EP1505855A2 - Drift tube accelerator for ion bunch acceleration - Google Patents
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- EP1505855A2 EP1505855A2 EP04015387A EP04015387A EP1505855A2 EP 1505855 A2 EP1505855 A2 EP 1505855A2 EP 04015387 A EP04015387 A EP 04015387A EP 04015387 A EP04015387 A EP 04015387A EP 1505855 A2 EP1505855 A2 EP 1505855A2
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Definitions
- the invention relates to a Driftröhrenbevanter for Acceleration of ion packets in ion beam accelerators.
- the drift tube accelerator is of the IH type and has a housing of a longitudinally divided three-piece Vacuum tank on. This vacuum tank consists of a middle piece, a lower half shell and an upper half shell.
- the middle piece has on its ion beam leading Longitudinal axis an inlet opening and an outlet opening for the ion packets.
- the centerpiece has on his opposite inner walls longitudinal ribs, which are parallel are aligned to the longitudinal axis. At the longitudinal ribs are arranged alternating drift tube, which in turn Drift tube pieces coaxial with the ion beam leading longitudinal axis hold.
- the center piece with the drift tube holders is removable mounted on the lower half shell and is made by The upper half shell is removably covered.
- IH Driftröhrenbevanter is from the Publication U. Ratzinger, "IH-Structure and its capability to accelerate high current beams", Proceedings of the High IEEE Particle Accelerator Conference (PAC91), San Francisco, 1991 (IEEE Service Center Piscataway, N.J., 1991) Pages 567 to 571, known.
- Such Driftröhrenbevanter from a middle piece and an upper and a lower one Half shell with a semi-cylindrical cross section have the disadvantage that the tank is in the plane of the centerpiece during evacuation due to the radial inward forces acting when evacuating the Tanks due to the pressure difference between the environment and the tank interior caused by up to several millimeters shrinks in diameter when the inner height of the vacuum tank is greater than the inner distance of the inner walls the middle piece, especially if a large length to diameter Ratio in such vacuum tanks for IH Driftröhrenbevanter is present. This causes a Misalignment of the opposite longitudinal ribs of the Middle frame held Driftrohrhaltern and of these held Driftrohr GmbH GmbH against each other and opposite the ion beam leading longitudinal axis of the center piece.
- such IH driftwälenbevanter with up to two integrated quadrupole magnetic triplet lenses for transversely focusing the ion beams equipped with the supports of these quadrupole triplet lenses not be carried by the vacuum tank, but led out of the vacuum tank via diaphragm bellows and be supported in an outer tank base, so that already when evacuating the vacuum tank through it occurring evacuation forces misalignments occur can.
- a support of the introduced Quadrupole triplet lenses on an outer tank base very costly and requires a complex Assembly.
- the object of the invention is a Driftröhrenbevanter to accelerate ion packets with the the problems listed above can be solved and the Overcome disadvantages of known drift tube accelerators and their application areas and boundary parameters are extended become. It is another object of the invention, the investment costs of a drift tube accelerator and increase its profitability.
- the drift tube accelerator described above is characterized in that the lower half-shell has a structured lower steel block which has a partially planar inner bottom, on which preferably focusing devices, vacuum feedthroughs and / or tuning elements can be provided. Furthermore, the invention is characterized in that the upper half-shell has a structured upper steel block which has a partially planar inner covering surface, preferably with openings for vacuum passages, wherein tuning elements can be provided on the flat areas of the covering surface.
- the solution according to the invention has the advantage that it can dispense with a support frame, because the drift tube accelerator according to the invention due to the structured upper and lower solid steel blocks, which replaced the conventional half shells, has inherent stability, which make an outer support frame dispensable and a misalignment of Driftrohr GmbH against each other and safely prevent against the ion beam leading longitudinal axis of the center piece.
- the drift tube accelerator according to the invention has the advantage that the structured lower steel block has a partially planar inner bottom on which additional components influencing the ion beam can advantageously be fixed within the cavity of the vacuum tank, so that misalignments previously carried between those carried by the outer base Components such as triplet lenses and held by the inner walls of the cavity components such as Driftrohr GmbHen can no longer occur because all arranged in the cavity of the vacuum tank additional components, such as focusing and tuning elements can be arranged and supported on flat portions of the inner bottom.
- the vacuum tank has at least 2 inner regions, in which the drift tubes arranged with alternating Drift tube holders are arranged, wherein between the areas each a special drift tube containing a focusing device for transversely focusing the ion beams standing on the partially level inner floor of the lower structured steel block is arranged such that it encloses the longitudinal axis of the middle piece.
- quadrupole magnets are included as singlets or as multiplets are arranged in the special drift tubes.
- This embodiment of the invention has the advantage that proven components of magnetic lenses are used.
- the structured lower steel block or the structured steel upper block or the textured one lower and upper steel block along the focussing devices have a changed cross-section than along the areas where the drift tubes arranged with alternating Drift tube holders are arranged.
- This adaptation of the cross section of the cavity in the region of the focusing devices has the advantage of partial compensation of the Column volume without affecting the electric field distribution detuned along the longitudinal axis of the Driftröhrenbeschreibers becomes.
- the drift tubes are arranged with alternately arranged Driftrohrhalter with increasing in the beam direction center distances. This advantageously takes into account the increasing speed of the ion packets as they pass through the drift tube accelerator.
- the structured lower steel block or the structured upper steel block or the structured lower and the upper steel block have cavities which extend the cross-section of the vacuum tank in certain sections. This has the advantage that the decrease in the capacity of the drift tube structure relative to the length unit can be compensated cost-effectively as much as possible and production costs can be minimized and incorrect adjustments can be made in order to be able to excite the fundamental mode of the cavity.
- the structured lower steel block or the structured steel upper block or the textured lower and upper steel block cavities have the cross section of the vacuum tank in certain sections in stages.
- a Gradual expansion of the Kavticiansqueriteses has the Advantage that they are manufactured in the massive lower and upper steel blocks cost-effectively incorporated can be and at mismatches a cost-effective Post-processing is possible to a very strong decrease the capacity related to the unit of length Drift tube structure cost-effective to compensate, and order to be able to stimulate the basic mode of the cavity.
- the alternately arranged Driftrohrhalter in longitudinal grooves parallel to the longitudinal axis in the longitudinal ribs of the middle piece are performed.
- Such Longitudinal groove increases the precise alignment of the drift tube pieces coaxial to the beam direction and leaves a fine adjustment of the Center distance of the drift tube pieces to the increasing thread the accelerated ion packets by shifting the Drift tube holder in the longitudinal grooves to.
- the longitudinal ribs in the longitudinal direction one Have cooling water channel. This cooling water channel has the Advantage that it directly the longitudinal rib, at which the Drift tube holder are attached, cools and thus heat directly can dissipate from the inner wall of the middle piece.
- the center piece in the End faces further cooling water channels, so that the massive wall of the front side of the center piece also Contribute to active heat dissipation, and thus a thermal Misalignment due to thermal distortion of the components the drift tube accelerator, in particular the inlet opening and the outlet opening at the end faces not occurs.
- the structured lower and upper Steel block cooling water ducts on their outer surfaces are arranged have.
- Such cooling water ducts are inexpensive to produce and also reliable, since they are located outside the cavity and the Outer shape of the steel blocks can be adjusted.
- the structured lower and upper steel block Minimum wall thickness of 10 mm, with inside this wall thickness cooling water channels provided there where they are in terms of strength no weak points cause.
- the present invention allows the acceleration the ions from the injection energy at the inlet of the center piece to the outlet opening of 400 keV / u accelerated to 7 MeV / u.
- the IH Driftröhrenbevanter the present invention a Length of 3.77 m.
- the velocity of the ions grows during their acceleration in the IH drift tube accelerator of the present invention of about 2.9% of the speed of light to about 12.2% of the speed of light. Analogous also takes the step size or the center distance the drift tubes or the Driftrohr publishede along the IH accelerator about by a factor of 4.
- the IH drift tube accelerator in the IH drift tube accelerator according to the invention a compensation of the decrease in the Unit length related capacity of the drift tube structure provided in an embodiment of the invention.
- the decrease in the unit of length becomes related capacity of the drift tube structure by the compensated widening cross-section, which in advantageous Way the basic mode of the cavity are stimulated can.
- the vacuum tank has, in a preferred embodiment
- the invention has four inner regions in which the Driftrohr GmbHe with increasing increment in beam direction are arranged, wherein between the areas three Triplet lenses for focusing the ion beams of area to area standing on the flat sections of the inner floor of the structured lower steel block arranged in such a way are that they enclose the longitudinal axis of the middle piece.
- the use according to the invention of only one Driftröhrenbeschreiberkavtician for four inner acceleration ranges, especially in the case of ion accelerators comparatively high operating frequency of about 217 MHz leads in comparison to conventional equipment to a very long cavity in the Ratio to the inner diameter.
- the inner height of the IH cavity is only 340 mm, while the inner length with 3718 mm a ratio of inner height to inner length of about 1:11 represents. This ratio of internal dimensions would make the RF tuning of the cavity considerably more difficult, when working with conventional building types.
- the invention provides that the structured lower and upper steel block in a preferred Embodiment of the invention have cavities, the Cross-section of the vacuum tank in certain stages in stages expand for the individual areas.
- a high frequency cavity becomes a resonant frequency reached about 217 MHz, which is an estimated goodness of the resonator from 12000 to 15000.
- the cavity itself is pulsed with an HF pulse duration of 0.5 ms and a pulse repetition rate of 10 Hz, what corresponds to a duty cycle of a maximum of about 0.5%.
- the cavity is about 1.0 to 1.1 MW, which in one average thermal power consumption of a maximum of about 5 up to 6 kW results.
- the thereby delivered to the tank thermal Energy is provided by effective water cooling on the one hand the longitudinal ribs in the middle part and on the other hand the outer surfaces of the structured upper and lower Reached steel blocks.
- the vacuum tank consists of three main parts, all three are thus water cooled, namely the middle piece and the lower and upper half shells in the form of structured lower and upper steel blocks.
- the middle piece carries the Drift tube structure with, for example, fifty-two Drift pipe pieces, each with an individual length.
- the Drift pipe pieces are in the four areas mentioned above arranged. These four drift tube areas are going through three integrated quadruple triplet lenses coupled together. In each of the areas becomes another type of drift tube used.
- the individual drift tube types differ in their diameters.
- the drift tubes will be worn by drift tube holders with the drift tubes are soldered.
- the drift tube holders with the soldered drift tubes are not directly water cooled, but they are in one Longitudinal groove of the water-cooled longitudinal rib of the middle part brought in. Thus they are about the heat conduction of the water-cooled Middle frame cooled and are to increase the thermal conductivity made of SE copper.
- the drift tube holder be in the longitudinal ribs of the center frame in a longitudinal groove arranged and fixed.
- the middle frame with the drift tube structure forms a horizontal plane and is part of the middle piece.
- the lower and upper tank half-shell is inventively structured upper and lower steel blocks realized, made of solid steel blocks are made. To cool these two structured Steel blocks can be cooling channels of 270 mm width and 4 mm height on the outsides of the textured steel blocks to be ordered.
- the insides of the steel blocks have flat cutouts on. These plan cutouts have different depths in the different four acceleration ranges, so that the cross-section gradually to the on the unit length adapted capacity of the drift tube structure adapted is. At least that will be a partial compensation of Decrease in the unit of length capacity Drift tube structure along the IH cavity reached.
- each one magnetic Quadruple triplet lens included.
- the lower structured steel block an adapted cross section for partial compensation of the orientation of the triplet lenses required support on the inner floor.
- the invention also solves the problem with its stable construction the not yet reached very strong increase in the Ion velocity by about a factor of 4 within a Cavity, especially since it has not been successful, a comparable large ratio between tank inside to inside diameter to realize. For such a high growth
- the ionic speed are so far in the known Drift tube accelerators always require multiple cavities, one each over the entire length of the cavity have constant cross-sectional area.
- the IH drift tube accelerator according to the invention avoids Significant additional costs with the usual Division into several cavities were connected. About that In addition, the use of only one cavity simplifies the operation of the plant and makes this more reliable, since on the one hand, few parameters are controlled and adjusted and on the other hand the number of items to be used Additional equipment is minimized, indicating the probability of failure the entire system decreased. Also an operating frequency over 200 MHz could be used for IH drift tube accelerators with integrated quadrupole triplet lenses not realized according to the prior art become.
- Fig. 1 shows a schematic perspective view of a Drift tube accelerator 1, according to one embodiment the invention.
- the drift tube accelerator is in one Housing 2, which is designed as a vacuum tank 3, housed.
- This housing 2 has a center piece 4 with a Central frame, wherein the center piece 4 on a lower Half shell 5 of a structured lower massive Steel block 15 is screwed vacuum-tight.
- An upper one Half shell 6 has a textured upper massive Steel block 19 on, which has a partially flat inner covering surface 20, and on the center piece 4 for covering the cavity of Driftröhrenbelixers 1 removable is screwed on.
- the housing 2 Before unscrewing the structured steel upper block 19 on the center piece 4 are the individual drift tube components in the elongated cavity of about 3770 mm accommodated.
- the housing 2 has four acceleration areas 24, 25, 26 and 27. Between the acceleration areas 24, 25, 26 and 27 are focussing devices 17 arranged, these focusing means 17 consist of quadrupole triplet lenses 28, 29 and 30. These Triplet lenses surround the longitudinal axis 7, in which the ion beam packets through the middle piece in the beam direction 23rd shot through and accelerated.
- Fig. 2 shows a partially cut schematic Top view of the center piece 4 of the Driftröhrenbevanters 1, according to FIG. 1.
- Components with the same functions, as in Fig. 1 are identified by the same reference numerals and not discussed separately.
- the middle piece 4 In the uncut portion of the middle piece 4 is the arrangement of the resonance components of the drift tube accelerator to recognize.
- the lengths of the drift tube pieces 14 also take place within the acceleration ranges 24, 25, 26 and 27 too.
- These drift tube pieces 14 are drift tube holders 13 held so that they coaxially the longitudinal axis 7 of the center piece 4 enclose.
- the Drift tube pieces 14 alternate with their drift tube holders 13 on the opposite inner walls 10 of the Middle piece 4 attached.
- the two inner walls 10 of the middle piece in each of the four regions 24, 25, 26 and 27 a longitudinal rib 11 which carries a longitudinal groove, in which the Driftrohrhalter 13 with increasing in the beam direction Center distance a are attached.
- Fig. 3 shows a schematic bottom view of the structured lower steel block 15 of the drift tube accelerator 1, according to FIG. 1, wherein on this flat lower surface of the lower steel block 15 openings 21 with corresponding vacuum flanges 22 are arranged.
- About the three vacuum feedthroughs 34, 35 and 36 in the structured lower Steel block 15 become the triplet lenses shown in FIG 24, 25 and 26 supplied with electricity and cooling water.
- the remaining Vacuum flanges are partly used for measuring technology and partly the supply of the resonator with a high-frequency Alternating current of the order of more than 200 MHz.
- Fig. 4 shows a schematic longitudinal section through the Driftröhrenbevanter 1 of FIG. 1. With this longitudinal section becomes the inlet opening 8 and the outlet opening 9 in the region of the middle piece 4 shown. Furthermore becomes clear that the cross section of the cavity in the four acceleration ranges 24, 25, 26 and 27 in stages is extended to the decrease in the unit of length related To compensate for the capacity of the drift tube structure so that the fundamental mode of the cavity can be excited.
- Fig. 5 shows a schematic plan view of the structured Upper steel block 19 of the drift tube accelerator 1, as shown in FIG. 1.
- Components with the same functions as in the preceding figures are given the same reference numerals marked and not discussed separately.
- This plan view is the advantage of the flatness of the outer contour of the structured upper steel block 19, thereby an attachment of vacuum flanges and vacuum feedthroughs and facilitates the welding of a cooling water channel becomes.
- Fig. 6 shows a schematic cross section of a transition from the structured upper steel block 19 on the Centerpiece 4 of the drift tube accelerator 1 according to FIG. 1.
- This detailed drawing Fig. 6 shows the intensive cooling the longitudinal rib 11 through the cooling water passage 31, over the the heat loss from that arranged in the longitudinal groove 12 Drift tube holders are delivered to the center piece 4 can.
- the longitudinal rib 11 is on the inner wall 10 of the center piece 4 welded to form the cooling water passage 31 and the longitudinal groove 12 is inserted after welding, to compensate for welding stresses and welding distortions.
- a cooling water passage 33 on the outer surface 32 of the structured upper steel block 19 is here only exemplified, in the form of a 4 mm high and 240 mm wide cooling water channel, by welding a outer sheet on the textured upper steel block 19 is reached.
- the cooling effect can be further intensified be by both the middle piece 4 and the textured upper steel block 19 in addition to the material have milled cooling water channels.
- FIG. 7 shows a schematic cross section through the drift tube accelerator 1 according to FIG. 1 in the region of a drift tube holder 13.
- Components having the same functions as in the preceding figures are identified by the same reference numerals and are not discussed separately.
- relatively large pumping nozzles are incorporated into the upper and lower structured steel blocks 19 and 15, respectively, to evacuate the drift tube accelerator cavity to 10 -5 Pascal.
- the Driftrohrhalter 13 are secured in the longitudinal groove 12 of the cooled longitudinal rib 11.
- Fig. 8 shows a schematic cross section through the Driftröhrenbevanter 1 according to FIG. 1 in the region of Focusing device 17.
- the focusing device 17 is on the flat inner bottom 16 of the lower structured Steel block 15, the present invention, the usual half-shell replaced.
- About the vacuum feedthrough 18 is the focusing device 17 of a quadrupole triplet lens with power and cooling water supplied.
- Components with the same functions as in the previous figures are the same Reference number indicated and not discussed separately.
- Fig. 9 shows a schematic perspective view of a Driftröhrenbevanters 1, according to FIG. 1 in the area a focusing device 17.
- the focusing device 17 in the form of a triplet lens is in a water-cooled Housing 37 is arranged.
- the cross-section of the cavity is on adjusted the size of the triplet lens, taking the wall thickness of the center piece 4 is reduced and the footprint of the Inner bottom 16 in the area of the focusing device 17 is increased is.
- FIG. 10 shows a longitudinal section through a focusing device 17 of the drift tube accelerator 1 according to FIG. 1.
- Components having the same functions as in the preceding figures are identified by the same reference numerals and are not discussed separately.
- a subsequent correction of the longitudinal axis 7 is possible by a mechanical post-processing of the tuning plate 38 inserted here, wherein an accuracy of a few micrometers can be achieved.
- This is possible because a flat inner bottom 16 is provided in the lower structured steel block 15 for the positioning and adjustment of the triplet lenses in the present invention.
- FIG. 11 shows a longitudinal section through the center piece 4 in the region of the focusing device 17 of Fig. 10. Components with the same functions as in the preceding figures are identified by the same reference numerals and not discussed separately.
- This longitudinal section shows that the triplet lens without any lateral support on the center piece 4 on the flat inner bottom 16 of the lower structured steel block 15 is arranged such that the axis of the triplet lens is aligned exactly to the beam axis, without lateral support aids to the center piece 4 is required are.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Driftröhrenbeschleuniger zur Beschleunigung von Ionenpaketen in Ionenstrahlbeschleunigungsanlagen. Der Driftröhrenbeschleuniger ist vom IH-Typ und weist ein Gehäuse aus einem längsgeteilten dreiteiligen Vakuumtank auf. Dieser Vakuumtank besteht aus einem Mittelstück, einer unteren Halbschale und einer oberen Halbschale. Das Mittelstück besitzt auf seiner ionenstrahlführenden Längsachse eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für die Ionenpakete. Ferner hat das Mittelstück auf seinen gegenüberliegenden Innenwänden Längsrippen, die parallel zur Längsachse ausgerichtet sind. An den Längsrippen sind alternierend Driftrohrhalter angeordnet, welche ihrerseits Driftrohrstücke koaxial zur ionenstrahlführenden Längsachse halten. Das Mittelstück mit den Driftrohrhaltern ist abnehmbar auf der unteren Halbschale montiert und wird von der oberen Halbschale abnehmbar bedeckt.The invention relates to a Driftröhrenbeschleuniger for Acceleration of ion packets in ion beam accelerators. The drift tube accelerator is of the IH type and has a housing of a longitudinally divided three-piece Vacuum tank on. This vacuum tank consists of a middle piece, a lower half shell and an upper half shell. The middle piece has on its ion beam leading Longitudinal axis an inlet opening and an outlet opening for the ion packets. Furthermore, the centerpiece has on his opposite inner walls longitudinal ribs, which are parallel are aligned to the longitudinal axis. At the longitudinal ribs are arranged alternating drift tube, which in turn Drift tube pieces coaxial with the ion beam leading longitudinal axis hold. The center piece with the drift tube holders is removable mounted on the lower half shell and is made by The upper half shell is removably covered.
Ein derartiger IH-Driftröhrenbeschleuniger ist aus der Druckschrift U. Ratzinger, "IH-Structure and its capability to accelerate high current beams", Proceedings of the High IEEE Particle Accelerator Conference (PAC91), San Francisco, 1991 (IEEE Service Center Piscataway, N.J., 1991) Seiten 567 bis 571, bekannt. Derartige Driftröhrenbeschleuniger aus einem Mittelstück und einer oberen und einer unteren Halbschale mit einem halbzylindrischen Querschnitt der beiden Halbschalen haben den Nachteil, dass der Tank in der Ebene des Mittelstücks beim Evakuieren aufgrund der radial nach innen wirkenden Kräfte, die beim Evakuieren des Tanks durch die Druckdifferenz zwischen Umgebung und Tankinnerem verursacht werden, um bis zu mehreren Millimetern in seinem Durchmesser schrumpft, wenn die Innenhöhe des Vakuumtanks größer ist als der innere Abstand der Innenwände des Mittelstücks, zumal wenn ein großes Länge zu Durchmesser Verhältnis bei derartigen Vakuumtanks für IH-Driftröhrenbeschleuniger vorliegt. Dies verursacht eine Fehljustage der von den gegenüberliegenden Längsrippen des Mittelrahmens gehaltenen Driftrohrhaltern und der von diesen gehaltenen Driftrohrstücken gegeneinander und gegenüber der ionenstrahlführenden Längsachse des Mittelstücks.Such IH Driftröhrenbeschleuniger is from the Publication U. Ratzinger, "IH-Structure and its capability to accelerate high current beams ", Proceedings of the High IEEE Particle Accelerator Conference (PAC91), San Francisco, 1991 (IEEE Service Center Piscataway, N.J., 1991) Pages 567 to 571, known. Such Driftröhrenbeschleuniger from a middle piece and an upper and a lower one Half shell with a semi-cylindrical cross section The two half shells have the disadvantage that the tank is in the plane of the centerpiece during evacuation due to the radial inward forces acting when evacuating the Tanks due to the pressure difference between the environment and the tank interior caused by up to several millimeters shrinks in diameter when the inner height of the vacuum tank is greater than the inner distance of the inner walls the middle piece, especially if a large length to diameter Ratio in such vacuum tanks for IH Driftröhrenbeschleuniger is present. This causes a Misalignment of the opposite longitudinal ribs of the Middle frame held Driftrohrhaltern and of these held Driftrohrstücken against each other and opposite the ion beam leading longitudinal axis of the center piece.
Um dieses Schrumpfen des Tankdurchmessers in der Ebene des Mittelrahmens und die dadurch verursachte Fehljustage der Driftrohrstücke zu verringern werden die Mittelstücke dieser IH-Driftröhrenbeschleuniger herkömmlicher Bauart durch einen äußeren Stützrahmen formstabil gehalten. Derartige kostenintensive Stützrahmen erfordern eine aufwendige Montage und Demontage der Kavität in dem Stützrahmen, wobei der Stützrahmen selbst wiederum eine Fehlerquelle darstellt, die ebenfalls zu einer Fehljustage der Driftröhrenstruktur führen kann, wenn der Mittelrahmen nicht exakt genug in dem Stützrahmen gehalten wird.To this shrinking of the tank diameter in the plane of the Center frame and the resulting misalignment of the Drift pipe pieces to reduce the centerpieces of this IH Driftröhrenbeschleuniger conventional design by an outer support frame kept dimensionally stable. such costly support frames require a complex installation and disassembly of the cavity in the support frame, wherein the support frame itself is a source of error, which also leads to a misalignment of the drift tube structure can result if the middle frame is not accurate enough is held in the support frame.
Ein weiteres Problem bei derartigen IH-Driftröhrenbeschleunigern stellt das Einbringen zusätzlicher Abstimmkörper dar, was insbesondere bei einer im Verhältnis zu ihrem Durchmesser sehr langen Driftröhrenbeschleunigerkavität zur Erzielung der erforderlichen elektrischen Feldverteilung entlang der ionenstrahlführenden Längsachse notwendig sein kann. Beim Einbringen zusätzlicher Abstimmkörper in herkömmliche Halbschalen ist ein ausreichender Hochfrequenzund Wärmekontakt zwischen den einzubringenden Körpern und den Halbschalen bei einem halbzylindrischen Querschnitt der Halbschalen nur schwer erreichbar. Da die Hochfrequenzleistungsverluste an den inneren Tankoberflächen auftreten, würden die eingebrachten Körper aufgrund des schlechten Wärmekontaktes stark erhitzt werden. Dies kann sowohl zu einer elektrischen Verstimmung der Kavität während des Betriebs als auch zu Schäden an der Kavität aufgrund thermischer Spannungen und Überhitzung führen.Another problem with such IH drift tube accelerators provides the introduction of additional Abstimmkörper especially in relation to theirs Diameter of very long drift tube accelerator cavity to Achieving the required electric field distribution Be necessary along the ion beam leading longitudinal axis can. When introducing additional Abstimmkörper in conventional Half shells is a sufficient high frequency and Thermal contact between the bodies to be introduced and the half-shells in a semi-cylindrical cross-section of Half shells difficult to reach. Because the high frequency power losses occur on the inner tank surfaces, would the introduced body due to the bad Heat contact are heated strongly. This can be both too an electrical detuning of the cavity during operation as well as damage to the cavity due to thermal Cause voltages and overheating.
Teilweise werden derartige IH-Driftröhrenbeschleuniger mit bis zu zwei integrierten magnetischen Quadrupol-Triplettlinsen zur transversalen Fokussierung der Ionenstrahlen ausgestattet, wobei die Stützen dieser Quadrupol-Triplettlinsen nicht von dem Vakuumtank getragen werden, sondern über Membranbälge aus dem Vakuumtank herausgeführt und in einem äußeren Tankuntergestell abgestützt werden, so dass bereits beim Evakuieren des Vakuumtankes durch die dabei auftretenden Evakuierungskräfte Fehljustagen auftreten können. Ferner ist eine derartige Abstützung der eingebrachten Quadrupol-Triplettlinsen auf einem äußeren Tankuntergestell sehr kostenintensiv und erfordert eine aufwendige Montage.In part, such IH driftwöhrenbeschleuniger with up to two integrated quadrupole magnetic triplet lenses for transversely focusing the ion beams equipped with the supports of these quadrupole triplet lenses not be carried by the vacuum tank, but led out of the vacuum tank via diaphragm bellows and be supported in an outer tank base, so that already when evacuating the vacuum tank through it occurring evacuation forces misalignments occur can. Furthermore, such a support of the introduced Quadrupole triplet lenses on an outer tank base very costly and requires a complex Assembly.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher IH-Driftröhrenbeschleuniger ergibt sich bei einer sehr starken Zunahme der Ionengeschwindigkeit entlang des Driftröhrenbeschleunigers, wodurch bei konstanter Betriebsfrequenz des Driftröhrenbeschleunigers und gleichbleibender Spaltgeometrie eine starke Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur entlang des Beschleunigers verursacht wird. Bei der Beschleunigung von Ionen nimmt nämlich die Ionengeschwindigkeit entlang des Driftröhrenbeschleunigers stetig zu. Der Mittenabstand zwischen benachbarten Driftrohrstücken wächst deshalb ebenfalls entlang des Beschleunigers an, was bei einer gleichbleibenden Geometrie der Beschleunigungsspalte zwischen den Driftrohrstücken zu einer erheblichen Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur führt.Another disadvantage of conventional IH drift tube accelerators results from a very strong increase in the ion velocity along the drift tube accelerator, causing at constant operating frequency of the drift tube accelerator and consistent gap geometry a strong Decrease in the capacity per unit length caused the drift tube structure along the accelerator becomes. The acceleration of ions actually increases the ion velocity along the drift tube accelerator steadily too. The center distance between adjacent ones Drift pipe pieces therefore also grow along the accelerator at what with a consistent geometry the acceleration column between the Driftrohrstücken too a significant decrease in the unit of length related Capacity of the drift tube structure leads.
Soll nun eine einzelne Driftröhrenbeschleunigerkavität zur Abdeckung eines sehr großen Zuwachses der Ionengeschwindigkeit verwendet werden, so besteht das Problem diese Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur zu kompensiert, um die Grundmode der Kavität anregen zu können. Dieses Problem konnte bei herkömmlichen IH-Driftröhrenbeschleunigern bisher nicht innerhalb einer einzelnen Driftröhrenbeschleunigerkavität gelöst werden, vielmehr werden bisher zur Abdeckung eines sehr großen Zuwachses der Ionengeschwindigkeit mehrere Driftröhrenbeschleunigerkavitäten hintereinander gereiht, was sehr aufwendig und sehr kostenintensiv ist.If now a single Driftröhrenbeschleunigerkavität for Covering a huge increase in ion velocity used, the problem is this decrease the unit length capacity of the drift tube structure compensated for the basic mode of the cavity to be able to stimulate. This problem could with conventional IH Driftröhrenbeschleunigern so far not within a solving individual drift tube accelerator cavity, Rather, so far to cover a very large increase the ion velocity of several drift tube accelerator cavities lined up in a row, which is very expensive and very costly.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Driftröhrenbeschleuniger zur Beschleunigung von Ionenpaketen anzugeben mit dem die oben angegebnen Probleme gelöst werden können und die Nachteile von bekannten Driftröhrenbeschleunigern überwunden werden und ihre Einsatzbereiche und Randparameter erweitert werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung die Investitionskosten eines Driftröhrenbeschleunigers zu vermindern und seine Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. The object of the invention is a Driftröhrenbeschleuniger to accelerate ion packets with the the problems listed above can be solved and the Overcome disadvantages of known drift tube accelerators and their application areas and boundary parameters are extended become. It is another object of the invention, the investment costs of a drift tube accelerator and increase its profitability.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject matter of the independent claims solved. Advantageous developments of the invention result from the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist der oben beschriebene Driftröhrenbeschleuniger
dadurch gekennzeichnet, dass die untere
Halbschale einen strukturierten unteren Stahlblock
aufweist, der einen teilweise ebenen Innenboden besitzt,
auf dem vorzugsweise Fokussiereinrichtungen,
Vakuumdurchführungen und/oder Abstimmelemente vorgesehen
werden können. Ferner ist die Erfindung dadurch
gekennzeichnet, dass die obere Halbschale einen
strukturierten oberen Stahlblock aufweist, der eine
teilweise ebene innere Abdeckfläche vorzugsweise mit
Öffnungen für Vakuumdurchführungen aufweist, wobei auf den
ebenen Bereichen der Abdeckfläche Abstimmelemente vorgesehen
werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass auf einen
Stützrahmen verzichtet werden kann, weil der erfindungsgemäße
Driftröhrenbeschleuniger aufgrundder strukturierten
oberen und unteren massiven Stahlblöcke, welche die konventionellen
Halbschalen ersetzten, eine Eigenstabilität besitzt,
welche einen äußeren Stützrahmen entbehrlich machen
und eine Fehljustage der Driftrohrstücke gegeneinander und
gegenüber der ionenstrahlführenden Längsachse des Mittelstücks
sicher verhindern. Darüber hinaus hat der erfindungsgemäße
Driftröhrenbeschleuniger den Vorteil, dass der
strukturierte untere Stahlblock einen teilweise ebenen Innenboden
aufweist, auf dem zusätzliche den Ionenstrahl beeinflussende
Komponenten innerhalb der Kavität des Vakuumtanks
vorteilhaft fixiert werden können, so dass Fehljustagen,
die bisher zwischen den von dem äußeren Untergestell
getragenen Komponenten wie Triplettlinsen und den von den
Innenwänden der Kavität gehaltenen Komponenten wie Driftrohrstücken
nicht mehr auftreten können, da sämtliche in
der Kavität des Vakuumtanks angeordnete Zusatzkomponenten,
wie Fokussiereinrichtungen und Abstimmelemente auf ebenen
Teilstücken des Innenbodens angeordnet und abgestützt werden
können.According to the invention, the drift tube accelerator described above is characterized in that the lower half-shell has a structured lower steel block which has a partially planar inner bottom, on which preferably focusing devices, vacuum feedthroughs and / or tuning elements can be provided. Furthermore, the invention is characterized in that the upper half-shell has a structured upper steel block which has a partially planar inner covering surface, preferably with openings for vacuum passages, wherein tuning elements can be provided on the flat areas of the covering surface.
The solution according to the invention has the advantage that it can dispense with a support frame, because the drift tube accelerator according to the invention due to the structured upper and lower solid steel blocks, which replaced the conventional half shells, has inherent stability, which make an outer support frame dispensable and a misalignment of Driftrohrstücke against each other and safely prevent against the ion beam leading longitudinal axis of the center piece. In addition, the drift tube accelerator according to the invention has the advantage that the structured lower steel block has a partially planar inner bottom on which additional components influencing the ion beam can advantageously be fixed within the cavity of the vacuum tank, so that misalignments previously carried between those carried by the outer base Components such as triplet lenses and held by the inner walls of the cavity components such as Driftrohrstücken can no longer occur because all arranged in the cavity of the vacuum tank additional components, such as focusing and tuning elements can be arranged and supported on flat portions of the inner bottom.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Vakuumtank mindestens 2 innere Bereiche aufweist, in denen die Driftrohre mit alternierend angeordneten Driftrohrhaltern angeordnet sind, wobei zwischen den Bereichen jeweils ein spezielles Driftrohr enthaltend eine Fokussiereinrichtung zur transversalen Fokussierung der Ionenstrahlen stehend auf dem teilweise ebenen Innenboden des unteren strukturierten Stahlblockes derart angeordnet ist, dass es die Längsachse des Mittelstücks umschließt. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass Nachjustagen der mindestens einen Fokussiereinrichtung weitestgehend vermieden werden, da die Fokussiereinrichtung nicht auf einem von der Driftrohranordnung unabhängigen äußeren Tankuntergestell gehalten wird, sondern sich innerhalb der Kavität des Driftröhrenbeschleunigers auf einem ebenen Abschnitt des Innenbodens eines strukturierten massiven unteren Stahlblocks abstützt, der die bekannte untere Halbschale in vorteilhafterweise ersetzt.In one embodiment of the invention, it is provided the vacuum tank has at least 2 inner regions, in which the drift tubes arranged with alternating Drift tube holders are arranged, wherein between the areas each a special drift tube containing a focusing device for transversely focusing the ion beams standing on the partially level inner floor of the lower structured steel block is arranged such that it encloses the longitudinal axis of the middle piece. These Embodiment of the invention has the advantage that readjustments the at least one focusing device as far as possible be avoided because the focusing device not on an external to the drift tube assembly Tank base is held, but within the Cavity of drift tube accelerator on a flat section of the inner bottom of a textured massive bottom Steel block supports, the known lower half shell advantageously replaced.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Fokussiereinrichtungen Quadrupolmagnete enthalten sind, die als Singuletts oder als Multipletts in den speziellen Driftrohren angeordnet sind. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass bewährte Komponenten magnetischer Linsen zum Einsatz kommen.In a further preferred embodiment of the invention it is envisaged that as focusing devices quadrupole magnets are included as singlets or as multiplets are arranged in the special drift tubes. This embodiment of the invention has the advantage that proven components of magnetic lenses are used.
Ferner ist erfindungsgemäß für eine weitere Ausführungsform vorgesehen, dass der strukturierte untere Stahlblock oder der strukturierte obere Stahlblock oder der strukturierte untere und obere Stahlblock entlang der Fokussiereinrichtungen einen veränderten Querschnitt aufweisen als entlang der Bereiche, in denen die Driftrohre mit alternierend angeordneten Driftrohrhaltern angeordnet sind. Diese Anpassung des Querschnitts der Kavität im Bereich der Fokussiereinrichtungen hat den Vorteil einer Teilkompensation des Stützenvolumens, ohne dass die elektrische Feldverteilung entlang der Längsachse des Driftröhrenbeschleunigers verstimmt wird.Furthermore, according to the invention for a further embodiment provided that the structured lower steel block or the structured steel upper block or the textured one lower and upper steel block along the focussing devices have a changed cross-section than along the areas where the drift tubes arranged with alternating Drift tube holders are arranged. This adaptation of the cross section of the cavity in the region of the focusing devices has the advantage of partial compensation of the Column volume without affecting the electric field distribution detuned along the longitudinal axis of the Driftröhrenbeschleunigers becomes.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es
vorgesehen, dass die Driftrohre mit alternierend
angeordneten Driftrohrhaltern mit in Strahlrichtung
zunehmenden Mittenabständen angeordnet sind. Damit wird
vorteilhaft die zunehmende Geschwindigkeit der Ionenpakete
beim Durchlaufen durch den Driftröhrenbeschleuniger
berücksichtigt.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der strukturierte untere
Stahlblock oder der strukturierte obere Stahlblock oder der
strukturierte untere und der obere Stahlblock Kavitäten
aufweisen, die den Querschnitt des Vakuumtanks in bestimmten
Abschnitten erweitern. Damit ist der Vorteil verbunden,
dass die Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität
der Driftröhrenstruktur weitestgehend und fertigungstechnisch
kostengünstig kompensiert werden kann und bei
Fehlanpassungen eine kostengünstige Nachbearbeitung möglich
ist, um die Grundmode der Kavität anregen zu können. In a further embodiment of the invention, it is provided that the drift tubes are arranged with alternately arranged Driftrohrhalter with increasing in the beam direction center distances. This advantageously takes into account the increasing speed of the ion packets as they pass through the drift tube accelerator.
Furthermore, it is provided that the structured lower steel block or the structured upper steel block or the structured lower and the upper steel block have cavities which extend the cross-section of the vacuum tank in certain sections. This has the advantage that the decrease in the capacity of the drift tube structure relative to the length unit can be compensated cost-effectively as much as possible and production costs can be minimized and incorrect adjustments can be made in order to be able to excite the fundamental mode of the cavity.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass der strukturierte untere Stahlblock oder der strukturierte obere Stahlblock oder der strukturierte untere und der obere Stahlblock Kavitäten aufweisen, die den Querschnitt des Vakuumtanks in bestimmten Abschnitten stufenweise erweitern. Eine stufenweise Erweiterung des Kavitätsquerschnittes hat den Vorteil, dass sie fertigungstechnisch in die massiven unteren und oberen Stahlblöcke kostengünstig eingearbeitet werden kann und bei Fehlanpassungen eine kostengünstige Nachbearbeitung möglich ist, um eine sehr starke Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur kostengünstig zu kompensieren, und um die Grundmode der Kavität anregen zu können.In an advantageous embodiment of the invention it is further provided that the structured lower steel block or the structured steel upper block or the textured lower and upper steel block cavities have the cross section of the vacuum tank in certain sections in stages. A Gradual expansion of the Kavitätsquerschnittes has the Advantage that they are manufactured in the massive lower and upper steel blocks cost-effectively incorporated can be and at mismatches a cost-effective Post-processing is possible to a very strong decrease the capacity related to the unit of length Drift tube structure cost-effective to compensate, and order to be able to stimulate the basic mode of the cavity.
Weiterhin ist es möglich dass auf dem teilweise ebenen Innenboden des strukturierten unteren Stahlblocks oder auf der teilweise ebenen inneren Abdeckfläche des strukturierten oberen Stahlblocks oder auf dem teilweise ebenen Innenboden des strukturierten unteren Stahlblocks und auf der teilweise ebenen inneren Abdeckfläche des strukturierten oberen Stahlblocks zusätzliche Abstimmelemente angeordnet sind. Damit ist der Vorteil verbunden, dass auf den ebenen Innenflächen des Vakuumtanks ein sehr guter Hochfrequenzund Wärmekontakt zwischen den Abstimmelementen bzw. den Abstimmkörpern und den wassergekühlten massiven Halbschalen erreicht werden kann und dadurch auch die Abstimmelemente ausreichend gekühlt werden, wodurch Schäden an der Kavität aufgrund thermischer Spannungen und Überhitzung vermieden werden. Furthermore, it is possible that on the partially flat inner floor textured steel block or on the partially planar inner covering surface of the structured upper steel block or on the partially level inner floor of the structured lower steel block and on the partially flat inner covering surface of the structured upper steel block arranged additional tuning elements are. This has the advantage that on the plane Inner surfaces of the vacuum tank a very good high frequency and Thermal contact between the tuning elements and the tuning bodies and the water-cooled solid half shells can be achieved and thereby also the tuning elements be sufficiently cooled, causing damage to the cavity due to thermal stress and overheating avoided become.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die alternierend angeordneten Driftrohrhalter in Längsnuten parallel zur Längsachse in den Längsrippen des Mittelstücks geführt werden. Eine derartige Längsnut erhöht die präzise Ausrichtung der Driftrohrstücke koaxial zur Strahlrichtung und lässt eine Feinanpassung des Mittenabstandes der Driftrohrstücke an die zunehmende Gewindigkeit der beschleunigten Ionenpakete durch Verschieben der Driftrohrhalter in den Längsnuten zu. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Längsrippen in Längsrichtung einen Kühlwasserkanal aufweisen. Dieser Kühlwasserkanal hat den Vorteil, dass er unmittelbar die Längsrippe, an der die Driftrohrhalter befestigt sind, kühlt und somit Wärme unmittelbar von der Innenwand des Mittelstücks abführen kann.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the alternately arranged Driftrohrhalter in longitudinal grooves parallel to the longitudinal axis in the longitudinal ribs of the middle piece are performed. Such Longitudinal groove increases the precise alignment of the drift tube pieces coaxial to the beam direction and leaves a fine adjustment of the Center distance of the drift tube pieces to the increasing thread the accelerated ion packets by shifting the Drift tube holder in the longitudinal grooves to. Furthermore is provided that the longitudinal ribs in the longitudinal direction one Have cooling water channel. This cooling water channel has the Advantage that it directly the longitudinal rib, at which the Drift tube holder are attached, cools and thus heat directly can dissipate from the inner wall of the middle piece.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Mittelstück in den Stirnseiten weitere Kühlwasserkanäle aufweist, so dass die massive Wandung der Stirnseite des Mittelstücks ebenfalls zur aktiven Wärmeabfuhr beitragen, und damit eine thermische Dejustage durch thermische Verspannung der Komponenten des Driftröhrenbeschleunigers insbesondere der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung an den Stirnseiten nicht auftritt.Furthermore, it is advantageous if the center piece in the End faces further cooling water channels, so that the massive wall of the front side of the center piece also Contribute to active heat dissipation, and thus a thermal Misalignment due to thermal distortion of the components the drift tube accelerator, in particular the inlet opening and the outlet opening at the end faces not occurs.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der strukturierte untere und der obere Stahlblock Kühlwasserführungen, die auf ihren Außenflächen angeordnet sind, aufweisen. Derartige Kühlwasserführungen sind kostengünstig herzustellen und außerdem betriebssicher, da sie außerhalb der Kavität angeordnet sind und der Außenform der Stahlblöcke angepaßt werden können. In a further embodiment of the invention it is provided that the structured lower and upper Steel block cooling water ducts on their outer surfaces are arranged have. Such cooling water ducts are inexpensive to produce and also reliable, since they are located outside the cavity and the Outer shape of the steel blocks can be adjusted.
Für eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der strukturierte untere und der obere Stahlblock Mindestwandstärken von 10 mm aufweisen, wobei innerhalb dieser Wandstärke Kühlwasserkanäle dort vorgesehen sind, wo sie in Bezug auf die Festigkeit keine Schwachstellen verursachen.For a further embodiment of the invention it is provided that the structured lower and upper steel block Minimum wall thickness of 10 mm, with inside this wall thickness cooling water channels provided there where they are in terms of strength no weak points cause.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass die Beschleunigung der Ionen von der Injektionsenergie an der Eintrittsöffnung des Mittelstücks zu der Austrittssöffnung von 400 keV/u auf 7 MeV/u beschleunigt werden. Dazu weist der IH-Driftröhrenbeschleuniger der vorliegenden Erfindung eine Länge von 3,77 m auf. Die Geschwindigkeit der Ionen wächst bei deren Beschleunigung in dem IH-Driftröhrenbeschleuniger der vorliegenden Erfindung von etwa 2,9% der Lichtgeschwindigkeit auf etwa 12,2% der Lichtgeschwindigkeit an. Analog nimmt auch die Schrittweite beziehungsweise der Mittenabstand der Driftrohre bzw. der Driftrohrstücke entlang des IH-Beschleunigers etwa um einen Faktor 4 zu.The present invention allows the acceleration the ions from the injection energy at the inlet of the center piece to the outlet opening of 400 keV / u accelerated to 7 MeV / u. For this purpose, the IH Driftröhrenbeschleuniger the present invention a Length of 3.77 m. The velocity of the ions grows during their acceleration in the IH drift tube accelerator of the present invention of about 2.9% of the speed of light to about 12.2% of the speed of light. Analogous also takes the step size or the center distance the drift tubes or the Driftrohrstücke along the IH accelerator about by a factor of 4.
Darüber hinaus ist in dem erfindungsgemäßen IH-Driftröhrenbeschleuniger eine Kompensation der Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen. Dazu weisen der strukturierte untere und der obere Stahlblock Kavitäten in den einzelnen Bereichen auf, bei denen der Querschnitt des Vakuumtanks in bestimmten Abschnitten erweitert ist. Somit wird die Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur durch den sich erweiternden Querschnitt kompensiert, wodurch in vorteilhafter Weise die Grundmode der Kavität angeregt werden kann. In addition, in the IH drift tube accelerator according to the invention a compensation of the decrease in the Unit length related capacity of the drift tube structure provided in an embodiment of the invention. To have the structured lower and upper steel block Cavities in the individual areas on which the Extended section of the vacuum tank in certain sections is. Thus, the decrease in the unit of length becomes related capacity of the drift tube structure by the compensated widening cross-section, which in advantageous Way the basic mode of the cavity are stimulated can.
Der Vakuumtank weist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vier innere Bereiche auf, in denen die Driftrohrstücke mit in Strahlrichtung zunehmender Schrittweite angeordnet sind, wobei zwischen den Bereichen drei Triplettlinsen zur Fokussierung der Ionenstrahlen von Bereich zu Bereich stehend auf den ebenen Abschnitten des Innenbodens des strukturierten unteren Stahlblocks derart angeordnet sind, dass sie die Längsachse des Mittelstücks umschließen.The vacuum tank has, in a preferred embodiment The invention has four inner regions in which the Driftrohrstücke with increasing increment in beam direction are arranged, wherein between the areas three Triplet lenses for focusing the ion beams of area to area standing on the flat sections of the inner floor of the structured lower steel block arranged in such a way are that they enclose the longitudinal axis of the middle piece.
Der erfindungsgemäß Einsatz von nur einer Driftröhrenbeschleunigerkavität für vier innere Beschleunigungsbereiche, insbesondere bei der für Ionenbeschleuniger vergleichsweise hohen Betriebsfrequenz von etwa 217 MHz führt im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen zu einer sehr langen Kavität im Verhältnis zum Innendurchmesser. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen IH-Driftröhrenbeschleunigers beträgt die Innenhöhe der IH-Kavität nur 340 mm, während die Innenlänge mit 3718 mm ein Verhältnis von Innenhöhe zu Innenlänge von etwa 1:11 darstellt. Dieses Verhältnis der Innenmaße würde die HF-Abstimmung der Kavität erheblich erschweren, wenn mit herkömmlichen Bautypen gearbeitet wird.The use according to the invention of only one Driftröhrenbeschleunigerkavität for four inner acceleration ranges, especially in the case of ion accelerators comparatively high operating frequency of about 217 MHz leads in comparison to conventional equipment to a very long cavity in the Ratio to the inner diameter. In one embodiment of the IH drift tube accelerator according to the invention the inner height of the IH cavity is only 340 mm, while the inner length with 3718 mm a ratio of inner height to inner length of about 1:11 represents. This ratio of internal dimensions would make the RF tuning of the cavity considerably more difficult, when working with conventional building types.
Es kann jedoch die HF-Abstimmung der Kavität durch die anpassbare mechanische Konstruktion des erfindungsgemäßen Driftröhrenbeschleunigers erheblich erleichtert werden. Durch das Vorsehen eines teilweise ebenen Innenbodens ist es möglich, auf einfache Weise eine Integration von Abstimmelementen bereits während der Herstellung der Kavität und auch zum nachträglichen Einbau von Abstimmkörpern vorzusehen. So ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der strukturierte untere und obere Stahlblock in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Kavitäten aufweisen, die den Querschnitt des Vakuumtanks in bestimmten Abschnitten stufenweise für die einzelnen Bereiche erweitern.However, it can be the RF tuning of the cavity through the customizable mechanical construction of the invention Drift tube accelerator can be greatly facilitated. By providing a partially flat inner floor is It makes it possible to easily integrate tuning elements already during the production of the cavity and also provide for the subsequent installation of Abstimmkörpern. Thus, the invention provides that the structured lower and upper steel block in a preferred Embodiment of the invention have cavities, the Cross-section of the vacuum tank in certain stages in stages expand for the individual areas.
Somit wird eine Hochfrequenzkavität für eine Resonanzfrequenz von etwa 217 MHz erreicht, die eine geschätzte Güte des Resonators von 12000 bis 15000 aufweist. Die Kavität selbst wird im Pulsbetrieb mit einer HF-Pulsdauer von 0,5 ms und einer Pulswiederholrate von 10 Hz betrieben, was einem Tastverhältnis von maximal etwa 0,5% entspricht. Der geschätzte HF-Pulsleistungsbedarf in Form von Verlustleistung der Kavität beträgt ca. 1,0 bis 1,1 MW, was in einer mittleren thermischen Leistungsaufnahme von maximal etwa 5 bis 6 kW resultiert. Die dabei an den Tank abgegebene thermische Energie wird durch eine effektive Wasserkühlung einerseits der Längsrippen in dem Mittelteil und andererseits der äußeren Oberflächen der strukturierten oberen und unteren Stahlblöcke erreicht.Thus, a high frequency cavity becomes a resonant frequency reached about 217 MHz, which is an estimated goodness of the resonator from 12000 to 15000. The cavity itself is pulsed with an HF pulse duration of 0.5 ms and a pulse repetition rate of 10 Hz, what corresponds to a duty cycle of a maximum of about 0.5%. Of the estimated RF pulse power requirement in terms of power dissipation The cavity is about 1.0 to 1.1 MW, which in one average thermal power consumption of a maximum of about 5 up to 6 kW results. The thereby delivered to the tank thermal Energy is provided by effective water cooling on the one hand the longitudinal ribs in the middle part and on the other hand the outer surfaces of the structured upper and lower Reached steel blocks.
Der Vakuumtank besteht aus drei Hauptteilen, die alle drei somit wassergekühlt sind, nämlich dem Mittelstück und den unteren und oberen Halbschalen in Form von strukturierten unteren und oberen Stahlblöcken. Das Mittelstück trägt die Driftröhrenstruktur mit beispielsweise zweiundfünfzig Driftrohrstücken mit jeweils individueller Länge. Die Driftrohrstücke sind in den oben erwähnten vier Bereichen angeordnet. Diese vier Driftröhrenbereiche werden durch drei integrierte Quadropol-Triplettlinsen miteinander gekoppelt. In jedem der Bereiche wird ein anderer Driftröhrentyp eingesetzt. Die einzelnen Driftröhrentypen unterscheiden sich in ihren Durchmessern. Die Driftröhren werden von Driftröhrenhaltern getragen, die mit den Driftröhren verlötet sind. The vacuum tank consists of three main parts, all three are thus water cooled, namely the middle piece and the lower and upper half shells in the form of structured lower and upper steel blocks. The middle piece carries the Drift tube structure with, for example, fifty-two Drift pipe pieces, each with an individual length. The Drift pipe pieces are in the four areas mentioned above arranged. These four drift tube areas are going through three integrated quadruple triplet lenses coupled together. In each of the areas becomes another type of drift tube used. The individual drift tube types differ in their diameters. The drift tubes will be worn by drift tube holders with the drift tubes are soldered.
Die Driftröhrenhalter mit den angelöteten Driftröhren sind nicht direkt wassergekühlt, sondern sie werden in eine Längsnut der wassergekühlten Längsrippe des Mittelteils eingebracht. Somit sind sie über die Wärmeleitung des wassergekühlten Mittelrahmens gekühlt und sind zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit aus SE-Kupfer gefertigt. Die Driftröhrenhalter werden in die Längsrippen des Mittelrahmens in einer Längsnut angeordnet und fixiert. Der Mittelrahmen mit der Driftröhrenstruktur bildet eine horizontale Ebene und ist Teil des Mittelstückes. Die untere und obere Tankhalbschale wird erfindungsgemäß durch strukturierte obere und untere Stahlblöcke realisiert, die aus massiven Stahlblöcken gefertigt sind. Zur Kühlung dieser beiden strukturierten Stahlblöcke können Kühlkanäle von 270 mm Breite und 4 mm Höhe auf den Außenseiten der strukturierten Stahlblöcke angeordnet werden.The drift tube holders with the soldered drift tubes are not directly water cooled, but they are in one Longitudinal groove of the water-cooled longitudinal rib of the middle part brought in. Thus they are about the heat conduction of the water-cooled Middle frame cooled and are to increase the thermal conductivity made of SE copper. The drift tube holder be in the longitudinal ribs of the center frame in a longitudinal groove arranged and fixed. The middle frame with the drift tube structure forms a horizontal plane and is part of the middle piece. The lower and upper tank half-shell is inventively structured upper and lower steel blocks realized, made of solid steel blocks are made. To cool these two structured Steel blocks can be cooling channels of 270 mm width and 4 mm height on the outsides of the textured steel blocks to be ordered.
Die Innenseiten der Stahlblöcke weisen plane Ausfräsungen auf. Diese planen Ausfräsungen haben unterschiedliche Tiefen in den unterschiedlichen vier Beschleunigungsbereichen, so dass der Querschnitt stufenweise an die auf die Längeneinheit bezogene Kapazität der Driftröhrenstruktur angepasst ist. Zumindest wird damit eine Teilkompensation der Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur entlang der IH-Kavität erreicht.The insides of the steel blocks have flat cutouts on. These plan cutouts have different depths in the different four acceleration ranges, so that the cross-section gradually to the on the unit length adapted capacity of the drift tube structure adapted is. At least that will be a partial compensation of Decrease in the unit of length capacity Drift tube structure along the IH cavity reached.
An die untere Tankhalbschale und auf den ebenen Abschnitten des Innenbodens sind die oben erwähnten drei großen Fokussiereinrichtungen angeflanscht, die jeweils eine magnetische Quadropol-Triplettlinse enthalten. Entlang dieser Triplettlinsen weist der untere strukturierte Stahlblock einen angepassten Querschnitt zur Teilkompensation des für die Ausrichtung der Triplettlinsen erforderlichen Abstützung auf dem Innenboden auf.To the lower tank half shell and on the flat sections of the inner bottom are the above-mentioned three large focusing devices Flanged, each one magnetic Quadruple triplet lens included. Along this Triplettlinsen points the lower structured steel block an adapted cross section for partial compensation of the the orientation of the triplet lenses required support on the inner floor.
Zusammenfassend ergeben sich die nachfolgenden Vorteile der
Erfindung.
Die Erfindung löst mit ihrem stabilen Aufbau auch das Problem der bisher nicht erreichten sehr starken Zunahme der Ionengeschwindigkeit um etwa einen Faktor 4 innerhalb einer Kavität, zumal es bisher nicht gelungen ist, ein vergleichbar großes Verhältnis zwischen Tankinnenlänge zu Innendurchmesser zu realisieren. Für einen derart hohen Zuwachs der Ionengeschwindigkeit sind bisher bei den bekannten Driftröhrenbeschleunigern immer mehrere Kavitäten erforderlich, die jeweils eine über die gesamte Länge der Kavität konstante Querschnittsfläche aufweisen.The invention also solves the problem with its stable construction the not yet reached very strong increase in the Ion velocity by about a factor of 4 within a Cavity, especially since it has not been successful, a comparable large ratio between tank inside to inside diameter to realize. For such a high growth The ionic speed are so far in the known Drift tube accelerators always require multiple cavities, one each over the entire length of the cavity have constant cross-sectional area.
Außerdem vermeidet der erfindungsgemäße IH-Driftröhrenbeschleuniger erhebliche Mehrkosten, die mit der bisher üblichen Aufteilung in mehrere Kavitäten verbunden waren. Darüber hinaus vereinfacht die Verwendung nur einer Kavität den Betrieb der Anlage und macht diese zuverlässiger, da einerseits weniger Parameter kontrolliert und eingestellt werden müssen und andererseits die Anzahl der einzusetzenden Zusatzgeräte minimiert wird, was die Ausfallwahrscheinlichkeit der gesamten Anlage verringert. Auch eine Betriebsfrequenz über 200 MHz konnte für IH-Driftröhrenbeschleuniger mit integrierten Quadrupol-Triplettlinsen nach dem Stand der Technik bisher nicht realisiert werden.In addition, the IH drift tube accelerator according to the invention avoids Significant additional costs with the usual Division into several cavities were connected. About that In addition, the use of only one cavity simplifies the operation of the plant and makes this more reliable, since on the one hand, few parameters are controlled and adjusted and on the other hand the number of items to be used Additional equipment is minimized, indicating the probability of failure the entire system decreased. Also an operating frequency over 200 MHz could be used for IH drift tube accelerators with integrated quadrupole triplet lenses not realized according to the prior art become.
Der erfindungsgemäße Aufbau eines IH-Driftröhrenbeschleunigers mit diesen oben erwähnten neuartigen und vorteilhaften Eigenschaften - insbesondere der Verwendung nur einer Kavität zur Beschleunigung über einen vergleichsweise großen Energiebereich - sowie die Lösung der speziell damit verbundenen Probleme - insbesondere die Teilkompensation der Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der Driftröhrenstruktur entlang der IH-Kavität durch die stufenweise Veränderung des Tankquerschnitts, die platzsparende und mechanisch steife Integration äußerst kompakter Triplettlinsen sowie die einfache Möglichkeit der Montage zusätzlicher Abstimmkörper auf den planen Innenflächen der strukturierten oberen und unteren Stahlblöcke - wird durch die neu entwickelte Konstruktion der Tankhalbschalen aus massiven Stahlblöcken erheblich erleichtert. The inventive structure of a IH Driftröhrenbeschleunigers with these novel and advantageous ones mentioned above Properties - especially the use of only one Cavity for acceleration over a comparatively large Energy range - as well as the solution of it specifically associated problems - especially the partial compensation the decrease in the capacity per unit length the drift tube structure along the IH cavity through the Gradual change in the tank cross-section, the space-saving and mechanically rigid integration extremely compact Triplet lenses as well as the easy way of mounting additional tuning body on the flat inner surfaces of the structured upper and lower steel blocks - is through the newly developed construction of the tank shells massive steel blocks considerably easier.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Driftröhrenbeschleunigers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- Fig. 2
- zeigt eine teilweise aufgeschnittene schematische Draufsicht auf das Mittelstück des Driftröhrenbeschleunigers gemäß Fig. 1,
- Fig. 3
- zeigt eine schematische Untersicht auf den strukturierten unteren Stahlblock des Driftröhrenbeschleunigers, gemäß Fig. 1,
- Fig. 4
- zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den Driftröhrenbeschleuniger, gemäß Fig. 1,
- Fig. 5
- zeigt eine schematische Draufsicht auf den strukturierten oberen Stahlblock des Driftröhrenbeschleunigers, gemäß Fig. 1,
- Fig. 6
- zeigt einen schematischen Querschnitt eines Übergangs von dem strukturierten oberen Stahlblock auf das Mittelstück des Driftröhrenbeschleunigers, gemäß Fig. 1,
- Fig. 7
- zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Driftröhrenbeschleuniger, gemäß Fig. 1 im Bereich eines Driftrohrhalters,
- Fig. 8
- zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Driftröhrenbeschleuniger 1, gemäß Fig. 1 im Bereich einer Fokussiereinrichtung,
- Fig. 9
- zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Driftröhrenbeschleunigers gemäß Fig. 1 im Bereich einer Fokussiereinrichtung,
- Fig. 10
- zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Fokussiereinrichtung des Driftröhrenbeschleunigers, gemäß Fig. 1,
- Fig. 11
- zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das Mittelstück im Bereich der Fokussiereinrichtung der Fig. 10.
- Fig. 1
- shows a schematic perspective view of a drift tube accelerator according to an embodiment of the invention,
- Fig. 2
- 1 is a partially cutaway schematic plan view of the center piece of the Driftröhrenbeschleunigers of FIG. 1,
- Fig. 3
- 3 shows a schematic bottom view of the structured lower steel block of the drift tube accelerator, according to FIG. 1, FIG.
- Fig. 4
- shows a schematic longitudinal section through the Driftröhrenbeschleuniger, according to FIG. 1,
- Fig. 5
- 1 is a schematic plan view of the structured upper steel block of the drift tube accelerator shown in FIG. 1;
- Fig. 6
- shows a schematic cross section of a transition from the structured upper steel block on the center of the Driftröhrenbeschleunigers, according to FIG. 1,
- Fig. 7
- shows a schematic cross section through the Driftröhrenbeschleuniger, according to FIG. 1 in the region of a Driftrohrhalters,
- Fig. 8
- shows a schematic cross section through the Driftröhrenbeschleuniger 1, according to FIG. 1 in the region of a focusing device,
- Fig. 9
- 1 shows a schematic perspective view of a drift tube accelerator according to FIG. 1 in the region of a focusing device, FIG.
- Fig. 10
- shows a schematic longitudinal section through a focusing device of the Driftröhrenbeschleunigers, according to FIG. 1,
- Fig. 11
- shows a schematic longitudinal section through the center piece in the region of the focusing device of FIG. 10th
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines
Driftröhrenbeschleunigers 1, gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Der Driftröhrenbeschleuniger ist in einem
Gehäuse 2, das als Vakuumtank 3 ausgebildet ist, untergebracht.
Dieses Gehäuse 2 weist ein Mittelstück 4 mit einem
Mittelrahmen auf, wobei das Mittelstück 4 auf einer unteren
Halbschale 5 aus einem strukturierten unteren massiven
Stahlblock 15 vakuumdicht aufgeschraubt ist. Eine obere
Halbschale 6 weist einen strukturierten oberen massiven
Stahlblock 19 auf, der eine teilweise ebene innere Abdeckfläche
20 aufweist, und der auf das Mittelstück 4 zum Abdecken
der Kavität des Driftröhrenbeschleunigers 1 abnehmbar
aufgeschraubt ist.Fig. 1 shows a schematic perspective view of a
Drift tube accelerator 1, according to one embodiment
the invention. The drift tube accelerator is in one
Vor dem Aufschrauben des strukturierten oberen Stahlblockes
19 auf das Mittelstück 4 werden die einzelnen Driftröhrenkomponenten
in der langgestreckten Kavität von etwa 3770 mm
untergebracht. Dazu weist das Gehäuse 2 vier Beschleunigungsbereiche
24, 25, 26 und 27 auf. Zwischen den Beschleunigungsbereichen
24, 25, 26 und 27 sind Fokussiereinrichtungen
17 angeordnet, wobei diese Fokussiereinrichtungen 17
aus Quadropol-Triplettlinsen 28, 29 und 30 bestehen. Diese
Triplettlinsen umschließen die Längsachse 7, in der die Ionenstrahlpakete
durch das Mittelstück in Strahlrichtung 23
hindurchgeschossen und beschleunigt werden.Before unscrewing the structured steel
Da bei dem Durchgang durch den Resonator die Ionen von 2,9%
bis etwa 12,2% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden,
nimmt die Schrittweite zwischen einzelnen Driftrohrstücken
14 entlang des IH-Driftröhrenbeschleunigers 1
etwa um den Faktor 4 zu. Was Maßnahmen zur Kompensation der
Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen Kapazität der
Driftröhrenstruktur erfordert. Diese Maßnahmen, beispielsweise
einer Querschnittanpassung der Kavität, wird durch
die Strukturierung des unteren und oberen massiven Stahlblocks
15 bzw. 19 realisiert.Since the ions pass through the resonator by 2.9%
accelerated to about 12.2% of the speed of light,
takes the step size between individual
Weitere Details der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig. 1 werden in den nachfolgenden Figuren 2 bis 11 erläutert.Further details of the embodiment according to the invention Fig. 1 will be explained in the following figures 2 to 11.
Fig. 2 zeigt eine teilweise aufgeschnittene schematische
Draufsicht auf das Mittelstück 4 des Driftröhrenbeschleunigers
1, gemäß Fig. 1. Komponenten mit gleichen Funktionen,
wie in Fig. 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
und nicht extra erörtert.Fig. 2 shows a partially cut schematic
Top view of the
In dem nicht aufgeschnittenen Teil des Mittelstückes 4 ist
die Anordnung der Resonanzkomponenten des Driftröhrenbeschleunigers
zu erkennen. Die Längen der Driftrohrstücke 14
nehmen auch innerhalb der Beschleunigungsbereiche 24, 25,
26 und 27 zu. Diese Driftrohrstücke 14 werden von Driftrohrhaltern
13 derart gehalten, dass sie koaxial die Längsachse
7 des Mittelstücks 4 umschließen. Ferner sind die
Driftrohrstücke 14 alternierend mit ihren Driftrohrhaltern
13 an den einander gegenüberliegenden Innenwänden 10 des
Mittelstückes 4 befestigt. Dazu weisen die beiden Innenwände
10 des Mittelstückes in jedem der vier Bereiche 24, 25,
26 und 27 eine Längsrippe 11 auf, die eine Längsnut trägt,
in der die Driftrohrhalter 13 mit in Strahlrichtung zunehmenden
Mittenabstand a befestigt sind. In den Bereichen der
drei Triplettlinsen 28, 29 und 30 ist der Abstand zwischen
den Innenwänden 10 des Mittelstückes 4 geringfügig erweitert,
um die Kapazität zwischen den Innenwänden des Mittelstücks
und den Triplettlinsen so einzustellen, dass die erforderliche
elektrische Feldverteilung entlang der ionenstrahlführenden
Längsachse des Driftröhrenbeschleunigers
erreicht wird.In the uncut portion of the
Fig. 3 zeigt eine schematische Untersicht auf den strukturierten
unteren Stahlblock 15 des Driftröhrenbeschleunigers
1, gemäß Fig. 1, wobei auf dieser ebenen Unterfläche des
unteren Stahlblockes 15 Öffnungen 21 mit entsprechenden Vakuumflanschen
22 angeordnet sind. Über die drei Vakuumdurchführungen
34, 35 und 36 in dem strukturierten unteren
Stahlblock 15 werden die in Fig. 2 gezeigten Triplettlinsen
24, 25 und 26 mit Strom und Kühlwasser versorgt. Die übrigen
Vakuumflansche dienen teilweise der Messtechnik und
teilweise der Versorgung des Resonators mit einem hochfrequenten
Wechselstrom in der Größenordnung von über 200 MHz.Fig. 3 shows a schematic bottom view of the structured
Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den
Driftröhrenbeschleuniger 1 gemäß Fig. 1. Mit diesem Längsschnitt
wird die Eintrittsöffnung 8 und die Austrittsöffnung
9 im Bereich des Mittelstückes 4 gezeigt. Außerdem
wird deutlich, dass der Querschnitt der Kavität in den
vier Beschleunigungsbereichen 24, 25, 26 und 27 stufenweise
erweitert ist, um die Abnahme der auf die Längeneinheit bezogenen
Kapazität der Driftröhrenstruktur zu kompensieren,
so dass die Grundmode der Kavität angeregt werden kann.Fig. 4 shows a schematic longitudinal section through the
Driftröhrenbeschleuniger 1 of FIG. 1. With this longitudinal section
becomes the
Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf den strukturierten
oberen Stahlblock 19 des Driftröhrenbeschleunigers
1, gemäß Fig. 1. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie
in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Auch für
diese Draufsicht gilt der Vorteil der Ebenheit der Außenkontur
des strukturierten oberen Stahlblockes 19, wodurch
ein Anbringen von Vakuumflanschen und Vakuumdurchführungen
und das Anschweißen eines Kühlwasserkanals erleichtert
wird.Fig. 5 shows a schematic plan view of the structured
Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Übergangs
von dem strukturierten oberen Stahlblock 19 auf das
Mittelstück 4 des Driftröhrenbeschleunigers 1 gemäß Fig. 1.
Diese Detailzeichnung Fig. 6 zeigt die intensive Kühlung
der Längsrippe 11 durch den Kühlwasserkanal 31, über den
die Verlustwärme von den in der Längsnut 12 angeordneten
Driftrohrhaltern an das Mittelstück 4 abgegeben werden
kann. Die Längsrippe 11 ist auf die Innenwand 10 des Mittelstücks
4 unter Ausbilden des Kühlwasserkanals 31 geschweißt
und die Längsnut 12 wird nach dem Schweißen eingebracht,
um Schweißspannungen und Schweißverzerrungen auszugleichen. Fig. 6 shows a schematic cross section of a transition
from the structured
Auch die Anordnung eines Kühlwasserkanals 33 auf der Außenfläche
32 des strukturierten oberen Stahlblocks 19 ist hier
nur beispielhaft dargestellt, in Form eines 4 mm hohen und
240 mm breiten Kühlwasserkanals, der durch Aufschweißen eines
äußeren Bleches auf den strukturierten oberen Stahlblock
19 erreicht wird. Die Kühlwirkung kann weiter intensiviert
werden, indem sowohl das Mittelstück 4 als auch der
strukturierte obere Stahlblock 19 zusätzlich in das Material
eingefräste Kühlwasserkanäle aufweisen.Also, the arrangement of a
Fig. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den
Driftröhrenbeschleuniger 1, gemäß Fig. 1 im Bereich eines
Driftrohrhalters 13. Komponenten mit gleichen Funktionen,
wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht extra erörtert. In
diesem Querschnitt sind relativ große Abpumpstutzen in den
oberen und unteren strukturierten Stahlblock 19 bzw. 15
eingearbeitet, um die Kavität des Driftröhrenbeschleunigers
auf 10-5 Pascal zu evakuieren. Zur Halterung der Driftrohrstücke
koaxial zur Längsachse 7 sind die Driftrohrhalter
13 in der Längsnut 12 der gekühlten Längsrippe 11 befestigt.FIG. 7 shows a schematic cross section through the drift tube accelerator 1 according to FIG. 1 in the region of a
Fig. 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den
Driftröhrenbeschleuniger 1 gemäß Fig. 1 im Bereich einer
Fokussiereinrichtung 17. Die Fokussiereinrichtung 17 steht
auf dem ebenen Innenboden 16 des unteren strukturierten
Stahlblockes 15, der erfindungsgemäß die üblichen Halbschale
ersetzt. Über die Vakuumdurchführung 18 wird die Fokussiereinrichtung
17 einer Quadropol-Triplettlinse mit Strom
und Kühlwasser versorgt. Komponenten mit gleichen Funktionen
wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Fig. 8 shows a schematic cross section through the
Driftröhrenbeschleuniger 1 according to FIG. 1 in the region of
Focusing
Fig. 9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines
Driftröhrenbeschleunigers 1, gemäß Fig. 1 im Bereich
einer Fokussiereinrichtung 17. Die Fokussiereinrichtung 17
in Form einer Triplettlinse ist in einem wassergekühlten
Gehäuse 37 angeordnet. Der Querschnitt der Kavität ist an
die Größe der Triplettlinse angepasst, wobei die Wandstärke
des Mittelstücks 4 reduziert ist und die Grundfläche des
Innenbodens 16 im Bereich der Fokussiereinrichtung 17 vergrößert
ist.Fig. 9 shows a schematic perspective view of a
Driftröhrenbeschleunigers 1, according to FIG. 1 in the area
a focusing
Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch eine
Fokussiereinrichtung 17 des Driftröhrenbeschleunigers 1,
gemäß Fig. 1. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in
den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Eine
nachträgliche Korrektur der Längsachse 7 ist durch eine
mechanische Nachbearbeitung der hier eingefügten
Abstimmplatte 38 möglich, wobei eine Genauigkeit von
wenigen Mikrometern erreicht werden kann. Dieses ist möglich,
weil ein ebener Innenboden 16 in dem unteren
strukturierten Stahlblock 15 für die Positionierung und
Justage der Triplettlinsen in der vorliegenden Erfindung
vorgesehen ist. Außerdem ist es durch die Befestigung der
Triplettlinsen auf dem ebenen Innenboden 16 möglich, den
oberen strukturierten Stahlblock 19 von dem Mittelstück 4
abzuheben, ohne eine Nachjustage der Triplettlinse
durchführen zu müssen.
Fig. 11 zeigt einen Längsschnitt durch das Mittelstück 4 im
Bereich der Fokussiereinrichtung 17 der Fig. 10. Komponenten
mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren
werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und
nicht extra erörtert. Dieser Längsschnitt zeigt, dass die
Triplettlinse ohne jede seitliche Abstützung an dem Mittelstück
4 auf dem ebenen Innenboden 16 des unteren strukturierten
Stahlblockes 15 derartig angeordnet ist, dass die
Achse der Triplettlinse exakt zu der Strahlachse ausgerichtet
ist, ohne dass seitliche Stützhilfen zu dem Mittelstück
4 erforderlich sind. 10 shows a longitudinal section through a focusing
Fig. 11 shows a longitudinal section through the
- 11
- DriftröhrenbeschleunigerDecelerator
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- Vakuumtankvacuum tank
- 44
- Mittelstückcenterpiece
- 55
- untere Halbschalelower half shell
- 66
- obere Halbschaleupper half shell
- 77
- Längsachselongitudinal axis
- 88th
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 99
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 1010
- Innenwand des MittelstücksInner wall of the centerpiece
- 1111
- Längsrippelongitudinal rib
- 1212
- Längsnutlongitudinal groove
- 1313
- DriftrohrhalterDrift tube holder
- 1414
- DriftrohrstückDrift tube section
- 1515
- strukturierter unterer Stahlblocktextured lower steel block
- 1616
- ebener Innenbodenlevel interior floor
- 1717
- Fokussiereinrichtungfocusing
- 1818
- VakuumdurchführungVacuum feedthrough
- 1919
- strukturierter oberer Stahlblockstructured upper steel block
- 2020
- innere Abdeckflächeinner cover surface
- 2121
- Öffnungen in AbdeckflächeOpenings in cover area
- 2222
- Vakuumflanschvacuum flange
- 2323
- Strahlrichtungbeam direction
- 2424
- erster innerer Bereichfirst inner area
- 2525
- zweiter innerer Bereichsecond inner area
- 2626
- dritter innerer Bereichthird inner area
- 2727
- vierter innerer Bereichfourth inner area
- 2828
- erste Triplettlinsefirst triplet lens
- 2929
- zweite Triplettlinsesecond triplet lens
- 3030
- dritte Triplettlinsethird triplet lens
- 3131
- Kühlwasserkanal in Längsrippe Cooling water channel in longitudinal rib
- 3232
- Außenflächen der StahlblöckeExterior surfaces of the steel blocks
- 3333
- Kühlwasserkanal in oberen und unteren StahlblöckenCooling water channel in upper and lower steel blocks
- 3434
- Vakuumdurchführungen zu den TriplettlinsenVacuum penetrations to the triplet lenses
- 3535
- Vakuumdurchführungen zu den TriplettlinsenVacuum penetrations to the triplet lenses
- 3636
- Vakuumdurchführungen zu den TriplettlinsenVacuum penetrations to the triplet lenses
- 3737
- Gehäuse der TriplettlinseHousing of the triplet lens
- 3838
- Abstimmplattetuning plate
- aa
- Mittenabstand zwischen DriftrohrstückenCenter distance between drift tube pieces
Claims (13)
wobei das Mittelstück (4) abnehmbar auf der unteren Halbschale (5) montiert ist, und von der oberen Halbschale (6) abnehmbar abgedeckt ist
dadurch gekennzeichnet, dass
die untere Halbschale (5) einen strukturierten Stahlblock (15) aufweist, der einen teilweise ebenen Innenboden (16) besitzt, auf dem Vakuumdurchführungen (18) angeordnet sind, und
die obere Halbschale (6) ebenfalls einen strukturierten Stahlblock (19) aufweist, der eine teilweise ebene innere Abdeckfläche (20) mit Vakuumdurchführungen (18) aufweist.Drift tube accelerator for accelerating ion packets in ion beam accelerators, comprising:
the center piece (4) being detachably mounted on the lower half shell (5) and being removably covered by the upper half shell (6)
characterized in that
the lower half shell (5) has a structured steel block (15) having a partially planar inner bottom (16) on which vacuum passages (18) are arranged, and
the upper half-shell (6) also has a structured steel block (19) which has a partially planar inner covering surface (20) with vacuum passages (18).
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vakuumtank (3) mindestens 2 innere Bereiche (24, 25) aufweist, in denen die Driftrohre (14) mit alternierend angeordneten Driftrohrhaltern (13) angeordnet sind, wobei zwischen den Bereichen jeweils ein spezielles Driftrohr enthaltend eine Fokussiereinrichtung (17) zur transversalen Fokussierung der Ionenstrahlen stehend auf dem teilweise ebenen Innenboden (16) des unteren strukturierten Stahlblockes (15) derart angeordnet ist, daß es die Längsachse (7) des Mittelstücks (4) umschließt.Drift tube accelerator according to claim 1,
characterized in that
the vacuum tank (3) has at least 2 inner regions (24, 25) in which the drift tubes (14) are arranged with drift tube holders (13) arranged alternately, wherein in each case a special drift tube containing a focusing device (17) for transversal focusing is provided between the regions the ion beams are arranged standing on the partially flat inner bottom (16) of the lower structured steel block (15) so as to surround the longitudinal axis (7) of the center piece (4).
dadurch gekennzeichnet, dass
als Fokussiereinrichtungen (17) Quadrupolmagnete enthalten sind, die als Singuletts oder als Multipletts in den speziellen Driftrohren angeordnet sind.Drift tube accelerator according to claim 2,
characterized in that
as focusing means (17) are included quadrupole magnets which are arranged as singlets or as multiplets in the special drift tubes.
dadurch gekennzeichnet, dass
der strukturierte untere Stahlblock (15) oder der strukturierte obere Stahlblock (19) oder der strukturierte untere und obere Stahlblock (15, 19) entlang der Fokussiereinrichtungen (17) einen veränderten Querschnitt aufweisen als entlang der Bereiche, in denen die Driftrohre (14) mit alternierend angeordneten Driftrohrhaltern (13) angeordnet sind.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the structured lower steel block (15) or the structured upper steel block (19) or the structured lower and upper steel block (15, 19) along the focussing means (17) have a different cross section than along the areas in which the drift tubes (14) arranged alternately drift tube holders (13) are arranged.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Driftrohre (14) mit alternierend angeordneten Driftrohrhaltern (13) mit in Strahlrichtung zunehmenden Mittenabständen angeordnet sind.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the drift tubes (14) are arranged with alternately arranged drift tube holders (13) with increasing center distances in the beam direction.
dadurch gekennzeichnet, dass
der strukturierte untere Stahlblock (15) oder der strukturierte obere Stahlblock (19) oder der strukturierte untere und der obere Stahlblock (15, 19) Kavitäten aufweisen, die den Querschnitt des Vakuumtanks (3) in bestimmten Abschnitten erweitern.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the structured lower steel block (15) or the structured upper steel block (19) or the structured lower and upper steel block (15, 19) have cavities which expand the cross section of the vacuum tank (3) in certain sections.
dadurch gekennzeichnet, dass
der strukturierte untere Stahlblock (15) oder der strukturierte obere Stahlblock (19) oder der strukturierte untere und der obere Stahlblock (15, 19) Kavitäten aufweisen, die den Querschnitt des Vakuumtanks (3) in bestimmten Abschnitten stufenweise erweitern.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the structured lower steel block (15) or the structured upper steel block (19) or the structured lower and upper steel blocks (15, 19) have cavities which gradually expand the cross section of the vacuum tank (3) in certain sections.
dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem teilweise ebenen Innenboden (16) des strukturierten unteren Stahlblocks (15) oder auf der teilweise ebenen inneren Abdeckfläche (20) des strukturierten oberen Stahlblocks (19) oder auf dem teilweise ebenen Innenboden (16) des strukturierten unteren Stahlblocks (15) und auf der teilweise ebenen inneren Abdeckfläche (20) des strukturierten oberen Stahlblocks (19) zusätzliche Abstimmelemente (38) angeordnet sind. Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
on the partially flat inner bottom (16) of the structured lower steel block (15) or on the partially flat inner covering surface (20) of the structured upper steel block (19) or on the partially flat inner bottom (16) of the structured lower steel block (15) and on the partially planar inner cover surface (20) of the structured upper steel block (19) additional tuning elements (38) are arranged.
dadurch gekennzeichnet, dass
die alternierend angeordneten Driftrohrhalter ( (14)) (13) in Längsnuten (12) parallel zur Längsachse (7) in den Längsrippen (11) des Mittelstücks (4) geführt werden.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the alternately arranged Driftrohrhalter ((14)) (13) in longitudinal grooves (12) parallel to the longitudinal axis (7) in the longitudinal ribs (11) of the central piece (4) are guided.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Längsrippen (11) in Längsrichtung einen Kühlwasserkanal (31) aufweisen.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the longitudinal ribs (11) have a cooling water channel (31) in the longitudinal direction.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mittelstück (4) in den Stirnseiten weitere Kühlwasserkanäle aufweist.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the center piece (4) has further cooling water channels in the end faces.
dadurch gekennzeichnet, dass
der strukturierte untere und der obere Stahlblock (15, 19) Kühlwasserführungen (33), die auf ihren Außenflächen (32) angeordnet sind, aufweisen.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the structured lower and upper steel blocks (15, 19) have cooling water guides (33) disposed on their outer surfaces (32).
dadurch gekennzeichnet, dass
der strukturierte untere und der obere Stahlblock (15, 19) Mindestwandstärken von 10 mm aufweisen.Drift tube accelerator according to one of the preceding claims,
characterized in that
the structured lower and the upper steel block (15, 19) have minimum wall thicknesses of 10 mm.
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