FI79924C - Hoegfrekvent jonaccelerator. - Google Patents

Description

1 79924

Suurtaajuusionikiihdytin

Keksintö liittyy kiihdytinlaitteisiin ja erityisesti suurtaajuusionikiihdyttimeen.

Keksintöä voidaan käyttää ionien injektointiin 5 ionisynkrotroneissa tai suurenergisten lineaari-ionikiih-dyttimien esikiihdytysvaiheissa, sekä myös itsenäisenä kiihdytinyksikkönä tarvittavien hapen, typen, hiilen, fluorin ja muiden alkuaineiden isotooppien tuottamiseen.

Sinänsä tunnettuja ovat pienikokoiset syklotronit 10 ja suoratoimiset kiihdyttimet jotka muodostuvaat kiihdytys-putkesta ja suurjännitelähteestä joka tuottaa kiihdytettävien hiukkasten tarvitseman energian. Näiden kiihdytti-mien kiihdytysputkien valmistaminen on monimutkaista, koska niiden sähköinen kestävyys on hankalasti toteutetta-15 vissa. Tämän lisäksi ne ovat suuria, raskaita ja kuluttavat liikaa energiaa. Ionilähteet ovat vaikeasti asennettavia ja vaihdettavia.

Sinänsä erittäin hyvin tunnettuja ovat suurtaajuus-ionikiihdyttimet joiden kiihdytysrakenne perustuu Eoio,Hlln 20 tyyppisiin värähtelyihin tai sitten H-tyyppisiin värähtelyi-hin. Tälläisissa laitteissa on mahdollisuus kiihdyttää raskaita ioneja, joilla on pieni alkuenergia, rajoitettu. Tämä johtuu siitä, että ajautumisputket täytyy tehdä lyhyiksi jotta saataisiin halkaisijaltaan kohtuullisen kokoi-25 nen resonaattori, sekä siitä, että kiihdytettyjen ionien kohistaminen on vaikeaa.

Pienen alkuenergian omaavien ionien kiihdyttämisessä käytetään laajalti hyväksi suurtaajuusionikiihdytti-miä jotka perustuvat yhdellä tai kahdella langalla var-30 jostettuihin linjoihin ja TEM tyyppisiin värähtelyihin ja joilla ei ole sähkömagneettisten värähtelyjen kriittistä aallonpituutta.

Sinänsä tunnettu on suurtaajuus ionikiihdytin (Proceedings of 1975 Proton Linear Accelerator Conference, 35 Chalk River 1976, p. 62) joka muodostuu muutamasta kiih- 2 79924 dytyslinjasta, joista yksi on neljännesaalto koaksiaali-nen kiihdytysresonaattori, joka resonaattori muodostuu yhdellä langalla varjostetusta linjasta ja jossa linjassa on aksiaalisesti sarjaan kytkettyjä ajautumisputkia.

5 Ajatumisputket on vuorotellen kytketty sisäelektrodiin ja ulkovarjostimeen siten että niiden pituusakseli on kohtisuorassa kiihdytyselektrodin pituusakselia vastaan.

Tämän tyyppisten kiihdyttimien kiihdytysresonaat-torit kuuluvat järjestelmiin joissa kiihdytysaukot ovat riinakkain kytkettyjä. Kiihdytysaukko on ajautumisputkien päätyjen väliin jäävä tila. Kiihdytettyjen hiukkasten energia nousee suhteessa kiihdytysaukkojen määrään, kun taas kiihdytyskanavan pituus kasvaa paljon nopeammin johtuen tionien nopeuden noususta. Kiihdytysjakson kasvat-15 taminen vähentää kiihtyvyyttä kiihdytysjärjestelmän loppupäässä. Sinänsä tunnettuja ovat suurtaajuusionikiihdyttimet joissa erilaisin teksinin keinoin pyritään poistamaan sekundäärielektronien resonanssin suurtaajuuspurkaus kiihdytysaukoissa, esimerkiksi käytetään kiihdytysaukon 20 toteuttamista viritettäessä resonaattoria itsevirittyvästä suurtaajuusoskillaattorista. Näissä laitteissa käytetään hyväksi kiihdytysaukkojen tottumista kun resonaattoria viritetään monivaiheisella itsevirittyvällä oksillaat-torilla jossa on erillinen pääoskillaattori. Ajautumis-25 putkissa on kiihdytysaukkojen muodostamiseksi erityinen päällyste jolla on pieni sekundäärielektroniemissio; resonaattorit tehdään erikoismetalliseoksista.

Tällainen tekee suurtaajuusionikiihdyttimen toteutuksen entistäkin monimutkaisemmaksi.

30 Sinänsä tunnettu on suurtaajuusionikiihdytin (I:A. Baranov, N.N. Devtyatko, V.V. Obnordsky etc'

Multibeam Electron Accelerator with Energy of up to 1.5 MaV/c' 3. yleis-meuvostoliittolainen konferenssi aiheesta 'varattujen hiukkasten kiihdyttimien käyttö 35 kansantaloudessa' osa 1 sivu 114, Leningrad 1979), 3 79924 joka muodostuu sylinterimäisestä koaksiaalisesta neljän-nesaaltoresonaattorista, jossa on, sisäelektrodin avoin-piiripäässä, ajautumisputki asennettu siten, että sen pituusakseli on kohtisuorassa resonaattorin pituusakselia 5 vastaan, kun taas ulkovarjostin on tehty kahdesta osasta. Alempi osa on tyhjiösäiliössä tukieristimien päällä ja yhdistetty ulkovarjostimen yläosaan ohituskondensaattorin välityksellä. Suurtaajuuspurkauksen sekundäärielektroni-reseonanssin vaimentamiseksi on ulkovarjostimen alaosaa 10 kytketty -4000 V esijännite tasajännitelähteestä. Varsinaisen oskillaattorin suurtaajuuslähteenä käytetään yksivaiheista, yhteishilaan kytkettyä, itsevirittyvää oskillaattoria itse resonaattorin ollessa itseviritty-vän oskillaattorin anodipiirissä.

15 Tässä suurtaajuusionikiihdyttimessä resonaattorin koko värähtelyvirta kulkee ohituskondensaattorien läpi. Ohituskondensaattorien suurin sallittu reaktiivinen teho rajoittaa värähtelypiirin virtaa ja sen vuoksi myös kiih-dytysaukkojen jännitettä ja kiihdytettävien hiukkasten 20 energiaa. Lisäksi, koska ohituskondensaattorit ovat tyhjiössä, on niiden jäähdyttäminen vaikeaa mikä tekee suur-taajuus ion iki ihdytt imen toteutuksen hankalaksi.

Sinänsä tunnettu on suurtaajuusionikiihdytin (cf. G Nassibiau, JRJ Rennett et ai. A. One-MeV/Nucleau 25 Sloaw and Zanrence Neone Ion Linear Accelerator. The Review of Scientific Instruments vol 32, No 12, p.

1316-p. 1326) joka muodostuu kiihdytysresonaattorista, jossa on kahdella samassa vaiheessa viritettävällä langalla varjostettu linja, jossa linjassa on ensimmäinen 30 ja toinen sisäelektrodi, ajautumisputkesta, joka muodostaa kiihdytyskanavan, resonaattoriin kytketystä ulkovar jostimesta , suurjänniteteholähteellä varustetusta suurtaajuusoskillaattorista, ionilähteestä, joka sijaitsee kiihdityskanavan yhdellä puolella, ja ionien ulos-35 ottolaitteesta vastakkaisella puolella.

4 79924 Tämän suurtaajuusionikiihdyttimen kiihdytys-resonaattori muodostuu sarjaan kytketyistä neljännes-aaltoresonaattoreista jotka on kytketty toisiinsa niistä 5 kohdin jossa niillä on sama suurtaajuuspotentiaali.

Kukin resonaattori on symmetrinen kahdella vastakkaisessa vaiheessa viritettävällä langalla varhostettu piiri. Vähän matkan päässä resonaattorin avoinpiiri-päästä ja sisäelektrodeista ovat vuorotellen kytketyt 10 ajautumisputket. Ajautumisputkien pituusakselit ovat samansuuntaiset suurtaajuusionikiihdyttimen pituus-akselin kanssa. Kummankin sisäelektrodin suurtaajuuspotentiaali on sama ja sen vuoksi kunkin kiihdytysaukon jännite on sama ja sen vuoksi kenkin kiihdytysaukon 15 jännite on käytännöllisesti katsoen sama joten kiihtyvyys pienenee jokaisen resonaattorin loppupäässä kiihdyttävien ionien nopeuden kasvaessa ajautumisputkien pituuden myötä, tämä johtaa kiihtyvyyden pienenemiseen koko suurtaajuusionikiihdyttimessä. Tässä suurtaajuus-20 ionikiihdyttimessä käytetään kiihdytysaukkojen pidennettyä totuttamista suurtaajuisella itsevirittyvällä oskillaattorilla sekundäärielektroniresonanssin poistamiseksi. Tämä monimutkaistaa suurtaajuusoskillaattorin ja koko suurtaajuusionikiihdyttimen toteutusta.

25 Tämän esillä olevan keksinnön tarkoitus on tehdä mahdolliseksi sellainen suurtaajuusionikiihdytin, joka käyttää mahdollisimman paljon hyväksi suurtaajuusionikiihdyttimen kiihdytysresonaattorin geometriaa, sekä kasvattaa kiihdytysaukkojen jännitettä kiihdytyskanavan 30 loppupäässä, ja päästä eroon sekundäärielektronien resonanssin suurtaajuuspurkauksesta täten mahdollistaen ionien suuremman kiihtyvyyden ja suurtaajuusionikiihdyttimen yksinkertaisemman toteutuksen.

Tähän päästään käyttämällä suurtaajuusionikiihdy-35 tintä, joka käsittää kiihdytysresonaattorin, joka muodostuu 5 79924 kahdella vastakkaisvaiheisella langalla varjostetusta linjasta, jossa on ensimmäinen ja toinen sisäelektrodi, kiihdytyskanavan muodostavat ajautumisputket ja ulko-varjostimen: kiihdyttävä resonaattori on kytketty suur-5 jänniteteholähteellä varustettuun suurtaajuusoskillaat- toriin, ionilähde sijaitsee ionikiihdytyskanavan yhdellä puolella ja ulosottolaite vastakkaisella puolella. Keksinnön mukaan, jotta kiihdytysresonaattori saataisiin yhdeksi neljännesaaltoresonaattoriksi, ensimmäinen ioni-10 lähteen puolella oleva ajatumisputki kiihdytyskanavan alkupäässä ja tämän osan parittomat putket on kytketty ulkovarjostimeen, kun taas parilliset putket on kytketty ensimmäisen sisäelektrodin avoinpiiri-päähän; kiihdytys-kanavan loppupään ensimmäisen ionilähteenpuoleinen ajau-15 tumisputki ja tämän vaiheen parittomat ajautumisputket on kytketty toisen sisäelektrodin avoinpiiri-päähän, kun taas parilliset putket on kytketty ulkovarjostimeen; ajautumisputkien pituusakseli on kohtisuorassa ulkovar-jostimen pituusakselia vastaan, sisäelektrodit sijait-20 sevat epäsymmetrisesti ulkovarjostimen pituusakselin suhteen; ensimmäisen sisäelektrodin akselia on siirretty poispäin ulkovarjostimen pituusakselista ioni-lähteen suuntaan matkan joka on 0,5-0,7 ulkovarjostimen poikkileikkauksen säteenmittaa. Toisen sisäelektrodin 25 akselia on siirretty poispäin ulkovarjostimen pituus- akselista ulosottolaitteen suuntaan matkan joka on 0,1 -0,4 ulkovarjostimen poikkileikkauksen säteenmittaa, ensimmäisen ja toisen sisäelektrodin poikkileikkausympy-röiden halkaisijoiden suhde on 1,5-2,5; sisäelektrodit 30 on yhdistetty toisiinsa johtavalla levyllä, joka on kiinnitetty ulkovarjostimeen eristimillä.

Sisäelektrodien epäsymmetrinen sijainti ulkovar-jostimen pituusakseliin nähden, sisäelektrodien akselin syrjäänvienti ulkovarjostimen pituusakselista maini-35 tulle etäisyydelle, sisäelektrodien poikkileikkaus- 6 79924 ympyröiden halkaisijoiden suhteen pitäminen määrätyissä rajoissa sekä mainittu ajautumisputkien kytkentä sekä niiden pituusakselien sijainti kohtisuoraan varjostimen pituusakselia vastaan johtaa kiihdytyselektrodien jän-5 nitteen kasvuun kiihdytyskanavan loppupäässä ja täten kiihtyvyyden kasvuun.

Kytkemällä sisäelektrodit johtavalla levyllä joka on kiinnitetty ulkovarjostimeen eristimillä voidaan tasaesijännite tuoda ilman eri järjestelyä kiihdytys-10 resonaattoriin. Tälläinen menetelmä sekundäärielektronien resonanssin suurtaajuuspurkauksen poistamiseksi on kaikkein yksinkertaisin. Sen vuoksi sisäelektrodien yhdistäminen ulkovarjostimeen eristimin kiinnitettävällä johtavalla levyllä johtaa yksinkertaiseen toteutukseen.

15 Ensimmäisen sisäelektrodin akselin sijoittaminen syrjään ulkovarjostimer pituusakselista etäisyydelle joka on suurempi kuin 0,7 ulkovarjostimen poikkileikkaus-ympyrän säteenmittaa ja toisen sisäelektrodin sijoittaminen etäisyydelle, joka on pienempi kuin 0,1 ulkovar-20 jostimen poikkileikkausympyrän säteenmittaa ulkovarjos-timen pituusakselista tai kun ulkovarjostimen poikkileikkausympyrän halkaisijan suhde toisen sisäelektrodin poikkileikkausympyrän halkaisijaan on suurempi kuin 2,5, aiheuttaa sen, että kiihdytysresonaattorin Q-arvo 25 pienenee ja tämä heikentää kiihdytysresonaattorin taa-juusstabiliutta vaatien suurilähtötehoisen suurtaajuus-oskillaattorin käyttämistä.

Ensimmäisen sisäelektrodin akselin sijoittaminen syrjään ulkovarjostimen pituusakselista etäisyydelle 30 joka on pienempi kuin 0,5 ulkovarjostimen poikkileikkausympyrän säteenmittaa ja toisen sisäelektrodin sijoittaminen syrjään ulkoarjostimen pituusakselista etäisyydelle joka on suurempi kuin 0,4 ulkovarjostimen poikkileikkausympyrän säteenmittaa kuin myös jos ensim-35 mäisen sisäelektrodin poikkileikkausympyrän halkaisijan 7 79924 suhde toisen sisäelektrodin poikkileikkausympyrän halkaisijaan on pienempi kuin 1,5. aiheuttaa sen että suurtaa-juusionikiihdyttimen koko kasvaa ja niinmuodoin ionien kiihtyvyys pienenee.

5 On edullista, että suurtaajuusionikiihdytin sisäl tää ajautumisputket jotka muodostavat ylimääräisen ioni-kiihdytyskanavan, ensimmäinen ajautumisputki ja sitä seuraavat parittomat ajautumisputket on kytketty ulko-varjostimeen, kun taas parilliset putket on kytketty 10 toisen sisäelektordin avoinpiiri-päähän; ajautumisputkien pituusakseli on kohtisuorassa ionikiihdytyskanavn ensimmäiseen ajatumisputkeen.

Ajautumisputket, jotka muodostavat ylimääräisen ionikiihdytyskanavan ja mainittu yhteys ulkovarjostimeen 15 ja toisen elektrodin avoinpiiripäähän, samoin kuin ajautumisputkien sivuunvienti, kääntömagneettijärjestelmä säädettävine kanavan pituuksineen, ionien kiihdyttäminen ylimääräisessä kiihdytyskanavassa, johtavat suurempaan ionienergiaan eli suurempaan kiihtyvyyteen 20 samoilla suurtaajuusionikiihdyttimen mitoilla.

On myös edullista, että ajautumisputkien, jotka on kytketty ensimmäisen sisäelektrodin avoinpiiri-päähän, ympärillä on johtava varjostin joka on kytketty kiihdytysresonaattorin ulkovarjostimeen.

25 Tämä on yksinkertainen tapa saavuttaa sisäelektrodien välillä vaadittava kapasitanssisuhde ja näin on mahdollista vähentää sekundäärielektronien resonanssin suurtaa juuspurkausta ensimmäiseen sisäelektrodiin yhdistetyn ajautumisputken ja toiseen sisäelektrodiin yhdistetyn 30 ajautumisputken välillä. Näiden ongelmien ratkaisu mahdollistaa suurtaajuusionikiihdyttimen toteutuksen yksinkertaistamisen.

Tämän suurtaajuusionikiihdyttimen avulla voidaan ionien kiihtyvyyttä lisätäsamalla kun rakenne yksinker-35 taistuu, ja käyttää yksinkertaisimpia keinoja sekundääri- 8 79924 elektrodien resonanssin suurtaajuuspurkauksen poistamiseen ja yksinkertaistaa valmistustekniikkaa ja alentaa suurtaajuusionikiihdyttimen kustannuksia.

Keksintöä kuvataan vielä esimerkin ja oheisessa 5 olevien kuvien avulla.

Kuva 1 on keksinnön mukainen kaavamainen kuva suurtaajuusionikiihdyttimestä.

Kuva 2 on poikkileikkauskuva viivaa II-II pitkin ajautumisputkien tasossa. Mainittu taso on keksinnön 10 mukaan kohtisuorassa kiihdytysresonaattorin pituusakselia vastaan.

Kuva 3 on keksinnän mukainen kaavamainen kuva suurtaajuusionikiihdyttimen rakenteesta jossa johtava varjostin ympäröi ensimmäisen elektrodin ajautumisputkia 15 ja jossa on ylimääräinen ionikiihdytyskanava ja kääntö-magneetti järjestelmä .

Kuva 4 on poikkileikkauskuva kuvan 3 viivaa IV-IV pitkin ajautumisputkien tasossa joka taso on kohtisuorassa kiihdytysresonaattorin pituusakselia vastaan 20 keksinnön mukaan.

Suurtaajuusionikiihdytin sisältää neljännesaalto-kiihdytysresonaattorin joka on tyhjiössä 1 (kuva 1). Kiihdytysresonaattori on vastakkaisvaisesti viritetyillä kahdella langalla varjostettu linja, jossa on avoin piiri 25 toisessa päässä ja jossa on kaksi sisäelektrodia 2 ja 3 ja ulkovarjostin 4. Sisäelektrodin 2 avoinpiiri-päähän on asennettu sylinterin 6 avulla kaksi ajautumisputkea 5.

Ajautumisputkien 5 välissä on ajautumisputki 7 joka on yhdistetty ulkovarjostimeen tangolla 8. Kiihdytysreso-30 naattorin avoinpiiri -päässä elektrodilla 3 on asennettu kaksi ajautumisputkea 9 sylinterin 10 avulla. Ajautumis-putkien 9 välissä on ajautumisputki 11 joka on kytketty ulkovarjostimeen tangolla 12.

Ajautumisputki 13 jossa on kiinni ionilähde 14 ja 35 ajautumisputki 13, johon ionien ulosottolaite on asennettu, 9 79924 on yhdistetty ulkovarjostimeen 4. Ionikiihdytyskanavan alkuosan muodostavat ionilähteen 14 vieressä ajautumis-putki 13, ajautumisputki 5, ajautumisputki 7 ja toinen ajautumisputki 5. Ionikiihdytysjanavan loppuosan muodos-5 tavat ajautumisputki 9, ajautumisputki 11, toinen ajautumisputki 9 ja ajautumisputki 13 joka sijaitsee ionien ulosottolaitteen 15 vieressä. Ajautumisputkien 5,7,9,11,13 pituusakselit ovat kohtisuorassa ulkovarjostimen 4 pituus-akselia vastaan.

10 Sisäelektrodi 3 ja 3 sijaitsevat epäsymmetrisesti ulkovarjostimen 4 pituusakselin suhteen. Sisäelektrodin 2 pituusakselia on siirretty ionilähdettä 14 kohti matkan joka on 0,5-0,7 ulkovarjostimen 4 poikkileikkausympyrän säteenmittaa. Sisäelektrodin 3 pituusakselia on siir- 15 retty ulosottolaitteen 15 suuntaan matka joka on 0,1-0,4 ulkovarjostimen 4 poikkileikkausympyrän säteenmittaa. Sisäelektrodin 2 poikkileikkausympyrän halkaisijan suhde sisäelektrodin 3 poikkileikkaus ympyrän halkaisijaan on 1,5-2,5.

20 Kiihdytysresonaattorin avoinpiiri-päässä on sisä- elektrodit 2 ja 3 kytketty keskenään johtavalla levyllä 16, joka on kiinnitetty ulkovarjostimeen 4 eristimillä 17. Negatiivinen jännite tasajännitelähteestä 19 viedään johtavalle levylle 16 suurtaajuus kuristuskäämin 18 kautta.

25 Suurtaajuusionikiihdytin sisältää suurtaajuusoskil- laattorin jonka värähtelyputki 20 on asennettu tyhjöeristi-meen 21 ja on yhdistetty kahdella langalla varjostettuun induktiiviseen silmukkaan 22. Sulkukondensaattoria 23 jossa on tyhjöaukko, käytetään eristämään anodijännitteen tasa- 30 jänniteosa suurtaajuusosasta.

Suurtaajuusionikiihdytin sisältää myös suurtaajuus-kuristuskäämin 24, jonka kautta anodijännite tuodaan suur-jänniteteho-oskillaattorilta. Tämä jännite viedään oskil-laattoriputken 20 anodille.

35 Oskillaattoriputken 20 ympärille rakennettu itse- 10 79924 virittyvä suurtaajuusoskillaattori on varustettu palaute-piirillä 26 jonka muodostaa palautesilmukka ja palaute-linja jossa on vaihesiirtäjä 27 kytkettynä katodipiiriin 28 palautesignaalin tarkan vaiheistuksen turvaamiseksi.

5 Kuvassa 2 on esitetty ajautumisputkien 13,5,7,9,11 sijainti ulkovarjostimen 4 suhteen.

Kuvassa 3 on suurtaajuusionikiihdytin jossa on kääntömagneettijärjestelmä 29. Ajautumisputket 5, jotka on kytketty sisäelektrodi 2:n avoinpiiri-päähän, on ympä-10 röity johtavalla varjostimella 30, joka varjostin on vuorostaan kytketty ulkovarjostimeen jotta taattaisiin enemmän kapasitiivista kuormaa sisäelektrodi 2:n avoinpiiri-päähän, silloin kun muutetaan sisäelektrodin 3 halkaisijaa kiihdyttävään sähkökentän tasoittamiseksi kiihdytys-15 resonaattorissa, sekä myös sekundäärielektrodien resonanssin suurtaajuuspurkauksen vähentämiseksi varjostamalla ajautumisputkien 5,9 välistä sähkökenttää.

Suurtaajuusionikiihdyttimessä on kaksi ajautumis-putkea 31 (kuva 1) jotka on kytketty sisäelektrodi 3:n 20 (kuva 3) avoinpiiri-päähän, kaksi ajautumisputkea 32 (kuva 4) jotka on kytketty ulkovarjostimeen 4. Ajautumisputket 32, 31, 11 muodostavat ylimääräisen ionikiihdytys-kanavan. Ajautumisputkien 31,32, 11 pituusakselit ovat kohtisuorassa ajautumisputkien 5,7,9,13 pituusakselia 25 vastaan. Kääntömagneettijärjestelmä 29 lähettää kiihdytetyt ionit kiihdytyskanavasta ylimääräiseen kiihdytys-kanavaan. Sen tulo on kytketty ulosottolaitteeseen 15, kun taas löhtö on kytketty ajautumisputkeen 32. Kääntö-magneetti järjestelmässä 29 on kolme 90 asteen magneettia 30 33, kaksi elementtiä 34 kanavan pituudensäätämiseksi ja kaksi unioninsiirtoelementtiä 35.

Suurtaajuusionikiihdyttimen toiminta tapahtuu seuraavalla tavalla. Kun välttämätön tyhjiö astiassa 1 on saavutettu (kuva 1), kytketään päälle ionilähde 14.

35 Sen jälkeen kun suurtaajuusoskillaattorin suurjännite-teholähde 25 samoin kuin tasajännitelähde 25 on kyt- n 79924 ketty päälle, suurtaajuusoskillaattori virittyy itsestään kiihdytysresonaattorin perustaajuudelle ja suur-jännite tulee jokaiseen kiihdytysaukkoon. Ionit syötetään ionilähteestä 14 ja ne kiihtyvät ajautumisputkien 5 13,5,7,9,11 kiihdytysaukoissa. Ionikiihdytyskanavan alku osan kiihdytysaukkojen pituudet on valittu niin, että ionien lentokulma ensimmäisessä kiihdytysaukossa on lähellä // -arvoa. Jos kiihdytysaukko olisi lyhyempi, jännite pienenisi (ja niinmuodoin kiihtyvyys) kun taas 10 suuremmalla jännitteellä kiihdytettävien ononien määrä vähenee. Ionien ohittaessa kiihdytysaukot niiden nopeus kasvaa, ja jotta yhtäsuuruus = /3 7\ (missä on kiihdytys jakso, aallonpituus, ^ β - V^/c, on ionien nopeus ja c valon nopeus) pysyisi voimassa, kai-15 kiila seuraavilla ajautumisputkilla 5,7,5,9,11,9,13 on suurempi pituus kuin edeltävillä ajautumisputkilla 13,5,7,5,9,11. Tämä vähentää kiihtyvyyttä kiihdytyskana-van loppupäässä. Ionien kiihtyvyyttä saadaan suurennettua kohottamalla suurtaajuusjännitettä kiihdytysaukoissa si-20 joittamalla sisäelektrodit 2, 3 epäsymmetrisesti ulkovar-jostimen 4 pituusakselin suhteen ja pienentämällä sisä-elektrodin 3 poikkileikkausympyrän halkaisijaa verrattuna sisäelektrodin 2 poikkileikkausympyrän halkaisijaan ja kun ajautumisputken 13, 7, 11 on kytketty ajautumisputkien 25 5 ulkovarjostimeen 4, ajautumisputkien 9 sisäelektrodiin 2 ja sisäelektrodiin 3, sekä asettamalla ajautumisputkien 13, 5, 7, 9 pituusakseli kohtisuoriksi ulkovarjostimen 4 pituusakselia vastaan.

Sähkökentän voimakkuuden pitämiseksi tasaisena 30 kiihdytysaukoissa kiihdytyskanvan loppuosan kiihdytys- aukkojen pituutta kasvatetaan verrattuna kiihdytyskanavan alkuosan kiihdytysaukkoihin samassa suhteessa kuin suurjännite kiihdytysaukoissa kasvaa. Sisäelektrodien 2, 3 epäsymmetrinen sijainti ulkovarjostimen 4 pituusakseliin näh-35 den ja sisäelekttodien 2, 3 halkaisijoiden ero määrää näi- 12 79924 den elektrodien karakterististen impedanssien eron.

Suurin hyöty resonaattorin elektrodien 2, 3 sijainnista (ajautumisputkien 13, 5, 7, 9, 11 sijainti) saadaan silloin kun sisäelektrodin 2 karakteristinen impedanssi 5 on n-kertaa pienempi kuin sisäelektrodin 3, n-nän ollessa välillä 1,5-2, kun taas ajautumisputkien 13, 5, 7 muodostaman kapasitanssin tulee olla vastaavasti suurempi kuin ajautumisputkien 9, 11, 13. Jos n on suurempi kuin 2, kiih-dytysresonaattorin toteuttaminen tulee teknisesti vaikeak-10 si; lisäksi, tällaisen resonaattorin Q-arvo pienenee ja suurtaajuusoskillaattorilta vaaditaan suurempi lähtöteho halutun ionikiihtyvyyden saavuttamiseksi. Jos n on pienempi kuin 1,5, kiihdytysresinaattorin koko kasvaa seurauksenaan ionien kiihtyvyyden pieneneminen.

15 Sisäelekttodien 2, 3, jotka ovat vastakkaisvaihei- sesti viritettyjä ja joissa kulkee sama virta, jännite on verrannollinen niiden karakteristisiin impedansseihin. Käytettäessä vastakkaisvaiheista viritystä on eristimen 17 jännite likimain nolla ja tämän vuoksi ei resonaattori-20 piirin virtaa tarvitse rajoittaa ja näin on mahdollista kasvattaa kiihdytysaukkojen jännitettä.

Jännitelähteestä 19 viedään tasajännite kuristus-käämin 18 kautta johtavalle levylle 16 sekundäärielektro-nien suurtaajuuspurkauksen estämiseksi.

25 Tämä menetelmä purkauksen pienentämiseksi tekee tarpeettomiksi muut rakenteet ja laitteet suurtaajuusioni-kiihdyttimessä ja yksinkertaistaa sen toteutusta. Kiihdytettyjen ionien pitkittäisen ja poikittaisen stabiiliuden takaa kiihdyttävä sähkökenttä itse; tässä käytetään vastak-30 kaisvaiheisen kohdistuksen periaatetta. Niinpä ionilähtees-tä 14 lähteneet ionit, kuljettuaan ajautumisputkien 13, 5, 7, 9, 11 muodostamista kiihdytysaukoista ja saatuaan lisää energiaa tulevat ulosottolaitteeseen 15. Patenttivaatimuksen mukainen suurtaajuusionikiihdytin mahdollistaa suurem-35 man ionien kiihtyvyyden ja toteutuksen yksinkertaistumisen.

13 79924

Kun ionit ovat kulkeneet kiihdytyskanavan läpi, ne kääntyvät kääntömagneettijärjestelmässä 29 (kuv. 4) ja niitä kiihdytetään ylimääräisessä kiihdytyskanavassa. Ylimääräinen kiihdytyskanava antaa ioneille lisäenergiaa, 5 eli niiden kiihtyvyys kasvaa, samalla suurtaajuusionikiih-dyttimen ja suurtaajuusoskillaattorin koolla. Ylimääräisen ionikiihdytyskanavan kiihdytys resonaattorien jännite on sama kuin ajautumisputkien 9, 11, 3 muodostamien kiih-dytysaukkojen jännite.

10 Se, että kääntömagneettijärjestelmän 29 kanavan pi tuutta voidaan säätää kanavan pituudensäätöelementeillä 34 turvaa vaadittavan vaiheistuksen kanavien välillä ja antaa mahdollisuuden kiihdytettyjen ionien energian säätöön.

Suurtaajuusionikiihdyttimessä, jossa sisäelektrodit 15 2 ja 3 (kuv. 3) sijaitsevat epäsymmetrisesti kahdella lan galla varjostettuun linjaan nähden ja jossa sisäelektrodin 3 halkaisijaa on pienennetty ja jossa ionit loukkuuntuvat kiihdytykseen vakiokulmassa, kasvaa kiihdytettyjen ionien energia tekijällä 1,5 (kun nämä ionit kulkevat ionikiih-20 dytyskanavassa) \errattuna resonaattorin symmetriseen toteutukseen. Ajautumisputket 31, 32, 11 (kuv. 4), jotka muodostavat ylimääräisen ionikiihdytyskanavan ja kääntömagneetti järjestelmä 29 mahdollistavat kiihdytettävien ionien energian kasvattamisen 1,5 kertaiseksi ilman että tarvitaan 25 enemmän suurtaajuustehoa kiihdytysresonaattorin viritykseen.

Täten suurtaajuusionikiihdytin, joka on tunnettu yksinkertaisesta toteutuksesta, mahdollistaa ionien kiihtyvyyden lisäämisen.

Claims (3)

14 79924

1. Suurtaajuusionikiihdytin, joka muodostuu kiihdytysresonaattorista joka on vastakkaisvaiheisesti 5 kahdella langalla varjostettu linja, missä on kaksi si-säelektrodia (2, 3), ajautumisputket (5, 6, 7, 11, 13), jotka muodostavat ionikiihdytyskanavan, sekä ulkovarjosti-mesta (4), ja kytkettynä kiihdytysresonaattoriin, suur-taajuusoskillaattorista, jossa on suurjänniteteholähde (25), 10 ionilähteestä (14) joka on kiihdytyskanavan yhdellä puolella ja ulosottolaitteesta (15) joka sijaitsee kiihdytys-kanavan vastakkaisella puolella, tunnettu siitä, että ensimmäinen ajautumisputki (13) ionilähteen (14) puolella kiihdytyskanavan alkuosassa ja parittomat ajautumis-15 putket (7) tässä osassa on kytketty ulkovarjostimeen (4), kun taas parilliset ajautumisputket (5) on kytketty sisä-elektrodin (2) avoinpiiripäähän, ensimmäinen ajautumisputki (9) ionikiihdytyskanavan loppupään ionilähteen (14) puoleisessa päässä ja parittomat ajautumisputket (9) tässä 20 osassa on kytketty sisäelektrodin (3) avoinpiiripäähän, kun taas parilliset ajautumisputket (11, 13) on kytketty ulkovarjostimeen (4), ajautumisputkien (13, 5, 7, 9, 11) pituusakselia on siirretty kohtisuorasti ulkovarjostimen (4) pituusakseliin nähden, sisäelektrodit (2, 3) sijait-25 sevat epäsymmetrisesti ulkovarjostimen (4) pituusakselin suhteen, sisäelektrodin (2) akselia on siirretty ulkovar-jostimen (4) pituusakselista ionilähteen (14) suuntaan etäisyydelle, joka on 0,5-0,7 ulkovarjostimen (4) poikki-leikkausympyrän säteenmittaa, sisäelektrodin (3) akselia 30 on siirretty ulkovarjostimen (4) pituusakselista ulosotto-laitteen (15) suuntaan etäisyydelle joka on 0,1-0,4 ulko-varjostimen (4) poikkileikkausympyrän säteenmittaa, sisäelektrodin (2) poikkileikkauksen halkaisijan suhde sisäelektrodin (3) poikkileikkauksen halkaisijaan on 1,5-2,5, is 79 924 sisäelektrodit (2 ja 3) on yhdistetty toisiinsa johtavalla levyllä joka on kiinnitetty ulkovar jos tiineen (4) eristimen (17) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtaajuus-5 ionikiihdytin on tunnettu siitä, että siinä on ajautumisputket (31, 32, 11) jotka muodostavat ylimääräisen ionikiihdytyskanavan, ensimmäinen ajautumisputki (32) ja kaikki sen jälkeen tulevat parittomat ajautumisputket (11) on kytketty ulkovarjostimeen (4), kun taas 10 parilliset ajautumisputket (31) on yhdistetty sisäelektro-din (3) avoinpiiripäähän, ajautumisputkien (31, 32, 11) pituusakseli on kohtisuorassa kiihdytyskanavan ajautumis-putkia (13, 5, 7, 9, 11) vastaan, kääntömagneettijärjestelmä (29) jossa on elementit (34) kanavan pituuden sää-15 töön, ja jonka tulo on kytketty ulosottolaitteeseen (15) ja lähtö ylimääräisen kiihdytyskanavan ensimmäiseen ajau-tumisputkeen (32).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suurtaajuus-ionikiihdytin on tunnettu siitä, että ajautumisput- 20 ket (5), jotka on kytketty sisäelektrodin (2) avoinpiiripäähän, on ympäröity johtavalla varjostimella (30) joka on kytketty kiihdytysresonaattorin ulkovarjostimeen (4). is 79924