DE68906739T2 - Linearer impulsleistungsbeschleuniger. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Linearbeschleuniger allgemein und insbesondere auf einen Linearbeschleuniger, der durch Energieimpulse anstatt durch Hochfrequenzleistung mit Leistung versorgt wird.
• Auf dem Gebiet der Teilchenbeschleuniger werden kreisförmige Maschinen in weitem Umfang verwendet, und zwar aufgrund der Bequemlichkeit, die sich ergibt, wenn Energie auf Teilchen übertragen wird, die auf einer sich wiederholenden kreisförmigen Umlaufbahn umlaufen. Bei relativ hohen Energiepegeln, beispielsweise oberhalb von 100 GeV ist jedoch die Verwendung von kreisförmigen Maschinen zur Elektronenbeschleunigung aufgrund der Synchrotron-Strahlungsverluste nahezu ausgeschlossen. Daher wird die Möglichkeit der Verwendung von Linearbeschleunigern (LINAC) mehr als zuvor untersucht.
• Obwohl Leistungsschalt- oder Impulsleistungs-Linearbeschleuniger bekannt sind, haben Teilchenbeschleuniger nach dem Stand der Technik zum größten Teil Hochfrequenz-Leistungsschalt- Kompressionsschemen verwendet. Eine Leistungsschalt-Linearbeschleunigerkonstruktion wurde von W. Willis in einer Veröffentlichung beschrieben, die auf den Seiten 166 bis 174 der Proceedings of the SAS-ECFA-INFN Workshop, Frascati, Sept. 1984 erscheint. Das Willis-Gerät besteht aus einem Satz von parallelen Scheiben, die jeweils eine Bohrung aufweisen, durch die hindurch der Elektronenstrahl durch eine elektromagnetische Welle beschleunigt wird, die gleichförmig mit geeigneter Phase am Umfang der Scheiben injiziert wird. Diese Welle wird räumlich komprimiert, während sie sich in Richtung auf die Bohrungen am Mittelpunkt der Scheibe ausbreitet.
• Bei einer Konstruktion vom Willis-Typ muß die injizierte Ansteuer-Wellenfront um den Umfang der Scheiben herum gleichförmig sein, weil sonst Querfelder auf die Teilchen einwirken, die beschleunigt werden. Weiterhin hängt das am Mittelpunkt der Scheiben erzielte elektrische Feld von dem Verhältnis g/tc ab (g ist der Abstand zwischen den beiden Scheiben, c die Lichtgeschwindigkeit, t die Anstiegszeit des Impulses). Die Abhängigkeit ist derart, daß zur Erzielung eines erheblichen Gewinns an elektrischem Feld am Mittelpunkt der Scheiben der injizierte Impuls eine schnelle Anstiegszeit (schneller als g/c) aufweisen muß. Dies setzt ein kostspieliges Schaltersystem kombiniert mit der Forderung nach einer kurzen Anstiegszeit, hoher Spitzenleistung und einer kreisförmigen Schalterkonfiguration voraus. Wie es im folgenden zu erkennen ist, benötigt der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konstuierte Linearbeschleuniger keine extrem kurzen Anstiegszeiten für die Eingangsleistungsimpulse, um hohe Gradienten in wirkungsvoller Weise zu erzielen, und eine Wiedergewinnung der Energie, die durch die Teilchenbeschleunigung nicht verbraucht wurde, kann erzielt werden, ohne daß sich eine Störung des Schaltens der Eingangsleistung ergbit. Weiterhin benötigt ein Radialleitungsgerät vom Willis-Typ in den meisten Fällen zur Erzielung gleicher Beschleunigungsgradienten eine höhere Energie pro Einheitslänge, als dies bei dem Linearbeschleuniger der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
• Die vorliegende Erfindung ergibt einen Linearbeschleuniger, wie er in Anspruch 1 angegeben ist, der dadurch aufgebaut ist, daß eine Vielzahl von Beschleunigungsspalten in Serie angeordnet wird und diese Spalte aufeinanerfolgend durch Auslösen oder Schalten eines einzigen Energieimpulses angesteuert werden, der sich gleichzeitig entlang einer Vielzahl von Übertragungsleitungen ausbreitet, die jeweils einen einzelnen der Spalte speisen. Die Charakteristiken der Übertragungsleitungen sind so koordiniert, daß die Impulsleistung an jedem Spalt anliegt, wenn das beschleunigte Teilchenbündel durch diesen hindurchläuft.
• Diese Koordination wird dadurch erzielt, daß vorgesehen wird, daß jede der Übertragungsleitungen jedem Teil des Leistungsimpulses eine unterschiedliche Verzögerung erteilt. Zur Erzielung dieser Art von Koordination sind die Übertragungsleitungen
• in ihrer Länge abgestuft, wobei die kürzeste Leitung den ersten Spalt speist, durch den das Teilchenbündel hindurchläuft, während der nächste Spalt durch eine längere Übertragungsleitung gespeist wird, der dritte durch eine nochmals längere Übertragungsleitung gespeist wird, und so weiter, so daß das Beschleunigungsfeld mit der Bewegung des Teilchenbündels synchronisiert ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Übertragungsleitungskonstruktion vom Parallelplattentyp geschaffen, bei der ein einziger langgestreckter dreischichtiger Schichtkörper außenliegende leitende Schichten aufweist, die durch eine Isolierschicht oder durch Vakuum getrennt sind, wobei der Schichtkörper an seinem Mittelbereich in Längsrichtung geschlitzt ist, um eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Bändern zu bilden, deren Mittelbereiche verdrillt sind, so daß sie unter rechten Winkeln zu der Ebene liegen, in der die Endteile des Schichtkörpers angeordnet sind. Der Beschleunigungspfad erstreckt sich durch miteinander ausgerichtete Öffnungen in den verdrillten Abschnitten, und in diesem mit Öffnungen versehen Bereich ist das Isoliermaterial entfernt. Ein ungeschlitzter Endteil ist an seinem freien Ende als Leistungsinjektionsbereich bestimmt, an dem eine Energiespeichereinrichtung und ein Schalter zur Übertragung der gespeicherten Energie auf die Übertragungsleitungen angeordnet ist. Ein geeignetes Schalterbauteil für diesen Zweck ist eine Blumlein-artige Impulsformer- Netzwerkanordnung.
• Im Ergebnis sind die Übertragungsleitungen am Leistungsinjektionsbereich parallel geschaltet, und die Beschleunigungsspalte sind in Serie.
• Die Laufzeitsteuerung zur Erzielung der gewünschten Koordination zwischen der Entladung der Impulsleistung und der Zuführung dieser Impulsleistung an die Elektroden, die den einzelnen Beschleunigungsspalt bilden, wird durch Änderung der Längen dieser Platten und/oder durch Ändern der dielektrischen Eigenschaften des Isoliermaterials entlang deren Länge erzielt. Die Verjüngung und Formung der Übertragungsleitungen konzentriert die in dem elektrischen Impuls zur Verfügung stehende Energie in einem kleineren Volumen, wodurch der Wert des elektrischen Feldes vergrößert wird.
• Entsprechend ist es ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Impulsleistung-Linearbschleuniger zu schaffen.
• Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Linearbeschleunigers dieser Art, bei dem das Schalten der Leistung vereinfacht ist.
• Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Linearbeschleunigers dieser Art, bei dem Übertragungsleitungen vorgesehen sind, um sich ändernde koordinierte Laufzeiten für die Energie zu erzielen, die sich von einem gemeinsamen Schalterbauteil zu den verschiedenen Beschleunigungsspalten ausbreitet, die in Serie angeordnet sind.
• Ein weiteres Ziel besteht in der Schaffung eines Linearbeschleunigers dieser Art, der starke elektrische Gradienten erzielt.
• Ein zusätzliches Ziel besteht in der Beschaffung eines Linearbescheunigers dieser Art, der Einrichtungen zur Energierückgewinnung aufweist, die ein Erhitzen und/oder Schäden an den Schaltereinrichtungen vermeiden, die zur Injektion der Energieimpulse verwendet werden.
• Diese Ziele sowie weitere Ziele der Erfindung werden nach einem Lesen der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ohne weiteres verständlich, in denen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung ist, die zur Erleichterung der Erläuterung der Betriebsprinzipien des Linearbeschleunigers (Fig. 2 bis 8) verwendet wird, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
• Fig. 2 eine perspektivische, teilweise schematische Ansicht eines Linearbeschleunigers ist, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und bei dem eine Parallelplatten-Übertragungsleitung verwendet wird.
• Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht mit zusätzlichen Schattierungen ist, um eine deutliche Erläuterung durch Vergrößerung des Kontrastes zwischen den Elementen zu schaffen.
• Fig. 4 eine schematische Darstellung ist, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, bei der eine Mehrzahl der Konstruktionen nach Fig. 2 miteinander kombiniert sind.
• Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist.
• Fig. 6 eine schematische Darstellung ist, die eine Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 5 erläutert.
• Fig. 7 eine mit Hilfe von CAD/CAM erzeugte perspektivische Ansicht einer Ausführungsform ist, die ähnlich der nach Fig,. 4 ist.
• Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Hochgeschwindigkeits-Schalterbauteils ist, das zur Injektion von Impulsleistung in einen Linearbeschleuniger brauchbar ist, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
• Im folgenden wird auf die Figuren und insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen, die schematisch einen Linearbeschleuniger (LINAC) 10 zeigt, der vier koaxiale Übertragungsleitungsabschnitte 11-1, 11-2, 11-3 und 11-4 einschließt, die sich von einem Leistungsinjektionsbereich 12 zu einem Teilchenbeschleunigungsbereich 14 erstrecken. Aus einem weiter unten zu erkennenden Grund weisen die Koaxabschnitte 11-1, 11-2, 11-3 und 11-4 unterschiedliche Längen auf.
• Am Leistungsinjektionsbereich 12 sind zylindrische Außenleiter 16 der Koaxabschnitte elektrisch miteinander über Brücken 17 verbunden, und die Mittelleiter 18 der Koaxabschnitte sind miteinander über eine Sammelschiene 19 kurzgeschlossen.
• Am Beschleunigungsbereich 14 ist eine Vielzahl von Elektrodenpaaren (21-1, 22-1), (21-2- 22-2), usw. angeordnet, die in einem Stapel angeordnet sind. Ein Teilchengenerator 23 emittiert Teilchen, die in einer durch den Pfeil C angedeuteten Richtung entlang einer linearen Bahn laufen, die sich durch miteinander ausgerichtete Öffnungen in diesen Paaren von gestapelten Elektroden (21-1, 22-1), usw. erstreckt.
• Der Linearbeschleuniger 10 wird durch Impulse mit Leistung versorgt, die von einer Energiequelle (E.S.) 99 abgeleitet werden, deren Ausgang einem Eingang 26 einer Speicher- und Leistungskompressionseinrichtung (S.D.) 98 zugeführt wird, um die Einrichtung 98 zu laden. Ein normalerweise offener Schalter 29 ist zwischen der Sammelschiene 19 und dem Energie-Ausgangsanschluß 31 eines Impulsformerkabels 100 eingefügt, das einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang der Einrichtung 98 verbunden ist. Wenn der Schalter 29 geschlossen wird, entlädt sich die in der Einrichtung 98 gespeicherte Energie schnell durch das Impulsformerkabel 100, um einen Energieimpuls zu liefern, der der Sammelschiene 19 zugeführt wird und damit im wesentlichen gleichzeitig an den Mittelleitern 18 aller Koaxabschnitte 11-1, 11-2, 11-3 und 11-4 erscheint. Der Energieimpuls breitet sich entlang des Koaxabschnittes 11-1 aus und erscheint am Elektrodenpaar 21-1, 22-1, weil die jeweiligen Außen- und Mittelleiter 16, 18 des Koaxabschnittes 11-1 direkt mit den jeweiligen Elektroden 21-1 und 22-1 verbunden sind. Damit ergibt sich ein Potentialgradient längs des Beschleunigungsspaltes 32-1, der zwischen den Elektroden 21-1 und 22-1 gebildet ist. Das in dem Spalt 32-1 vorhandene elektrische Feld liefert Energie an Teilchen von dem Generator 23, wenn sich diese Teilchen über den Spalt 32-1 hinwegbewegen. In gleicher Weise sind die Leiter 16, 18 jedes der anderen Koaxabschnitte 11-2, 11-3 und 11-4 mit den jeweiligen Elektroden eines anderen Paares (21-2,22-2), usw. verbunden.
• Der Energieimpuls, der der Sammelschiene 19 zugeführt wird, erscheint an dem Beschleunigungsspalt 32-2 zwischen dem zweiten Paar von Elektroden 21-2, 22-2 eine gewisse Zeit nach dem Auftreten an dem Spalt 32-1, weil eine größere Laufzeit erforderlich ist, um den längeren Koaxabschnitt 11-2 zu durchlaufen, als um den kürzeren Koaxabschnitt 11-1 zu durchlaufen. Diese Zeitdifferenz ist derart, daß wenn die Teilchen von dem Generator 23 den Spalt 32-1 erreichen, ein hoher Spannungsgradient längs dieses Spaltes existiert, während, wenn diese beschleunigten Teilchen den Beschleunigungsspalt 32-2 erreichen, ein hoher Spannungsgradient längs dieses Spaltes erscheint. Aus den gleiche Gründen erscheint der an die Sammelschiene 19 angelegte Energieimpuls am Spalt 32-3 zwischen den Elektroden 21-3, 22-3 und am Spalt 32-4 zwischen den Elektroden 21-4, 22-4 zu einer Zeit, zu der Teilchen, die beim Durchqueren der Spalten 32-1 und 32-2 beschleunigt wurden, über die jeweiligen Spalte 32-3 und 32-4 hindurchlaufen, so daß diese Teilchen weiter beschleunigt werden.
• Es dürfte für den Fachmann verständlich sein, daß die einen offenen Abschluß aufweisende Anordnung nach Fig. 1 bedeutet, daß die Spannung, die längs jedes der Beschleunigungsspalte 32-1, 32-2 usw. erscheint, doppelt so groß ist, wie die Spannung, die der Koaxeingangs-Sammelschiene 19 zugeführt wird.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Übertragungsleitung 35 (Fig. 2) vom Parallelplattentyp für die Ausbreitung der Energie von dem Leistungsinjektionsbereich 36 zum Teilchenbeschleunigungsbereich 37 und von letzterem zum Abschlußbereich 38 verwendet. Im Einzelnen schließt der Linearbeschleuniger 30 nach Fig. 2 mit Abstand angeordnete parallele Platten 41, 42 ein, die in ihren längsverlaufenden Mittelbereichen in Längsrichtung geschlitzt sind, um schmale Streifen oder Bänder 41-1 --- 42-5 zu bilden, die gebogen sind, so daß sie in Ebenen angeordnet sind, die unter rechten Winkeln zu den Ebenen stehen, in denen die nicht gebogenen Endteile der Platten 41, 42 angeordnet sind. An der Mitte jedes dieser Bänder 41-1 --- 42-5 befindet sich eine Öffnung 43, durch die hindurch sich die allgemein geradlinige Teilchenbahn 24 erstreckt. Die Einrichtung zur Injektion von Leistung in den Linearbeschleuniger 30 ist schematisch durch eine Ladungsspeicherplatte 44 und den normalerweise offenen Schalter 45 angedeutet. Die Speicherplatte 44 ist zwischen den Übertragungsleitungsplatten 41, 42 am Leistungseingangsbereich 36 angeordnet. Obwohl der Schalter 45 so dargestellt ist, als ob er zwischen dem Platten 42 und 44 an einem Ende der letzteren angeschlossen ist, erfolgt dies lediglich zur Erleichterung der Darstellung. Bei einer praktischen Ausführungsform ist vorgesehen, daß sich die Elemente des Schalters 45 über die volle Länge der Speicherplatte 44 erstrecken, um sicherzustellen, daß ein Leistungsipuls gleichzeitig und gleichförmig über die gesamte Breite L der Übertragungsleitungsplatten 41, 42 angelegt wird.
• In dem Teil des Linearbeschleunigers 30 zwischen den Öffnungen 43 und der gestrichelten Linie B-B' beginnen die Schlitze, die an die Platten 41, 42 eingeschnitten sind, um die Bänder 41-1 --- 42-5 zu bilden, an der Linie B-B', die zu den Endkanten 41-6, 42-6 der jeweiligen Platten 41, 42 nicht parallel ist. Dies bedeutet, daß ein Leistungsimpuls, der am Bereich 36 injiziert wird, eine längere Zeit benötigt, um die Bänder 41-5, 42-5 zu erreichen, als die Bänder 41-1, 42-1. Dies bedeutet, daß die Beschleunigungsenergie das Segment der Beschleunigungsbahn 24 zwischen den Bändern 41-1 42-1 erreicht, bevor sie das Segment zwischen den Bändern 41-5, 42-5 erreicht, um in wirkungsvoller Weise einen Energiegradienten zu erzeugen, der entlang der Beschleunigungsbahn 24 in einer Aufwärtsrichtung bezüglich der Fig. 2 zu wandern scheint.
• Der die Öffnungen 43 umgebende Mittelbereich jedes der Bänder 41-1 --- 42-5 ist äquivalent zu den Elektroden 21-1 -- 22-4 in der Ausführungsform nach Fig. 1. Der Teil des Linearbeschleunigers 30 links von der Beschleunigungsbahn 24 wird als der Eingangsabschnitt bezeichnet, während der Rest des Linearbeschleunigers 30 (zwischen der Bahn 24 und dem Abschlußbereich 38) als Abschlußabschnitt bezeichnet wird, wobei der letztere ein Spiegelbild des ersteren hinsichtlich der Form der Übertragungsleitungsplatten 41, 42 ist. Die Energie, die nach der Teilchenbeschleunigung verbleibt, kann von dem Linearbeschleuniger 30 nach dem Erreichen des Endes 46 der Übertragungsleitung 41, 42 am Abschlußbereich 38 zurückgewonnen oder zumindestens teilweise entfernt werden, und hierdurch wird der zur Injektion von Leistung verwendete Schalter 45 nicht durch Überhitzen beschädigt.
• Wie dies in Fig. 3 zu erkennen ist, füllt dielektrisches oder Isoliermaterial 48 den Raum zwischen den Platten 41, 42, mit Ausnahme der Mittelbereiche der Bänder 41-1 --- 42-5, die die Öffnungen 43 aufweisen, durch die sich die Beschleunigungsbahn 24 erstreckt. Die Laufzeit für Energieimpulse wird durch die Dielektrizitätskonstante des Materials für den Isolator 48 gesteuert. Die Verjüngung oder Verringerung des Raumes zwischen den Platten 41 und 42, wobei der Abstand g&sub1; am Injektionsbereich 36 größer als der Abstand g&sub2; am Beschleunigungsbereich 37 ist, steuert das elektrische Feld am Beschleunigungsbereich 37. Um das elektrische Feld weiter zu vergrößern, weist jedes der Bänder 41-1 --- 42-5 an seinem Impulsinjektionsende eine Breite W&sub1; auf, die größer als seine Breite W&sub2; am Beschleunigungsbereich 37 ist. Wenn die Bänder unmittelbar nach dem Beschleunigungsbereich 37 enden, wie in Fig. 5, so verdoppelt sich der Spannungsimpuls, und die Gradientenverstärkung für das elektrische Feld wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
• worin G das Verhältnis zwischen dem Wert des am Injektionsbereich 36 angelegten elektrischen Feld und dem Feld ist, das längs der Beschleunigungsbereiche 43 erscheint, εr die relative Dielektrizitätskonstante ist, und g&sub1;, g&sub2;, W&sub1;, W&sub2; der Anfangs- und Endspalt bzw. die Anfangs- und Endbreiten sind.
• Für die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Konstruktion sind die Mittelbereiche jedes der Bänder 41-1 --- 42-5 so viel schmaler als die Enden der Bänder, daß die Abstände 49 zwischen benachbarten Beschleunigungsspalten groß genug sind, um zusätzliche Beschleunigungsspalte (siehe Fig. 4) zur Vergrößerung des mittleren elektrischen Feldes und/oder magnetische Fokussierungselemente (magnetische Quadrupole, Sextupole usw.) zur Stabilisierung des Elektronenstrahls aufzunehmen. Die in Fig. 4 gezeigte Art der Anordnung von Beschleunigungsspalten ist zweckmäßig, um Magnetfeldeffekte aufzuheben, die sich durch den sich ausbreitenden Impuls am Beschleunigungsbereich 37 ergeben. Ein derartiges Magnetfeld führt zu einem Impuls, der quer zum elektrischen Feld wirkt, das parallel zur Bewegungsrichtung für den sich beschleunigenden Strahl an der Bahn 24 ist. Um den Mittelwert des Magnetfeldes auf Null zu bringen, sind drei Konstruktionen ähnlich der nach Fig. 2 ineinander verschachtelt, so daß jede der Lücken 49 gemäß Fig. 2 durch zwei zusätzliche Beschleunigungsspalte besetzt ist, die Öffnungen aufweisen, die mit den Öffnungen 43 nach Fig. 2 ausgerichtet sind, so daß die Beschleunigungsbahn 24 geradlinig bleibt.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Abschlußbereich rechts von dem Beschleunigungsbereich 37 in Fig. 3 fortgelassen, und die für die Teilchenbeschleunigung nicht verwendete Energie wird zu dem Leistungsinjektionsbereich 36 zurückreflektiert. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind mit Abstand angeordnete Plattenleiter 41a, 42a durch dielektrisches Material 48a voneinander getrennt, und der bandförmige Abschnitt am rechten Ende endet am Beschleunigungsbereich 37.
• Fig. 6 zeigt eine speichenförmige Anordnung, die aus drei der Übertragungsleitungs-Teilchenbeschleunigungseinrichtungen 50 besteht, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, wobei sechs Speichen radial von der Teilchenbeschleunigungsbahn ausgehen, die sich durch die miteinander ausgerichteten Öffnungen 43 erstreckt.
• Fig. 8 zeigt einen durch einen Laser getriggerten Schalter 60, der für ein zuverlässiges ultraschnelles Schalten relativ hoher Ströme bei mäßig hohen Spannungen verwendet wird, um Leistung in Linearbeschleuniger der Art zu injizieren, wie sie in den Fig. 1 bis 7 dargestellt ist. Im einzelnen ist der Gas-Lawinendurchbruchsschalter 60 nach Fig. 8 ein Impulsformernetzwerk vom Blumlein-Typ, das ein geformtes Quarzelement 61 einschließt, das für UV-Licht durchlässig und mit einem Hohlraum 63 versehen ist, der mit einem Gas 62 mit einem Druck von beispielsweise 3x10&sub0;&sub7; Pa (300 Atm) gefüllt ist. Der Hohlraum 63 erstreckt sich über angenähert die Breite der Speicherelektrode 44, deren geformter Randteil 44a in dem Hohlraum 63 angeordnet ist. Der geformte Randteil 42a der Übertragungsleitungsplatte 42 ist in dem Hohlraum 63 angeordnet, während sich die Platte 41 nicht in den Hohlraum 63 erstreckt, wobei der Randteil 41a der Platte 41 in einem Schlitz 61a des Quarzelementes 61 angeordnet ist. Teile des Quarzelementes 60 sind zwischen der Elektrode 44 und den Platten 41, 42 und direkt zwischen den Platten 41, 42 in dem Bereich der Elektrode 44 eingefügt.
• Eine anfängliche Ionisation des Gases 62 ergibt sich aus dem Laserlicht, das in den Hohlraum 63 gerichtet und relativ nahe an der Anodenelektode 44a der Anode 44 konzentriert wird. Dies führt zu einer Lawinenbewegung von Elektronen in Richtung auf die Anodenelektrode 44a. Der ionisierte Bereich breitet sich gegenüber der anfänglichen Verteilung aus, weil durch den Lawinendurchbruch erzeugte Elektronen das umgebende Gas 62 ionisieren, und weil sich die Elektronen unter dem Einfluß des elektrischen Feldes bewegen. Der Verschiebungsstrom der Elektronenlawine induziert einen Impuls längs der Platten oder Elektroden 41, 42.
• Obwohl die Zeichnungen keine evakuierten Bereiche zeigen, ist es für den Fachmann verständlich, daß sich die Beschleunigungsbahn 24 durch einen Bereich erstreckt, in dem ein Vakuum herrscht, und daß sich der Schalter 60 ebenfalls in einem Vakuum befindet.
• Obwohl die vorliegende Erfindung anhand einer Anzahl von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sind viele andere Änderungen und Modifikationen für den Fachmann naheliiegend. Es wird daher bevorzugt, daß die vorliegende Erfindung nicht durch die spezielle vorstehende Beschreibung sondern lediglich durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims (16)

1. Linearbeschleuniger mit:

ersten Einrichtungen zum Emittieren geladener Teilchen, die sich entlang einer linearen Bahn bewegen, die sich durch einen Teilchenbeschleunigungsbereich erstreckt,

zweiten Einrichtungen, die eine erste Vielzahl von Beschleunigungsspalten bilden, die in Serie an dem Beschleunigungsbereich angeordnet sind,

wobei jeder Beschleunigungsspalt durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete Elektroden gebildet ist, die quer zu der Bahn angeordnet sind, und wobei jede der Elektroden eine Öffnung aufweist, durch die sich die Bahn erstreckt,

dritten Einrichtungen zur Erzeugung von Energieimpulsen zur Leistungsversorgung des Beschleunigers,

Übertragungsleitungseinrichtungen, die die Elektroden mit einem Leistungsinjektionsbereich verbinden, an dem die Impulse den Übertragungsleitungseinrichtungen zugeführt werden, um sich entlang dieser Übertragungsleitungseinrichtungen zu den Beschleunigungsspalten auszubreiten,

wobei die Übertragungsleitungseinrichtungen eine Vielzahl von Leitungsabschnitten einschließen, die an dem Leistungsinjektionsbereich parallel miteinander verbunden sind, während jedes Paar der mit Abstand angeordneten Elektroden mit einem einzelnen der Leitungsabschnitte verbunden ist,

wobei die Leitungsabschnitte so aufgebaut sind, daß sie die Ankunft der Impulse an den Beschleunigungsspalten in einer vorgegebenen Folge derart verzögern, daß die geladenen Teilchen bei jedem Durchqueren jedes der Spalte einer Beschleunigungskraft ausgesetzt werden, die durch ein elektrisches Feld erzeugt wird, das von einem der Impulse abgeleitet ist,

und wobei jeder der Leitungsabschnitte langgestreckte plattenförmige erste und zweite Leiter mit einem Abstand zwischen diesen Leitern umfaßt.

2. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1, bei dem ein dielektrisches Medium den Raum zwischen den ersten und zweiten Leitern einnimmt.

3. Linearbeschleuniger nach Anspruch 2, bei dem das dielektrische Medium ein Feststoff ist.

4. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1, bei dem die dritten Einrichtungen ein Schalterbauteil vom Lawinendurchbruchstyp einschließen.

5. Linearbeschleuniger nach Anspruch 3, bei dem an dem Injektionsbereich die ersten Leiter allgemein in einer ersten gemeinsamen Ebene liegen, während die zweiten Leiter allgemein in einer zweiten gemeinsamen Ebene liegen.

6. Linearbeschleuniger nach Anspruch 5, bei dem die ersten und zweiten Leiter an Stellen zwischen den Injektions- und Beschleunigungsbereichen derart verdrillt sind, daß die Leiterteile an dem Beschleunigungsbereich allgemein in Ebenen liegen, die quer zu den gemeinsamen Ebenen an dem Injektionsbereich verlaufen.

7. Linearbeschleuniger nach Anspruch 3, bei dem die Leiter aller Leitungsabschnitte in dem Beschleunigungsbereich allgemein parallel zueinander verlaufen und in einem Stapel angeordnet sind.

8. Linearbeschleuniger nach Anspruch 7, bei dem sich jeder der Leiter graduell von einem Ende zum anderen verjüngt und am Injektionsbereich eine größere Breite als am Beschleunigungsbereich aufweist.

9. Linearbeschleuniger nach Anspruch 7, bei dem das dielektrische Medium eine Dicke aufweist, die sich graduell von einem Ende zum anderen verjüngt und am Injektionsbereich eine größere Dicke aufweist, als am Beschleunigungsbereich.

10. Linearbeschleuniger nach Anspruch 7, bei dem das dielektrische Medium eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die sich entlang der Länge der Übertragungsleitungseinrichtungen ändert.

11. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1, bei dem die Leitungsabschnitte an ihren von den Injektionsbereichen entfernten Enden einen offenen Stromkreis bilden.

12. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1, bei dem jeder der Leitungsabschnitte einen Abschlußabschnitt aufweist, der sich von dem Beschleunigungsbereich zu einem Abschlußbereich erstreckt, wobei der Abschlußabschnitt allgemein symmetrisch zu einem Eingangsabschnitt des Leitungsabschnittes ist, der sich zwischen den Leistungsinjektions- und Beschleunigungsbereichen erstreckt.

13. Linearbeschleuniger nach Anspruch 7, bei dem jeder der Leitungsabschnitte einen Abschlußabschnitt einschließt, der sich von dem Beschleunigungsbereich zu einem Abschlußbereich erstreckt, wobei der Abschlußabschnitt allgemein symmetrisch bezüglich des Eingangsabschnittes des leitungsabschnittes ist, der sich zwischen den Leistungsinjektions- und Beschleunigungsbereichen erstreckt.

14. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1, der weiterhin eine zweite und dritte Vielzahl von Beschleunigungsspalten einschließt, die jeweils in Serie an dem Beschleunigungsbereich angeordnet und durch zwei mit Abstand angeordnete Elektroden gebildet sind, die quer zu der Bahn angeordnet sind und Öffnungseinrichtungen aufweisen, durch die hindurch sich die Bahn erstreckt,

wobei benachbarte Spalte der ersten Vielzahl von Spalten erhebliche Abstände zwischen sich aufweisen,

und wobei in jedem der Abstände ein Spalt von jedem der zweiten und dritten Vielzahl von Beschleunigungsspalten angeordnet ist, wobei jeder Spalt der zweiten Vielzahl zwischen einem Spalt der ersten Vielzahl und einem Spalt der dritten Vielzahl angeordnet ist.

15. Linearbeschleuniger nach Anspruch 14, der weiterhin Übertragungsleitungseinrichtungen, die eine zweite Vielzahl von Leitungsabschnitten, einen für jedes Paar von die Spalte der zweiten Vielzahl definierenden Elektroden, umfassen, um diesen Energieimpulse in einer vorgegebenen Folge zuzuführen, die mit den Impulsen koordiniert ist, die dem Spalt der ersten Vielzahl zugeführt werden, und

eine dritte Übertragungsleitungseinrichtung einschließt, die eine dritte Vielzahl von Leitungsabschnitten, einen für jedes Paar von die Spalte der dritten Vielzahl definierenden Elektroden, umfaßt um diesen Energieimpulse in einer vorgegebenen Folge zuzuführen, die mit Impulsen koordiniert sind, die den Spalten der ersten und zweiten Vielzahlen zugeführt werden.

16. Linearbeschleuniger nach Anspruch 15, bei dem sich die Abschnitte radial von dem Beschleunigungsabschnitt als Nabe aus erstrecken.