniger nach Fig. 1;

Fig. 3 die Orientierung des elektrischen Feldes bei einem Beschleuniger nach der Erfindung;

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Fig. 4 einen Teilschnitt eines bei einem erfindungsgemäßen Beschleuniger verwendbaren verstellbaren seitlichen Hohlraums ; und

Fig. 5 in einer graphischen Darstellung die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Beschleunigers herbeiführbaren Strahlenergieverteilungen.

Zu dem bekannten Beschleuniger 1 nach Fig. 1 gehört ein Beschleunigerabschnitt 2 mit mehreren Hohlraumresonatoren 3, die längs eines Strahlenweges 4 hintereinander angeordnet sind, so daß sie in elektromagnetische Wechselwirkung mit geladenen Teilchen innerhalb des Strahls treten können, um die geladenen Teilchen so zu beschleunigen, daß sie am stromabwärtigen Ende des Beschleunigerabschnitts nahezu die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Eine Quelle für Strahlenteilchen, z.B. eine Kanone 5 für geladene Teilchen, ist am stromaufwärtigen Ende des Beschleunigerabschnitts 2 angeordnet und dient dazu, letzterem einen Strahl aus geladenen Teilchen, z.B. Elektronen, zuzuführen. Quer zum stromabwärtigen Ende des Beschleunigerabschnitts 2 ist ein Strahlenabgabefenster 6 angeordnet, das für die energiereichen Strahlenteilchen durchlässig, jedoch für Gase undurchlässig ist. Der Beschleunigerabschnitt 2 und die Kanone 5 sind auf einen hinreichend niedrigen Druck von z.B. 10" Torr evakuiert, der durch eine.Hochvakuumpumpe 7 aufrechterhalten wird, die über eine Absaugleitung 8 in Verbindung mit dem Beschleunigungsabschnitt 2 steht.

Der Beschleunigerabschnitt 2 wird mit Mikrowellenenergie angeregt, und zwar mit Hilfe einer konventionellen Mikrowellenquelle, z.B. eines Magnetrons, das mit dem Beschleunigerabschnitt 2 z.B. durch einen nicht dargestellten Hohlleiter verbunden ist und einem der Resonatoren 3 über eine Eintrittsblende 11 Energie zuführt. Bei dem Beschleunigerabschnitt 2 handelt es sich um einen Stehwellenbeschleuniger,

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d.h. einen resonanzfähigen Abschnitt aus gekoppelten Hohlräumen, und die Mikrowellenquelle gibt an den Beschleunigerabschnitt 2 etwa 1,6 MW ab. Bei einer gebräuchlichen Ausführungsform wird die Mikrowellenquelle so gewählt, daß sie im S-Band arbeitet und daß die Hohlräume in diesem Band in Resonanz sind. Die Resonanzmikrowellenfelder des Beschleunigerabschnitts 2 treten in elektromagnetische Wechselwirkung mit den geladenen Teilchen des Strahls 4, um diese so zu beschleunigen, daß sie am stromabwärtigen Ende des Beschleunigers praktisch die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Beispielsweise erzeugt die Eingangsmikrowellenenergie von 1,6 MW in dem Strahl 4 Ausgangselektronen mit Energien in der Größenordnung von 4 MeV. Diese energiereichen Elektronen können dazu dienen, ein Target zu beschießen, damit energiereiche Röntgenstrahlen erzeugt werden; alternativ können die .energiereichen Elektronen gegebenenfalls zur unmittelbaren Bestrahlung von Gegenständen verwendet werden.

Es sind mehrere Kopplungshohlräume 15 gegenüber

der Längsachse des Beschleunigerabschnitts 2 radial nach außen versetzt angeordnet; sie dienen zum elektromagnetischen Koppeln einander benachbarter Beschleunigungshohlräume 3. Zu jedem Kopplungshohlraum 15 gehören eine zylindrische Seitenwand 16 und zwei zentral angeordnete, nach innen vorspringende kapazitive Belastungsglieder 17, die von entgegengesetzten Stirnwänden aus in den zylindrischen Hohlraum hineinragen, um den Hohlraum kapazitiv zu belasten. Hierbei ist jeder zylindrische Kopplungshohlraum 15 so angeordnet, daß er die Wechselwirkungshohlräume 3 annähernd tangiert, wobei die Ecken jedes Kopplungshohlraums 15 die Innenwände der Beschleunigungshohlräume 3 schneiden, um Magnetfeldkopplungsblenden 18 zu definieren, die eine elektromagnetische Wellenenergiekopplung zwischen den Beschleunigungshohlräumen 3 und dem zugehörigen Kopplungshohlraum 15 bewirken. Die Wechselwirkungshohlräume 3 und die Kopplungshohlräume 15 sind sämtlich im wesentlichen auf die gleiche Frequenz abgestimmt.

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Der obere Teil von Fig. 2 bildet eine schematische Darstellung des bekannten Beschleunigers nach Fig. 1. Hierbei ist die Richtung des hochfrequenten elektrischen Feldes in einem Augenblick einer maximalen elektrischen Feldstärke durch die Pfeile in den Spalten zwischen den Wechselwirkungshohlräumen 3 angedeutet. Der untere Teil von Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der elektrischen Feldstärke längs der Strahlenachse 4 nach Fig. 1, die für den in der oberen Hälfte von Fig. 2 dargestellten Zeitpunkt gilt. Während des Betriebs sind die Spalten in solchen Abständen verteilt, daß Elektronen, deren Geschwindigkeit sich der Lichtgeschwindigkeit annähert, im Verlauf einer halben Periode der Hochfrequenz von einem Spalt zum nächsten wandern, so daß sie nach ihrer Beeinflussung durch ein Beschleunigungsfeld in einen Spalt am nächsten Spalt dann eintreffen, wenn die Richtung des Feldes umgekehrt worden ist, um eine zusätzliche Beschleunigung zu erfahren. Das Feld in jedem seitlichen Hohlraum 15 wird phasenmäßig um 1/2 2" Radian gegenüber dem vorausgehenden Wechselwirkungshohlraum 3 verschoben, so daß die vollständige periodisch arbeitende Resonanzstruktur mit einem Schwingungstyp arbeitet, bei dem bei jedem Hohlraum eine Phasenverschiebung um TT/2 eintritt. Da der Strahl nicht in Wechselwirkung mit * den seitlichen Hohlräumen 15 tritt, entspricht sein Verhalten einer Beeinflussung durch eine Struktur, die einer solchen gleichwertig ist, bei welcher zwischen benachbarten Wechselwirkungshohlräumen die Phasenverschiebung '^hervorgerufen wird. Wenn die an den' Enden vorhandenen Hohlräume in der dargestellten Weise als Beschleunigungshohlräume ausgebildet sind, weist das Wellenmuster, bei dem es sich im wesentlichen um ein Stehwellenmuster handelt, sehr kleine Felder auf, wie es durch die in die seitlichen Hohlräume 15 eingezeichneten Nullen angedeutet ist, so daß die Hochfrequenzverluste in diesen nicht am Betrieb teilnehmenden Hohlräumen auf einem Minimum gehalten werden. In Fig. 1 und 2 sind die an den Enden vorhandenen Hohlräume 3' als Halbhohlräume dargestellt. Hierdurch verbessern sich die Strahleingangsbedingungen, und es ergibt sich

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eine völlig symmetrische Resonaa \struktur mit einheitlichen Feldern in sämtlichen Beschleunigungshohlräumen.

Es ist zweckmäßig, jedem Beschleunigungshohlraum einen durchschnittlichen Energieanstieg E- zuzuweisen, und bei einer Beschleunigerstruktur mit N vollständigen Beschleunigungshohlräumen liefert die optimale Abstimmung eine Endenergie von E - NE₁.

Gemäß der Erfindung wird eine Verstellung der Phasenverschiebung zwischen den Beschleunigungshohlräumen eines einzigen Paares angewendet, um für den endgültigen Strahl eine wählbare Energie bis zur maximal erreichbaren Energie zu erzielen, In Fig. 3 ist eine Struktur bzw. ein Aufbau dargestellt, der zwar derjenigen nach Fig. 2 ähnelt, sich von dieser jedoch dadurch unterscheidet, daß die Möglichkeit besteht, die Phasenverschiebung zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen 3 dadurch zu ändern, daß die Phase der stehenden Welle in einem gewählten seitlichen Hohlraum 20 verändert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die zwischen benachbarten Wechselwirkungshohlräumen herbeigeführte Phasenverschiebung von Tf auf 0 Radian geändert, und zu diesem Zweck wird der Betrieb des gewählten seitlichen Hohlraums vom Schwingungstyp TMq₁₀, bei dem das Magnetfeld bei beiden Kopplungsblenden 18 nach Fig. 1 und 2 die gleiche Phase hat, auf einen der Schwingungstypen TMq₁₁ oder TEM umgestellt, bei denen gemäß Fig. 3 und 4 zwischen den Blenden 18' eine Phasenumkehrung stattfindet.

Infolgedessen hat das elektrische Feld, mit dem der Strahl zusammentrifft, nicht mehr eine Phasenlage für eine maximale Beschleunigung in den noch zu durchlaufenden Hohlräumen, sondern es befindet sich in einer Verzögerungsphase. Die resultierende Beschleunigungsenergie ist dann gegeben durch die Gleichung E = (N - 2N₁)E₁, in der N₁ die Anzahl der Hohlräume jenseits der Phasenumkehrung bezeichnet.

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Um die Phasenumschaltung herbeizuführen, werden die Resonanzeigenschaften des gewählten seitlichen Hohlraums 20 verändert. In Fig. 4 ist ein solcher umschaltbarer seitlicher Hohlraum schematisch dargestellt. Er ist als koaxialer Hohlraum 20 ausgebildet, bei dem zur kapazitiven Belastung dienende Ansätze 17' und 22 gegenüber den Stirnwänden nach innen ragen. Der Hohlraum 20 ist mit den benachbarten Wechselwirkungshohlräumen 3 durch Blenden 18' gekoppelt. Beim Schwingungstyp TM₀₁₀ verläuft das stärkste elektrische Feld längs der Achse. In dem hohlen Belastungsansatz 22 ist eine Metallstange 24 gleitend geführt, die durch ein Lager 26 unterstützt und mit einer flexiblen Rohrmembran 28 aus Metall versehen ist, damit sie sich im Vakuum axial verstellen läßt. Eine Hochfrequenzverbindung zwischen der Stange 24 und dem Belastungsansatz 22 wird durch eine doppelte Vxertelwellenlängendrossel 30, 32 gebildet, durch die das Auftreten starker Ströme längs des Lagers 26 verhindert wird. Bei der in Fig. 4 mit Vollinien wiedergegebenen Stellung der Stange 24 ist der Hohlraum 20 auf die gleiche Resonanzfrequenz seines Schwingungstyps TMq, ₀ abgestimmt, die der Resonanzfrequenz der Wechselwirkungs-Beschleunigungshohlräume 3 entspricht. Um den Schwingungstyp zu verändern, wird die Stange 24 auf mechanischem Wege in dem hohlen Belastungsansatz 22 nach innen verschoben, d.h. sie wird aus der mit Vollinien wiedergegebenen Stellung in die mit gestrichelten Linien angedeutete Stellung gebracht, um die kapazitive Belastung zu erhöhen und die Resonanzfrequenzen des ursprünglichen Schwingungstyps TM₀₁₀ herabzusetzen. Gemäß der Erfindung wird die Stange 24 nach innen in eine solche Stellung vorgeschoben, daß der Hohlraum 20 beim Schwingungstyp TM₀₁₀ bei der Resonanzfrequenz der Wechselwirkungshohlräume nicht mehr mit Resonanz arbeitet, sondern in einen der Schwingungstypen TM₀₁₁ oder TEM übergeht, wobei diese Schwingungstypen bei der gleichen Frequenz in Resonanz kommen wie die Resonanzfrequenz der Wechselwirkungshohlräume.

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Bei einer Ausführungsform sind die Abmessungen des Hohlraums 20 so gewählt, daß bei einer bestimmten Stellung 34 des linken Endes der Stange 24 die TM_Q11-Resonanz bei der Betriebsfrequenz des Wechselwirkungshohlraums 3 eintritt. Hierbei tritt erneut eine Phasenverschiebung um TT/2 Radian zwischen dem vorausgehenden Wechselwirkungshohlraum 3 und dem Kopplungshohlraum 20 sowie eine weitere Phasenverschiebung um 7Γ/2 zwischen dem Kopplungshohlraum 20 und dem nachfolgenden Beschleunigungshohlraum 3 auf. Jedoch führt die Magnetfeldumkehrung in dem Hohlraum 20 als Folge des Betriebs mit dem Schwingungstyp TM_Q11 zu einer weiteren Phasenverschiebung um ΪΓRadian, so daß die resultierende Kopplung zwischen benachbarten Wechselwirkungshohlräumen 3 bei einer Phasenverschiebung um 2T oder 0 Radian erfolgt und nicht etwa bei V Radian, wie es durch die übrigen Kopplungshohlräume 15 bewirkt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der zur Umschaltung dienende Hohlraum 20 so bemessen, daß dann, wenn die Stange 24 vollständig durch den Hohlraum 20 hindurchgeschoben wird, um in Berührung mit dem Belastungsansatz 17' zu kommen, die TEM-Resonanz (die Halbwellenlängenresonanz einer Koaxialleitung mit kurzgeschlossenen Enden) bei der Betriebsfrequenz der Wechselwirkungshohlräume 3 auftritt. Auch bei diesem Schwingungstyp ergibt sich eine Umkehrung des Magnetfeldes zwischen den Enden des Kopplungshohlraums, so daß die Phase der Kopplung zwischen benachbarten Wechselwirkungshohlräumen 3 von T Radian in 2 TT" oder 0 Radian geändert wird, wie es vorstehend beschrieben ist. Für jeden Fachmann liegt es auf der Hand, daß sich die optimierte Gestaltung des seitlichen Hohlraums 20 zum Umschalten vom Schwingungstyp TMq₁₀ auf den Schwingungstyp TEM von der optimierten Gestaltung des seitlichen Hohlraums zum Umschalten vom Schwingungstyp TMq₁Q auf den Schwingungstyp TM₀₁- unterscheidet.

Fig. 5 zeigt Kurvendarstellungen der berechneten Energiespektren eines einzigen Beschleunigungsabschnitts für einen

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vollständigen Beschleunigungshohlraum bzw.* zwei halbe Hohlräume (erster und letzter Hohlraum) sowie zwei seitlichen Kopplungshohlräume. Man erhält diese Spektren, indem man die Beschleunigungen der Elektronen integriert, die mit den sinusförmig schwingenden elektrischen Stehwellenfeldern in den Hohlräumen in Wechselwirkung treten. Es hat sich gezeigt, daß solche berechneten Spektren eine genaue Wiedergabe der gemessenen Spektren darstellen. Die Spektralfunktion 38 stellt ein solches Spektrum für den normalen Betrieb (TM₀₁₀) dar. Die Kurve 40 gilt für das Spektrum, das sich ergibt, wenn der Schwingungstyp desjenigen seitlichen Hohlraums geändert wird, welcher den vollständigen Beschleunigungshohlraum und den letzten halben Beschleunigungshohlraum miteinander koppelt.

Die Anzahl der Kopplungshohlräume, in denen die Phase umgekehrt wird, richtet sich nach der gewünschten Verringerung der Teilchenenergie. Natürlich kann man zahlreiche Energieabstufungen erhalten, indem man mehrere zur Phasenumkehrung dienende Kopplungshohlräume vorsieht. Wenn z.B. ein Umschaltungshohlraum 20 zwischen .dem letzten vollständigen Wechselwirkungshohlraum nach Fig. 3 und dem letzten halben Hohlraum in Kombination mit einem weiteren Hohlraum zwischen den beiden letzten vollständigen Wechselwirkungshohlräumen vorhanden wäre, könnte man durch die Benutzung von Kombinationen der beiden Schalter vier verschiedene Werte der Ausgangsenergie erhalten.

Zwar wurde vorstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf die Einzelheiten dieses Beispiels beschränkt.

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Claims

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Patentansprüche

(1. Teilchenbeschleuniger mit einer Resonanzbeschleunigungsstrecke, zu dem mindestens drei Hohlräume gehören, die im wesentlichen die gleichen Resonanzfrequenzen haben und nacheinander elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind, wobei ein erster und ein dritter Hohlraum in ihren Wänden Öffnungen aufweisen, die von einem Teilchenstrahl durchlaufen werden können und dazu dienen, elektromagnetische Energie mit dem Teilchenstrahl zu koppeln, wobei ein zweiter Hohlraum mit jedem der ersten und dritten Hohlräume gekoppelt, jedoch gegenüber dem Strahl entkoppelt ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verändern des Resonanzschwingungsmusters in dem zweiten Hohlraum (20) mit dem Zweck, eine Änderung der Phase der Wellenenergie herbeizuführen, die durch einen Kopplungsvorgang von dem ersten Hohlraum (15) zu dem dritten Hohlraum (15) übertragen wird.
2. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Verändern des Resonanzschwingungsmusters eine'Änderung der Phasenverschiebung zwischen dem ersten und dem dritten Hohlraum um 'TT Radian herbeiführt.
3. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlraum gegenüber dem Teilchenstrahl (4) nach außen versetzt angeordnet ist.
4. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum und der dritte Hohlraum eine gemeinsame Wand haben.

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ORIGINAL SNSPECTED 130017/0820 OTOWn*
5. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem zweiten Hohlraum (20) einerseits und dem ersten Hohlraum (15) und dem dritten Hohlraum (15) andererseits durch Blenden (18¹) bewirkt wird, die in Bereichen eines starken hochfrequenten Magnetfeldes angeordnet sind.
6. Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlraum (20) ein koaxialer Hohlraum ist und daß zu der Einrichtung zum Verändern des Schwingungsmusters eine Einrichtung zum Verändern der Länge eines zentralen Leiters (24) gehört.
7. Beschleuniger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zentralen Leiters (24) verändert wird, um einen sich durch den koaxialen Hohlraum erstreckenden durchlaufenden Leiter zu bilden.
8. Teilchenbeschleuniger, gekennzeichnet durch mindestens drei Wechselwirkungshohlräurae, deren Wände mit Öffnungen versehen sind, um einen Teilchenstrahl durchzulassen und elektromagnetische Energie in den Teilchenstrahl einzukoppeln, wobei jeweils mindestens zwei Kopplungshohlräume an zwei der Wechselwirkungshohlräume angekoppelt sind, sowie durch eine Einrichtung (24), die es nach Bedarf ermöglicht, das· Resonanzschwingungsmuster in zwei der Kopplungshohlräume zu verändern, um eine Phasenänderung der Wellenenergie in den gekoppelten Wechselwirkungshohlräumen herbeizuführen.

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