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Die
vorliegende Erfindung betrifft Funkfrequenz-Teilchenbeschleuniger,
die in Frequenzbändern
von VHF, UHF, etc. arbeiten.
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Alle
Elektronenbeschleuniger niedriger oder mittlerer Energie (5 MeV
oder darunter), die herkömmlich
für eine
industrielle Strahlungsverarbeitung verwendet worden sind, sind
DC- bzw. Gleichstrom-Beschleuniger. Obwohl Funkfrequenz-(RF-)Teilchenbeschleuniger
von weniger als 2 MeV zur Verarbeitung in Russland verwendet werden,
gibt es ein derartiges Problem, dass die Energiestreuung von Teilchen
weit ist, weil ihnen ein Eingangsresonator bzw. eine Bündelungseinheit
fehlt.
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Ein
herkömmlicher
Linear-RF-Teilchen-(z.B. Elektronen- oder Ionen-) beschleuniger,
der für
Forschungszwecke verwendet worden ist, ist normalerweise mit einer
Bündelungseinheit
zwischen dem Injektor und dem RF-Beschleuniger
versehen, um die durch einen Gleichspannungsinjektor erzeugten Teilchen
in einer optimalen RF-Beschleunigungsphase des Teilchenbeschleunigungshohlraums
zu bündeln und
zu zentrieren. Eine Bündelungseinheit
ist eine Vorrichtung zum Bündeln
von Teilchen, um die Teilchen in einen schmalen Phasenbereich einer
elektromagnetischen Welle hoher Frequenz zu zentrieren.
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Ein
solcher herkömmlicher
RF-Teilchenbeschleuniger ist, wie es in 13 gezeigt
ist, so aufgebaut, dass eine Beschleunigung dadurch erreicht wird,
dass man die Elektronen oder Ionen vom Injektor 101 sequentiell
durch den Bündelungshohlraumabschnitt 102 und
den RF-Beschleunigungshohlraum 103 laufen lässt. In
diesem Fall wird elektrische Funkfrequenzenergie zu der Bündelungseinheit 102 und
dem Beschleuniger 103 auf eine solche Weise zugeführt, dass
zwei Ausgaben eines Funkfrequenz-(RF-)Signalgenerators 104 ihre
Phase durch jeweilige RF-Phaseneinstelleinheiten 105a und 105b eingestellt
haben und durch die jeweiligen RF-Leistungsverstärker (RF-Amplitudeneinstelleinheiten) 106a und 106b bezüglich der
Leistung verstärkt
werden. Die verstärkten
RF-Leistungsausgaben werden jeweils zur Bündelungseinheit 102 und
zum RF-Beschleuniger 103 zugeführt. Alternativ dazu kann ein von
dem RF-Beschleunigungshohlraum 103 abgenommenes RF-Signal über 105a und 106a zur
Bündelungseinheit 102 zugeführt werden.
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14 zeigt
die Bewegung von Teilchen, die durch einen RF-Teilchenbeschleuniger gebündelt und
beschleunigt werden, der angeordnet ist, wie es oben beschrieben
ist. In 14 ist die Abszisse die Zeit
(der Phasenwinkel der RF-Spannung) und zeigt die Ordinate die Position
des Teilchens an.
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Während die
Teilchen (Elektronen oder Ionen) durch die Bündelungseinheit 102 laufen,
hat jedes Teilchen seine Geschwindigkeit durch das elektrische RF-Feld
in der Bündelungseinheit 102 geändert, und
bewegt sich darauf folgend mit einer konstanten Geschwindigkeit.
Das bedeutet, dass sich die Teilchen mit dem Verstreichen an Zeit
bewegen, wie es in 14 durch Linien dargestellt
ist. Am Eingang der Bündelungseinheit 102 sind
beispielsweise Elektronen einheitlich verteilt und ändern sich
ihre Geschwindigkeiten in Reaktion auf das in der Bündelungseinheit 102 angelegte
elektrische Feld, wodurch Elektronen bezüglich der Phase eines elektrischen RF-Felds
fokussiert oder defokussiert werden, wie es in 14 gezeigt
ist, während
die Elektronen in Richtung zum Eingang des RF-Beschleunigungshohlraums
laufen bzw. wandern. Somit werden die Bündelungseinheitsspannung und
die RF-Beschleunigungsphasen so eingestellt, dass die Bündel einen großen Teil
von injizierten Elektronen sammeln und mit den RF-Beschleunigungsphasen
bei der Position des Beschleunigungsspalts im RF-Beschleuniger 103 synchronisiert
werden.
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Es
gibt mehrere Probleme in Verbindung mit dem herkömmlichen Schema von RF-Teilchenbeschleunigern,
wie sie beispielsweise oben beschrieben sind. Obwohl sie sehr angenehm
und nützlich
für diejenigen
sind, die genügend
Kenntnis bezüglich dieser
Art von Beschleunigern haben, sind sie für diejenigen mit geringer Kenntnis über eine
RF-Technologie zu kompliziert und schwierig, um sie richtig zu verwenden,
wie z.B. im Fall industrieller Beschleuniger.
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Weiterhin
benötigen
herkömmliche
RF-Teilchenbeschleuniger RF-Phaseneinstelleinheiten 105a und 105b und
RF-Verstärker 106a und 106b, die
eine RF-Amplitude steuern. Daher sind Beschleunigersysteme ziemlich
kompliziert.
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Weiterhin
müssen
dann, wenn die Bündelungseinheit 102 einen
RF-Hohlraum hoher Güte
hat, die Resonanzfrequenz, die RF-Phase und die RF-Spannung der
Bündelungseinheit
bzw. des Eingangsresonators 102 automatisch fein eingestellt werden,
um die Funktion des Eingangsresonators richtig beizubehalten.
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Aus
diesen Gründen
schlugen die Erfinder früher
einen RF-Teilchenbeschleuniger
vor, der zum Lösen
der obigen Probleme mit einem Eingangsresonator versehen ist, der
eine Bündelungsspannung mittels
einer Kapazitätsteilung
automatisch erhält,.
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Das
bedeutet, dass der RF-Teilchenbeschleuniger so aufgebaut ist, dass
innerhalb eines ersten inneren Leiters eines TM- oder TEM-Moden-Beschleunigungshohlraums
ein Bündelungsspalt
mit einem Isolator vorgesehen ist, der zum Einstellen des Bündelungsspalts
verwendet wird. Eine Bündelungsspannung
wird durch die Kapazitätsteilung
zwischen der Kapazität
des Hauptbeschleunigungsspalts zwischen dem ersten und dem zweiten inneren
Leiter und derjenigen des Bündelungsspalts erhalten
(vorläufige
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 6-295799 oder Nr. 295799/1994).
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Jedoch
hat der oben angegebene RF-Teilchenbeschleuniger, der mit einem
Eingangsresonator bzw. einer Bündelungseinheit
basierend auf einer Kapazi tätsteilung
ausgestattet ist, ein Problem eines dielektrischen Durchbruchs des
Bündelungsspaltisolators,
wenn die Bündelungsspannung
hoch sein muss, wie z.B. höher
als 5 kV.
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts der obigen Punkte gemacht worden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, das Problem einer Kapazitätsteilung
zu lösen
und einen RF-Teilchenbeschleuniger zur Verfügung zu stellen, der eine Zuverlässigkeit
und eine Haltbarkeit mit einer einfachen Struktur ohne eine Verwendung
von irgendeinem Isolatormaterial verbessert hat.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen RF-Teilchenbeschleuniger
zur Verfügung
zu stellen, der einfach zu bedienen ist, wobei eine RF-Spannung,
deren Phase immer entgegengesetzt zu derjenigen der Beschleunigungshohlraumspannung
ist, automatisch auf sehr einfache Weise an den Bündelungsspalt
angelegt wird, wenn die RF-Leistung zum Beschleunigungshohlraum
zugeführt
wird.
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Die
oben beschriebenen Aufgaben werden durch diese Erfindung erreicht,
die durch die Ansprüche
definiert ist. 1 zeigt ein Beispiel eines RF-Teilchenbeschleunigers,
wobei ein erster und ein zweiter zylindrischer innerer Leiter, die
durch einen Spalt getrennt sind, um die zentrale Achse der Teilchenstrahlen
angeordnet sind. Innere Leiter sind vom Teilchenstrahleingang aus
als erster und zweiter bezeichnet. Das Eintrittsende des ersten
inneren Leiters und das Austrittsende des zweien inneren Leiters
sind mit den Basisplatten eines äußeren zylindrischen
Leiters des Beschleunigungshohlraums verbunden, um eine Hauptinduktanz
auszubilden und um zusammen mit der Kapazität am Spalt einen Resonanzhohlraum
auszubilden.
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Gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Bündelungsspalt mit
einer Induktanz durch Ausbilden von umfangsmäßigen Teilschlitzen um den
ersten inneren Leiter vorgesehen, um mittels einer induktiven Kopplung
mit der oben angegebenen Hauptinduktanz elektrische RF-Energie zum Bündelungsspalt
zuzuführen.
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Gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind mehrere Schlitze am ersten inneren Leiter, der
bei dem ersten Aspekt angege ben ist, an symmetrischen Stellen an
der Peripherie des inneren Leiters ausgebildet.
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Gemäß einem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Schlitze am ersten inneren Leiter gemäß dem ersten
Aspekt bei einer Vielzahl von symmetrischen Stellen entlang eines Umfangs
des ersten zylindrischen Leiters ausgebildet, der zwischen dem Eintrittsende
des ersten inneren Leiters und der Basisplatte des äußeren Leiters des
Beschleunigungshohlraums angeschlossen ist und der bezüglich der
Form und der Größe unterschiedlich
vom Hauptteil des ersten inneren Leiters ist.
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Gemäß einem
vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Schlitz an einem Teil des ersten inneren Leiters
ausgebildet, ist ein dritter innerer Leiter um die zentrale Achse
innerhalb des ersten inneren Leiters angeordnet, ist ein Bündelungsspalt
zwischen der zentralen Öffnung
in der Basisplatte des äußeren Leiters
des Beschleunigungshohlraums und dem Teilchenstrahleintrittsende
des dritten inneren Leiters ausgebildet und wird durch eine induktive
Kopplung mittels des geschlitzten Teils des ersten inneren Leiters
elektrische RF-Energie zu dem Bündelungsspalt
zugeführt.
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Gemäß einem
fünften
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann bei irgendeinem von den obigen ersten bis vierten
Ausführungsbeispielen
der zweite innere Leiter von der Austrittsseite des Beschleunigungshohlraums
entfernt werden, wenn ein Beschleunigungsspalt direkt zwischen dem ersten
inneren Leiter und einem zentralen Teil der Austrittsseitenbasisplatte
des Hohlraums ausgebildet ist.
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Durch
die oben beschriebenen Anordnungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
entwickelt sind, kann die Phase der an den Bündelungsspalt angelegten RF-Spannung
entgegengesetzt zu derjenigen der Beschleunigungshohlraumspannung gemacht
werden, weil elektrische RF-Energie automatisch vom Teilchenbeschleunigungshohlraum
zum Eingangsresonator bzw. zur Bündelungseinheit durch
die induktive Kopplung zugeführt
wird und es keine Notwendigkeit eines Verwendens von irgendeinem
Isolator gibt.
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Wie
es aus dem Obigen offensichtlich wird, hat der RF-Teilchenbeschleuniger
gemäß der Erfindung
eine sehr einfache Struktur ohne die Notwendigkeit eines Verwendens
von irgendeinem Isolator für
den Eingangsresonator, weil der Eingangsresonator und der Beschleunigungshohlraum
in einen Körper
ausgebildet sind und elektrische RF-Energie zum Erregen des Eingangsresonators
vom Beschleunigungshohlraum durch eine induktive Kopplung zugeführt wird.
Dies lässt
eine Verbesserung bezüglich der
Zuverlässigkeit
und der Haltbarkeit des Beschleunigers zu.
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Ebenso
hat die Erfindung einen weiteren Effekt, dass die Zufuhr elektrischer
RF-Energie zum Beschleunigungshohlraum ermöglicht, dass die elektrische
RF-Energie automatisch zum Eingangsresonator mit richtiger Phase
zugeführt
wird, und sie macht die Bedienung des Beschleunigers sehr einfach
und leicht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivisches Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel eines
RF-Teilchenbeschleunigers mit einem induktiv gekoppelten Eingangsresonator
zeigt;
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2 ist
ein Querschnittsdiagramm entlang der Linie II-II der 1;
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3 zeigt
beispielhafte elektrische Felder (gestrichelte Linien) und elektrische
Ströme
(durchgezogene Linien) in einem illustrativen TEM-Moden-RF-Teilchenbeschleuniger;
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4 ist
eine Kurve, die ein Beispiel einer Verteilung eines elektrischen
Felds entlang einer Beschleunigungsachse zeigt, die durch einen
dreidimensionalen Code berechnet ist;
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5 ist
ein Ersatzschaltbild mit konzentrierten Schaltkreiselementen des
RF-Teilchenbeschleunigers der 1;
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6 ist
ein seitlicher Aufriss, der einen teilweisen Querschnitt eines illustrativen
Beispiels des RF-Teilchenbeschleunigers 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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7 zeigt
ein typisches Elektronenenergiespektrum von beschleunigten Elektronen
beim illustrativen Beispiel des in 6 gezeigten
RF-Beschleunigers 1;
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8 ist
ein perspektivisches Querschnittsdiagramm, das eine Anordnung eines
RF-Teilchenbeschleunigers mit einem induktiv gekoppelten Eingangsresonator
gemäß einem
illustrativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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9 ist
ein Querschnittsdiagramm entlang der Linie IX-IX der 8;
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10 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Modifikation der 9 durch
Erhöhen
der Anzahl von Schlitzen zeigt;
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11 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Anordnung eines RF-Teilchenbeschleunigers vom
Typ mit eingebautem Eingangsresonator gemäß einem weiteren illustrativen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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12 ist
ein Querschnittsdiagramm entlang der Linie XII-XII der 11;
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13 ist
ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines bekannten RF-Teilchenbeschleunigers
in Bezug auf die vorliegende Erfindung zeigt; und
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14 ist
ein Elektronenfahrplan bzw. Applegate-Diagramm der Teilchen nach
einem Laufen durch einen Eingangsresonator.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben werden.
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Die 1 bis 5 sind
Figuren, die ein Beispiel eines RF-Teilchenbeschleunigers zeigen.
Spezifisch ist die 1 ein perspektivisches Querschnittsdiagramm,
das eine Anordnung eines RF-Teilchenbeschleunigers mit einem induktiv
gekoppelten Eingangsresonator zeigt; ist 2 ein Querschnittsdiagramm
entlang der Linie II-II der 1; zeigt 3 beispielhafte
elektrische Felder (gestrichelte Linien) und elektrische Ströme (durchgezogene
Linien) in einem illustrativen TEM-Moden-Teilchenbeschleuniger;
ist 4 eine Kurve, die eine illustrative berechnete
Verteilung eines elektrischen Felds zeigt; und ist 5 ein
Ersatzschaltbild mit konzentrierten Schaltkreiselementen des RF-Teilchenbeschleunigers
der 1.
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In 1 weist
der RF-Teilchenbeschleuniger 1 einen zylindrischen äußeren Leiter 3 auf,
der eine äußere Schale
eines Beschleunigungshohlraums 2 ausbildet, und einen ersten
und einen zweiten zylindrischen inneren Leiter 4 und 5,
die auf der zentralen Achse des äußeren Leiters 3 angeordnet
sind, so dass Teilchenstrahlen, z.B. Elektronenstrahlen, entlang
der zentralen Achse über
ein Eintrittsloch 6 und ein Austrittsloch 7 wandern,
die bei den Zentren von Endplatten 3a und 3b des äußeren Leiters 3 vorgesehen
sind, um dadurch den äußeren Leiter 3 durch
seinen zentralen Achsenpfad zu durchdringen.
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Der
erste und der zweite zylindrische innere Leiter 4 und 5 sind
sequentiell (seriell) von der Eintrittsseite für die Elektronenstrahlen mit
einem Beschleunigungsspalt 8 dazwischen positioniert angeordnet.
Der erste innere Leiter 4 hat sein Eintrittsende mit dem
Eintrittsloch 6 von einer Endplatte 3a des äußeren Leiters 3 verbunden.
Der zweite innere Leiter 5 hat sein Austrittsende mit dem
Austrittsloch 7 der anderen Endplatte 3b des äußeren Leiters 3 verbunden.
Ebenso bilden der erste und der zweite innere Leiter 4 und 5 einen
ersten und einen zweiten zylindrischen Stumpf 4a und 5a,
die jeweils ein Loch haben, durch welches die Elektronenstrahlen
laufen.
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Auf
diese Weise ist ein Resonator 9 aus dem äußeren Leiter 3 und
dem ersten und dem zweiten inneren Leiter 4 und 5 zusammengesetzt.
Weiterhin ist ein Bündelungsspalt 11 durch
Vorsehen von mehreren Schlitzen (bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Schlitzen) 11a bei
symmetrischen Positionen entlang einem Umfang des ersten inneren
Leiters ausgebildet, wie es in dem in 2 gezeigten
Querschnitt gezeigt ist, und zwar entlang einer Ebene senkrecht
zur zentralen Achse.
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Es
sollte beachtet werden, dass, während der
Beschleunigungshohlraum 2 bei diesem Ausführungsbeispiel
irgendeine Form haben kann, der RF-Erregermode entweder der TM-
oder der TEM-Mode ist.
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Andererseits
hat der in 3 gezeigte normale RF-Teilchenbeschleuniger 1 keinen
Schlitz 11a bei irgendeinem Teil des ersten inneren Leiters,
d.h., er hat keinen Bündelungsspalt 11 im
ersten Stumpf 4a. Wenn eine elektrische RF-Energie durch eine
Energieeinspeiseeinheit 12 zugeführt wird, um ein elektrisches
TEM-RF-Feld im Beschleuniger zu erregen, haben das elektrische Feld
und der elektrische Strom solche Konfigurationen, wie es in 3 gezeigt
ist. Elektrische Kraftlinien sind durch gestrichelte Linien angezeigt
und der RF-Strom
fließt
durch durchgezogene Linien an der Innenwandoberfläche des
Beschleunigungshohlraums 2. In diesem Fall werden deshalb,
weil kein elektrisches Feld innerhalb des ersten Stumpfes 4a und
des zweiten Stumpfes 5a auftritt, die Elektronenstrahlen
nur durch das elektromagnetische RF-Feld in dem Beschleunigungsspalt 8 beeinflusst,
wenn die Elektronenstrahlen durch den Beschleuniger laufen..
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Wenn
ein Bündelungsspalt 11 durch
Ausbilden von Schlitzen 11a bei einem bestimmten Teil des ersten
Stumpfes 4a vorgesehen ist, fließt das elektromagnetische RF-Feld
in den Pfad der Elektronen oder der geladenen Teilchen aus. Die
aus einer Berechnung der Verteilung eines elektrischen Felds mittels
der dreidimensionalen Methode der endlichen Elemente erhaltenen
Ergebnisse werden studiert. 4 zeigt
ein Beispiel einer Verteilung einer Feldstärke auf der Beschleunigungsachse.
Die Abszisse zeigt die Position (m) an, die vom linken Ende des äußeren Leiters 3 aus
gemessen ist, und die Ordinate zeigt die Feldstärke (einen relativen Wert)
an. Die Anordnung der 1 kann mittels eines Ersatzschaltbilds
mit konzentrierten Schaltkreiselementen (eines Ersatzschaltbilds
mit Elementen mit konzentrierten Schaltkreiselementen) ausgedrückt werden,
wie es in 5 gezeigt ist. Die RF-Spannung
(Bündelungsspannung)
Vb ist aus dem RF-Strom Ic und
einer äquivalenten
Induktanz Lb durch den folgenden Ausdruck gegeben: Vb = jωLb × Ic,wobei j eine Imaginärzahl ist
und ω die
Winkelfrequenz des RF-Stroms ist.
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Die
Schaltung mit konzentrierten Schaltkreiselementen, die in 5 gezeigt
ist, ist eine Reihenschaltung mit der Induktanz Lb des
Bündelungsspalts 11,
der Kapazität
Co des Beschleunigungsspalts 8 im Beschleunigungshohlraum 2 und
der der Induktanz L des äußeren Leiters 3 und
der inneren Leiter 4, 5. Spezifisch ist die Induktanz
Lb des Bündelungsspalts 11 in
Reihe zu der Kapazität
Co des Beschleunigungsspalts 8 im Beschleunigungshohlraum 2 geschaltet,
was die Zufuhr elektrischer RF-Energie zum Erregen des Eingangsresonators 11 mittels
einer induktiven Kopplung zum Hohlraum ermöglicht. Es ist aus der Schaltung
der 5 auch offensichtlich, dass im RF-Teilchenbeschleuniger 1 des
in 1 gezeigten illustrativen Ausführungsbeispiels die Bündelungsspannung
Vb durch Ändern der Induktanz Lb des Bündelungsspalts 11 geändert werden
kann, während
die Phase der Bündelungsspannung
Vb immer entgegengesetzt zu derjenigen der
Spannung des Beschleunigungsspalts 8 ist. Es wird angemerkt, dass
die Kapazität
des Bündelungsspalts 11 beim obigen
Ausdruck vernachlässigt
worden ist, weil der Effekt der Kapazität sehr gering ist.
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In
diesem Fall bilden der Raum 11 und die Leiter 4 in 2 Teile
eines Resonanzkreises des Beschleunigungshohlraums 2, so
dass der Raum 11 selbst nicht in Resonanz versetzt wird.
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Somit
werden die Elektronenstrahlen durch die Bündelungsspannung Vb über dem
Bündelungsspalt 11 gebündelt und
dann im Beschleunigungsspalt 8 beschleunigt.
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6 ist
ein seitlicher Aufriss, der einen Teilquerschnitt eines spezifischen
Beispiels des RF-Teilchenbeschleunigers 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt. Der Beschleunigungshohlraum 2 ist von einem Typ
mit einem einzigen Spalt mit zwei 1/4-Wellenlängen-Koaxialresonatoren, die
einander gegenüberliegen.
Der RF-Mode ist ein TEM-Gegentaktmode. Die Elektronen werden in
dem Beschleunigungsspalt 8 beschleunigt, der zwischen dem
ersten und dem zweiten inneren Leiter 4 und 5 ausgebildet ist
(dem ersten Stumpf 4a und dem zweiten Stumpf 5a).
Im Beschleuniger 9 ist, um das erzeugte elektrische RF-Feld effektiv auf
die Elektronen wirken zu lassen, der Bündelungsspalt 11 aus
Leitern mit einem Durchmesser von 20 mm ausgebildet, die mit einem Abstand von
5 mm einander gegenüberliegen
und die einen Teil des ersten inneren Leiters 4 bilden.
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Die
Entfernung zwischen dem Bündelungsspalt 11 und
dem Beschleunigungsspalt 8 wird durch die Einfallsenergie
(Geschwindigkeit) eines Elektrons und der Beschleunigungs-RF-Frequenz
bestimmt. Beim Ausführungsbeispiel
war die Länge
150 mm unter der Frequenz von 182 MHz und der Einfallsspannung von
5 kV. In diesem Fall war die Bündelungsspannung
3 kV.
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Beim
obigen Ausführungsbeispiel
wurde aus der Berechnung, bei welcher der Raumladeeffekt des Elektronenstrahls
ignoriert wurde, herausgefunden, dass die Elektronen, die während einer
Periode von –100
bis 20 Grad der Phase der RF-Spannung des Eingangsresonators 11 durch
den Bündelungsspalt 11 gelaufen
sind, den Beschleunigungsspalt 8 in einem Intervall von
70 bis 100 Grad bezüglich
der Phase der Beschleunigungsspannung erreichen. Diese Elektronen
entsprechen bezüglich
der Anzahl etwa einem Drittel von allen Elektronen, die den Eingangsresonator 11 durchlaufen
haben.
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Wenn
Elektronen im Beschleuniger gemäß der Erfindung
beschleunigt wurden, wurde etwa 60 % des einfallenden Gleichstroms
beschleunigt. Dieser Prozentsatz ist das Zweifache von demjenigen
(30 %) des Falls ohne den Bündelungsspalt.
Die Energieauflösung
wurde durch Ablenken von beschleunigten Elektronen mit einem Ablenkmagneten
gemessen. Die resultierende Auflösung
war etwa 4 %, genommen bei einem halben Maximum, wie es in einem
Energiespektrumsdiagramm in 7 gezeigt
ist.
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[Ausführungsbeispiel 1]
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Die 8 bis 10 zeigen
ein erstes illustratives Ausführungsbeispiel
eines RF-Teilchenbeschleunigers
der Erfindung. 8 ist eine perspektivische Querschnittszeichnung,
die eine Anordnung eines weiteren RF-Beschleunigers vom Typ mit
eingebautem Eingangsresonator zeigt; 9 ist ein Querschnittsdiagramm
entlang der Linie IX-IX der 8; und 10 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Modifikation der 9 zeigt,
bei der die Anzahl von Schlitzen erhöht ist. In diesen Figuren sind Elemente,
die identisch zu denjenigen sind, die in 1 gezeigt
sind, mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und sind ihre Erklärungen weggelassen.
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Der
in 8 gezeigte RF-Teilchenbeschleuniger 21 ist
ein illustratives Ausführungsbeispiel
mit einem Bündelungsspannungs-Erzeugungsabschnitt mit
einem Stumpfteil, der bezüglich
eines Durchmessers unterschiedlich zu anderen Teilen ist. Ein zylindrischer
Leiter 22 ist angeordnet und zwischen dem Elektronenstrahl-Eintrittsende
des ersten inneren Leiters 4 und dem Zentrum einer Endplatte 3a des äußeren Leiters 3 des
Beschleunigungshohlraums verbunden. Der Leiter 22 hat einen
Innendurchmesser, der größer als
der Außendurchmessers
des ersten inneren Leiters 4 ist, hat sein Ende mit der
Endplatte 3a verbunden und hat sein anderes Ende mit dem
Elektronenstrahl-Eintrittsende des ersten inneren Leiters 4 über fächerförmige Leiter 23 verbunden. Ein
Bündelungsspalt 24 ist
durch Einschneiden von Schlitzen 24a bei mehreren symmetrischen
Positionen (in 9 zwei und in 10 vier)
entlang dem Umfang des zylindrischen Leiters 22 ausgebildet. Der
Beschleuniger arbeitet auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
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[Ausführungsbeispiel II]
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11 ist
ein longitudinales perspektivisches Querschnittsdiagramm, das eine
Anordnung eines RF-Teilchenbeschleunigers vom Typ mit eingebautem
Eingangsresonator gemäß einem
zweiten illustrativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt; und 12 ist
ein Querschnittsdiagramm entlang der Linie XII-XII der 11,
wobei Elemente identisch zu denjenigen, die in 1 gezeigt
sind, mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind und ihre Erklärungen weggelassen
sind.
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Der
in 11 gezeigte RF-Teilchenbeschleuniger 31 ist
ein illustratives Ausführungsbeispiel
mit einem Bündelungsspannungsabschnitt,
in welchem die Struktur des ersten Stumpfes entsprechend 4a (dem
ersten inneren Leiter 4) der 1 unterschiedlich
von denjenigen ist, die oben beschrieben sind.
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Anstelle
des ersten inneren Leiters 4 ist ein erster zylindrischer
innerer Leiter 32, der Schlitze hat und einen inneren und
einen äußeren Durchmesser hat,
die größer als
diejenigen des zweiten inneren Leiters 5 sind, bei der
Position ange ordnet, wo der erste innere Leiter 4 für gewöhnlich ist.
Ein Ende des ersten inneren Leiters 32 ist mit einer Endplatte 3a des äußeren Leiters 3 verbunden.
Ein dritter zylindrischer innerer Leiter 33 ist auf der
Achse der Elektronenstrahlen im ersten inneren Leiter 32 angeordnet und
die Elektronenstrahl-Austrittsenden
des ersten und des dritten zylindrischen inneren Leiters 32 und 33 sind über einen
Ringleiter 34 miteinander verbunden. Somit ist ein Bündelungsspalt 35 zwischen
der Endplatte 3a des äußeren Leiters 3 des
Beschleunigungshohlraums und dem Eintrittsende des dritten inneren
Leiters 33 ausgebildet.
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Auf
diese Weise kann eine elektrische RF-Energie zum Erregen des Raums 10 eine
Spannung im Bündelungsspalt 35 durch
eine Induktanz induzieren, die durch die Schlitze des ersten inneren Leiters 32 verursacht
wird.
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Das
elektrische Feld und der elektrische Strom eines TM010-Modes in
dem RF-Teilchenbeschleuniger 31 sind
in 11 gezeigt, wobei Linien einer elektrischen Kraft
durch gestrichelte Linien angezeigt sind und der RF-Strom durch
durchgezogene Linien auf der Innenwandoberfläche des Beschleunigungshohlraums 2 fließt.
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Es
wird angemerkt, dass selbst dann, wenn jedes der Ausführungsbeispiele,
die in den 8 und 11 gezeigt
sind, den zweiten inneren Leiter nicht an der Austrittsseite des äußeren Leiters
des Beschleunigungshohlraums hat, das Ausführungsbeispiel dieselbe Funktion
erreichen wird.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf einige illustrative Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, ist es für
diejenigen, die normale Erfahrung auf dem Gebiet haben, offensichtlich,
dass andere verschiedene Anordnungen aufgebaut werden können, ohne
vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie
durch die Ansprüche
definiert ist. Es sollte daher verstanden werden, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, die
in der Beschreibung beschrieben sind, sondern vielmehr innerhalb
ihres Schutzumfangs, wie er beansprucht ist, breit ausgelegt werden
sollte.
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Wie
es aus dem Vorangehenden offensichtlich ist, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Struktur des RF-Teilchenbeschleunigers ohne die Notwendigkeit
eines Verwendens von irgendeinem Isolator für den Eingangsresonator oder
eines Verwendens eines Eingangsresonators außerhalb des Beschleunigungshohlraums
sehr einfach, weil der Eingangsresonator ein integrierter Teil des
Beschleunigungshohlraums wird und die elektrische RF-Enerige zum
Erregen des Eingangsresonators von dem Beschleunigungshohlraum durch
eine Induktanz zugeführt
wird. Dies lässt
eine Verbesserung bezüglich der
Zuverlässigkeit,
der Verfügbarkeit
und der Haltbarkeit des Beschleunigers zu.
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Weiterhin
ermöglicht
gemäß der Erfindung ein
Zuführen
elektrischer RF-Energie
zum Beschleunigungshohlraum, dass ein Teil der elektrischen RF-Energie automatisch
zum Eingangsresonator eingespeist wird, was in einem sehr einfachen
Beschleunigersystem resultiert, das einfach zu bedienen ist.