DE3839531A1 - Mehrpoliger hochfrequenz-linearbeschleuniger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrpoligen Hoch­ frequenz-Linearbeschleuniger.

Der grundlegende Aufbau und die Funktion von mehrpoligen Hochfrequenz-Linearbeschleunigern lassen sich wie folgt kurz am Beispiel eines vierpoligen Linearbeschleunigers darstellen, des einzigen bisher in die Praxis umgesetzten Typs eines mehrpoligen Hochfrequenz-Linearbeschleunigers. Der vierpolige Hochfrequenz-Linearbeschleuniger entspricht im wesentlichen einer Hochfrequenz-Resonanzkammer einer bestimmten Art. Die Resonanzkammer besteht grundsätzlich aus einer zylindrischen Kammer in Form einer Trommel mit vier darin eingeschlossenen Elektroden. Die vier Elektroden, die in Parallelrichtung zur Achse der Trommel langgestreckt ausgebildet sind, sind mit ihren Wurzelabschnitten (sowohl mechanisch als auch elektrisch) in Winkelabständen von 90° an der Innenfläche der trommelförmigen Kammer befestigt, so daß ihre Spitzenabschnitte im Querschnitt eine vier­ polige Anordnung bilden, deren Achse derjenigen der Kammer entspricht. Außerdem sind die vier Elektroden an ihren Spitzen in Längsrichtung wellenförmig ausgebildet. Bei einer elektromagnetischen stehenden Welle des TE210-Typs, die in einer Kammer der oben beschriebenen Art entwickelt wird, wird in dem Raum um die Kammerachse herum und in ihrer Nachbarschaft ein elektrisches Feld mit zwei Kompo­ nenten erzeugt: Die eine Komponente, die axial entlang der Kammerachse verläuft, bewirkt eine Beschleunigung geladener Teilchen entlang der Kammerachse, und die andere Komponente, die radial verläuft, veranlaßt die Teilchen, um die Achse zu konvergieren. Somit beschleunigt die Kammer in ihr wan­ dernde geladene Teilchen, die durch die Einlaßöffnung in einer der Kammerwände eingeführt werden, wobei die Teil­ chen gebündelt bleiben.

Bei diesem Prinzip hängt der Wirkungsgrad der Beschleuni­ gung gebündelter Teilchen in der Praxis weitgehend von der Präzision der gegenseitigen Anordnung der Elektroden ab, insbesondere hinsichtlich ihrer Spitzenabschnitte. Es ist daher zweckmäßig, eine Einrichtung zur Feineinstellung der Position der Elektrodenspitze vorzusehen. Eine solche Ein­ stelleinrichtung bekannter Art ist z. B. in Form des in Fig. 7 dargestellten Mechanismus verwirklicht worden.

Gemäß Fig. 7, die einen Teilschnitt einer bekannten Reso­ nanzkammer des vierpoligen Hochfrequenz-Linearbeschleuni­ gers zeigt (wobei nur eine Elektrode dargestellt ist), ist jede der vier Elektroden 72 in einer trommelförmigen Kammer 71 über ein Elektrodentragelement 75 direkt an der Trommel 71 montiert, und zwar mit Hilfe eines Positionier­ stiftes 76 und eines Schraubenbolzens 78. Die Elektrode 72 ist an dem Elektrodentragelement 75 mittels eines Positio­ nierstiftes 77 und einer Stellschraube 73 befestigt. Der elektrische Kontakt zwischen der Elektrode 72 und der Kam­ mer 71 wird vorwiegend durch Kontaktelemente 74 aufrecht­ erhalten, die zwischen den Wurzelabschnitten auf beiden Seiten der Elektroden 72 und der Innenfläche der trommel­ förmigen Kammer 71 angeordnet sind. Die Kontaktelemente bestehen aus einem elektrisch leitenden elastischen Mate­ rial. Bei dieser Art der Montage der Elektroden wird die Feinpositionierung des Spitzenabschnitts der Elektrode durch Verstellen der Neigung der Elektrode 72 durch Betä­ tigen der Stellschraube 73 bewirkt.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Einstellen der Position des Elektroden-Spitzenabschnitts besteht jedoch der erhebliche Nachteil, daß durch die Kippbewegung der Elektrode 72 der auf die Kontaktelemente 74 wirkende Kon­ taktdruck beeinflußt wird, was zum Schwanken des Kontakt­ widerstandes zwischen der Elektrode 72 und der Kammer 71 und damit zum Variieren des Gütefaktors (Q-Wert) der Trommel führt. Es ist überaus wichtig, daß die Kammer mit einem konstanten hohen Q-Wert betrieben wird, ohne daß irgendeine Feinpositionierung der Elektroden einen Einfluß ausübt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den erwähnten Nachteil des Mechanismus zur Elektrodeneinstellung auszu­ schalten und einen verbesserten mehrpoligen Hochfrequenz- Linearbeschleuniger zu schaffen, der Einrichtungen zum Einstellen der Elektroden aufweist, bei denen während des Feinpositionierens der Elektroden im wesentlichen keine Beeinträchtigung eines ursprünglich erreichten hohen Q-Wertes der Kammer stattfindet. Weiter ist es Auf­ gabe der Erfindung, einen solchen verbesserten Be­ schleuniger auf einfache Weise zu verwirklichen, ohne daß an der grundlegenden Konstruktion des bekannten mehrpoligen Hochfrequenz-Linearbeschleunigers wesentliche Veränderungen vorgenommen werden müssen.

Zur Erfüllung der genannten Aufgabe ist bei einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung jede der in der trommelförmigen Kammer montierten Elektroden über ihre ganze Länge an ihrem Wurzelabschnitt auf beiden Seiten mit je einer Reihe von Kontaktelementen versehen. Die Kontaktelemente sind in Schräglage zwischen den Elektrodenwurzelabschnitten und der Innenfläche der Kammer strebenartig angeordnet und mit den Elektrodenwurzelabschnitten durch Stellschrauben ver­ bunden, wobei ein Spielraum vorgesehen ist, so daß durch Anziehen der Stellschrauben auf einer Seite und Lockern derjenigen auf der anderen Seite der Elektrodenwurzel­ abschnitt ungleich stark nach oben bewegt werden kann. Die Kontaktelemente sind außerdem an ihren Kanten mit elek­ trisch leitenden elastischen Kontaktelementen versehen, um sie in Berührung mit den Elektrodenwurzelabschnitten und der trommelförmigen Kammer zu halten. Mittels der oben beschriebenen Anordnung und Konstruktion der Elektroden- Schrägstellplatten kann die Position jeder Elektrodenspitze im wesentlichen über die ganze Länge der Elektrode durch Betätigen der Stellschrauben feineingestellt werden, und außerdem wird der elektrische Kontakt zwischen der Elek­ trode und der Kammer durch das Einstellen der Elektroden­ spitze wegen der Elastizität der elektrisch leitenden ela­ stischen Kontaktelemente, die an den Elektroden-Kontakt­ platten vorgesehen sind, nicht beeinflußt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ähnelt die Einrichtung zum Positionieren der Elektrodenspitzen etwas der zuvor in Verbindung mit einem bekannten vierpoligen Hochfrequenz-Linearbeschleuniger erwähnten Einrichtung. Die Einstellung geschieht mit Hilfe einer außen angebrach­ ten Stellschraube, die über das Elektrodentragelement mit der Grundfläche der Elektrode in Berührung steht. Bei dieser Ausführungsform wird der elektrische Kontakt zwischen der Elektrode und der trommelförmigen Kammer durch zwei Reihen von Kontaktklötzen hergestellt, die mit den Wurzelabschnit­ ten auf beiden Seiten der Elektrode und mit der Innenflä­ che der Kammer in Berührung stehen, und zwar über Kontakt­ elemente aus einem elektrisch leitenden elastischen Mate­ rial. Die Kontaktklötze sind jeweils mit Stellschrauben versehen, mittels deren sie fest sowohl an die Elektrode als auch an die Kammer angedrückt werden. Auf diese Weise wird der elektrische Kontakt zwischen der Elektrode und der Kammer und damit auch der Q-Wert der Resonanzkammer gegen eine Beeinflussung durch die Feinpositionierung der Elektrodenspitzenabschnitte abgesichert.

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

Fig. 1 einen Teilschnitt einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 einen anderen Teilschnitt der ersten Ausführungs­ form;

Fig. 4 eine vereinfachte Vorderansicht der ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 5 einen Teil einer Schrägansicht einer zweiten Aus­ führungsform der Erfindung;

Fig. 6 drei Beispiele für bei der Erfindung verwendbare elastische Kontaktelemente; und

Fig. 7 einen Teilschnitt eines bekannten vierpoligen Hochfrequenz-Linearbeschleunigers.

Gemäß Fig. 4, die eine vereinfachte Vorderansicht einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, enthält eine zylin­ drische Kammer 1 in Form einer Trommel vier Elektroden (von denen die beiden senkrecht zur Zeichenebene liegenden fortgelassen wurden, ebenso wie die zugehörigen Elemente und sonstigen elektrischen Bauteile wie Tuner, um die Zeich­ nung weniger kompliziert zu machen); die Elektroden bilden im Querschnitt gesehen eine vierpolige Anordnung. Die Kam­ mer 1 weist an beiden Enden Flansche 6 auf, an denen Stirn­ platten 7 mit Schrauben 8 und Muttern 9 befestigt sind. Beide Stirnplatten 7 sind mit zentralen Öffnungen versehen, durch die geladene Teilchen P in die Kammer 1 eintreten und sie verlassen können, und zwar entlang der Mittelachse, die von den Spitzen der vier Elektroden 2 umgeben ist. Bei diesem allgemeinen Aufbau der Resonanzkammer als vierpoli­ ger Hochfrequenz-Linearbeschleuniger wird jede der vier Elektroden 2 an ihrer Wurzel in gleichmäßigen Abständen in der Kammer 1 durch Elektrodentragelemente 4 unterstützt. Die Einzelheiten der Elektrodentragelemente sind am besten in Fig. 1 zu erkennen, die einen Teilschnitt längs der Linie A-A der Fig. 4 zeigt.

Gemäß Fig. 1 ist die Elektrode 2 mittels Schraubenbolzen 42 an einem Elektrodentragelement 4 befestigt. Das Elektro­ dentragelement 4 ist in ein Buchsenelement 5 eingesetzt, das an ein in der Kammer 1 vorgesehenes seitliches Loch 1 b angeschweißt ist. Die Wurzelabschnitte auf beiden Seiten der Elektrode 2 und die (mit einer Kupferschicht 1 a ausge­ kleidete) Innenfläche der trommelförmigen Kammer 1 sind durch Kontaktplatten 3 (entsprechen den in der einleiten­ den Beschreibung erwähnten "Kontaktelementen") miteinander verbunden, die in einer Reihe über die gesamte Länge der Elektrode angeordnet sind (siehe auch Fig. 4). Die Kontakt­ platten 3 sind mit den Wurzelabschnitten der Elektrode 2 durch Schraubenbolzen 3 a verbunden, die dazu dienen, die Neigung der Elektrode 2 einzustellen. Die Einzelheiten des die Kontaktplatten 3 enthaltenden Abschnitts sind besser in Fig. 2 zu erkennen, die den in Fig. 1 von einem Kreis um­ gebenen Abschnitt C vergrößert darstellt. Wird bei der be­ schriebenen Anordnung der Kontaktplatten 3 die Stellschraube 3 a auf einer Seite angezogen und diejenige auf der anderen Seite gelockert, werden keilförmige Spielräume, die von vornherein zwischen den Kontaktplatten 3 und den den Kon­ taktplatten 3 zugewandten Elektrodenflächen 2 d (veranschau­ licht durch eine Fläche 2 d in Fig. 2) freigelassen worden sind, schmaler bzw. breiter gemacht, wodurch die Wurzel der Elektrode 2 zwangsläufig nach derjenigen Seite bewegt wird, auf der die Stellschraube 3 a angezogen wird. Die oben be­ schriebene Durchführung der Feinpositionierung der Elektrode 2 führt natürlich zu einer leichten Verformung der Schrau­ benbolzen 42, mittels deren die Elektrode 2 an dem Elek­ trodentragelement 4 befestigt ist. Da die Kontaktplatten 3 über die gesamte Länge jeder der vier Elektroden 2 vor­ gesehen sind, können die relativen Positionen der Spitzen­ abschnitte aller Elektroden 2 über den gesamten Weg, auf dem geladene Teilchen beschleunigt werden sollen, fein­ eingestellt werden. Ein anderer Teilquerschnitt durch die trommelförmige Kammer in einer Ebene, in der sich kein Elektrodentragelement 4 befindet, ist in Fig. 3 darge­ stellt, die z. B. dem Schnitt B-B in Fig. 4 entspricht.

Es sei hinzugefügt, daß der elektrische Kontakt zwischen der trommelförmigen Kammer 1 und den vier Elektroden 2 durch das Einstellen der Elektrodenpositionen im wesent­ lichen nicht beeinträchtigt wird, da die Kontaktkanten aller Kontaktplatten 3 mit Kontaktelementen 3 b versehen sind (Fig. 2), die aus einem elektrisch leitenden elasti­ schen Material bestehen. Die Elastizität der Kontaktelemente 3 b gewährleistet einen stabilen Kontakt mit geringem elek­ trischem Widerstand. Diese elektrischen Kontakteinrichtun­ gen bilden ebenfalls ein wichtiges Merkmal dieser Ausfüh­ rungsform. Die Bezugszahlen 2 a, 4 a in Fig. 1 und 2 b, 2 c in Fig. 3 bezeichnen Wasserkanäle zum Einführen von Kühl­ wasser in die Elektroden 2.

Fig. 5 zeigt einen Teil einer Schrägansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 5 tragen den Bau­ teilen in Fig. 1 entsprechende Bauteile die gleichen Be­ zugszahlen wie in Fig. 1.

Gemäß Fig. 5 ist ein Elektrodentragelement 4, an dem eine Elektrode 2 montiert und mit einem Schraubenbolzen 52 be­ festigt ist, direkt in ein in der trommelförmigen Kammer 1 ausgebildetes Loch ohne ein dazwischengeschaltetes Buchsen­ element eingeführt, wobei das Elektrodentragelement jedoch durch einen Schraubenbolzen 55 indirekt an der Kammer fest­ gelegt ist, welch letzterer das Elektrodentragelement 4 an einer Befestigungsplatte 54 befestigt, die mittels eines Schraubenbolzens 51 an der Kammer festgelegt ist. Der elek­ trische Kontakt zwischen der trommelförmigen Kammer 1 und der Eleketrode 2 wird dagegen vorwiegend durch Kontakt­ klötze 53 und Kontaktelemente 53 a hergestellt. Die Kontakt­ klötze 53 sind auf beiden Seiten der Elektrode reihenweise über die gesamte Länge der Elektrode 2 angeordnet, so daß sie die Wurzelabschnitte auf beiden Seiten der Elektrode 2 mit der Innenfläche der trommelförmigen Kammer 1 elektrisch verbinden, und zwar über die Kontaktelemente 53 a, die sich über die gesamte Länge der Elektrode 2 erstrecken.

Bei dieser Ausführungsform wird die Schrägstellung der Elektrode 2 dadurch bewirkt, daß man den Boden der Elektrode 2 durch Betätigen einer Stellschraube 56 ungleich­ mäßig hochschiebt. Dieses Verfahren, eine Neigung der Elek­ trode 2 herbeizuführen, entspricht dem eingangs anhand von Fig. 7 beschriebenen bekannten Verfahren. Bei dieser Ausführungsform läßt sich jedoch der Einfluß der Schräg­ einstellung der Elektrode 2 auf die Beschaffenheit des elektrischen Kontakts zwischen der Elektrode 2 und der trommelförmigen Kammer 1 leicht durch Anziehen oder Lockern der die Kontaktklötze 53 mit der Kammer 1 verbindenden Stellschrauben 53 b korrigieren, von denen in Fig. 5 nur zwei zu sehen sind.

Fig. 6 zeigt drei Beispiele für elektrisch leitende ela­ stische Kontaktelemente (3 b in Fig. 2; 53 a in Fig. 5), die bei der Erfindung verwendet werden können.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht. Erfindungswesentliche Merkmale sind insbeson­ dere die starren Kontaktelemente, die vorteilhafterweise in Form von Elektroden-Schrägstellplatten 3 oder Kontakt­ klötzen 53 ausgebildet sind und vorzugsweise jeweils in einer Reihe längs beider Seiten der Wurzelabschnitte je­ der der Elektroden 2 so angeordnet werden, daß sie direkt oder über elektrisch leitende elastische Kontaktelemente 3 b bzw. 53 a eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Elektrode 2 und der leitenden Innenfläche 1 a der Resonanz­ kammer 1 herstellen. Erfindungswesentlich sind weiter von innen oder von außen betätigbare, an den starren Kontakt­ elementen 3 bzw. 53 und/oder an den Wurzelabschnitten der Elektroden 2 angreifende Kraftübertragungselemente, die vorzugsweise in Form von Schraubenbolzen bzw. Stellschrau­ ben 3 a bzw. 56 und 53 b vorgesehen sind und eine Kraft aus­ üben, um die Lage des unteren Endes der Elektroden 2, ins­ besondere durch ein Nachobenbewegen an einer Seite, gegen­ über der Innenfläche 1 a der Resonanzkammer 1 zu verändern und dadurch eine Justierung der Elektroden 2 zu erzielen.

Claims (6)

1. Mehrpoliger Hochfrequenz-Linearbeschleuniger, der im wesentlichen aus einer Resonanzkammer in der grund­ sätzlichen Form einer trommelförmigen Kammer und mehre­ rer darin eingeschlossener Elektroden besteht, um ge­ ladene Teilchen zu beschleunigen, die entlang der Mit­ telachse der Resonanzkammer gebündelt sind, wobei die Elektroden mit Einrichtungen zum Einstellen der Posi­ tionen ihrer Spitzenabschnitte versehen sind, um die Positionen der Spitzen der Elektroden fein einzustel­ len, gekennzeichnet durch
Elektrodentragelemente (4) zum Unterstützen jeder der Elektroden (2) von unten in vorbestimmten Abstän­ den, wobei die Elektrodentragelemente (4) in durchgehende Löcher (1 b) im Mantel der trommelförmigen Kammer (1) eingeführt sind; und
Elektroden-Schrägstellplatten (3), die in einer Reihe entlang den Wurzelabschnitten auf beiden Seiten jeder der Elektroden (2) derart angeordnet sind, daß sie eine schräge Verbindung zwischen der Innenfläche (1 a) der trommelförmigen Kammer und den Wurzelabschnitten in Form von Abstützungen bilden, wobei die Elektroden-Schräg­ stellplatten (3) so eingerichtet sind, daß sie beim An­ ziehen von an den Elektroden-Schrägstellplatten (3) vor­ handenen Schraubenbolzen (3 a) eine Kraft ausüben kön­ nen, um das untere Ende der Elektrode auf einer beliebi­ gen Seite nach oben zu bewegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden-Schrägstellplatten (3) über elektrisch leitende elastische Kontaktelemente (3 b) sowohl mit den Wurzelabschnitten der Elektroden (2) als auch mit der Innenfläche (1 a) der trommelförmigen Kammer (1) in Verbindung stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die entlang dem Mantel der trommelförmi­ gen Kammer (1) vorgesehenen durchgehenden Löcher (1 b) jeweils mit Buchsenelementen (5) versehen sind, die dazu dienen, die Elektrodentragelemente (4) leicht ausbaubar zu machen.

4. Mehrpoliger Hochfrequenz-Linearbeschleuniger, der im wesentlichen aus einer Resonanzkammer in der grund­ sätzlichen Form einer trommelförmigen Kammer und meh­ rerer darin eingeschlossener Elektroden besteht, um geladene Teilchen zu beschleunigen, die entlang der Mittelachse der Resonanzkammer gebündelt sind, wobei die Elektroden mit Einrichtungen zum Positionieren ihrer Spitzenabschnitte versehen sind, um die Posi­ tionen der Elektrodenspitzen fein einzustellen, ge­ kennzeichnet durch
Elektrodentragelemente (4) zum Unterstützen jeder Elektrode (2) von unten in vorbestimmten Abständen, wobei die Elektrodentragelemente in durchgehende Lö­ cher (lb) im Mantel der trommelförmigen Kammer (1) eingeführt sind;
Elektroden-Schrägstellschrauben (56), die dazu dienen, jeder der Elektroden (2) durch Hochschieben ihres unteren Endes eine Neigung zu erteilen, wobei die Elektroden-Schrägstellschrauben (56) sich durch die Wand der trommelförmigen Kammer (1) erstrecken und das untere Ende der betreffenden Elektrode erreichen; und
Kontaktklötze (53), die auf beiden Seiten jeder Elektrode (2) entlang ihren Wurzelabschnitten angeordnet und so eingerichtet sind, daß sie in Kontakt sowohl mit der Innenfläche (la) der trommelförmigen Kammer (1) als auch mit den Wurzelabschnitten der betreffenden Elek­ trode (2) stehen, und zwar über elektrisch leitende ela­ stische Kontaktelemente (53 a), wobei die Kontaktklöt­ ze (53) so eingerichtet sind, daß sie durch von außen her erfolgendes Betätigen an ihnen angebrachter, zum Herunterziehen dienender Schrauben (53 b) nach unten gezo­ gen werden, wodurch ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen der Innenfläche (1 a) der trommelförmigen Kammer (1) und den Kontaktklötzen (53) sichergestellt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem mehrpoligen Hoch­ frequenz-Linearbeschleuniger um einen vierpoligen Hochfrequenz-Linearbeschleuniger handelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem mehrpoligen Hochfrequenz-Linear­ beschleuniger um einen vierpoligen Hochfrequenz- Linearbeschleuniger handelt.