WO2012045570A1 - Ring accelerator - Google Patents

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WO2012045570A1 PCT/EP2011/066262 EP2011066262W WO2012045570A1 WO 2012045570 A1 WO2012045570 A1 WO 2012045570A1 EP 2011066262 W EP2011066262 W EP 2011066262W WO 2012045570 A1 WO2012045570 A1 WO 2012045570A1
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slots
ring accelerator
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Oliver Heid
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05H2007/227—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes power coupling, e.g. coupling loops

Definitions

  • a plurality of slots are provided, the slots being separate, and each slot having an RF transmitter.
  • multiple slots instead of a single continuous slot around the entire circumference of the RF resonator, an improved coupling of the RF power is made possible.
  • ⁇ help of the multiple slots it is possible compared to a single slot to couple with lower currents an equal RF power. Due to the separately arranged slots, the wall structure of the RF resonator is not completely divided into two, but there are conductive connec tion ⁇ areas between two parts of the RF resonator angeord ⁇ net. In this way, the formation of the desired electromagnetic field is supported. In the dacasbe ⁇ rich currents can flow, which support the structure of the desired electromagnetic field, and are additionally reinforced by the coupling of the RF power through the slots.
  • the shield is dimensionally formed in such a manner that the shield case has an electric impedance at a Re ⁇ sonanzfrequenz of the RF resonator, which is greater than the impedance of the RF resonator. In this way it is achieved that the output from the RF transmitter to the side edges of the slots electrical power delivered substantially in the RF resonator. In this case, only a very small current flows into the shielding housing, which is at least partially electrically conductive for electromagnetic shielding.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of a ring accelerator with a control unit 500, an acceleration unit 510 and a guide unit 520.
  • the acceleration unit 510 is provided for the acceleration of elekt ⁇ charged particles.
  • the guide unit 520 is provided for guiding the particles on a circular path, wherein the guide unit 520 is realized by magnets. By the magnets, the electrically charged particles are guided on a circular path and repeatedly passed through the Accelerat ⁇ n Trentsech 510th Each time the acceleration unit 510 passes through, the electrically charged particles, for example ions or electrons, are accelerated again, so that very high speeds of the particles are achieved.

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Abstract

The invention relates to a ring accelerator for electrically charged particles having an acceleration unit (510) with an RF resonator (11) with an RF transmitter (64) for supplying radio frequency power for accelerating charged particles, with a guiding device (520) for guiding the particles in a circular path for repeatedly passing the RF resonator (11), characterized in that the RF resonator (11) has a slot (60), and in that the slot (60) is delimited by two side edges (25) of a wall (15) of the RF resonator (11) which are located opposite each other, and in that the RF transmitter (64) is connected to the two side edges (25), and in that an electrical shielding housing (35) over the slot (60) and the RF transmitter (64) is provided.

Description

Beschreibung description
Ringbeschleuniger ring accelerator
Die Erfindung betrifft einen Ringbeschleuniger für elektrisch geladene Teilchen, insbesondere für Ionen oder Elektronen gemäß dem Anspruch 1. The invention relates to a ring accelerator for electrically charged particles, in particular for ions or electrons according to claim 1.
Im Stand der Technik sind verschiedene Aus führungs formen von Ringbeschleunigern bekannt. Ringbeschleuniger weisen eine Beschleunigungsstrecke und eine Führungsstrecke auf. Innerhalb der Beschleunigungsstrecke werden die geladenen Teilchen mit¬ hilfe von elektrischen Feldern beschleunigt. Auf der Führungsstrecke werden die geladenen Teilchen auf einer Kreisbahn mithilfe von Magnetfeldern geführt und wieder zur Beschleunigungsstrecke zurückgeführt. Auf diese Weise kann die Beschleunigungsstrecke mehrfach durchlaufen werden und somit eine hohe Beschleunigungsleistung mit einer relativ kleinen Beschleunigungseinheit erreicht werden. Various embodiments of ring accelerators are known in the art. Ring accelerators have an acceleration section and a guide track. Within the acceleration path the charged particles are accelerated with ¬ aid of electric fields. On the guide track, the charged particles are guided on a circular path using magnetic fields and returned to the acceleration section. In this way, the acceleration section can be traversed several times and thus a high acceleration performance can be achieved with a relatively small acceleration unit.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Ringbeschleuniger bereitzustellen. The object of the invention is to provide an improved ring accelerator.
Diese Aufgabe wird durch den Ringbeschleuniger gemäß Patent¬ anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by the ring accelerator according to patent ¬ claim 1. Preferred developments are specified in the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Ringbeschleuniger weist als Beschleunigungseinheit einen HF-Resonator mit einer Wandstruktur auf, in der ein Schlitz ausgebildet ist, wobei der HF-Sender mit den zwei gegenüberliegenden Seitenkanten der Schlitzstruktur elektrisch leitend verbunden ist. Zudem ist eine elektrische Abschirmung vorgesehen, die sowohl den Schlitz als auch den HF-Sender elektromagnetisch abschirmt. Auf diese Weise ist es möglich, die zur Beschleunigung des geladenen Teilchens benötigte Energie über den HF-Sender direkt am HF-Resonator zu erzeugen und einzuspeisen. In einer Weiterbildung der Erfindung weist der HF-Resonator die Form einer Röhre, insbesondere eine Zylinderform auf. Da¬ bei erstreckt sich der Schlitz über den gesamten Umfang des HF-Resonators, so dass die Wandstruktur des HF-Resonators zweigeteilt ist. The ring accelerator according to the invention has as acceleration unit an RF resonator with a wall structure in which a slot is formed, wherein the RF transmitter is electrically conductively connected to the two opposite side edges of the slot structure. In addition, an electrical shield is provided which shields both the slot and the RF transmitter electromagnetically. In this way, it is possible to generate and feed the energy required to accelerate the charged particle via the RF transmitter directly at the RF resonator. In one development of the invention, the RF resonator has the shape of a tube, in particular a cylindrical shape. Since ¬ at the slot extends over the entire circumference of the RF resonator, so that the wall structure of the RF resonator is divided into two.
In einer weiteren Aus führungs form sind mehrere HF-Sender entlang des Schlitzes vorgesehen, um die HF-Leistung in den HF- Resonator einzukoppeln . Durch die Anordnung mehrerer HF- Sender wird eine gleichmäßige Einkopplung der HF-Leistung ermöglicht und zudem sind die HF-Sender einfach aufgebaut, da jeder einzelne HF-Sender nur eine relativ geringe HF-Leistung erzeugen muss. In another embodiment, a plurality of RF transmitters are provided along the slot for coupling the RF power into the RF resonator. By arranging several RF transmitters, a uniform coupling of the RF power is made possible and, moreover, the RF transmitters are simply constructed, since each individual RF transmitter only has to generate a relatively low HF power.
In einer weiteren Aus führungs form sind mehrere Schlitze vorgesehen, wobei die Schlitze voneinander getrennt sind, und wobei jeder Schlitz einen HF-Sender aufweist. Durch die Verwendung mehrerer Schlitze anstelle eines einzigen durchgehenden Schlitzes um den gesamten Umfang des HF-Resonators wird eine verbesserte Einkopplung der HF-Leistung ermöglicht. Mit¬ hilfe der mehreren Schlitze ist es im Vergleich zu einem einzigen Schlitz möglich, mit geringeren Strömen eine gleich große HF-Leistung einzukoppeln. Durch die getrennt angeordneten Schlitze ist die Wandstruktur des HF-Resonators nicht vollständig zweigeteilt, sondern es sind leitende Verbin¬ dungsbereiche zwischen zwei Teilen des HF-Resonators angeord¬ net. Auf diese Weise wird die Ausbildung des gewünschten elektromagnetischen Feldes unterstützt. In den Verbindungsbe¬ reichen können Ströme fließen, die den Aufbau des gewünschten elektromagnetischen Feldes unterstützen, und die zusätzlich durch die Einkopplung der HF-Leistung über die Schlitze verstärkt werden. In a further embodiment, a plurality of slots are provided, the slots being separate, and each slot having an RF transmitter. By using multiple slots instead of a single continuous slot around the entire circumference of the RF resonator, an improved coupling of the RF power is made possible. With ¬ help of the multiple slots, it is possible compared to a single slot to couple with lower currents an equal RF power. Due to the separately arranged slots, the wall structure of the RF resonator is not completely divided into two, but there are conductive connec tion ¬ areas between two parts of the RF resonator angeord ¬ net. In this way, the formation of the desired electromagnetic field is supported. In the Verbindungsbe ¬ rich currents can flow, which support the structure of the desired electromagnetic field, and are additionally reinforced by the coupling of the RF power through the slots.
In einer weiteren Aus führungs form ist der bzw. sind die In another embodiment, the or are the
Schlitze im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des HF-Resonators ausgerichtet. Bei der Anordnung mehrerer Slots aligned substantially perpendicular to a longitudinal axis of the RF resonator. When arranging several
Schlitze besteht eine bevorzugte Aus führungs form darin, dass die Schlitze verteilt um den Umfang des HF-Resonators in ei- ner Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Längsachse des HF-Resonators ausgerichtet ist. Slots is a preferred embodiment in that the slots distributed around the circumference of the RF resonator in a ner level are arranged, which is aligned perpendicular to the longitudinal axis of the RF resonator.
In einer weiteren Aus führungs form sind mehrere Schlitze angeordnet, wobei die Schlitze gleich lang und/oder gleich breit sind. Auf diese Weise liegt eine identische Geometrie der Schlitze vor, so dass eine gleichmäßige Einkopplung der HF- Leistung gegeben ist. In a further disclosed embodiment, a plurality of slots are arranged, wherein the slots are the same length and / or the same width. In this way, there is an identical geometry of the slots, so that a uniform coupling of the RF power is given.
In einer weiteren Aus führungs form ist das Abschirmgehäuse in der Weise ausgebildet, dass das Abschirmgehäuse bei einer Re¬ sonanzfrequenz des HF-Resonators eine elektrische Impedanz aufweist, die größer ist als die Impedanz des HF-Resonators. Auf diese Weise wird erreicht, dass die vom HF-Sender an die Seitenkanten der Schlitze abgegebene elektrische Leistung im Wesentlichen in den HF-Resonator abgegeben. Dabei fließt nur ein sehr geringer Strom in das Abschirmgehäuse, das zur elektromagnetischen Abschirmung wenigstens teilweise elektrisch leitend ausgebildet ist. In a further guide the shield is dimensionally formed in such a manner that the shield case has an electric impedance at a Re ¬ sonanzfrequenz of the RF resonator, which is greater than the impedance of the RF resonator. In this way it is achieved that the output from the RF transmitter to the side edges of the slots electrical power delivered substantially in the RF resonator. In this case, only a very small current flows into the shielding housing, which is at least partially electrically conductive for electromagnetic shielding.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ringbeschleunigers,  1 is a schematic representation of a ring accelerator,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Beschleunigungseinheit,  2 is a schematic representation of a first embodiment of an acceleration unit,
Fig. 3 eine Frontansicht der Beschleunigungseinheit,  3 is a front view of the acceleration unit,
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Abschirmgehäuse im Bereich eines HF-Senders,  4 shows a cross section through a shielding housing in the region of an RF transmitter,
Fig. 5 eine weitere Aus führungs form einer Beschleunigungseinheit,  5 shows a further embodiment of an acceleration unit,
Fig. 6 eine Frontansicht der weiteren Aus führungs form der Beschleunigungseinheit,  6 shows a front view of the further embodiment of the acceleration unit,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch das Abschirmgehäuse der wei¬ teren Aus führungs form der Beschleunigungseinheit im Bereich des Abschirmgehäuses, Fig. 7 is a longitudinal section through the shield of white ¬ direct disclosed embodiment, the acceleration unit in the region of the shield,
Fig. 8 einen Querschnitt durch die Einkopplungsvorrichtung, 8 shows a cross section through the coupling device,
Fig. 9 eine Aus führungs form einer Koaxialleitung, Fig. 10 eine Einkopplungsvorrichtung und 9 shows an embodiment of a coaxial line, 10 is a coupling device and
Fig. 11 eine weitere Ausbildungsform einer HF-Kavität einer  Fig. 11 shows another embodiment of an RF cavity of a
Beschleunigungseinheit . Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines Ringbeschleunigers mit einer Steuereinheit 500, einer Beschleunigungseinheit 510 und einer Führungseinheit 520. Die Beschleunigungseinheit 510 ist zur Beschleunigung von elekt¬ risch geladenen Teilchen vorgesehen. Die Führungseinheit 520 ist zur Führung der Teilchen auf einer Kreisbahn vorgesehen, wobei die Führungseinheit 520 durch Magnete realisiert ist. Durch die Magnete werden die elektrisch geladenen Teilchen auf einer Kreisbahn geführt und mehrmals durch die Beschleu¬ nigungseinheit 510 geleitet. Bei jedem Durchlaufen der Be- schleunigungseinheit 510 werden die elektrisch geladenen Teilchen, beispielsweise Ionen oder Elektronen erneut beschleunigt, so dass sehr hohe Geschwindigkeiten der Teilchen erreicht werden. Die Beschleunigung der Teilchen, die beispielsweise in Form von Teilchenpaketen vorliegen, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines HF-Resonators erreicht, der in der Beschleunigungseinheit 510 angeordnet ist. Die Steuerein¬ heit 500 erfasst die Position der umlaufenden Teilchen und steuert synchron das elektrische Feld im HF-Resonator in der Weise, dass die elektrischen Teilchen beschleunigt werden. Zudem steuert die Steuereinheit 500 die Stärke der Magnetfel¬ der der Führungseinheit 520 abhängig von der Geschwindigkeit, der elektrischen Ladung und der Masse der Teilchen in der Weise, dass die Teilchen auf einer Ringbahn, insbesondere ei¬ ner Kreisbahn wieder zur Beschleunigungseinheit 510 zurückge¬ führt werden. Weiterhin ist eine Einspeiseeinheit 530 zum Einspeisen von elektrisch geladenen Teilchen und eine Auskoppeleinheit 540 zum Auskoppeln von elektrisch geladenen Teil- chen vorgesehen. Acceleration unit. Fig. 1 shows a schematic representation of the structure of a ring accelerator with a control unit 500, an acceleration unit 510 and a guide unit 520. The acceleration unit 510 is provided for the acceleration of elekt ¬ charged particles. The guide unit 520 is provided for guiding the particles on a circular path, wherein the guide unit 520 is realized by magnets. By the magnets, the electrically charged particles are guided on a circular path and repeatedly passed through the Accelerat ¬ nigungseinheit 510th Each time the acceleration unit 510 passes through, the electrically charged particles, for example ions or electrons, are accelerated again, so that very high speeds of the particles are achieved. The acceleration of the particles, which are present for example in the form of particle packets, is achieved in the illustrated embodiment in the form of an RF resonator, which is arranged in the acceleration unit 510. The Steuerein ¬ unit 500 detects the position of the rotating particles and synchronously controls the electric field in the RF resonator in such a way that the electrical particles are accelerated. In addition, the control unit 500 controls the strength of the Magnetfel ¬ of the guide unit 520 depending on the speed, the electric charge and the mass of the particles in such a way that the particles again Retired for accelerating unit 510 ¬ takes on an annular web, in particular egg ¬ ner circular path become. Furthermore, a feed unit 530 for feeding electrically charged particles and a decoupling unit 540 for decoupling electrically charged particles are provided.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer HF-Kavität 11, die Teil einer Beschleunigungseinheit 510 ist. Um den äußeren Umfang der HF-Kavität 11 ist eine Einkoppelvorrichtung 13 zur Ein- kopplung von HF-Leistung die HF-Kavität 11 angeordnet. Wei¬ terhin ist die Steuereinheit 500 vorgesehen, mit der die Einkoppelvorrichtung 13 in der Weise angesteuert wird, dass sich mit Hilfe der Hochfrequenzleistung ein elektrisches Feld auf¬ baut, das elektrisch geladene Teilchen 46 in der Pfeilrichtung beschleunigt. FIG. 2 shows a side view of an RF cavity 11, which is part of an acceleration unit 510. To the outer circumference The RF cavity 11 is a coupling device 13 for coupling RF power, the RF cavity 11 is arranged. Wei ¬ terhin the control unit 500 is provided with which the coupling device 13 is driven in such a way that with the help of the high frequency power an electric field builds ¬ accelerates the electrically charged particles 46 in the direction of the arrow.
Fig. 3 zeigt eine Frontansicht der in Fig. 2 gezeigten HF- Kavität 11. FIG. 3 shows a front view of the RF cavity 11 shown in FIG. 2.
Die Einkoppelvorrichtung 13 wird anhand des Längsschnitts in Fig. 4 durch die in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigte HF-Kavität 11 detaillierter dargestellt. The coupling device 13 is shown in greater detail on the basis of the longitudinal section in FIG. 4 by the HF cavity 11 shown in FIGS. 2 and 3.
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil der HF- Kavität 11. Dargestellt ist lediglich eine Wandseite der HF- Kavität 11 in dem Bereich, in dem sich die Einkoppelvorrichtung 13 befindet. Zu sehen ist eine leitende Wand 15, welche einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 23 aufweist, die durch einen Schlitz 60 voneinander getrennt und isoliert sind. Eine ringförmige Isolierung 27 bildet gleich¬ zeitig eine Vakuumdichtung. Die leitende Wand 15 weist eine Innenseite 19, welche in den Hohlraum der HF-Kavität 11 ge- richtet ist, und eine nach außen gerichtete Außenseite 17 auf. An der Außenseite 17 befindet sich die Einkoppelvorrichtung 13 für HF-Leistung. FIG. 4 shows a longitudinal section through part of the RF cavity 11. Only one wall side of the HF cavity 11 is shown in the region in which the coupling device 13 is located. Shown is a conductive wall 15, which has a first portion 21 and a second portion 23, which are separated by a slot 60 and isolated. An annular insulation 27 simultaneously forms a vacuum seal. The conductive wall 15 has an inner side 19, which is directed into the cavity of the HF cavity 11, and an outwardly directed outer side 17. On the outside 17 is the coupling device 13 for RF power.
Die Einkopplungsvorrichtung 13 umfasst einen HF-Sender 64 mit einer Vielzahl von Festkörper-Transistoren 29, welche in direktem Kontakt mit Laschen 25 stehen, die den Schlitz 60 an gegenüber liegenden Längsseiten begrenzen und Teil der leitenden Wand 15 sind. Die Festkörper-Transistoren 29 sind über Zuleitungen 31 mit einer hier nicht gezeigten Gleichstrom- quelle verbunden. Bei Aktivierung durch die Steuereinheit 500 induzieren die Festkörper-Transistoren 29 in der leitenden Wand 15 HF-Ströme, die sich entlang der leitenden Wand 15 ausbreiten. Gewünscht ist eine Ausbreitung entlang der Innenseite 19 der leitenden Wand. The coupling device 13 comprises an RF transmitter 64 having a plurality of solid-state transistors 29 which are in direct contact with tabs 25 which bound the slot 60 at opposite longitudinal sides and form part of the conductive wall 15. The solid-state transistors 29 are connected via leads 31 to a direct current source, not shown here. When activated by the control unit 500, the solid state transistors 29 in the conductive wall 15 induce RF currents along the conductive wall 15 spread. Wanted is a propagation along the inside 19 of the conductive wall.
Die Festkörper-Transistoren 29 und die Einkoppelstelle an den Laschen 25 sind durch ein metallisches Abschirmgehäuse 35, beispielsweise aus Kupfer, vor elektromagnetischer Strahlung von außen geschützt.  The solid-state transistors 29 and the coupling point to the tabs 25 are protected by a metallic shielding 35, for example made of copper, from external electromagnetic radiation.
Das Abschirmgehäuse 35 ist in Form einer geschlossenen Abde¬ ckung ausgebildet, die den gesamten Schlitz 60 mit dem HF- Sender 64 abdeckt. Das Abschirmgehäuse 35 ist mit einem Rand¬ bereich 62 umlaufend um den Schlitz 60 mit der Außenseite 17 elektrisch leitend verbunden. Das Abschirmgehäuse 35 ist we¬ nigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Auf diese Weise wird eine Leitung von HF-Strömen des HF-Senders 64 entlang der Außenseite 17 über den Bereich des Abschirmgehäuses 35 hinaus unterbunden und im Wesentli¬ chen auf der Innenseite 19 der Wandung 15 eingespeist. The shield case 35 is formed in the form of a closed Cover B ¬ ckung, which covers the entire slot 60 with the RF transmitter 64th The shield 35 is connected to an edge ¬ area 62 circumferentially around the slot 60 with the outer side 17 electrically conductive. The shield case 35 is we ¬ nigstens partially made of an electrically conductive material. In this way, a line of RF currents of the RF transmitter 64 along the outside 17 is prevented beyond the region of the shielding housing 35 addition and fed in Wesentli ¬ chen on the inside 19 of the wall 15.
Figur 5 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungs- form einer Beschleunigungseinheit 510 mit einer HF-KavitätFIG. 5 shows a side view of a further embodiment of an acceleration unit 510 with an HF cavity
11, die vorzugsweise rohrförmig ausgebildet ist. Um den äuße¬ ren Umfang der HF-Kavität 11 sind mehrere Einkoppelvorrichtungen 13 zur Einkopplung von HF-Leistung vorgesehen. Die Einkoppelvorrichtungen 13 stehen mit einer Steuereinheit 500 in Verbindung. Die Steuereinheit 500 steuert die Einkoppel¬ vorrichtungen in der Weise an, dass ein elektrisches Feld in der Kavität 11 aufgebaut wird, das geladene Teilchen 46 in Pfeilrichtung beschleunigt. Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Frontansicht der HF-Kavität 11 der Figur 5. 11, which is preferably tubular. To the äuße ¬ Ren scope of the RF cavity 11 a plurality of coupling devices 13 are provided for coupling RF power. The coupling devices 13 are connected to a control unit 500 in connection. The control unit 500 controls the Einkoppel ¬ devices in such a way that an electric field is built up in the cavity 11, the charged particles accelerates 46 in the arrow direction. FIG. 6 shows a schematic representation of a front view of the RF cavity 11 of FIG. 5.
Figur 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Einkoppelvorrichtung 13 der HF-Kavität 11. Dargestellt ist nur eine Wandseite der HF-Kavität 11 in dem Bereich, in dem sich eine Einkoppelvorrichtung 13 befindet. Die HF-Kavität 11 weist eine elekt¬ risch leitende Wand 15 auf, die einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 23 aufweist, die in dem Bereich der Einkoppelvorrichtung 13 durch einen Schlitz 60 voneinander getrennt sind. Vorzugsweise ist im Schlitz 60 eine Isolierung 27 angeordnet, die gleichzeitig eine Vakuumdichtung dar¬ stellt. Die leitende Wand 15 weist eine Innenseite 19 auf, die in den Hohlraum der HF-Kavität 11 gerichtet ist. Zudem weist die leitende Wand 15 eine nach außen gerichtete Außen¬ seite 17 auf. An der Außenseite 17 befindet sich die Einkop¬ pelvorrichtung 13 für die HF-Leistung. Figure 7 shows a longitudinal section through a coupling device 13 of the RF cavity 11. Shown is only one wall side of the RF cavity 11 in the region in which a coupling device 13 is located. The RF cavity 11 has a elekt ¬ driven conductive wall 15 having a first portion 21 and a second portion 23 which is in the range of Einkoppelvorrichtung 13 are separated by a slot 60. Preferably, an insulation 27 is disposed in the slot 60, which simultaneously represents a vacuum seal is ¬ . The conductive wall 15 has an inner side 19, which is directed into the cavity of the RF cavity 11. In addition, the conductive wall 15 has an outwardly directed outer ¬ side 17. On the outer side 17 is the Einkop ¬ pelvorrichtung 13 for the RF power.
Die Einkoppelvorrichtung 13 umfasst wenigstens einen HF- Sender 64 mit einer Vielzahl von Festkörper-Transistoren 29, die in direktem Kontakt mit den zwei parallel angeordneten Laschen 25 stehen, die den Schlitz an gegenüberliegenden Seiten begrenzen. Die Laschen 25 sind aus Teilen der Wand 15 gebildet, die im Bereich des Schlitzes 60 nach außen gebogen sind. Die Festkörpertransistoren 29 sind über Zuleitungen 31 mit einer hier nicht gezeigten Gleichstromquelle verbunden. Zudem sind Steuerleitungen vorgesehen, mit denen die Transistoren 29 von der Steuereinheit 500 zum Senden von HF-Leistung angesteuert werden können. The coupling device 13 comprises at least one RF transmitter 64 with a plurality of solid-state transistors 29, which are in direct contact with the two parallel tabs 25 which define the slot on opposite sides. The tabs 25 are formed from parts of the wall 15, which are bent in the region of the slot 60 to the outside. The solid state transistors 29 are connected via leads 31 to a DC source, not shown here. In addition, control lines are provided with which the transistors 29 can be controlled by the control unit 500 for transmitting RF power.
Die HF-Leistung wird über eine vom HF-Sender 64 an die Laschen 25 angelegte hochfrequente Wechselspannung in die Wand 15 eingekoppelt. Bei einer entsprechenden Aktivierung durch die Steuereinheit 500 induzieren die Transistoren 29 in den Laschen 25 und damit in der leitenden Wand 15 hochfrequente Wechselströme, die sich entlang der leitenden Wand 15 aus¬ breiten. Die Laschen 25 stellen Einkoppelkontakte dar. Gewünscht ist eine Ausbreitung entlang der Innenseite 19 der leitenden Wand 15 entlang und nicht der Außenseite 17 der Wand 15. Um dies zu erreichen, ist ein Abschirmgehäuse 35 vorgesehen, das auf der Außenseite 17 der Wand 15 aufgebracht ist und elektrisch leitend mit der Außenseite 17 der Wand 15 verbunden ist. Die Abschirmvorrichtung 35 ist vorzugsweise aus Kupfer gebildet und schützt sowohl das Abstrahlen von elektromagnetischer Strahlung durch den HF-Sender 64 nach außen als auch die Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung auf den HF-Sender von außen. Figur 8 zeigt einen Querschnitt gemäß der Line IV- IV der Fi¬ gur 7. In Figur 8 sind drei HF-Sender 64 an einem Schlitz in einem Abschirmgehäuse 35 angeordnet. The RF power is coupled via a RF transmitter 64 applied to the tabs 25 high-frequency AC voltage in the wall 15. In a corresponding activation by the control unit 500, the transistors 29 induce in the lugs 25 and thus in the conductive wall 15 high-frequency alternating currents which are wide along the conductive wall 15 from ¬. The tabs 25 represent Einkoppelkontakte. Wanted is a propagation along the inner side 19 of the conductive wall 15 along and not the outer side 17 of the wall 15. To achieve this, a shielding housing 35 is provided, which is applied to the outer side 17 of the wall 15 and electrically conductively connected to the outside 17 of the wall 15. The shielding device 35 is preferably formed of copper and protects both the emission of electromagnetic radiation by the RF transmitter 64 to the outside and the irradiation of electromagnetic radiation to the RF transmitter from the outside. Figure 8 shows a cross section according to the line IV-IV of Fi gur ¬ 7. In Figure 8, three RF transmitter 64 are arranged at a slot in a shield 35th
Die Schlitze 60 der Einkopplungsvorrichtung 13 sind vorzugsweise auf einer Kreislinie senkrecht zur Längserstreckung der zylinderförmigen Kavität 11 angeordnet. Abhängig von der gewählten Aus führungs form können die Schlitze 60 unterschiedlich lang und/oder unterschiedlich breit ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Aus führungs form können die Schlitze auch in anderer Ausrichtung, insbesondere seitlich versetzt zu einer Kreislinie senkrecht zur Längserstreckung der Kavität 11 angeordnet sein. Zudem können die Schlitze mit der Längsseite parallel zur Längsachse der HF-Kavität 11 angeord¬ net sein, wobei vorzugsweise mehrere Schlitze parallel zuein¬ ander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Schlitze ver¬ teilt um den Umfang der HF-Kavität 11 angeordnet. Jedem The slots 60 of the coupling-in device 13 are preferably arranged on a circular line perpendicular to the longitudinal extent of the cylindrical cavity 11. Depending on the selected embodiment, the slots 60 may have different lengths and / or different widths. Depending on the selected embodiment, the slots can also be arranged in a different orientation, in particular laterally offset relative to a circular line perpendicular to the longitudinal extent of the cavity 11. In addition, the slots can be arranged with the longitudinal side parallel to the longitudinal axis of the RF cavity 11 angeord ¬ net, wherein preferably a plurality of slots are arranged parallel zuein ¬ other. Preferably, the slots are ver ¬ divides the circumference of the RF cavity 11 is arranged. Each
Schlitz ist mindestens ein HF-Sender zugeordnet. Abhängig von der gewählten Aus führungs form können auch mehr als ein Slot is assigned at least one RF transmitter. Depending on the chosen version, more than one can be used
Schlitz 60 in einem Abschirmgehäuse angeordnet sein. Slot 60 may be arranged in a shield case.
Figur 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Koaxiallei¬ tung 66 zur Versorgung des HF-Senders mit Gleichstrom vorgesehen ist, wobei ein Innenleiter 67 der Koaxialleitung mit einem Anschluss des HF-Senders 64 und ein elektrischer Außenleiter 68 des Koaxialkabels mit dem Abschirmgehäuse 35 elekt¬ risch leitend verbunden ist. Zwischen dem Innenleiter 67 und dem Außenleiter 68 ist eine erste Isolierung 70 angeordnet. Der Außenleiter 68 ist von einer zweiten Isolierung 69 umgeben. Der Außenleiter 68 kann mit Masse verbunden sein. Figure 9 shows an embodiment in which a Koaxiallei ¬ device 66 is provided for supplying the RF transmitter with DC, wherein an inner conductor 67 of the coaxial line with a terminal of the RF transmitter 64 and an electrical outer conductor 68 of the coaxial cable with the shield 35 elekt ¬ is conducting connected. Between the inner conductor 67 and the outer conductor 68, a first insulation 70 is arranged. The outer conductor 68 is surrounded by a second insulation 69. The outer conductor 68 may be connected to ground.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung der Einkoppel¬ vorrichtung 13 mit einem parasitären Strom I über die Außenseite der Wand 15 und die Innenseiten des Abschirmgehäuses 35, der durch die Wahl der Geometrie und des Materials des Abschirmgehäuses 35 möglichst klein gehalten wird. Bei der vorliegenden Anordnung ist die HF-Erzeugung bzw. HF- Umrichtung in die resonante Struktur integriert. Der Umrichter ist in eine Struktur eingebaut, die aus dem Resonator als ersten Raum und einem zweiten für die Frequenz der HF-Energie im Wesentlichen abgeschlossenen Raum und einer, z. B. Figure 10 shows a schematic illustration of the infeed ¬ device 13 having a parasitic current I on the outside of the wall 15 and the inner sides of the shield 35, which is minimized by the choice of the geometry and the material of the shield 35th In the present arrangement, the RF generation or RF conversion is integrated into the resonant structure. The inverter is built into a structure consisting of the resonator as the first space and a second space substantially closed to the frequency of the RF energy and one, e.g. B.
schlitzförmigen Verbindung zwischen beiden Räumen besteht. Der zweite Raum ist durch das Abschirmgehäuse 35 und die Wand 15 gebildet. Der HF-Strom wird in Schlitzkanten injiziert. Beide Räume sind so ausgebildet, dass sich die in den Schlitz injizierte elektromagnetische Leistung hauptsächlich in die HF-Kavität 11 verzweigt, die vorzugsweise als HF-Resonator ausgebildet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kanten im HF-Resonator eine Richtungskomponente senkrecht zum Wand¬ strom des gewünschten Resonanzmodes besitzt. slot-shaped connection between the two rooms. The second space is formed by the shield case 35 and the wall 15. The HF current is injected into slot edges. Both spaces are designed such that the electromagnetic power injected into the slot branches mainly into the HF cavity 11, which is preferably designed as an RF resonator. This is achieved in that the edges in the RF resonator has a direction component perpendicular to the wall ¬ current of the desired resonance mode.
Weiterhin wird der HF-Resonator vorzugsweise nahe einer Resonanzstelle betrieben, wobei sich der Schlitz des HF- Resonators hinreichend nahe an einem Strombauch des entspre¬ chenden Resonanzmodes befindet. Dadurch wird der HF-Resonator bei dieser Frequenz niederohmig im Vergleich zu dem zweiten Raum, der durch das Abschirmgehäuse 35 und die Wandung 15 ge¬ bildet wird. Beispielsweise ist die Impedanz des Abschirmge¬ häuses für die vom HF-Sender 64 abgegebene HF-Frequenz wenigstens 10 mal größer als die Impedanz der HF-Kavität 11 bei der Resonanzfrequenz. Zudem liegt vorzugsweise keine Reso¬ nanzfrequenz des zweiten Raumes nahe der Betriebsfrequenz des HF-Resonators und ggf. auch nicht im Bereich von deren Oberwellen vor. Weiterhin befinden sich vorzugsweise die Einspeisekanten des Schlitzes nahe an einer Stromknotenlinie des Re¬ sonanzmodes oder die Einspeisekanten des Schlitzes sind im Wesentlichen senkrecht zur Wandstromrichtung des entsprechenden Resonanzmodes. Die Speisung des Umrichters kann derart stattfinden, dass der umschließende Raum transparent gegen das durch das vom Speisestrom erzeugte elektromagnetische Feld ist, z. B. durch eine normal leitende Metallbox und eine Gleichstromspeisung oder durch ein oder mehrere koaxiale Kabel zur Zuführung des Stromes, wobei der umschließende Raum eine Verlängerung des Raumes zwischen Mantel und Innenleiter des Koaxialkabels darstellt und der Mantel des Kabels mit der Wandung des Abschirmgehäuses verbunden ist. Furthermore, the RF resonator is preferably operated near a resonance point, wherein the slot of the RF resonator is sufficiently close to a current loop of the entspre ¬ sponding resonance modes. As a result, the RF resonator at this frequency is low impedance compared to the second space which is ge ¬ forms by the shielding housing 35 and the wall 15. For example, the impedance of the Abschirmge ¬ housing for the output from the RF transmitter 64 RF frequency is at least 10 times greater than the impedance of the RF cavity 11 at the resonant frequency. Furthermore, preferably there is no Reso ¬ nanzfrequenz of the second space near the operating frequency of the RF resonator and possibly also not in the range of its harmonics. Furthermore, there are preferably the Einspeisekanten of the slot close to a power line of the node Re ¬ sonanzmodes or Einspeisekanten of the slot are substantially perpendicular to the wall-flow direction of the corresponding resonant mode. The supply of the converter can take place such that the enclosing space is transparent against the electromagnetic field generated by the supply current, z. B. by a normal conductive metal box and a DC power supply or by one or more coaxial cables for supplying the current, wherein the enclosing space is an extension of the space between the jacket and inner conductor represents the coaxial cable and the jacket of the cable is connected to the wall of the shield case.
Figur 11 zeigt die Ausbildungsform der HF-Kavität 11 in einer schematischen Darstellung, bei der die Schlitze 60 in Längsrichtung der HF-Kavität und parallel zueinander angeordnet sind. Abhängig von der gewählten Aus führungs form koppeln die HF-Sender 64 die HF-Frequenz in den Längsseiten und/oder in den Querseiten der Schlitze 60 ein. Vordere und hintere Quer- kanten 71, 72 der Schlitze 60 sind vorzugsweise in einer vorderen bzw. hinteren Ebene senkrecht zur Längsseite der HF- Kavität 11 angeordnet. Figure 11 shows the embodiment of the RF cavity 11 in a schematic representation, in which the slots 60 are arranged in the longitudinal direction of the RF cavity and parallel to each other. Depending on the selected embodiment, the RF transmitters 64 couple the RF frequency into the long sides and / or the lateral sides of the slots 60. Front and rear transverse edges 71, 72 of the slots 60 are preferably arranged in a front or rear plane perpendicular to the longitudinal side of the RF cavity 11.

Claims

Patentansprüche claims
1. Ringbeschleuniger für elektrisch geladene Teilchen mit einer Beschleunigungseinheit (510) mit einem HF- Resonator (11) mit einem HF-Sender (64) zur Einspeisung einer Hochfrequenzleistung zur Beschleunigung von geladenen Teilchen, mit einer Führungseinrichtung (520) zur Führung der Teilchen auf einer Kreisbahn zum wiederholten Durchlaufen des HF-Resonators (11), dadurch gekenn- zeichnet, dass der HF-Resonator (11) einen Schlitz (60) aufweist, und dass der Schlitz (60) durch zwei gegenüber liegende Seitenkanten (25) einer Wand (15) des HF- Resonators (11) begrenzt ist, und dass der HF-Sender (64) an die zwei Seitenkanten (25) angeschlossen ist, und dass ein elektrisches Abschirmgehäuse (35) über demAn electrically charged particle ring accelerator comprising an acceleration unit (510) having an RF resonator (11) with an RF transmitter (64) for supplying a high frequency power for accelerating charged particles, having guide means (520) for guiding the particles a circular path for repeatedly passing through the RF resonator (11), characterized in that the RF resonator (11) has a slot (60), and that the slot (60) by two opposite side edges (25) of a wall (15) of the RF resonator (11) is limited, and that the RF transmitter (64) is connected to the two side edges (25), and that an electrical shielding housing (35) over the
Schlitz (60) und dem HF-Sender (64) vorgesehen ist. Slot (60) and the RF transmitter (64) is provided.
2. Ringbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Resonator (11) entlang einer Längsach- se ausgerichtet ist, und dass der Schlitz (60) sich über den gesamten Umfang des HF-Resonators (11) er¬ streckt . 2. ring accelerator according to claim 1, characterized in that the RF resonator (11) along a longitudinal axis is aligned, and that the slot (60) extends over the entire circumference of the RF resonator (11) he ¬ stretches.
3. Ringbeschleuniger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere HF-Sender (64) entlang des Schlitzes (60) angeordnet sind. 3. Ring accelerator according to one of claims 1 or 2, characterized in that a plurality of RF transmitters (64) along the slot (60) are arranged.
4. Ringbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schlitze (60) angeordnet sind, dass die Schlitze (60) voneinander getrennt sind, und dass jedem Schlitz ein HF-Sender zugeordnet ist. 4. ring accelerator according to claim 1, characterized in that a plurality of slots (60) are arranged, that the slots (60) are separated from each other, and that each slot is associated with an RF transmitter.
5. Ringbeschleuniger nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (60) im We- sentlichen senkrecht oder parallel zur Längsachse des5. Ring accelerator according to one of claims 1 or 4, characterized in that the slot (60) substantially perpendicular or parallel to the longitudinal axis of
HF-Resonators (11) ausgerichtet ist. RF resonator (11) is aligned.
6. Ringbeschleuniger nach Anspruch 4, wobei die Schlitze (60) gleich lang und/oder gleich breit sind. 6. Ring accelerator according to claim 4, wherein the slots (60) are the same length and / or the same width.
Ringbeschleuniger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Abschirmgehäuse (35) in der Weise dimensioniert ist, dass das Abschirmgehäuse (35) bei einer Resonanz¬ frequenz des HF-Resonators (11) eine elektrische Impe¬ danz aufweist, die größer ist als die Impedanz des HF- Resonators . Ring accelerator according to any one of claims 1 to 6, wherein the shield (35) is dimensioned in such a manner that the shield (35) at a resonant ¬ frequency of the RF resonator (11) has an electrical Impe ¬ impedance which is greater than the impedance of the RF resonator.
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