IT201900009798A1 - Apparato acceleratore elettrostatico di particelle cariche e relativo modulo acceleratore - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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Description
DESCRIZIONE
SFONDO TECNOLOGICO DELL’INVENZIONE
Campo di applicazione
La presente invenzione si riferisce ad un apparato acceleratore elettrostatico di particelle cariche, in particolare ioni, e ad un modulo acceleratore impiegato in tale apparato.
Arte nota
Come noto, acceleratori di ioni operanti nell'intervallo fra poche decine di keV e alcuni MeV sono largamente usati per la generazione di raggi X, per l’analisi dei materiali, l’impiantazione ionica utilizzata nella fabbricazione di circuiti elettronici integrati, la diagnosi e terapia medica.
Gli acceleratori di ioni noti ed attualmente impiegati sono basati su schemi di generazione di alta tensione elettrostatica (per esempio dell’ordine delle centinaia o migliaia di kV) di Van de Graaf o Cockcroft-Walton, noti ad un esperto del settore.
In tali acceleratori di tipo noto, pur impiegando metodi diversi, la tensione di accelerazione viene generata su un terminale dell’acceleratore per poi essere fornita ad elettrodi di accelerazione mediante un partitore resistivo, con intervalli di 30-50kV.
Tra gli acceleratori di ioni noti, l’acceleratore basato sullo schema di generazione di tensione di Van de Graaf ha una struttura che include parti mobili. Tali parti mobili hanno l’inconveniente di essere soggette ad usura col passare del tempo. Di conseguenza, questa tipologia di acceleratori richiede sovente manutenzione.
Inoltre, la stabilità di energia e la precisione ottenibile con gli acceleratori di ioni di tipo noto è dell'ordine di 200 eV su 1 MeV. Tale precisione dipende dalla scelta dei componenti definita in fase di progetto dell’acceleratore stesso e non può essere controllata durante il funzionamento dell’acceleratore né tantomeno modificata nel corso della vita operativa dell’acceleratore.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione un apparato acceleratore elettrostatico di particelle cariche, in particolare ioni, ed un relativo modulo acceleratore incluso nell’apparato avente caratteristiche tali da ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti descritti con riferimento agli acceleratori di ioni attualmente utilizzati.
Questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un modulo acceleratore di un apparato acceleratore elettrostatico di particelle cariche, in particolare ioni, in accordo con la rivendicazione 1 ed un apparato acceleratore che impiega tale modulo in accordo con le rivendicazioni 16 e 17.
Forme di realizzazione preferite e vantaggiose del modulo acceleratore e dell’apparato acceleratore elettrostatico sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del modulo acceleratore e del relativo apparato acceleratore di particelle elettricamente cariche secondo l’invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:
- la figura 1 illustra una vista prospettica di una sezione longitudinale di un apparato acceleratore di particelle cariche in accordo con la presente invenzione in una prima configurazione operativa;
- la figura 2 illustra una vista in sezione longitudinale di un tubo a vuoto di un modulo acceleratore incluso nell’apparato di figura 1;
- la figura 3 illustra una vista in sezione longitudinale di un modulo acceleratore dell’apparato acceleratore di figura 1;
- la figura 4 illustra una vista frontale della sezione longitudinale dell’apparato acceleratore di particelle cariche di figura 1;
- la figura 5 illustra una vista in sezione longitudinale di tubi a vuoto di due moduli acceleratore dell’invenzione tra loro collegati in una seconda configurazione operativa dell’apparato acceleratore;
- la figura 6 illustra una vista in sezione trasversale del modulo acceleratore di figura 3;
- la figura 7 illustra una vista in esploso di un esempio di un generatore di tensione impiegato nell’apparato acceleratore di particelle cariche di figura 1.
Nelle suddette figure, elementi uguali o analoghi sono indicati mediante gli stessi riferimenti numerici. DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Con riferimento alla figura 1, un apparato acceleratore elettrostatico di particelle cariche in accordo con la presente invenzione in una prima configurazione operativa è complessivamente indicato con il riferimento numerico 100.
Il suddetto apparato acceleratore 100 elettrostatico di particelle cariche sarà indicato nel seguito anche apparato acceleratore o più semplicemente apparato.
Inoltre, le particelle elettricamente cariche accelerate dall’apparato acceleratore 100 possono essere ioni (positivi o negativi) o elettroni. Negli esempi di realizzazione descritti nel seguito, si farà riferimento, preferibilmente, ma non limitativamente, agli ioni.
In riferimento alle figure 1 e 4, l’apparato acceleratore elettrostatico 100 comprende una prima porzione di accelerazione 30 delle particelle cariche operativamente associata ad una seconda porzione di accelerazione 40 delle particelle.
Tali porzioni 30, 40 di accelerazione dell’apparato 100 sono interposte tra una unità sorgente S di particelle cariche, in particolare ioni, da accelerare ed una unità utilizzatrice T (eventualmente con magnete selettore dell’energia degli ioni in uscita) degli ioni accelerati. In figura 4 le suddette unità, che sono esterne e collegabili all’apparato 100, sono schematicamente raffigurate mediante blocchi.
L’apparato 100 comprende, inoltre, un dispositivo 20 interposto tra le suddette prima 30 e seconda 40 porzione di accelerazione. Tale dispositivo 20, denominato “stripper” dagli esperti del settore, è configurato per modificare la carica elettrica delle particelle accelerate dalla porzione di accelerazione 30, 40.
In particolare, si osservi che con la previsione del dispositivo “stripper” 20, l’apparato acceleratore 100 è in configurazione “Tandem”, nota agli esperti del settore.
Come noto, l’acceleratore 100 in configurazione “Tandem” accelera ioni negativi nella prima porzione di accelerazione 30. Il dispositivo “stripper” 20 si concretizza in una catena 22 a cui sono fissati fogli di carbonio che sono interposti al cammino di tali ioni negativi. I suddetti fogli sono configurati per “strappare” elettroni dagli ioni negativi accelerati per trasformarli in ioni positivi.
Questi ultimi, vengono ulteriormente accelerati dalla seconda porzione di accelerazione 40. La catena 22 del dispositivo “stripper” 20 è movimentata da un opportuno motore 23 per sostituire un foglio di carbonio con un altro quando il primo è esaurito.
In aggiunta, l’apparato acceleratore 100 comprende un involucro 90 atto a delimitare un vano 91 per l’alloggiamento della prima 30 e seconda 40 porzione di accelerazione delle particelle cariche e di almeno parte del dispositivo 20 “stripper” interposto. Tale involucro 90 è collegato al potenziale di terra (GND).
Si osservi che la prima 30 e la seconda 40 porzione di accelerazione delle particelle dell’apparato 100 può comprendere uno o più moduli acceleratore 10 in accordo con la presente invenzione fissati meccanicamente tra loro e che verranno descritti in dettaglio nel seguito.
Nell’esempio delle figure 1 e 4, la prima 30 e la seconda 40 porzione di accelerazione delle particelle comprendono ciascuna un singolo modulo acceleratore 10.
In particolare, con riferimento alla figura 3, il modulo acceleratore 10 della prima porzione di accelerazione 30 ha una rispettiva prima estremità 1’ fissata ad un primo elemento di collegamento 21 del dispositivo “stripper” 20. Inoltre, il modulo acceleratore 10 di tale seconda porzione di accelerazione 40 delle particelle ha una rispettiva prima estremità 1’ fissata ad un secondo elemento di collegamento 21’ del dispositivo “stripper” 20.
In un differente esempio di realizzazione dell’apparato, che può essere descritto in parte in riferimento alla figura 5, l’apparato acceleratore 100 elettrostatico di ioni comprende una prima porzione di accelerazione 30 degli ioni direttamente collegata ad una seconda porzione di accelerazione 40 di ioni.
In tale esempio di realizzazione, l’apparato acceleratore 100 è in configurazione “Single-ended”, nota agli esperti del settore.
In particolare, la prima 30 e la seconda 40 porzione di accelerazione di ioni possono comprendere ciascuna uno o più moduli acceleratore 10 in accordo con l’invenzione fissati meccanicamente tra loro.
In figura 5 è mostrato un esempio di collegamento diretto di due tubi 1 compresi nei due moduli acceleratore 10 in accordo con la configurazione “Single-ended”. In particolare, un tubo 1 di un modulo acceleratore 10 della prima porzione di accelerazione 30 ha una rispettiva prima estremità 1’ fissata direttamente ad una rispettiva seconda estremità 1’’ di un analogo tubo 1 di un altro modulo acceleratore 10 incluso nella seconda porzione di accelerazione 40.
Analogamente alla soluzione “Tandem”, anche l’apparato acceleratore in configurazione “Singleended” comprende un involucro atto a delimitare un rispettivo vano di alloggiamento della prima 30 e della seconda 40 porzione di accelerazione degli ioni (non mostrato nelle figure).
Si osservi che, a differenza della configurazione “Tandem”, l’apparato acceleratore 100 di tipo “Singleended” è configurato per accelerare ioni positivi oppure ioni negativi senza cambiarne la carica. La sorgente di ioni S in tal caso è una sorgente ad alta tensione costituita da una bombola di gas in cui si generano ioni per esempio per scarica elettrica.
In riferimento alle figure 1, 2, 3 e 6 è descritto un esempio di realizzazione preferito del modulo acceleratore 10 incluso nell’apparato acceleratore elettrostatico 100 di particelle cariche, in particolare ioni, in accordo con l’invenzione.
Tale modulo acceleratore 10 comprende un tubo 1 provvisto di una prima parete 2 cilindrica in materiale isolante, per esempio polimetilacrilato (PMMA), atta a delimitare un percorso di accelerazione 3 delle particelle cariche lungo un asse longitudinale X del tubo 1 da una prima estremità 1’ ad una contrapposta seconda estremità 1’’ del tubo stesso. In tale percorso di accelerazione 3 è creato il vuoto.
Il modulo acceleratore 10 comprende, inoltre, una pluralità di elettrodi in metallo 4 fissati al tubo 1 tra le suddette prima 1’ e seconda estremità 1’’. Negli esempi delle figure, il modulo acceleratore 10 comprende cinque elettrodi. Ciascuno di tali elettrodi 4 include: - una prima porzione 41 di elettrodo che si estende all’esterno del tubo 1 ortogonalmente all’asse longitudinale X del tubo 1, ed
- una seconda porzione 42 di elettrodo che si estende all’interno del percorso di accelerazione 3 delle particelle cariche ortogonalmente all’asse longitudinale X del tubo 1 ed è collegata elettricamente alla prima porzione di elettrodo 41.
Inoltre, ciascuno degli elettrodi 4 della pluralità comprende un foro passante 43 ricavato nella seconda porzione 42 di elettrodo per il passaggio delle particelle cariche in accelerazione.
Si osservi che gli elettrodi 4 fissati al tubo 1 sono fabbricati in un materiale metallico scelto nel gruppo costituito da: alluminio, acciaio, titanio.
L’alluminio è preferito in quanto meno pesante rispetto agli altri materiali.
Il modulo acceleratore 10 comprende, inoltre, uno o più generatori di tensione 7 operativamente associati al tubo 1 tra la prima 1’ e la seconda estremità 1’’ del tubo 1. Tali generatori di tensione 7 sono connessi elettricamente in serie tra loro mediante conduttori elettrici 707. Gli esempi delle figure mostrano che ciascun modulo acceleratore 10 comprende 4-5 generatori di tensione 7.
Vantaggiosamente, ciascuno dei suddetti uno o più generatori di tensione 7 è a contatto con la prima porzione 41 di un primo dei suddetti elettrodi 4 fissati al tubo 1 ed è collegato elettricamente con la rispettiva prima porzione 41 di un secondo di tali elettrodi 4, mediante conduttori elettrici 707, per fornire a tale secondo elettrodo 4 una tensione elettrostatica di accelerazione pari alla somma della tensione elettrostatica generata dal generatore 7 e della tensione elettrostatica applicata sul primo di tali elettrodi 4.
In riferimento alla figura 2, il tubo 1 del modulo acceleratore 10 comprende una seconda parete 5 cilindrica coassiale alla prima parete cilindrica 2. La prima parete cilindrica 2 del tubo 1 ha un primo raggio r1 e la seconda parete cilindrica 5 ha un secondo raggio r2 minore del primo raggio r1. In altre parole, tale seconda parete 5 è alloggiata nel percorso di accelerazione 3 per separare un tratto principale di tale percorso da una intercapedine 51.
Vantaggiosamente, la seconda parete 5 cilindrica del tubo coassiale alla prima parete cilindrica 2 è in materiale di assorbimento di radiazioni X e gamma prodotte dall’interazione degli ioni con gli elettrodi 4.
Più in particolare, il materiale di assorbimento impiegato per fabbricare la seconda parete cilindrica 5 del tubo 1 è vetro o vetro al piombo.
In riferimento alle figure 2-3, il tubo 1 del modulo acceleratore 10 comprende mezzi 45 di fissaggio del modulo acceleratore ad almeno un ulteriore modulo acceleratore 10 analogo. Tali mezzi di fissaggio sono associati alla prima 1’ e alla seconda estremità 1’’ del tubo 1.
In un esempio di realizzazione preferito, tali mezzi di fissaggio comprendono una flangia circolare 45 includente fori passanti filettati per il fissaggio mediante bulloni o rivetti.
In riferimento alla figura 6, ciascun elettrodo 4 del modulo acceleratore 10 ha forma discoidale e si estende radialmente dall’asse longitudinale X del tubo 1 in allontanamento da tale asse.
Inoltre, ciascun elettrodo 4 comprende mezzi di connessione 50, in particolare viti di connessione 50, che impegnano fori passanti ricavati nella prima parete cilindrica 2 del tubo 1. Tali viti di connessione 50 sono annegati in una resina, per esempio epossidica, per fissare la prima porzione di elettrodo 41, esterna al tubo 1, con la rispettiva seconda porzione 42 di elettrodo che si estende all’interno del percorso di accelerazione 3 degli ioni. Tali viti di connessione 50, in particolare costituite ciascuna da due porzioni di vite che si collegano tra loro, sono atte a realizzare un collegamento elettrico tra la prima 41 e la seconda 42 porzione di elettrodo. La resina epossidica garantisce la tenuta delle condizioni di vuoto all’interno del tubo 1.
In maggior dettaglio, ciascun elettrodo 4 comprende tre viti di connessione 50 che si estendono radialmente rispetto all’asse longitudinale X del tubo 1 e sono distanziate tra loro di 120°.
Ancora in riferimento alla figura 6, ciascuno dei generatori di tensione 7 ha forma anulare per cingere coassialmente il tubo 1. Ciascun generatore di tensione 7 comprende primi contatti 55, per esempio contatti a molla 55, per il fissaggio del generatore di tensione 7 alla prima porzione 41 di elettrodo di uno degli elettrodi 4.
In maggior dettaglio, ciascuno dei generatori 7 comprende tre contatti a molla 55, sostanzialmente una molla metallica con la testa a forma di sfera, che si estendono radialmente rispetto all’asse longitudinale X del tubo 1 e sono distanziate tra loro di 120°.
Per evitare problemi di allineamento, gli elettrodi 4 sono provvisti di una cava lungo tutta la circonferenza, interna ed esterna, in cui entrano le viti e i contatti.
In riferimento alle figure 3 e 6, per ciascun elettrodo 4 del modulo acceleratore, la seconda porzione 42 di elettrodo che si estende all’interno del percorso di accelerazione 3 delle particelle cariche comprende uno o più fori passanti 52, per esempio nove fori nell’esempio di figura 6, per l’evacuazione dell’aria dall’intercapedine 51 compresa tra la prima 2 e la seconda 5 parete cilindrica del tubo 1.
Nel caso in cui ciò non fosse sufficiente, ovvero non si riuscisse a raggiungere il vuoto necessario, oppure il degassaggio del polimetilacrilato fosse troppo elevato, si prevede di riempire l’intercapedine 51 con resina epossidica in modo da ottenere un corpo unico tale per cui sul canale si affacciano vetro/metallo e poca resina, eliminando le sacche d’aria e riducendo al minimo il degassaggio.
Si osservi che ciascuno dei generatori di tensione 7 è alimentato otticamente ed è configurato per generare una tensione di accelerazione, o alta tensione, compresa tra 12kV e 100kV.
Tali generatori sono elettricamente flottanti, cioè la tensione fornita non è riferita ad un potenziale di riferimento assoluto.
In altre parole, un modulo acceleratore 10 dell’invenzione che includa cinque di tali generatori 7 connessi in serie tra loro può fornire una tensione minima complessiva di accelerazione di 60kV ed una tensione massima complessiva di accelerazione di 500kV.
Un esempio di realizzazione di un generatore di tensione 7 impiegabile nel modulo acceleratore 10 della presente invenzione è descritto in riferimento alla figura 7.
Tale generatore di tensione 7 ha una struttura modulare costituita da tre elementi aventi forma di dischi sovrapposti. Ciascun elemento discoidale comprende un foro passante 70 in posizione mediana allineato con i fori degli altri elementi discoidali. Il generatore 7 è alimentato senza fili (wireless) tramite un gruppo di laser a onda continua accoppiati in fibra.
Il generatore di tensione 7 comprende un primo disco 701 in materiale metallico, per esempio alluminio, che costituisce un primo elettrodo di tale dispositivo generatore posto al potenziale di riferimento in modulo inferiore. Tale primo disco 701 è configurato per alloggiare celle fotovoltaiche 702 atte a convertire la luce laser di alimentazione in potenza elettrica. Tale primo disco 701 funge da radiatore di dissipazione di calore per l'energia laser dissipata.
Il generatore di tensione 7 comprende un secondo disco 703, in particolare il disco centrale, in materiale plastico (per esempio, Polimetilmetacrilato o PMMA). Tale secondo disco 703 è configurato per alloggiare un circuito di controllo programmabile 704, un moltiplicatore di tensione 705, per esempio di tipo Cockroft-Walton, ed una catena di resistori di un partitore di tensione 706 utilizzati per fornire un segnale di retroazione al circuito di controllo 704. In particolare, il moltiplicatore di tensione 705 e la catena di resistori 706 sono immersi nel materiale plastico che costituisce tale secondo disco 703.
Inoltre, il secondo disco 703 del generatore di tensione 7 comprende un conduttore elettrico 707 che collega un terminale di uscita del moltiplicatore di tensione 705 ad un dispositivo generatore di tensione 7 adiacente. Tale conduttore 707 si concretizza in un filo metallico rivestito da un cilindro di plastica atto a evitare la generazione di scintille. Tale conduttore elettrico 707 è un secondo elettrodo del dispositivo generatore di tensione.
Il generatore di tensione 7 comprende, inoltre, un terzo disco 708 in materiale isolante configurato per proteggere il circuito di controllo 704 e per supportare terminali di collegamento 709 per le fibre ottiche 710 che conducono la luce laser. In particolare, tali fibre ottiche 710 non sono collegate direttamente all'estremità delle celle solari e sono bloccate su tali terminali di collegamento 709 per favorire l'illuminazione completa delle celle di potenza.
Il circuito di controllo 704 del generatore di tensione 7 comprende rispettivi blocchi elettronici (non mostrati in figura 7) che permettono un funzionamento autonomo di tale dispositivo 7. Per esempio, tale circuito di controllo 704 è costituito da un blocco elettronico di alimentazione di potenza, da un blocco elettronico moltiplicatore di tensione e da un blocco di controllo e monitoraggio. Tali blocchi elettronici sono realizzati mediante circuiti noti ad un esperto del settore.
In considerazione di quanto sopra riportato, ciascun generatore di alta tensione 7 impiegabile nel modulo acceleratore 10 dell’invenzione è controllato e regolabile indipendentemente dagli altri generatori. In un esempio di realizzazione dell’apparato acceleratore 100 dell’invenzione, il vano 91 di alloggiamento delimitato dall’involucro 90 è riempito mediante un fluido dielettrico per isolare elettricamente la prima 30 e la seconda 40 porzione di accelerazione delle particelle tra loro e rispetto all’involucro stesso. In particolare, tale vano 91 è riempito con un liquido dielettrico includente paraffina.
Si osservi che l’involucro 90 dell’apparato acceleratore comprende passaggi, eventualmente a tenuta di differenze di pressione fino a 1 MPa (non mostrati nelle figure), per collegare i servizi necessari al funzionamento dei moduli acceleratori 10. L’involucro 90 può anche alloggiare l'impiantistica per la messa in sicurezza del dispositivo.
Un sistema di difesa da rischio d’incendio proveniente dall’esterno dell’apparato 100, prevede che l’involucro 90 comprenda una valvola meccanica passiva (non mostrata nelle figure) che si rompe se la temperatura dell’apparato supera una soglia prefissata per scaricare il liquido dielettrico contenuto nell’apparato 100 in un luogo sicuro bloccando di fatto l’apparato stesso.
Il modulo acceleratore 10 di ioni ed il relativo apparato acceleratore elettrostatico 100 secondo l’invenzione hanno numerosi vantaggi e raggiungono gli scopi prefissati.
In particolare, due o più moduli acceleratore 10 di ioni dell’invenzione possono essere collegati tra loro in serie, nella configurazione “Tandem” o “Singleended”, in modo che i rispettivi generatori di tensione 7 elettricamente flottanti siano collegati tra loro in serie per garantire un approccio modulare, sia elettrico sia meccanico, alla generazione dell'alta tensione.
Tale connessione elettrica in serie non è conseguibile dagli acceleratori di tipo noto i cui moduli di distribuzione della tensione non sono flottanti.
La possibilità di connettere moduli acceleratore in serie tra loro fornisce il vantaggio che la massima tensione disponibile per accelerare gli ioni può essere aumentata aggiungendo moduli alla serie, eventualmente prevedendo la sostituzione dell’involucro 90 contenitore dell’apparato acceleratore 100.
Tale vantaggio non è conseguibile da parte di un acceleratore convenzionale nel quale la massima tensione disponibile viene determinata a priori, in fase di progetto, e non può essere aumentata.
Inoltre, l’apparato acceleratore 100 di ioni dell’invenzione assicura i seguenti vantaggi:
- la tensione di accelerazione massima è scalabile, cioè può essere aumentata o diminuita tramite aggiunta o sottrazione di moduli acceleratore 10 in un apparato acceleratore già operante;
- assenza di partizioni resistive che rende ciascun modulo acceleratore 10 regolabile indipendentemente dagli altri;
- indipendenza dei controlli di ciascun modulo acceleratore 10 che consente l'ottimizzazione del funzionamento dell'apparato acceleratore 100, impostando differenze di potenziale diverse fra i moduli 10 e eventualmente cortocircuitandoli in caso di guasto di uno di essi;
- possibilità di attuare correzioni veloci, per compensare, tramite retroazione locale, eventuali piccole scariche fra gli elettrodi o effluvi nel dielettrico; tale correzioni non si possono effettuare negli attuali acceleratori in cui è controllabile solo la massima tensione di accelerazione, migliorando la stabilità temporale del sistema;
- possibilità di avere una diagnostica del corretto funzionamento dell'apparato acceleratore 100 modulo per modulo;
- semplificazione nella riparazione e manutenzione dell'apparato acceleratore in cui ciascun modulo acceleratore 10 può essere sostituito per eseguire una riparazione su banco, permettendo il rapido ritorno in esercizio dell'apparato 100.
A differenza degli acceleratori noti, nell’apparato 100, la mancanza di parti mobili o soggette a deterioramento, permette di utilizzare un liquido dielettrico contenente paraffina come isolante elettrico in luogo di un gas come nelle soluzioni note. L’uso di tale liquido dielettrico in luogo del gas offre ulteriori vantaggi:
- l’apparato acceleratore 100 può operare a pressione atmosferica (-0.1 MPa), mentre nel caso di un isolamento in gas le pressioni di esercizio richieste sono molto più alte, ovvero dell'ordine di 1 MPa;
- la sicurezza del dispositivo viene migliorata, riducendone i rischi di utilizzo e una semplificazione nell'assemblaggio meccanico;
- eliminazione di scariche distruttive nel sistema, esternamente al tubo di accelerazione, dal momento che nel liquido si generano correnti elettriche di dispersione che autolimitano la tensione fornita dai generatori di tensione 7.
Alle forme di realizzazione dell’apparato acceleratore di particelle cariche e del relativo modulo acceleratore sopra descritto, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potrà apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni.
Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.
Claims (19)
- RIVENDICAZIONI 1. Modulo acceleratore (10) di un apparato acceleratore elettrostatico di particelle cariche (100), comprendente: - un tubo (1) provvisto di una prima parete (2) cilindrica in materiale isolante atta a delimitare un percorso di accelerazione (3) delle particelle cariche lungo un asse longitudinale (X) del tubo (1) da una prima estremità (1’) ad una contrapposta seconda estremità (1’’) del tubo (1), in detto percorso di accelerazione (3) essendo creato il vuoto; - una pluralità di elettrodi in metallo (4) fissati al tubo (1) tra dette prima (1’) e seconda estremità (1’’), ciascuno di detti elettrodi includendo: una prima porzione (41) di elettrodo che si estende all’esterno del tubo (1) ortogonalmente a detto asse longitudinale (X) del tubo (1), ed una seconda porzione (42) di elettrodo che si estende all’interno del percorso di accelerazione (3) delle particelle cariche ortogonalmente all’asse longitudinale (X) del tubo (1) e collegata elettricamente alla prima porzione di elettrodo (41), ciascuno degli elettrodi (4) di detta pluralità comprendendo un foro passante (43) in detta seconda porzione (42) per il passaggio delle particelle cariche in accelerazione; - uno o più generatori di tensione (7) operativamente associati al tubo (1) tra la prima (1’) e seconda estremità (1’’) del tubo (1) e connessi elettricamente in serie tra loro, ciascuno di tali uno o più generatori di tensione (7) essendo a contatto con la prima porzione (41) di un primo di detti elettrodi (4) fissati al tubo (1) ed essendo collegato elettricamente con la rispettiva prima porzione (41) di un secondo di detti elettrodi (4) per fornire a detto secondo elettrodo (4) una tensione elettrostatica di accelerazione pari alla somma della tensione elettrostatica generata dal generatore (7) e della tensione elettrostatica applicata sul primo di detti elettrodi (4).
- 2. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima parete cilindrica (2) del tubo (1) ha un primo raggio (r1), detto tubo (1) comprendendo una seconda parete (5) cilindrica coassiale a detta prima parete cilindrica (2) e avente un secondo raggio (r2) minore del primo raggio.
- 3. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 2, in cui detta seconda parete (5) cilindrica coassiale a alla prima parete cilindrica (2) è in materiale di assorbimento di radiazioni X e gamma.
- 4. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 3, in cui il materiale di assorbimento di radiazioni X e gamma impiegato per fabbricare la seconda parete cilindrica (5) del tubo (1) è vetro o vetro al piombo.
- 5. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 1, in cui gli elettrodi (4) fissati al tubo (1) sono fabbricati in un materiale metallico scelto nel gruppo costituito da: alluminio, acciaio, titanio.
- 6. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 1, in cui detto tubo (1) comprende mezzi (45) di fissaggio del modulo acceleratore ad almeno un ulteriore modulo acceleratore (10), detti mezzi di fissaggio essendo associati a dette prima (1’) e seconda estremità (1’’) del tubo (1).
- 7. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di fissaggio comprendono una flangia circolare (45) includente fori passanti filettati per il fissaggio mediante bulloni o rivetti.
- 8. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun elettrodo (4) della pluralità ha forma discoidale e si estende radialmente dall’asse longitudinale (X) del tubo (1).
- 9. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 1 o 8, in cui ciascun elettrodo (4) della pluralità comprende mezzi di connessione (50) che impegnano fori passanti ricavati nella prima parete cilindrica (2) del tubo (1) per fissare la prima porzione di elettrodo (41) che si estende all’esterno del tubo (1) con la rispettiva seconda porzione (42) di elettrodo che si estende all’interno del percorso di accelerazione (3) delle particelle cariche, detti mezzi di connessione (50) essendo atti a realizzare un collegamento elettrico tra la prima (41) e la seconda (42) porzione di elettrodo.
- 10. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 9, in cui detti mezzi di connessione (50) comprendono viti di connessione (50) che impegnano fori passanti ricavati nella prima parete cilindrica (2) del tubo (1) e annegati in una resina.
- 11. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 10, in cui detti mezzi di connessione (50) comprendono tre viti di connessione (50) che si estendono radialmente rispetto all’asse longitudinale (X) del tubo (1) e sono distanziate tra loro di 120°.
- 12. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno di detti uno o più generatori di tensione (7) ha forma anulare per cingere coassialmente il tubo (1), ciascuno dei generatori di tensione (7) comprende primi contatti (55) per il fissaggio del generatore di tensione alla prima porzione (41) di elettrodo di uno degli elettrodi (4) fissati al tubo (1).
- 13. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 12, in cui detti primi contatti (55) comprendono contatti a molla.
- 14. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 13, in cui ciascuno dei generatori di tensione (7) della pluralità comprende tre contatti a molla (55) che si estendono radialmente rispetto all’asse longitudinale (X) del tubo (1) e sono distanziate tra loro di 120°.
- 15. Modulo acceleratore (10) secondo la rivendicazione 1, in cui, per ciascun elettrodo (4) della pluralità, la seconda porzione (42) di elettrodo che si estende all’interno del percorso di accelerazione (3) delle particelle cariche comprende uno o più fori passanti (52) per l’evacuazione dell’aria da una intercapedine (51) compresa tra la prima (2) e la seconda (5) parete cilindrica del tubo (1).
- 16. Apparato acceleratore (100) elettrostatico di particelle cariche comprendente: - una prima porzione di accelerazione (30) delle particelle cariche operativamente associata ad una seconda porzione di accelerazione (40) delle particelle; - un dispositivo (20) interposto tra dette prima (30) e seconda (40) porzione di accelerazione e configurato per modificare una carica elettrica delle particelle accelerate; - un involucro (90) atto a delimitare un vano (91) di alloggiamento di dette prima (30) e seconda (40) porzione di accelerazione delle particelle cariche e di almeno parte di detto dispositivo (20) interposto, dette prima (30) e seconda (40) porzione di accelerazione delle particelle comprendendo uno o più moduli acceleratore (10) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni 1-15 fissati meccanicamente tra loro, un modulo acceleratore (10) di detta prima porzione di accelerazione (30) delle particelle avendo una rispettiva prima estremità (1’) fissata ad un primo elemento di collegamento (21) del dispositivo interposto (20), un modulo acceleratore (10) di detta seconda porzione di accelerazione (40) delle particelle avendo una rispettiva prima estremità (1’) fissata ad un secondo elemento di collegamento (21’) del dispositivo interposto (20).
- 17. Apparato acceleratore (100) elettrostatico di particelle cariche comprendente: - una prima porzione di accelerazione (30) delle particelle cariche direttamente collegata ad una seconda porzione di accelerazione (40) delle particelle; - un involucro (90) atto a delimitare un vano (91) di alloggiamento di dette prima (30) e seconda (40) porzione di accelerazione delle particelle cariche, dette prima (30) e seconda (40) porzione di accelerazione delle particelle comprendendo uno o più moduli acceleratore (10) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni 1-15 fissati meccanicamente tra loro, un modulo acceleratore (10) di detta prima porzione di accelerazione (30) delle particelle avendo una rispettiva prima estremità (1’) fissata direttamente ad una rispettiva seconda estremità (1’’) di un modulo acceleratore (10) della seconda porzione di accelerazione (40) delle particelle.
- 18. Apparato acceleratore (100) elettrostatico di particelle cariche secondo la rivendicazione 16, in cui detto vano (91) di alloggiamento delimitato dall’involucro (90) è riempito mediante un fluido dielettrico per isolare elettricamente la prima (30) e la seconda (40) porzione di accelerazione delle particelle tra loro e rispetto all’involucro.
- 19. Apparato acceleratore (100) elettrostatico di particelle cariche secondo la rivendicazione 18, in cui detto vano (91) dell’involucro (90) è riempito con un liquido dielettrico includente paraffina.
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Citations (4)
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| US3675061A (en) * | 1969-06-04 | 1972-07-04 | Kev Electronics Corp | Shielding for a particle accelerator |
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2019
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2020
- 2020-06-18 WO PCT/IB2020/055680 patent/WO2020254997A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| ADLER R J ET AL: "Advances in the development of the Nested High Voltage Generator", PARTICLE ACCELERATOR CONFERENCE, 1993., PROCEEDINGS OF THE 1993 WASHINGTON, DC, USA 17-20 MAY 1993, IEEE, NEW YORK, NY, USA, 17 May 1993 (1993-05-17), pages 1306 - 1308, XP010112754, ISBN: 978-0-7803-1203-6, DOI: 10.1109/PAC.1993.308613 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020254997A1 (en) | 2020-12-24 |
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