JPS622500A - Small-dia. stationary wave linear accelerator structural body - Google Patents

Small-dia. stationary wave linear accelerator structural body

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JPS622500A
JPS622500A JP10782986A JP10782986A JPS622500A JP S622500 A JPS622500 A JP S622500A JP 10782986 A JP10782986 A JP 10782986A JP 10782986 A JP10782986 A JP 10782986A JP S622500 A JPS622500 A JP S622500A
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JP
Japan
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cavity
coupling
acceleration
slots
coupling cavity
Prior art date
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Pending
Application number
JP10782986A
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Japanese (ja)
Inventor
エイジ・タナベ
マシュー・ベイアー
マーク・トレイル
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Varian Medical Systems Inc
Original Assignee
Varian Associates Inc
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H9/00Linear accelerators
    • H05H9/04Standing-wave linear accelerators
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/14Vacuum chambers
    • H05H7/18Cavities; Resonators

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は定在波線形粒子ビーム加速器に関し。[Detailed description of the invention] The present invention relates to standing wave linear particle beam accelerators.

詳しくは、荷電粒子ビーム加速器とその方法であって、
放射線療法及び産業用X#撮影のための小径の効果的電
子加速器を作るのに同軸連結構造を用い喪ものに関する
In detail, a charged particle beam accelerator and its method,
The present invention relates to the use of coaxial coupling structures to create small diameter effective electron accelerators for radiotherapy and industrial X-ray imaging.

従来技術 電子線形加速器でエネルギーが50 MeVに達するも
のが1960年の初め以来、広く放射線療法及び産業用
X線撮影に用いられてきた。現在は、よ)効率的、コン
パクト及び費用効果的な設計に1点が置かれている。定
在波形のPi/2モード線形加速器に関して、結合空洞
は段組の融通性を考慮するが、それ杜、安定動作状態で
はそれらが加振されないからで心る0加振する定在波加
速器結合莫洞は4つの一般的なタイプに配置できる。す
なわち、オンアクシス(on−axis入同軸、側方空
洞及び環状リング構造である。これら4つの構造は略示
的に第1図に示されている。
Prior art electron linear accelerators with energies up to 50 MeV have been widely used in radiotherapy and industrial radiography since the early 1960's. At present, emphasis is placed on efficient, compact and cost-effective designs. Regarding the Pi/2 mode linear accelerator with a standing waveform, the coupling cavity takes into account the flexibility of the columns, but since they are not excited in stable operating conditions, the standing wave accelerator coupling with zero excitation is desirable. Mo caves can be arranged into four general types. namely, on-axis coaxial, lateral cavity, and annular ring structures. These four structures are schematically shown in FIG.

側方空洞構造は軸外しになっているので、加速セルの設
計には影響を与えず、側方結合加速器が高効率を達成す
ることを可能にする。しかし、側方結合構造は加速器ガ
イドの有効径の増加1機械加工及び必要な組立体工程の
数の増加という不利益がある。   ・ 円筒対称突洞、オンアクシス、同軸及び環状リング設計
は、直接、加速セルの対向側に1&株加工され、それに
よってマルチピース(mu目1piece)組立体及び
プレブレイジング(prebraglng)を除くとい
う利点を鳴する。構造費用は実際的に下げることが可能
である。しかし、現存する設計は全て不利益を有してい
る。オンアクシス結合空洞の半径は加速空洞の半径に四
路する。しかし、その構造は寄生及びビームブローアツ
プモード(beamblowup modes)に影響
されやすく、全体の加速器効率及びビーム安定性を減じ
る。(J、 f’、 Labr ieとJ、Mckeo
wnの’The 0oaxjal Coupled L
lnac8tructure’  Nuclear  
Instruments  and  Method@
t*19B (1982年)の1’ 、 437−44
4参照−加速セル間のウェブの熱変形の結果、オンアク
シス構造はまた。熱離調に対しても敏感である。(J。
Since the side cavity structure is off-axis, it does not affect the design of the acceleration cell and allows the side-coupled accelerator to achieve high efficiency. However, the side-coupled structure has the disadvantage of increasing the effective diameter of the accelerator guide 1 and increasing the number of required assembly steps. The cylindrical symmetrical hollow, on-axis, coaxial and annular ring design has the advantage of being machined directly onto opposite sides of the acceleration cell, thereby eliminating multi-piece assembly and pre-blazing. sound. Construction costs can be practically reduced. However, all existing designs have disadvantages. The radius of the on-axis coupling cavity coincides with the radius of the acceleration cavity. However, the structure is susceptible to parasitics and beam blowup modes, reducing overall accelerator efficiency and beam stability. (J, f', Labrie and J, Mckeo
wn's 'The 0oaxjal Coupled L
lnac8structure' Nuclear
Instruments and Methods@
1' of t*19B (1982), 437-44
4 - On-axis structure also results from thermal deformation of the web between the acceleration cells. It is also sensitive to thermal detuning. (J.

MckeownとJ、 P、 Labrieの’Hea
t Transfer。
McKeown and J. P. Labrie's 'Hea'
tTransfer.

Thermal 5tress Analysis a
nd the DynamicBehavior of
 14igh Power RF 8tructure
s’IE−EB Transactions on N
uclear 8ience。
Thermal 5tress Analysis a
and the Dynamic Behavior of
14ight Power RF 8structure
s'IE-EB Transactions on N
uclear 8ience.

Vol、 MS−3+1.N14 (1983年)のP
3593−3595を参照) 同軸構造は結合空洞との電子ビームの直接相互作用を除
くが、従来技術の設計では有効なガイド径を60チから
80%増加させる。従来技術の設計は加速セル間に挾ま
れた細い円筒空洞から成り。
Vol, MS-3+1. P of N14 (1983)
Although the coaxial structure eliminates direct interaction of the electron beam with the coupling cavity, it increases the effective guide diameter by 80% from 60 inches in prior art designs. Prior art designs consist of narrow cylindrical cavities sandwiched between acceleration cells.

同軸T’ Mo +。のようなモードで働く。(例えば
、αFuhrmann  その他の0haracter
latiqueade Dispersion et 
Impedances 8huntdeTrots 5
tructures Biperiodlques A
cceleratr!cesen Bande S’、
  Nucl”ear Instruments an
dMethods in Physics Re5ea
rch、 Nu227(1984年)のP、 196−
2(14及びル、M、 Laszewskjand L
A、Hoffswellの’0oaxlal−Ooup
ledLinac  8tructure  for 
 Low  Gradlentλpplicatlon
a”  Proceedings  of  the 
 LinearAccelerator 0onfer
ence  (1984)P、177−179を参照。
Coaxial T'Mo+. Works in a mode like . (For example, αFuhrmann Other 0haracter
latique de dispersion et.
Impedances 8hunt de Trots 5
Structures Biperiodlques A
cceleratr! cesen Bande S',
Nucl”ear Instruments an
dMethods in Physics Re5ea
rch, P of Nu227 (1984), 196-
2 (14 and Le, M., Laszewskjand L.
A. Hoffswell's '0oaxlal-Ooup
ledLinac 8structure for
Low Gradlentλpplicatlon
a” Proceedings of the
Linear Accelerator 0onfer
ence (1984) P, 177-179.

)従来技術における環状リング設計は、増加した機械加
工といっしょに、′5A存する同軸構と同じ大きさの不
利益を有する。
) The annular ring design in the prior art has the same size disadvantage as the existing coaxial arrangement, along with increased machining.

発明の概要 同軸結合空洞は隣接の加速空洞間のゼロ磁場領域に伸び
、それによって、加速器の効率を減少する。しかし、同
軸的に結合された構造はより高いパーセンテージの理論
シャントインピーダンスを達成する0 (8,0,8c
hriber o@λccelera+torStru
cture Development for &om
−TemperatureLlnacs’ IBEE 
Trans、 Nuclear 8ciance。
SUMMARY OF THE INVENTION Coaxial coupling cavities extend into zero field regions between adjacent acceleration cavities, thereby reducing the efficiency of the accelerator. However, the coaxially coupled structure achieves a higher percentage of the theoretical shunt impedance 0 (8,0,8c
hriber o@λccelera+torStru
ture Development for &om
-TemperatureLlnacs' IBEE
Trans, Nuclear 8ciance.

Vol、 N8−28.m3(1981年6月)のP、
3440−3444 参照。)シ九がって、もし加速セ
ル間のウェブが数ミリメータ以上には増加しないなら。
Vol, N8-28. m3 (June 1981) P,
See 3440-3444. ) By the way, if the web between the acceleration cells does not increase by more than a few millimeters.

側方結合構造の効率に匹敵する加速効率を得ることがで
きる。環状リングと現存する同軸設計の大きさの不利益
は、1)加速空洞に区数する直径を有し、2)ウェブの
厚さを十分には増加せず。
Acceleration efficiencies comparable to those of side-coupled structures can be obtained. The size disadvantages of annular rings and existing coaxial designs are that 1) they have a diameter that limits the acceleration cavity, and 2) they do not significantly increase web thickness.

3)小さな次の最近隣カップリングをもつ強い最近隣カ
ップリングを有する新規な同軸設計の発達の問題を例示
する。本発明では、新規な同軸空洞設計が開示されてい
る。
3) Illustrate the problem of developing new coaxial designs with strong nearest neighbor couplings with small next nearest neighbor couplings. In the present invention, a novel coaxial cavity design is disclosed.

新規で発達した結合空洞は、 PI/2モードで動作す
る定在波線形電子加速器の加速セル間の銅製ウェブ内に
完全に配置されている。結合空洞は加速器のビーム軸線
から離れている。結合空洞の外径は同じ周波数で共振す
る加速空洞の外径にほぼ等しく、加速された電子ビーム
との直接の電磁気的相互作用に開いていない従来技術の
結合構造と設計を区別している。内側及び外側直径近く
の空洞の領域は、三角形状の断面容積部分を形成するた
めに拡大され、中間頓域は一対の細く分離した平行板か
ら成る。したがって、空洞内における基本モード電磁猟
場共振の磁気及び電気要素は分離される0すなわち、磁
場を結合空洞の誘導端領域内に集中し、電場を平行板間
の容量性領域内集中することで分離する。
The newly developed coupling cavity is placed entirely within the copper web between the acceleration cells of a standing wave linear electron accelerator operating in PI/2 mode. The coupling cavity is remote from the beam axis of the accelerator. The outer diameter of the coupling cavity is approximately equal to the outer diameter of the acceleration cavity resonant at the same frequency, distinguishing the design from prior art coupling structures that are not open to direct electromagnetic interaction with the accelerated electron beam. The regions of the cavity near the inner and outer diameters are enlarged to form triangular cross-sectional volumes, and the intermediate region consists of a pair of narrow, separate parallel plates. Therefore, the magnetic and electrical components of the fundamental mode electromagnetic resonance within the cavity are separated, i.e. by concentrating the magnetic field in the inductive end region of the coupling cavity and the electric field in the capacitive region between the parallel plates. do.

結合は、結合空洞と加速空洞との間のウェブに180離
して切り込まれた一対の結合スロットを介して達成され
る。これはビーム軸線に関して対称性を維持し、ビーム
摂動を最小にする。結合空洞内の磁場がこの領域内に集
中され、電場はごくわずかであるので、磁気結合は電気
結合が最小になっている間厳太になる。これは高効率動
作に対する最適結合状態である。比較的小さなスロット
が結合のための十分なフラックス(flux)をさえぎ
る。これは、加速空洞の電場の分配における結合の効果
t−最小にする。更に、結合スロツtt−各半加速吏洞
で90回転することによって、その結合スロットは最大
分離にあジ、それによって更に、スロットを介して加速
空洞間の直接結合を減じる。
Coupling is accomplished through a pair of coupling slots cut 180 apart in the web between the coupling cavity and the acceleration cavity. This maintains symmetry about the beam axis and minimizes beam perturbations. Since the magnetic field in the coupling cavity is concentrated within this region and the electric field is negligible, the magnetic coupling is severe while the electrical coupling is at a minimum. This is the optimal coupling condition for high efficiency operation. A relatively small slot blocks enough flux for coupling. This minimizes the effect of the coupling on the distribution of the electric field in the accelerating cavity. Furthermore, by rotating the coupling slot tt - 90 revolutions in each half-acceleration cavity, the coupling slot is at maximum separation, thereby further reducing the direct coupling between the acceleration cavities through the slot.

この減少は、電力潮流及び加速器の安定性を増加する。This reduction increases power flow and accelerator stability.

また、空洞はビームとの直接相互作用から離されている
ので、横ビーム分散モードと非効果的な寄生モードがビ
ーム−空洞相互作用によって励起され得ない。
Also, since the cavity is separated from direct interaction with the beam, transverse beam dispersion modes and ineffective parasitic modes cannot be excited by beam-cavity interactions.

これら及びその他の本発明の構造的及び動作的特徴は、
以下の詳細な説明と好適実施例及び別の態様を図示した
添付図面を参照することで、より明白になる。
These and other structural and operational features of the invention include:
It will become clearer upon reference to the following detailed description and accompanying drawings in which preferred embodiments and further aspects are illustrated.

好適実施例 図面を参照すると、様々な図を通してその部分を示すた
めに参照番号が用いられており、第2図には本発明に従
った構造の短かい部分断面が示されている。それは小さ
な半径の同軸構造体10から成シ、該構造体10は加速
空洞16の間のウェブ1,4内に設けられた結合空洞1
2を備え、その結合空洞の内径及び外径近くの領域の磁
気鋳導を増加させる。本質的には%TM6toのような
そ一ドで、その結合構造が簡単な同軸空洞の固有の場の
分布をその空洞を全ての方向に小さくする一方で増加さ
せる。広けられた熾部領域200間の薄い平坦領域18
は、効果的なコンデンサとして働き。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the drawings, reference numerals are used to designate parts throughout the various views, and FIG. 2 shows a short partial cross-section of a structure in accordance with the present invention. It consists of a small radius coaxial structure 10, which has a coupling cavity 1 provided in the webs 1, 4 between the acceleration cavities 16.
2 to increase the magnetic casting conductivity in areas near the inner and outer diameters of the coupling cavity. Essentially a material like %TM6to whose bonding structure increases the intrinsic field distribution of a simple coaxial cavity while making the cavity smaller in all directions. Thin flat area 18 between the widened aura areas 200
acts as an effective capacitor.

結合スロット22から離れて第3図に示すよりに電場を
平坦領域18Hに集中させる。広けられ九領域20内の
磁場の集中は理想的な結合機会である。広けられた領域
20の形状は幽に示されたよりに三角形状であるが、半
球状又は楕円形状のようなものも利用できる。2つのス
ロット22は各加速空洞16に入るビーム軸線に関して
互いに180反対に向けて切られておシ、それによって
The electric field is concentrated in a flat region 18H away from the coupling slot 22 as shown in FIG. The concentration of magnetic fields within the widened region 20 is an ideal coupling opportunity. The expanded region 20 is more triangular in shape than shown, but hemispherical or elliptical shapes may also be used. The two slots 22 are cut 180 degrees oppositely to each other with respect to the beam axis entering each acceleration cavity 16, thereby.

ビーム軸殊に関する対称性が維持されている。比較的小
さいスロットは適切な最近膜結合に1を提供でき1次の
最近膜結合Kmは各セルの各ウェブ14の向い合う側で
ビーム軸線のまわ夛でスロットを90回転することでご
く僅かに小さく作ることができる。その設計はまた。ス
ロット幅と弧形の長さを増すことによってに■を許容可
能な値に維持する間、非常に高いに1が得られることを
可能にする◇ 結合空洞は2つの加速空洞の間のウェブの中にあるO8
−バンド加速器構造体の10トタイプの設計にはいくつ
かの大きさの拘束が6つ九〇第1に、結合空洞の外径は
加速空洞の外径にほぼ等しくあるべきであった0第2に
、平行板間1は機械的許容度を維持するために311I
m以下にはできなかった。第3に、S−バンド空洞に対
する3111mの最小壁簿は、機械的安定性及び熱伝導
性について全ての点で維持されるべもものであった。
Symmetry about the beam axis is maintained. A relatively small slot can provide adequate membrane bonding of 1 and the first order membrane bond Km can be reduced to a negligible amount by rotating the slot 90 times around the beam axis on opposite sides of each web 14 of each cell. It can be made small. Its design is also. By increasing the slot width and the length of the arc, a very high value of 1 can be obtained while keeping the value of ◇ to an acceptable value. O8 inside
- The 10-type design of the band accelerator structure has several size constraints.First, the outer diameter of the coupling cavity should be approximately equal to the outer diameter of the acceleration cavity.Second. In order to maintain mechanical tolerance, parallel plate spacing 1 is 311I.
I couldn't make it less than m. Third, the minimum wall thickness of 3111 m for the S-band cavity was to be maintained in all respects for mechanical stability and thermal conductivity.

結合空洞プロトタイプが設計される前は、空洞プログラ
ムLALAを用いて%9su*のクエプ厚の加速空洞は
最大シャントインピーダンスについて最適化された。(
H,0,Hoytその他による’ComputerDe
signed 805 MHz Proton Lin
ac Oav目tea’。
Before the coupled cavity prototype was designed, an acceleration cavity with Kuepp thickness of %9su* was optimized for maximum shunt impedance using the cavity program LALA. (
'ComputerDe' by H, 0, Hoyt et al.
signed 805MHz Proton Lin
ac Oav eye tea'.

ILevlew  of  8cient1fic  
 Instruments、   Vol。
ILlevel of 8cient1fic
Instruments, Vol.

37.1966、の755頁を参照)内半径3.58 
Onで単位長さ当り124 M −o hrr7mの理
論シャントインピーダンスの空洞が開発された。次に、
空洞コード(code) L人00が前記の拘束を受け
る同軸窩洞を設計するのに用いられた。(んKonra
d、 ”ALlnearAccelerator Ca
vity 0ode Baaed on theFin
目e Element Method’、 Oompu
ter Pl+ysicaOormiunlcatio
ns、 ml 3 、197 B、の349〜362頁
参jl@)プログラムは結合スロットの予期された効果
のために、空洞で動作周波数よシも5%^い周波数が用
いられた。結合スロットの大きさと位置はLム00磁場
値を用いて決定された。アーク長45で幅5騙の結合ス
ロット22が選ばれ、加速空洞16の外縁部に沿って配
置された。実際的にはよシ小さくまたより大きいスロッ
トが活用できる。
37.1966, page 755) Inner radius 3.58
A cavity with a theoretical shunt impedance of 124 M-o hrr 7 m per unit length was developed. next,
Cavity code L Person 00 was used to design a coaxial cavity subject to the constraints described above. (Konra
d. “ALLnear Accelerator Ca
Vity 0ode Baaed on the Fin
目e Element Method', Oompu
ter Pl+ysicaOormiunlcatio
The program was run at a frequency 5% higher than the operating frequency in the cavity due to the expected effect of the coupling slot. The size and location of the coupling slots were determined using the Lm00 magnetic field values. A coupling slot 22 with an arc length of 45 and a width of 5 squares was selected and placed along the outer edge of the acceleration cavity 16. In practice, smaller and larger slots can be utilized.

第2図に示されたプロトタイプ結合空洞は結合スロット
なしで3160MHz、結合スロットのあるときは3Q
15MHzで共振する。しかし、組み立てられた加速器
では、結合スロットが90回転され、これは全窒洞周波
数t−3000MHzに下ける^所望の周波数の±0.
2 MHx以内への機械チューニング      iは
、直径を大きくして周波数を下げ、又、容量性の間隙を
大きくして周波数を上げることによってプロトタイプ加
速器は、比較のための現存する      引容易に行
える。
The prototype coupling cavity shown in Figure 2 is 3160MHz without coupling slot and 3Q with coupling slot.
Resonates at 15MHz. However, in the assembled accelerator, the coupling slot is rotated 90 times, which brings the total sinus frequency t-3000 MHz down to ±0.0 of the desired frequency.
Mechanical tuning to within 2 MHx of the prototype accelerator can be easily done by increasing the diameter and decreasing the frequency, and increasing the capacitive gap to increase the frequency, compared to existing prototype accelerators.

側方結合構造体(Varian As5ociatea
製のLlooO。
Lateral binding structure (Varian As5ociatea
Made by LlooO.

−A加速器)の性能特性に適合するよりに設計さ   
   。
-A accelerator) designed to suit the performance characteristics of
.

れた。それは7−%加速空洞から成9.4 MeVの出
力エネルギーで最゛良の性能であるよりに設計された。
It was. It was designed to have the best performance with an output energy of 9.4 MeV consisting of a 7-% acceleration cavity.

ビームシミュレーションプログラムは。Beam simulation program.

LALA場グロフイールを用いてガイドのためのパンチ
ャの発展をさせた。l5kVの入射電圧が可変場グラジ
ェント(variable field gradle
nta)によって用いられた。セル長44.81mのス
リー−セルパンチャ(three−cell bunc
her)が選ばれた。
We developed a puncher for guides using the LALA field graph file. An incident voltage of 15 kV is applied to a variable field gradle.
nta). Three-cell puncher with a cell length of 44.81m
her) was selected.

その結果の出力エネルギースペクトルが第4図に示され
ている。ガイドの全長は35.9 ffiである。マグ
ネトロンからの几F出力は4番目の全加速空洞に入力さ
れる。ガイドに供給されたビークrf出力は2.3MW
で4.3マイクロ秒のパルス@をもつ。
The resulting output energy spectrum is shown in FIG. The total length of the guide is 35.9 ffi. The F output from the magnetron is input to the fourth full acceleration cavity. Beak RF power supplied to the guide is 2.3MW
It has a pulse of 4.3 microseconds.

表1は加速器設計バラメータである。Table 1 shows the accelerator design parameters.

表  1 性能概要 加速器の長さ        35.9crIM空洞数
           、イ 周波数           2997■hカップリン
グ:最近隣(Ks)    3.3チ最近隣(K禽) 
   O,Oa% RPビーク出力       2.3MWRFパルス幅
         4.3マイクロ秒E、e□/g、 
         8.1走行時間係数       
 0.916理論上のQo          16.
000理論上のZ T /L          f 
24 M−ohrry’m設計値    計測値 Q、          14,400   13.5
00Qex、          ?、200    
6.600Beta6 =Qn/ Qext    2
−0    2.05Z T / L       1
11 M−ohrrym  104M−ohrrV/m
結合及び加速セルのどちらも、ありそうもなくガイドの
ボストーブレイズ(post−braze)チューニン
グを作る之めに酸素フリー高伝導性(oxygen−f
ree high conductivity (OH
FO) )銅で正確に機械で作られる。加速セルは半分
に分離して所望の周波数の±0.1 MI(z以内に合
わせられる。所望の周波数は2.4及び6のハーフ士ル
の連続スタック(4tacks)の散乱量で決定される
。結合空洞は半分に分離して3QQ9MHzに対して±
0.2■ム以内に合わせられ、それはほぼ2994MH
zの全結合セル周波数を与える。間隙長に対する結合空
洞の大容量性領域の感度のために、ブレイズの効果は許
容されるものでなければならなかった。全結合空洞周波
数は半セル間の付加空間の240 Mllz/III変
化する。ブレイズ処置はセル間に平均20ミクロンの銅
を付加し、その結果、はぼ5MHz増加するO 新規な結合空洞を試験するために作られたプロトタイプ
加速器が第5図に図示されている。0FHO鋼の一連の
半莫洞片30は示されているよりに互いに背中合わせ、
向い合わせと交互にブレイズされる。備かに改変された
カップラ半セル32にはマイクロ波エネルギー金入れる
。僅かに短かいバフチャ片34はビーム速度を加速部分
の位相に適合するよりに増加するのに用いられる。ビー
ム源36はビームをパンチャ内に入れる。高エネルギー
ビームがビーム源の端部と対向する端部にあるターゲッ
ト又は窓38に当る。
Table 1 Performance summary Accelerator length 35.9 crIM number of cavities, A frequency 2997 h Coupling: Nearest neighbor (Ks) 3.3 Chi nearest neighbor (K bird)
O, Oa% RP peak output 2.3MW RF pulse width 4.3 microseconds E, e□/g,
8.1 Travel time coefficient
0.916 Theoretical Qo 16.
000 Theoretical Z T /L f
24 M-ohrry'm Design value Measured value Q, 14,400 13.5
00Qex, ? , 200
6.600Beta6 =Qn/Qext 2
-0 2.05Z T/L 1
11 M-ohrrym 104M-ohrrV/m
Both the coupling and acceleration cells are made of oxygen-free high conductivity (oxygen-f) to create an unlikely guide post-blaze tuning.
ree high conductivity (OH
FO)) Precisely machined from copper. The acceleration cell is separated in half and tuned to within ±0.1 MI (z) of the desired frequency. The desired frequency is determined by the scattering amount of successive stacks (4 tacks) of 2.4 and 6 half waves. .The coupling cavity is separated in half and ± for 3QQ9MHz.
Adjusted within 0.2mm, which is approximately 2994MH
Give the fully connected cell frequency of z. Because of the sensitivity of the bulk region of the coupling cavity to the gap length, the effect of the blaze had to be acceptable. The total combined cavity frequency varies by 240 Mllz/III of the additional space between half cells. The blaze procedure adds an average of 20 microns of copper between the cells, resulting in an increase of approximately 5 MHz. A prototype accelerator built to test the new coupling cavity is illustrated in FIG. A series of semicircular pieces 30 of 0FHO steel are placed back to back to each other as shown.
Blaze alternately with facing each other. A specially modified coupler half cell 32 is charged with microwave energy. A slightly shorter buffing strip 34 is used to increase the beam velocity more than to match the phase of the acceleration section. Beam source 36 directs the beam into the puncher. A high energy beam impinges on a target or window 38 at the end opposite the end of the beam source.

ブレイズされたガイドの計測された分散曲線と。and the measured dispersion curve of the blazed guide.

理論によるものが第6図に示されている。理論曲線はf
   = 2996.69MHzと’*yフvyy =
3001.5MHz加速 の二重周期的構造を仮定する。ビード・ドロップ・デー
タ(bead drop data)が第6図に示され
ている。ガイドは2.05のV8WR(Be111.)
を有して。
The theoretical version is shown in FIG. The theoretical curve is f
= 2996.69MHz and '*yfuvyy =
Assume a double periodic structure with 3001.5 MHz acceleration. Bead drop data is shown in FIG. The guide is 2.05 V8WR (Be111.)
with.

計測された13,500のQoと6.580のQext
を有する。最近隣カップリングに1は3.3 %であり
Measured Qo of 13,500 and Qext of 6.580
has. 1 for nearest neighbor coupling is 3.3%.

次の最近隣カップリングは0.04%であった。結合空
洞周波数は3001.5FvlHz±1.5 MHz 
であった。
The next nearest neighbor coupling was 0.04%. Coupling cavity frequency is 3001.5FvlHz±1.5MHz
Met.

プレイジング前後のガイドの寸法はセル当りの平均増加
よりも大きいものを示し、 thぼ30ミクロンであっ
た。これは高結合空洞周波数を説明し。
The guide dimensions before and after praising showed a greater than average increase per cell, approximately 30 microns. This accounts for the high coupling cavity frequencies.

それは分散曲線において明らかでろる0加速セルは固定
周波数の±0. I MHz以内に合わせられて維持さ
れている。これらの周波数変化は許容できるもので、ガ
イドの類例なるボストーブレイズチューニングもなされ
なかった。
It is evident in the dispersion curve that zero acceleration cells are ±0.0 of the fixed frequency. It is maintained tuned to within I MHz. These frequency changes were acceptable and the guides were not subjected to typical boss blaze tuning.

本発明はこれまで記載した好適実施例に限定されるもの
ではなく1本発明の範囲を離れることなくその変更態様
がなされ1本発明の特徴は添付した特許請求の範囲に要
約されている。
The invention is not limited to the preferred embodiments described so far, but modifications thereof may be made without departing from the scope of the invention, and the features of the invention are summarized in the appended claims.

【図面の簡単な説明】 第1図は従来技術では普通の凰の4つの定在波線形加速
器の部分i11断面図及び端面図である。 第1a図はオンアクシス結合構造。 第1b図は同軸結合構造。 第1c図は側方結合構造。 第1d図は環状結合構造。 第2A図は本発明に従った定在波線形加速器の部分縦断
面図である。 第2B図は本発明に従った定在波線形加速器の端面図で
ある。 第3因は本発明に従った結合窒洞を通る部分を示し、そ
の中の点aは’を場ベクトルを示す。 第4図は本発明による加速器に対する理論によるエネル
ギースペクトルである。 第5図は本発明に従った完全な加速器の縦断面図、であ
る。 第6図は本発明に従つ九加速器に関する分散曲線の計測
によるものと理論によるものである。 主要符号の説明 12−一結合窒洞 14−−ウェブ 16−−加速窒洞 −18−一平坦領域 20−一広げられた領域 22−一結合スロット 36−−ビーム源 特許出願人 パリアン・アソシェイッ・インコーホレイ
テッド
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partial cross-sectional view and an end view of a four standing wave linear accelerator in the prior art. Figure 1a shows the on-axis bond structure. Figure 1b shows the coaxial coupling structure. Figure 1c shows the lateral joint structure. Figure 1d shows a cyclic bond structure. FIG. 2A is a partial vertical cross-sectional view of a standing wave linear accelerator according to the present invention. FIG. 2B is an end view of a standing wave linear accelerator according to the present invention. The third factor indicates the part passing through the joint tunnel according to the present invention, in which point a' indicates the field vector. FIG. 4 is a theoretical energy spectrum for an accelerator according to the present invention. FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of a complete accelerator according to the invention. FIG. 6 shows measured and theoretical dispersion curves for nine accelerators according to the present invention. Description of main symbols 12 - one bonding slot 14 - web 16 - acceleration slot 18 - one flat area 20 - one widened area 22 - one coupling slot 36 - beam source Patent Applicant Parian Assoc. Incoholated

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、粒子のビーム源を加速するための線形定在波荷電粒
子ビーム加速器であつて、 a)複数の直列につながれたほぼ同じ共振周波数をもつ
定在波電磁結合加速空洞であつ て、該加速空洞は粒子ビームがビーム軸を 形成するそれら空洞を長手方向に伝わるよ りに置かれ、前記加速空洞は空洞の直径を 有するビーム軸線のまわりの旋回形状であ り、その隣りの空洞は電磁気的に結合され ているところの加速空洞。 b)前記加速空洞の間で等距離に置かれ、実質的に前記
空洞直径内にある結合空洞であ つて、該結合空洞が内径を形成する内側リ ムと外径を形成する外部リムを有する中空 平坦環状リングの形をしており、前記結合 空洞がビーム軸線と同軸となつており、前 記内径と外径の中間の前記平坦環状部の間 隙は前記内部及び外部リムでの十分に増加 した間隙をもつ前記外部リムの直径よりも ずつと小さいところの結合空洞、 c)前記加速空洞を前記結合空洞に結合するための手段
、 から成り、前記結合空洞が該空洞をビームによつて励振
から離すための手段を有するところの加速器。 2、特許請求の範囲第1項に記載された装置であつて、 前記結合手段が第1主空洞を結合空洞の前 記外部リムに結合する第1の対になつたスロットを有し
、前記スロットの各々が前記ビーム軸線のまわりの円の
弧の形状であり、前記スロットが前記ビーム軸線に関し
、互いに概して180°離れている第1の対になつたス
ロットと前記結合空洞と第2主空洞との間の第2の対に
なつたスロットであつて、前記の第1の対になつたスロ
ットと形状及び位置が同様である第2の対になつたスロ
ットを有するところの装置。 3、特許請求の範囲第1項に記載された装置であつて、 前記結合空洞の前記外部リムでの間隙が実 質的に前記内部リムでの間隙に拡大しているところの装
置。 4、特許請求の範囲第2項に記載された装置であつて、 前記第2の対になつたスロットが前記ビー ム軸線に関して前記第1の対になつたスロットと互いに
90°離れているところの装置。 5、特許請求の範囲第1項に記載された装置であつて、 平坦環状リング形状の前記結合空洞が、中 央から概して三角形の前記内側直径及び外側直径断面部
分の断面に入るところの装置。 6、特許請求の範囲第5項に記載された装置であつて、 前記三角形状が二等辺三角形であり、その 等辺間の頂点を形成し、前記三角形状は前記頂点が前記
結合空洞の前記断面の中心に最も近い方向に向けられて
いるところの装置。 7、特許請求の範囲第1項に記載された装置であつて、 熱を消散させるために十分な厚さの支持壁 を維持するための手段を有するところの装置。 8、ビーム源、パワーソース、前記加速空洞の最も大き
い直径を形成する加速空洞と結合空洞を有する細形定在
波荷電粒子ビーム加速器を改良したものであつて、前記
加速空洞間のウェブ内に結合空洞を形成し、該結合空洞
は中央、内側直径及び外側直径を有する環状リング形状
をし、前記外側直径は実質的に前記結合空洞の最大径で
あり、更に、前記内側直径と外側直径の中間よりも前記
内側及び外側直径の方が実質的に大きい環状リングの間
隙を形成するところの加速器。
[Claims] 1. A linear standing wave charged particle beam accelerator for accelerating a particle beam source, comprising: a) a plurality of standing wave electromagnetic coupling acceleration cavities connected in series and having approximately the same resonance frequency; the accelerating cavities are positioned such that the particle beams travel longitudinally through the cavities forming a beam axis, the accelerating cavities being of a convolutional shape about a beam axis having a diameter of the cavity, The cavity is an acceleration cavity where it is electromagnetically coupled. b) a coupling cavity equidistant between said acceleration cavities and substantially within said cavity diameter, said coupling cavity having an inner rim forming an inner diameter and an outer rim forming an outer diameter; in the form of a flat annular ring, the coupling cavity being coaxial with the beam axis, and the gap between the flat annulus intermediate the inner and outer diameters being substantially increased by the gap at the inner and outer rims. c) means for coupling the acceleration cavity to the coupling cavity, the coupling cavity separating the cavity from excitation by the beam; c) means for coupling the acceleration cavity to the coupling cavity; an accelerator that has the means for 2. The apparatus of claim 1, wherein the coupling means comprises a first pair of slots coupling a first main cavity to the outer rim of the coupling cavity; each of which is in the shape of an arc of a circle about the beam axis, the slots being generally 180° apart from each other with respect to the beam axis; a second pair of slots between said first pair of slots, the second pair of slots being similar in shape and location to said first pair of slots. 3. The device of claim 1, wherein the gap at the outer rim of the coupling cavity substantially widens to the gap at the inner rim. 4. The apparatus of claim 2, wherein the second pair of slots is 90° apart from the first pair of slots with respect to the beam axis. Device. 5. The device of claim 1, wherein the coupling cavity in the form of a flat annular ring enters the cross-section of the generally triangular inner and outer diameter cross-sections from the center. 6. The device according to claim 5, wherein the triangular shape is an isosceles triangle, and vertices between the equilateral sides of the triangular shape are formed, and the apexes of the triangular shape meet the cross section of the coupling cavity. device that is oriented in the direction closest to the center of the 7. An apparatus as claimed in claim 1, comprising means for maintaining a support wall of sufficient thickness to dissipate heat. 8. An improved narrow standing wave charged particle beam accelerator having a beam source, a power source, an acceleration cavity forming the largest diameter of the acceleration cavities, and a coupling cavity, wherein the accelerating cavity has a coupling cavity in the web between the acceleration cavities. forming a coupling cavity, the coupling cavity having an annular ring shape having a center, an inner diameter and an outer diameter, the outer diameter being substantially the largest diameter of the coupling cavity; An accelerator forming an annular ring gap whose inner and outer diameters are substantially larger than the middle.
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