WO2011113941A1 - Hochfrequenz-elektronenquelle und rezirkulierender beschleuniger mit selbiger - Google Patents

Hochfrequenz-elektronenquelle und rezirkulierender beschleuniger mit selbiger Download PDF

Info

Publication number
WO2011113941A1
WO2011113941A1 PCT/EP2011/054157 EP2011054157W WO2011113941A1 WO 2011113941 A1 WO2011113941 A1 WO 2011113941A1 EP 2011054157 W EP2011054157 W EP 2011054157W WO 2011113941 A1 WO2011113941 A1 WO 2011113941A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cathode
electron source
frequency
resonator
linear accelerator
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/054157
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Vom Stein
Original Assignee
Ri Research Instruments Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ri Research Instruments Gmbh filed Critical Ri Research Instruments Gmbh
Publication of WO2011113941A1 publication Critical patent/WO2011113941A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/34—Photo-emissive cathodes

Definitions

  • the invention is directed to a high frequency electron source having a cathode, a superconducting high frequency resonator, and a choke filter, and further to an Energy Recovery Linear Accelerator (ERL) having a recirculating electron beam and a high frequency superconducting electron source as electrons Injector of energy recovery linear accelerator.
  • ETL Energy Recovery Linear Accelerator
  • Such a high frequency electron source (RF Electron Gun, RF Gun for short) is, for example, in the article: A. Arnold et al .: DEVELOPMENT OF A SUPER CONDUCTING RADIO FREQUENCY PHOTOELECTRON INJECTOR; Nucl. Instr. and Meth. A577, pp. 440-454 (2007).
  • High frequency electron sources are also used as electron injectors in energy recovery systems.
  • the (photo) cathode of the high-frequency electron source according to the invention is designed as a hollow cathode, which determines an inner diameter of the electron source, wherein the choke filter is integrated into the structure of a cathode holder holding the cathode. Since the cathode the Inner diameter of the electron source determines the choke filter preferably surrounds at least one
  • High frequency resonator facing longitudinal portion of the cathode in full.
  • the hollow cathode and the superconducting high-frequency resonator form a channel extending through the entire electron source from one end to the other end.
  • An electron source of such compact design in the region of the cathode is particularly easy to clean / prepare.
  • radio frequency in the context of the present invention is meant the frequency range of the radio frequency and ultra-high frequency as well as the radio frequency band determined by the English term “Radio Frequency” in particular.
  • the hollow cathode is preferably formed as preferably at least substantially tubular annular cathode.
  • the structure of the hollow cathode and the high-frequency resonator - in addition to the generation of electrons and subsequent acceleration of these generated electrons - a threading through another electron beam preferably at least substantially coaxial with the movement of the electrons generated by the inner diameter allows ,
  • the generated electrons and the further electron beam in the interior of the hollow cathode must be guided each other only slightly influencing.
  • an electron accelerator particularly an energy recovery linear accelerator (ERL)
  • ETL energy recovery linear accelerator
  • the cathode is thermally insulated from the surrounding superconducting resonator together with the cathode holder and the choke filter.
  • This embodiment is characterized in that, in particular, the cathode together with the cathode holder and the choke filter can be cooled to the temperature level of liquid nitrogen. This temperature level corresponds to the boiling point of nitrogen at -196 ° C (77 K).
  • the cathode holder is mechanically coupled to the outer region of the cathode.
  • the outer region has a distance to a resonator facing the end of the cathode, which is greater than the smallest inner diameter of the cathode.
  • This embodiment is characterized in that a connection opening of the high frequency resonator has a diameter D ⁇ 35 mm.
  • the distance is three times as large or more than three times as large as the smallest inner diameter of the cathode.
  • a connection opening of the resonator has a minimum diameter D ⁇ 35 mm.
  • the connection opening in the superconducting resonator can be increased compared to the prior art mentioned in the introduction to a diameter of about 40 mm, so that the Surface preparation a high-pressure lance can be used easily.
  • the correspondingly large cathode diameter allows the use of tubular annular cathodes, so that an electron beam, in particular a recirculating electron beam, can be threaded through this cathode.
  • the cathode protrudes into the connection opening of the resonator with an inlet 2 or an attachment region, which the invention furthermore provides. This results in the desired field profile also at the transition cathode resonator.
  • the superconducting high-frequency electron source of the energy recovery linear accelerator of the present invention is an aforementioned high-frequency superconducting electron source, wherein the beam path of the recirculating electron beam passes through the inner diameter of the high-frequency superconducting electron source.
  • RF Gun high-frequency electron source
  • the power requirements for the necessary amplifiers of more than 100 kW fall to values of 1 kW.
  • the energy of the extracted beam in a beam catcher can be significantly reduced ( ⁇ 200 keV). According to a preferred embodiment of the invention it is therefore provided that the energy recovery linear accelerator is designed as Hochstrominjektor-free energy recovery linear accelerator.
  • the ERL also has known further components such as electron-optical components-for example, dipole, quadrupole, sextupole magnets-and a high-frequency resonator (the actual cavity of the linear accelerator).
  • electron-optical components for example, dipole, quadrupole, sextupole magnets-and a high-frequency resonator (the actual cavity of the linear accelerator).
  • FIG. 1 shows a simulation of the field profile within the cathode and the half-cell cavity formed superconducting high-frequency resonator of a high-frequency electron source according to one embodiment
  • Fig. 2 is a schematic representation of a
  • High-frequency electron source shows a schematic sectional view through the upper half of the about a longitudinal axis 10 substantially rotationally symmetrical arrangement of a hollow cathode 12, a cathode holder 14, a choke filter 16, and designed as a 500 MHz half-cell cavity superconducting high-frequency resonator 18 a High Frequency Electron Source 20.
  • An XY axis cross also shown indicates dimensions in the axial X direction and radial Y direction in millimeters (mm).
  • the cathode 1 is formed as a tubular annular cathode, which is fixed by means of the cathode holder 14 with the high-frequency resonator 18 axially aligned in the high-frequency electron source 20.
  • the holder 14 simultaneously holds the choke filter 16, which is integrated into the structure of the cathode holder 14.
  • the choke filter 16 contacted via the holder 14 an outer region 22 of the cathode 12 mechanically, said outer region 22 has a distance A to the resonator 18 facing the end 24 of the cathode 12, which is more than three times larger than the inner diameter D of Cathode 12.
  • a the hollow cathode 12 facing the connection opening 26 of the superconducting high-frequency resonator 18 has a diameter D of about 40 mm.
  • the cathode 12 in turn projects with a reduced-diameter projection 28 at its end 24 into the connection opening 26 of the resonator 18, without mechanically / thermally contacting it.
  • the rear connection opening in the superconducting resonator 18 with its diameter D of about 40 mm leaves a cleaning by means of a high-pressure lance for surface preparation (not shown) easily.
  • the large inner diameter of the hollow cathode 12 allows the use of tubular annular cathodes, so that an electron beam can pass through this cathode 12.
  • the design of the electron source 20 allows the cathode 12, the cathode support 14, and the choke filter 16 to be at the liquid nitrogen temperature level while the high frequency resonator 18 is at the liquid helium temperature level.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an Energy Recovery Linear Accelerator (ERL) 30 having a high-frequency electron source 20 according to FIG. 1.
  • ERP Energy Recovery Linear Accelerator
  • the ERL 30 is of the machine type between an electron storage ring and - depending on the version - a linear accelerator or a free one
  • Electron laser (FEL) and has, in addition to the electron source 20 both properties and typical components of these two types of machines.
  • the ERL 30 includes an annular vacuum system (not shown) including the recirculating electron beam 32 and electron optical components such as dipole magnets 34, quadrupole and sextupole magnets 36 and other magnetic structures 38, a radio frequency resonator 40 and a beam dump 42.
  • the energy of the extracted beam can be significantly reduced (E ⁇ 200 keV), so that the Beam Dump 42 and the The required radiation shielding (not shown) can be realized with significantly less material outlay, thereby substantially reducing the cost of ERLs 30 especially in the range of low to medium electron energies (E ⁇ 100 MeV).

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Elektronenquelle (20) mit einer Kathode (12), einem supraleitendem Hochfrequenzresonator (18) und einem Choke-Filter (16). Es ist vorgesehen, dass die Kathode als hohle Kathode (12) ausgebildet ist, die einen Innendurchmesser der Elektronenquelle (20) bestimmt und dass der Choke-Filter (16) in den Aufbau einer die Kathode (12) haltenden Kathodenhalterung (14) integriert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Energierückgewinnungs-Linearbeschleuniger (30) mit einer entsprechenden Hochfrequenz-Elektronenquelle (20).

Description

HOCHFREQÜENZ-ELEKTRONENQÜELLE UND REZIRKULIERENDER
BESCHLEUNIGER MIT SELBIGER
Die Erfindung richtet sich auf eine Hochfrequenz- Elektronenquelle mit einer Kathode, einem supraleitenden Hochfrequenzresonator und einem Choke-Filter sowie weiterhin auf einen Energierückgewinnungs-Linearbeschleuniger (ERL: „Energy Recovery Linear Accelerator" ) mit einem rezirkulierenden Elektronenstrahl und einer supraleitenden Hochfrequenz-Elektronenquelle als Elektronen-Injektor des Energierückgewinnungs-Linearbeschleunigers .
Eine derartige Hochfrequenz-Elektronenguelle (RF Electron Gun, kurz RF Gun) ist zum Beispiel aus dem Artikel: A. Arnold et al.: DEVELOPMENT OF A SUPERCONDUCTING RADIO FREQUENCY PHOTOELECTRON INJECTOR; Nucl . Instr. and Meth. A577, S. 440- 454 (2007) bekannt.
Aus dem Artikel: J. Teichert et al.: STATUS OF THE SUPERCONDUCTING RF PHOTO-INJECTOR DEVELOPMENT; Proceedings of ERL0 , Daresbury, UK (2007) ist eine Hochf equenz-Elektronenquelle bekannt, bei der die mit Flüssigstickstoff (1N2) gekühlte (Foto-) Kathode von der Rückseite in den supraleitenden Beschleunigungsresonator eingeführt wird. Aufgrund des gegenüber dem Resonator höheren Temperaturniveaus wird die Kathode thermisch und elektrisch isoliert im Resonator gehalten. Hieraus ergibt sich prinzipiell bedingt eine parasitäre Ankopplung der Kathode an das HF-Feld des Resonators. Um diese Ankopplung zu vermeiden, wird beim aktuellen Stand der Technik ein supraleitender Choke Filter an den Beschleunigungsresonator angefügt. Dieser supraleitende Choke-Filter weist in seiner Geometrie enge Spalten und Hinterschneidungen auf, die mit den etablierten Reinigungsmethoden für supraleitende Resonatoren nur unzureichend zu reinigen sind.
Hochfrequenz-Elektronenquellen werden unter anderein auch als Elektronen-Injektoren in Energierückgewinnungs-
Linearbeschleunigern {ERL: „Energy Recovery Linear Äccelerator" ) verwendet. Beim aktuellen Stand der Technik ist für die Speisung des ERL ein (Hoch) Strominj ektor notwendig, der mit speziell entwickelten Hochfrequenz (HF) - Beschleunigungsresonatoren ausgestattet ist, die je nach Strahlstrom des Elektronenstrahls Leistungen bis 100 kW im Dauerstrichbetrieb aufnehmen.
Der Artikel: S.L. Smith et al.: THE STATUS OF THE DARESBURY ENERGY RECOVERY LINAC PROTOTYPE; Proc. of PAC07, Albuquerque, New Mexico, USA, TUPMN084, S. 1106-1108 (2007) beschreibt einen solchen Energy Recovery Linear Accelerator.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Hochfrequenz- Elektronenquelle und einen entsprechenden ERL bereitzustellen, die einen vereinfachten Aufbau aufweisen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die (Foto-) Kathode der erfindungsgemäßen Hochfrequenz- Elektronenquelle ist als hohle Kathode ausgebildet, die einen Innendurchmesser der Elektronenquelle bestimmt, wobei der Choke-Filter in den Aufbau einer die Kathode haltenden Kathodenhalterung integriert ist. Da die Kathode den Innendurchmesser der Elektronenquelle bestimmt, umgibt der Choke-Filter bevorzugt zumindest einen dem
Hochfrequenzresonator zugewandten Längsabschnitt der Kathode vollumfänglich. Die hohle Kathode und der supraleitende Hochfrequenzresonator bilden einen Kanal, der sich durch die gesamte Elektronenquelle von einem Ende bis zum anderen Ende erstreckt. Eine im Bereich der Kathode derartig kompakt aufgebaute Elektronenquelle lässt sich besonders leicht reinigen/präparieren .
Unter Hochfrequenz ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der von der englischen Bezeichnung „Radio Frequency" bestimmte Frequenzbereich der Hochfrequenz und Ultrahochfrequenz sowie das Radiofrequenzband im Speziellen gemeint.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die hohle Kathode bevorzugt als vorzugsweise zumindest im wesentlichen rohrförmige Ringkathode ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aufbau der hohlen Kathode und des Hochfrequenzresonators - neben der Erzeugung von Elektronen und anschließender Beschleunigung dieser erzeugten Elektronen - ein Durchfädeln eines weiteren Elektronenstrahls vorzugsweise zumindest im wesentlichen koaxial zur Bewegung der erzeugten Elektronen durch den Innendurchmesser ermöglicht. Dazu müssen die erzeugten Elektronen und der weitere Elektronenstrahl im Inneren der hohlen Kathode einander nur unwesentlich beeinflussend geführt werden. Dies ermöglicht es, dass die Hochfrequenz-Elektronenquelle direkt in ein den Strahlengang eines Elektronen-Beschleunigers, insbesondere eines Energierückgewinnungs-Linearbeschleunigers (ERL) , kapselndes Vakuumsystem integriert werden kann, wobei der Elektronenstrahl (beziehungsweise die Elektronenpakete) des Beschleunigers durch die Hochfrequenz-Elektronenquelle hindurchgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kathode zusammen mit der Kathodenhalterung und dem Choke-Filter thermisch vom umgebenden supraleitenden Resonator isoliert ist. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass insbesondere die Kathode zusammen mit der Kathodenhalterung und dem Choke- Filter auf das Temperaturniveau von flüssigem Stickstoff kühlbar ist. Dieses Temperaturniveau entspricht dem Siedepunkt von Stickstoff bei -196 °C (77 K) .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kathodenhalterung mechanisch an den Außenbereich der Kathode gekoppelt ist. Der Außenbereich hat dabei einen Abstand zu einem dem Resonator zugewandten Ende der Kathode, der größer als der geringste Innendurchmesser der Kathode ist. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Anschlussöffnung des Hochfrequenzresonators einen Durchmesser D ^ 35 mm aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Abstand drei Mal so groß oder mehr als drei Mal so groß, wie der geringste Innendurchmesser der Kathode ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Anschlussöffnung des Resonators einen minimalen Durchmesser D ^ 35 mm aufweist. Die Anschlussöffnung im supraleitenden Resonator lässt sich gegenüber dem in der Einleitung genannten Stand der Technik auf einen Durchmesser von ca. 40 mm vergrößern, sodass zur Oberflächenpräparation eine Hochdruckspüllanze problemlos verwendet werden kann. Der entsprechend große Kathodendurchmesser erlaubt den Einsatz von rohrförmigen Ringkathoden, sodass durch diese Kathode ein Elektronenstrahl , insbesondere ein rezirkulierender Elektronenstrahl, durchgefädelt werden kann.
Insbesondere ragt die Kathode mit einem Ansat2 oder einem Ansatzbereich in die Anschlussöffnung des Resonators hinein, was die Erfindung weiterhin vorsieht. Es ergibt sich der gewünschte Feldverlauf auch am Übergang Kathode-Resonator.
Die supraleitenden Hochfrequenz-Elektronenquelle des erfindungsgemäßen Energierückgewinnungs-Linearbeschleunigers ist eine vorgenannte supraleitende Hochfrequenz-Elektronenquelle, wobei der Strahlgang des rezirkulierenden Elektronenstrahls durch den Innendurchmesser der supraleitenden Hochfrequenz-Elektronenquelle verläuft . Durch den Einsatz der zuvor beschriebenen Hochfrequenz- Elektronenquelle (RF Gun) direkt im Strahlgang des rezirkulierenden Elektronenstrahls wird ein Hochstromin ektor obsolet. Zudem sinken die Leistungsanforderungen an die notwendigen Verstärker von mehr als 100 kW auf Werte um 1 kW. Die Energie des extrahierten Strahls in einem Strahlauffänger (englisch: Beam Dump) lässt sich wesentlich senken (<200 keV) . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der Energierückgewinnungs- Linearbeschleuniger als Hochstrominjektor-freier Energierück- gewinnungs-Linearbeschleuniger ausgebildet ist.
Da die Leistungsanforderungen an die Verstärker um den Faktor sinken und sich auch die Elektronenenergie des Elektronenstrahls wesentlich senken lässt (<100 keV) , kann der Beam-Dump und die hierfür benötigte Strahlungsabschirmung mit wesentlich geringerem materiellen Aufwand realisiert werden .
Neben den bereits genannten Komponenten weist der ERL auch bekannte weitere Komponenten wie elektronenoptische Komponenten - beispielsweise Dipol-, Quadrupol, Sextupol- Magnete - und einen Hochfrequenzresonator (die eigentliche Kavität des Linearbeschleunigers) auf.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt die
Fig. 1 eine Simulation des Feldverlaufs innerhalb der Kathode und des als Halbzellen-Kavität ausgebildeten supraleitenden Hochfrequenzresonators einer Hochfrequenz-Elektronenquelle gemäß einer Ausführungsform und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
Energierückgewinnungs-Linearbeschleuniger (ERL) mit
Hochfrequenz-Elektronenquelle gemäß Fig. .1. Die Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch die obere Hälfte der um eine Längsachse 10 im wesentlichen rotationssymmetrischen Anordnung einer hohlen Kathode 12, einer Kathodenhalterung 14, eines Choke-Filters 16, sowie eines als 500 MHz-Halbzellen-Kavität ausgebildeten supraleitenden Hochfrequenzresonators 18 einer Hochfrequenz- Elektronenquelle 20. Ein ebenfalls gezeigtes X-Y- Achskreuz gibt die Maße in axialer X-Richtung und radialer Y-Richtung in Millimeter (mm) an. Die in Fig. 1 gezeigte hohle Kathode 12 ist als rohrförmige Ringkathode ausgebildet, die mittels der Kathodenhalterung 14 mit dem Hochfrequenzresonator 18 axial fluchtend in der Hochfrequenz-Elektronenquelle 20 fixiert ist. Die Halterung 14 hält gleichzeitig auch den Choke-Filter 16, der in den Aufbau der Kathodenhalterung 14 integriert ist. Der Choke- Filter 16 kontaktiert über die Halterung 14 einen Außenbereich 22 der Kathode 12 mechanisch, wobei dieser Außenbereich 22 einen Abstand A zu einem dem Resonator 18 zugewandten Ende 24 der Kathode 12 aufweist, der mehr als drei Mal größer ist als der Innendurchmesser D der Kathode 12. Eine der hohlen Kathode 12 zugewandte Anschlussöffnung 26 des supraleitenden Hochfrequenzresonators 18 weist einen Durchmesser D von etwa 40 mm auf. Die Kathode 12 ragt ihrerseits mit einem umfangsverminderten Ansatz 28 an ihrem Ende 24 in die Anschlussöffnung 26 des Resonators 18 hinein, ohne diesen mechanisch/thermisch zu kontaktieren.
Für das Referenzdesign der Fig. 1 haben Simulationen gezeigt, dass für eine bei 500 MHz arbeitenden supraleitende Hochfrequenz-Elektronenquelle (SRF Gun) 20 mit einem Q0 von 2xl09 sich die externe Güte der Kathodenhalterung 14 (Einkopplers) um mehrere Zehnerpotenzen variieren lässt. Die dabei im normalleitenden Choke-Filter 16 generierte Verlustleistung liegt bei ca. 60-80 Watt und ist damit in einem für eine Flüssigstickstoffkühlung handhabbaren Leistungsbereich.
Die rückwärtige Anschlussöffnung im supraleitenden Resonator 18 mit ihrem Durchmesser D von ca. 40 mm lässt eine Reinigung mittels einer Hochdruckspüllanze zur Oberflächenpräparation (nicht gezeigt) problemlos zu. Der große Innendurchmesser der hohlen Kathode 12 erlaubt den Einsatz von rohrförmigen Ringkathoden, sodass ein Elektronenstrahl diese Kathode 12 durchlaufen kann.
Das Design der Elektronenquelle 20 erlaubt es, dass die Kathode 12, die Kathodenhalterung 14 und der Choke-Filter 16 auf dem Temperaturniveau von flüssigem Stickstoff ist, während der Hochfrequenz-Resonator 18 auf dem Temperaturniveau von flüssigem Helium ist.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Energierückgewinnungs-Linearbeschleunigers (ERL: „Energy Recovery Linear Accelerator" ) 30 mit einer Hochfrequenz- Elektronenquelle 20 gemäß Fig. 1.
Der ERL 30 ist vom Maschinentyp zwischen einem Elektronen- Speicherring und - je nach Ausführung - einem Linearbeschleuniger beziehungsweise einem Freien
Elektronenlaser (FEL) einzuordnen und weist neben der Elektronenquelle 20 sowohl Eigenschaften als auch typische Komponenten dieser beiden Arten von Maschinen auf. Der ERL 30 weist ein den rezirkulierenden Elektronenstrahl 32 einschließendes ringförmiges Vakuumsystem (nicht gezeigt) und elektronenoptische Komponenten wie Dipolmagnete 34, Quadrupol- und Sextupol-Magnete 36 sowie weitere Magnetstrukturen 38, einen Hochfrequenzresonator 40 und einen Strahlauffänger (Beam Dump) 42 auf.
Durch den Einsatz der zuvor beschriebenen Hochfrequenz- Elektronenquelle (RF Gun) 20 direkt im Strahlweg des rezirkulierenden Elektronenstrahls 32 wird ein sonst üblicher Hochstrominjektor obsolet. Zudem sinken die
Leistungsanforderungen an die notwendigen Verstärker von mehr als 100 kW auf Werte um 1 kW (limitiert durch die minimal erreichbare Bandbreite} . Die Energie des extrahierten Strahls lässt sich wesentlich senken (E <200 keV) , sodass der Strahlauffänger (Beam Dump) 42 und die hierfür benötigte Strahlungsabschirmung (nicht gezeigt) mit wesentlich geringerem materiellen Aufwand realisiert werden kann. Hierdurch werden die Kosten von ERLs 30 speziell im Bereich niedriger bis mittlerer Elektronenenergien (E ^ 100 MeV) substantiell gesenkt.

Claims

Patentansprüche
1. Hochfrequen2-Elektronenquelle (20) mit einer Kathode (12), einem supraleitendem Hochfrequenzresonator (18) und einem Choke-Filter (16) dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode als hohle Kathode (12) ausgebildet ist, die einen Innendurchmesser der Elektronenquelle (20) bestimmt und dass der Choke-Filter (16) in den Aufbau einer die Kathode (12) haltenden Kathodenhalterung (14) integriert ist.
2. Hochfrequenz-Elektronenquelle (20) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die hohle Kathode (12) als rohrförmige Ringkathode ausgebildet ist.
3. Hochfrequenz-Elektronenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der hohlen Kathode (12) und des Hochfrequenzresonators (18) - neben der Erzeugung von Elektronen und anschließender Beschleunigung dieser erzeugten Elektronen - ein Durchfädeln eines weiteren Elektronenstrahls koaxial zur Bewegung der erzeugten Elektronen durch den Innendurchmesser ermöglicht.
4. Hochfrequenz-Elektronenquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (12) zusammen mit der Kathodenhalterung (14) und dem Choke-Filter (16) auf das Temperaturniveau von flüssigem Stickstoff kühlbar ist. Hochfrequenz-Elektronenquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenhalterung (14) einen Außenbereich (22) der Kathode (12) mechanisch kontaktiert, wobei der Außenbereich (22) einen Abstand (A) zu einem dem Resonator zugewandten Ende (24) der Kathode (12) aufweist, der größer als der Innendurchmesser der Kathode an seiner geringsten Stelle ist.
Hochfrequenz-Elektronenquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussöffnung (26) des Hochfrequenzresonators (18) einen Durchmesser D ^ 35 mm aufweist.
Hochfrequenz-Elektronenquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Kathode (12) mit einem Ansatz (28) oder Ansatzbereich in die Anschlussöffnung (26) des Hochfrequenzresonators (18) hineinragt.
Energierückgewinnungs-Linearbeschleuniger (30) mit einem rezirkulierenden Elektronenstrahl (32) und einer supraleitenden Hochfrequenz-Elektronenquelle als
Injektor des Energierückgewinnungs-Linearbeschleunigers (30) , dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenz- Elektronenquelle als eine Hochf equenz-Elektronenquelle (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, wobei der Strahlengang des rezirkulierenden Elektronenstrahls (32) durch den Innendurchmesser der supraleitenden Hochfrequenz-Elektronenquelle (20) verläuft .
9. Energierückgewinnungs-Linearbeschleuniger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,. dass der Energierückgewinnungs-Linearbeschleuniger (30) al (Hoch) Strominj ektor-freier Energierückgewinnungs Linearbeschleuniger ausgebildet ist.
PCT/EP2011/054157 2010-03-19 2011-03-18 Hochfrequenz-elektronenquelle und rezirkulierender beschleuniger mit selbiger WO2011113941A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010012048.0 2010-03-19
DE201010012048 DE102010012048B4 (de) 2010-03-19 2010-03-19 Hochfrequenz-Elektronenquelle und rezirkulierender Beschleuniger mit selbiger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011113941A1 true WO2011113941A1 (de) 2011-09-22

Family

ID=43430254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/054157 WO2011113941A1 (de) 2010-03-19 2011-03-18 Hochfrequenz-elektronenquelle und rezirkulierender beschleuniger mit selbiger

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010012048B4 (de)
WO (1) WO2011113941A1 (de)

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. ARNOLD ET AL.: "DEVELOPMENT OF A SUPERCONDUCTING RADIO FREQUENCY PHOTOELECTRON INJECTOR", NUCL. INSTR. AND METH., vol. A577, 2007, pages 440 - 454, XP022133180, DOI: doi:10.1016/j.nima.2007.04.171
BURRILL A ET AL: "BNL superconducting RF guns-technology challenges as ERL sources", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION - A:ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 557, no. 1, 1 February 2006 (2006-02-01), pages 75 - 79, XP025054954, ISSN: 0168-9002, [retrieved on 20060201], DOI: DOI:10.1016/J.NIMA.2005.10.054 *
CALAGA R ET AL: "High current superconducting gun at 703.75MHz", PHYSICA C, NORTH-HOLLAND PUBLISHING, AMSTERDAM, NL, vol. 441, no. 1-2, 15 July 2006 (2006-07-15), pages 159 - 172, XP025120104, ISSN: 0921-4534, [retrieved on 20060715], DOI: DOI:10.1016/J.PHYSC.2006.03.098 *
DESTLER W W ET AL: "High power high brightness electron beam generation in a pulse-line driven pseudospark discharge", PARTICLE ACCELERATOR CONFERENCE, 1993., PROCEEDINGS OF THE 1993 WASHINGTON, DC, USA 17-20 MAY 1993, NEW YORK, NY, USA,IEEE, 17 May 1993 (1993-05-17), pages 685 - 687, XP010112994, ISBN: 978-0-7803-1203-6, DOI: DOI:10.1109/PAC.1993.308834 *
J. TEICHERT ET AL.: "STATUS OF THE SUPERCONDUCTING RF PHOTO-INJECTOR DEVELOPMENT", PROCEEDINGS OF ERL07, 2007
R.GANTER ET AL.: "Commissioning of a Diode / RF Photogun Combination", PROCEEDINGS OF FEL2009, 23 August 2009 (2009-08-23) - 28 August 2009 (2009-08-28), Liverpool, UK, pages 317 - 320, XP002649778 *
S.L. SMITH ET AL.: "THE STATUS OF THE DARESBURY ENERGY RECOVERY LINAC PROTOTYPE", PROC. OF PAC07, 2007, pages 1106 - 1108
TODD ET AL: "State-of-the-art electron guns and injector designs for energy recovery linacs (ERL)", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION - A:ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 557, no. 1, 1 February 2006 (2006-02-01), pages 36 - 44, XP025054948, ISSN: 0168-9002, [retrieved on 20060201], DOI: DOI:10.1016/J.NIMA.2005.10.087 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010012048A1 (de) 2011-02-10
DE102010012048B4 (de) 2013-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2540143B1 (de) Beschleuniger für geladene teilchen
EP1220292B1 (de) Monochromator für geladene Teilchen
EP1692923B1 (de) Undulator und verfahren zu dessen betrieb
DE3708716C2 (de) Hochfrequenz-ionenquelle
EP2540144B1 (de) Gleichspannungs-hochspannungsquelle und teilchenbeschleuniger
DE102007010463A1 (de) Vorrichtung zur Feldemission von Teilchen und Verfahren zur Herstellung
EP1222677B1 (de) Elektronenstossionenquelle
DE3424449A1 (de) Quelle fuer negative ionen
DE3740888C2 (de)
DE102010012048B4 (de) Hochfrequenz-Elektronenquelle und rezirkulierender Beschleuniger mit selbiger
EP2540145B1 (de) Gleichspannungs-hochspannungsquelle und teilchenbeschleuniger
WO2007144058A1 (de) Modularer linearbeschleuniger
DE102004055256B4 (de) Hochfrequenz-Elektronenquelle
DE1489020B2 (de) Beschleuniger fuer geladene teilchen
WO1994010699A1 (de) Verfahren zur erhöhung und/oder sicherstellung des wirkungsgrads eines gyrotrons und gyrotron zur durchführung des verfahrens
DE102020127132B4 (de) HOM-gedämpfter supraleitender Hohlraumresonator, Nutzung desselben und Verfahren zu seiner Erzeugung
DE10306936B3 (de) Multi-Mode-Metall-Ionenquelle mit der Struktur einer Hohlkathoden-Sputter-Ionenquelle mit radialer Ionenextraktion
DE2228117A1 (de) Hohlkathoden-duoplasmatron-ionenquelle
DE102013216018A1 (de) Vorrichtung zur Übertragung von Kräften
WO2011104083A1 (de) Beschleuniger für geladene teilchen
DE102017214451A1 (de) Vakuum-Schaltkammer für einen Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zum Aufbau der Vakuum-Schaltkammer
DE102004005612B4 (de) Verfahren zur Verbesserung der Strahleigenschaften einer supraleitenden Hochfrequenz-Fotoelektronenquelle
DE102009028182B3 (de) Hochfrequenz-Fotoelektronenquelle mit supraleitendem Hohlraumresonatorsystem stabilisierter Eigenfrequenz
DE1489020C (de) Beschleuniger fur geladene Teilchen
DE102020204315A1 (de) Vakuumschaltröhre mit feststehendem und bewegbaren Schaltstück und Schaltstück sowie Verfahren zum Herstellen einer Vakuumschaltröhre oder eines Schaltstücks

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11709391

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11709391

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1