WO2012062544A1 - Particle accelerator and method for operating a particle accelerator - Google Patents

Particle accelerator and method for operating a particle accelerator Download PDF

Info

Publication number
WO2012062544A1
WO2012062544A1 PCT/EP2011/068207 EP2011068207W WO2012062544A1 WO 2012062544 A1 WO2012062544 A1 WO 2012062544A1 EP 2011068207 W EP2011068207 W EP 2011068207W WO 2012062544 A1 WO2012062544 A1 WO 2012062544A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
frequency
resonator
control signal
resonators
particle
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/068207
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Heid
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2012062544A1 publication Critical patent/WO2012062544A1/en

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
    • H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
    • 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
    • H05H7/14—Vacuum chambers
    • H05H7/18—Cavities; Resonators
    • 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
    • H05H7/22—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes
    • H05H2007/227—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes power coupling, e.g. coupling loops

Definitions

  • the present invention relates to a method for Operator Op ⁇ ben of a particle accelerator according to the preamble of claim 1 and a particle accelerator in accordance with the preamble of claim 7.
  • Particle accelerator for accelerating charged particles by electric fields are known from the prior art ⁇ be known. They are used to accelerate charged particles, such as elementary particles, atomic nuclei or ionized atoms, at high speeds and energies. Particle accelerators are used in basic research as well as in medicine and for various industrial purposes.
  • a linear accelerator is a type of particle accelerator in which the electrically charged particles are accelerated on a straight path.
  • DC voltage There are known with DC voltage and operated with high frequency AC linear accelerator.
  • the achievable with DC linear accelerators maximum particle energies are limited by a maximum achievable acceleration DC voltage. This in turn is limited by the risk of a corona discharge caused by arcing in the form of an arc.
  • Linear accelerators achieve higher particle energies.
  • Such particle accelerator have a plurality of individual acceleration elements in which an electric field os ⁇ zilliert.
  • the frequency of this oscillation and the AC voltage and the lengths of the accelerator members are coordinated so that temporally successive bunches always undergo maximum electrical fields in Accelerat ⁇ nistscardi, whereby they are accelerated.
  • the individual elements or acceleration resonators of the particle accelerator have to be ⁇ be driven at the same frequency thereby to maintain the phase condition for each temporally successive particle bunch.
  • TO OBSERVE ⁇ processing the exact resonance frequency for each resonator usually requires considerable construction and Steuerungsauf ⁇ wall for Abstimmtext.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved particle accelerator. This object is achieved by a particle accelerator having the features of claim 7. Further, it is an object of the present ⁇ the invention to provide an improved method for operating a particle accelerator. This object is achieved by a method having the features of claim 1. Be ⁇ preferred developments are given in the dependent claims.
  • An inventive method for operating a particle accelerator with a first resonator and a second resonator includes method steps for exciting a ers ⁇ th electromagnetic oscillation in the first resonator to a first control signal, and for energizing a second electromagnetic wave in the second resonator having a second control signal.
  • the first control signal a first frequency and the second control signal to a second Fre acid sequence.
  • the first frequency and the second frequency have different values.
  • the method comprises the steps of turning on a particle and phasenkontinu ⁇ uing converting the frequency of the first control signal from the first frequency to a third frequency and to phase-continuously transition the frequency of the second control signal from the second frequency to the third frequency.
  • a Ab ⁇ tuning of the resonant frequencies of the resonators unnecessary. This allows a significant mechanical and control technical simplification of the particle accelerator.
  • the method according to the invention is based on the observation that the operating quality of the resonators of the Generalchenbe ⁇ Schleuniger is loaded with a sufficiently strong particle beam substantially lower than the unloaded Q of the resonators.
  • the resonance bandwidth of the Re ⁇ sonatoren becomes so large at loading with the particle beam that is caused by detuning of the resonance frequency within the resonance line width by construction tolerances, thermal expansions, etc..
  • the resonators Only during an oscillation phase , in which the resonator vibrations are not yet damped by a particle beam, the resonators have their full resonance quality.
  • each Reso ⁇ nator is operated according to the invention at its natural resonance frequency to foment a resonant vibration. Subsequently, a switchover to a common operating ⁇ frequency.
  • the first frequency is a resonant frequency of the first resonator in the unloaded state.
  • a resonant oscillation can then be excited in the unloaded first resonator.
  • the second frequency is a Resonanzfre ⁇ frequency of the second resonator in the unloaded state.
  • a resonant oscillation can then also be excited in the unloaded second resonator.
  • the third frequency is within a resonant bandwidth of the first resonator in the loaded ⁇ to stand within a resonant bandwidth of the second Re- sonators in loaded condition.
  • the resonators can then operate both in the loaded state with the common third frequency. It is expedient that the particle beam is switched on in a moment in which the first electromagnetic
  • Oscillation in the first resonator and the second electromagnetic ⁇ cal oscillation in the second resonator each have a suitable for an acceleration of the particle beam phase position.
  • this allows a principle instantaneous change from the first frequency and the second frequency to the third frequency.
  • a start phase of the first control signal and a start phase of the second control signal are already selected so that the ge ⁇ desired phase position of the two electromagnetic oscillations results in the time subsequent moment of turning on the particle beam.
  • the particle beam comprises a plurality of time-sequential particle packets.
  • Kings ⁇ NEN the spatial dimensions of the resonators, and the third frequency is then adjusted such that each of the bunches experiences a maximum acceleration.
  • a particle accelerator according to the invention has a resonator equipped with a device for generating a control signal for exciting an electromagnetic oscillation in the resonator. The device is designed to vary a frequency of the control signal phase-continuously.
  • the resonator in this particle accelerator can then be operated initially with a first frequency. Subsequently, the operating frequency can be changed phase-continuously into a second operating frequency.
  • the device has a numerically controlled oscillator.
  • a numerically controlled oscillator can generate an oscillation with an adjustable frequency and vary the frequency of the oscillation phase-continuously.
  • the device has a power amplifier.
  • such power amplifiers are suitable for exciting and amplifying an electromagnetic oscillation in the resonator.
  • the particle accelerator comprises a plurality of resonators, each of the resonators being equipped with its own device for generating a respective control signal for exciting a vibration in the respective resonator.
  • Each of the pre ⁇ directions is formed to vary a frequency of the respective control signal phase continuously.
  • the resonators of this particle accelerator can then be driven in the unloaded state before switching on a particle beam, each with its own and differing natural resonance frequencies.
  • the now-loaded resonators ⁇ motors can be controlled at a common frequency. The transition between the natural resonance frequencies and the common frequency can each be carried out phase-continuous, whereby the particle beam experiences an acceleration and a quasi-stationary state occurs.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a sectionchenbe ⁇ accelerator
  • FIG. 2 shows a representation of resonance lines of a plurality of weakly damped resonators
  • Fig. 3 is an illustration of the resonance curves of several more damped resonators.
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of a particle accelerator 100.
  • the particle accelerator 100 is an AC linear accelerator.
  • the particle accelerator 100 may be used for
  • the particle accelerator 100 may be, for example, in basic research, for industrial purposes or for medical applications is ⁇ sets.
  • the particle accelerator 100 has a first resonator 110, a second resonator 120 and a third resonator 130.
  • the number of three resonators 110, 120, 130 is chosen by way of example only.
  • the particle accelerator 100 may also have more or less than three resonators.
  • the resonators 110, 120, 130 are preferably formed as Hohlraumre ⁇ sonatoren or cavities.
  • the resonators 110, 120, 130 preferably have a hollow cylindrical shape.
  • the resonators 110, 120, 130 are made of an electrically conductive material, for example of a metal.
  • the resonators ⁇ gates 110, 120, 130 are coaxially arranged linearly one behind the other.
  • all the resonators 110, 120, 130 have identical distances from one another.
  • the first resonator 110 and the second resonator 120 are spaced apart from each other by the same distance as the second resonator 120 and the third resonator 130.
  • the resonators 110, 120, 130 may also have different distances from each other.
  • the three resonators 110, 120, 130 preferably have the same length in the axial direction. However, it is possible to form the resonators 110, 120, 130 with different lengths.
  • the particle accelerator 100 further includes a particle source 140 configured to emit a particle beam 145 of charged particles.
  • the particle source 140 is formed, a non-continuous one
  • Particle beam 145 to emit which consists of temporally successive particle packets that are emitted regularly and time ⁇ Lich spaced from each other.
  • the particle beam 145 is emitted from the particle source 140 coaxially with the longitudinal axes of the resonators 110, 120, 130 in the direction of the first resonator 110.
  • the particle beam 145 then runs along the longitudinal axis of the first resonator 110 through the first resonator 110, on to the second resonator 120, through the second resonator 120, on to the third resonator 130 and through the third resonator 130.
  • After passing through the resonators 110 , 120, 130 of the now accelerated particle beam 145 can be ge depending on the application ⁇ uses.
  • Each particle of the particle beam 145 is accelerated by within the resonators 110, 120, 130 prevailing electric fields 115, 125 in the pres ⁇ fen of the resonators 110, 120, 130, 135.
  • each of the Resonators 110, 120, 130 passes through at a time in which in the relevant resonator 110, 120, 130 a maximum electric field 115, 125, 135 prevails in the axial direction.
  • each of the resonators 110, 120, 130 operate at the same frequency.
  • the resonators 110, 120, 130 are preferably formed as identical as possible. Due to unavoidable manufacturing tolerances, thermal expansions and other interference effects that can not be prevented, the natural resonant frequencies of the resonators 110, 120, 130 are always at slightly different values.
  • each of the resonators 110, 120, 130 has a high resonance quality and thus a low resonance bandwidth. As a result, the individual resonance curves of the various resonators 110, 120, 130 may not sufficiently overlap one another. This situation is shown schematically in FIG.
  • FIG. 2 shows a graph on whose horizontal axis a frequency 400 is plotted and on the vertical axis of which a resonance amplitude 450 is plotted.
  • a first undamped resonance line 510 of the first resonators ⁇ gate 110, a second undamped resonance line 520 of the two ⁇ th resonator 120 and a third undamped resonance line 530 of the third resonator 130 are shown.
  • the exact shape of the resonance lines and their relative position to each other are chosen only by way of example.
  • the first resonator 110 has a self-resonant frequency at a first frequency 410
  • the second resonator 120 has a self-resonant frequency at a second frequency 420
  • the third resonator 130 has a natural resonant frequency at a third frequency 430.
  • the first frequency 410, the second frequency 420, and the third frequency 430 are slightly different from each other due to manufacturing tolerances, thermal expansions, and other perturbing effects.
  • the undamped Re ⁇ sonanzlinien 510, 520, 530 are of the resonators 110, 120, 130 so narrow that the individual undamped resonant lines 510, 520, 530 of the resonators 110, 120, 130 hardly overlap each other. This means that there is no frequency 400 that simultaneously satisfies the resonance condition of all three resonators 110, 120, 130.
  • the prior art attempts to eliminate the described problem by tuning measures. In this case, the self-resonant frequencies of the resonators 110, 120, 130 are tried by influencing the resonators 110, 120, 130 each other equalize.
  • Particle beam 145 the resonant vibrations excited in the resonators 110, 120, 130 energy, which is converted into kinetic energy of the particles of the particle beam 145.
  • This energy withdrawal corresponds to an attenuation of the resonance oscillations excited in the resonators 110, 120, 130.
  • a resonance curve of a damped oscillatory system is always widened ge ⁇ genüber an undamped oscillatory system.
  • the resonators 110, 120, 130 in the loaded state substantially lower resonance qualities and substantially higher resonance bandwidths than in the unloaded state.
  • FIG. Fig. 3 shows ei ⁇ NEN graph on a horizontal axis showing the frequency re-sequence 400 and the resonant amplitude is plotted on a vertical axis showing 450 again. Shown are a ers ⁇ te damped resonant line 610 of the first resonator 110 in the loaded state, a second damped resonant line 620 of the second resonator 120 in the loaded state, and a third damped resonant line 630 of the third resonator 130 in the loaded state.
  • the first damped resonant line 610 is, like the first un ⁇ damped resonant line 510, for example to the first frequency 410 centered relative to the first undamped resonance line 510 of Fig. 2, however, significantly broadened. Accordingly, the second damped resonance line 620 is arranged around the second frequency 420 and the third damped resonance line 630 around the third frequency 430. The second damped resonant ⁇ line 620 is widened with respect to the second undamped resonance line 520th The third damped resonance line 630 is widened from the third undamped resonance line 530.
  • the broadening of the resonance lines 610, 620, 630 results in a fourth frequency 440 that lies within the resonance bandwidths of all the resonators 110, 120, 130.
  • the fourth frequency 440 meets the Resonanzbe ⁇ dingung all of three resonators 110, 120, 130, if the resonators 110, 120, 130 charged with the particle beam 145th
  • all the resonators 110, 120, 130 of the particle accelerator 100 can be operated with the same fourth frequency 440 as soon as the resonators 110, 120, 130 are loaded with the particle beam 145.
  • each of the resonators 110, 120, 130 has its own independent starting device.
  • the first resonator 110 has a first excitation device 210.
  • the second resonator 120 has a second excitation device 220.
  • the third Reso ⁇ nator 130 has a third starter device 230th
  • the resonators 110, 120, 130 and the excitation devices 210, 220, 230 may, for example, be configured as so-called direct drive cavities. Then, each of the resonators ⁇ gates 110 in its circumferential surface a perpendicular to the longitudinal axis of the respective ⁇ resonator 110, 120, 130 oriented circumferential slot. On the outer circumference of each resonator 110, 120, 130 is arranged a plurality of power amplifiers bridging the slot, which can excite and amplify a current flowing parallel to the longitudinal axis in the cylinder jacket, in order to excite and amplify a cavity oscillation in the relevant resonator 110, 120, 130. Such an arrangement is described, for example, in DE 102009053624.
  • Each of the starting devices 210, 220, 230 has its own oscillator or oscillator.
  • the first exciting device 210 is connected to a first vibrator 310.
  • the second exciting device 220 is connected to a second vibrator 320.
  • the third exciting device 230 is connected to a third vibrator 330.
  • the vibration generators 310, 320, 330 can also be integrated into the respective associated excitation devices 210, 220, 230.
  • Each of the oscillators 310, 320, 330 is adapted to generate an oscillation with adjustable Fre acid sequence corresponding to the respectively associated Anregevor- direction 210, 220, 230 supplied to and from this to excite a cavity mode with the respective frequency in the respective associated resonator 110, 120, 130 is used.
  • the oscillators 310, 320, 330 are also designed to vary the frequency of the oscillation generated by the respective oscillator 310, 320, 330 phase-continuously.
  • the vibration generators 310, 320, 330 may be designed, for example, as numerically controlled oscillators.
  • Such a numerically controlled oscillator consists essentially of a digital high-resolution value table of a sine wave and a digital-to-analog converter.
  • the numerically controlled oscillator samples the value table with adjustable step size and uses the digital-to-analog converter to generate a voltage signal corresponding to the current value.
  • the step size By varying the step size, the frequency of the thus generated oscillating voltage signal can be varied in a phase-continuous manner.
  • other oscillators with phase-continuously variable output frequency find use.
  • the particle accelerator 100 further has a control device 150, which is connected to the particle source 140, the first vibration generator 310, the second vibration generator 320 and the third vibration generator 330.
  • the control device 150 is configured to carry out a method explained below for starting up and further operation of the particle accelerator 100.
  • the particle accelerator 100 Before being put into operation, the particle accelerator 100 is switched off. In particular, the particle source 140 make ⁇ on and does not emit a particle beam 145. In the re sonatoren 110, 120, 130 is excited no oscillation.
  • a cavity oscillation is excited in each of the resonators 110, 120, 130. Since the resonators 110, 120, 130 are not yet loaded with the particle beam 145, each of the resonators 110, 120, 130 has a slightly different natural resonance frequency. The resonant curves of the resonators 110, 120, 130 do not sufficiently overlap one another to excite all the resonators 110, 120, 130 at a common frequency. This corresponds to the situation illustrated in FIG. Therefore, each resonator 110, 120, 130 is first excited at its own individual resonant frequency. This is done by the vibration generators 310, 320, 330 and the excitation devices 210, 220, 230. In the example of FIG. 2, therefore, the first resonator 110 with the first frequency 410, the second resonator 120 with the second frequency 420 and the third resonator 130 excited at the third frequency 430.
  • the starting phases of the resonant vibrations in the Reso- nators 110, 120, 130 are selected relative to each other so that after a fixed time, a time occurs at which there is an identical phase position in all the resonators 110, 120, 130 for a short moment.
  • This phase angle can be chosen so as well, that it has an appropriate value 145 for an acceleration of the particle beam on ⁇ . This may, for example, correspond to a maximum electric field 115, 125, 135 in each of the resonators 110, 120, 130.
  • the particle source 140 is turned on to emit the particle beam 145th Since a phase angle suitable for acceleration is present in the resonators 110, 120, 130, the particle beam 145 is accelerated by the electric fields 115, 125, 135 prevailing in the resonators 110, 120, 130. This results in a load or an energy withdrawal, which causes an attenuation of the resonator vibrations. By this attenuation, the resonance curves of the resonators 110, 120, 130 widen, as described with reference to FIG. 3.
  • the transition to the fourth frequency 440 must be phase-continuous. This is ensured by the vibration generators 310, 320, 330.
  • the first oscillator 310 converts the frequency 400, with which the first resonator 110 is excited, thus from the first frequency 410 into the fourth frequency 440.
  • the second oscillator 320 transfers the frequency 400, with which the second resonator 120 is driven, from the second frequency 420 in the fourth frequency 440.
  • the third vibration ⁇ generator 330 via leads 400, the frequency with which the third resonator is excited 130 from the third frequency to the fourth frequency 430 440.
  • the conversion of the frequencies in the joint fourth frequency 440 should be as fast as he ⁇ follow.
  • the fourth frequency 440 is matched to the lengths and spacings of the resonators 110, 120, 130, that the phase condition for loading acceleration is maintained for each temporally successive part of the particle beam ⁇ chen0 145th

Abstract

In a method for operating a particle accelerator with a first resonator and a second resonator, method steps are carried out for exciting a first electromagnetic oscillation in the first resonator with a first control signal and for exciting a second electromagnetic oscillation in the second resonator with a second control signal. Here, the first control signal has a first frequency and the second control signal has a second frequency. The first frequency and the second frequency have different values. Subsequently, steps are carried out for switching on a particle beam and for phase-continuous conversion of the frequency of the first control signal from the first frequency to a third frequency and for phase-continuous conversion of the frequency of the second control signal from the second frequency to the third frequency.

Description

Beschreibung description
Teilchenbeschleuniger und Verfahren zum Betreiben eines Teilchenbeschleunigers Particle accelerator and method for operating a particle accelerator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrei¬ ben eines Teilchenbeschleunigers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Teilchenbeschleuniger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7. The present invention relates to a method for Operator Op ¬ ben of a particle accelerator according to the preamble of claim 1 and a particle accelerator in accordance with the preamble of claim 7.
Teilchenbeschleuniger zum Beschleunigen geladener Teilchen durch elektrische Felder sind aus dem Stand der Technik be¬ kannt. Sie dienen zum Beschleunigen von geladenen Teilchen, beispielsweise Elementarteilchen, Atomkernen oder ionisierten Atomen, auf hohe Geschwindigkeiten und Energien. Teilchenbeschleuniger werden in der Grundlagenforschung wie auch in der Medizin und für verschiedene industrielle Zwecke eingesetzt. Particle accelerator for accelerating charged particles by electric fields are known from the prior art ¬ be known. They are used to accelerate charged particles, such as elementary particles, atomic nuclei or ionized atoms, at high speeds and energies. Particle accelerators are used in basic research as well as in medicine and for various industrial purposes.
Ein Linearbeschleuniger ist eine Bauform eines Teilchenbeschleunigers, bei der die elektrisch geladenen Teilchen auf gerader Bahn beschleunigt werden. Es sind mit Gleichspannung und mit hochfrequenter Wechselspannung betriebene Linearbeschleuniger bekannt. Die mit Gleichspannungs- Linearbeschleunigern erzielbaren maximalen Teilchenenergien sind durch eine maximal erreichbare Beschleunigungsgleichspannung begrenzt. Diese wiederum ist durch die Gefahr eines durch eine Koronaentladung bewirkten Überschlags in Form eines Lichtbogens beschränkt. A linear accelerator is a type of particle accelerator in which the electrically charged particles are accelerated on a straight path. There are known with DC voltage and operated with high frequency AC linear accelerator. The achievable with DC linear accelerators maximum particle energies are limited by a maximum achievable acceleration DC voltage. This in turn is limited by the risk of a corona discharge caused by arcing in the form of an arc.
Demgegenüber lassen sich mit Wechselspannungs-In contrast, with AC voltage
Linearbeschleunigern höhere Teilchenenergien erzielen. Derartige Teilchenbeschleuniger weisen eine Mehrzahl einzelner Beschleunigungselemente auf, in denen ein elektrisches Feld os¬ zilliert. Die Frequenz dieser Oszillation bzw. der Wechselspannung und die Längen der Beschleunigungselemente sind so aufeinander abgestimmt, dass zeitlich aufeinander folgende Teilchenpakete stets maximale elektrische Felder in Beschleu¬ nigungsrichtung durchlaufen, wodurch sie beschleunigt werden. Die einzelnen Beschleunigungselemente oder Resonatoren des Teilchenbeschleunigers müssen dabei mit gleicher Frequenz be¬ trieben werden, um die Phasenbedingung für jedes zeitlich aufeinander folgendes Teilchenpaket einzuhalten. Die Einhal¬ tung der genauen Resonanzfrequenz für jeden Resonator erfordert üblicherweise einen erheblichen Bau- und Steuerungsauf¬ wand für Abstimmmaßnahmen. Typischerweise werden motorgetrie¬ bene mechanische Feldverdränger, etwa Abstimmkolben, und auch gezielte Resonator-Wanddeformationen eingesetzt. Die außerdem erforderliche Messung der Resonanzlage jedes Resonators wäh¬ rend des Betriebs oder in den Sendepausen zwischen aufeinander folgenden Teilchenpaketen ist mit großen technischen Schwierigkeiten verbunden und erfordert einen erheblichen Aufwand, der mit ebensolchen Kosten verbunden ist. Linear accelerators achieve higher particle energies. Such particle accelerator have a plurality of individual acceleration elements in which an electric field os ¬ zilliert. The frequency of this oscillation and the AC voltage and the lengths of the accelerator members are coordinated so that temporally successive bunches always undergo maximum electrical fields in Accelerat ¬ nigungsrichtung, whereby they are accelerated. The individual elements or acceleration resonators of the particle accelerator have to be ¬ be driven at the same frequency thereby to maintain the phase condition for each temporally successive particle bunch. TO OBSERVE ¬ processing the exact resonance frequency for each resonator usually requires considerable construction and Steuerungsauf ¬ wall for Abstimmmaßnahmen. Typically motorgetrie ¬ bene mechanical Feldverdränger, about Abstimmkolben, and also targeted resonator wall deformations are used. The measurement of the resonance position also required each resonator currency ¬ rend operation or in the transmission pauses between successive bunches involves great technical difficulties and requires considerable expenditure connected with just such costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Teilchenbeschleuniger bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Teilchenbeschleuniger mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Weiter ist es Aufgabe der vorliegen¬ den Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Teilchenbeschleunigers anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Be¬ vorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . The object of the present invention is therefore to provide an improved particle accelerator. This object is achieved by a particle accelerator having the features of claim 7. Further, it is an object of the present ¬ the invention to provide an improved method for operating a particle accelerator. This object is achieved by a method having the features of claim 1. Be ¬ preferred developments are given in the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Teilchenbeschleunigers mit einem ersten Resonator und einem zweiten Resonator weist Verfahrensschritte auf zum Anregen einer ers¬ ten elektromagnetischen Schwingung im ersten Resonator mit einem ersten Steuersignal und zum Anregen einer zweiten elektromagnetischen Schwingung im zweiten Resonator mit einem zweiten Steuersignal. Dabei weist das erste Steuersignal eine erste Frequenz und das zweite Steuersignal eine zweite Fre¬ quenz auf. Die erste Frequenz und die zweite Frequenz haben unterschiedliche Werte. Weiter umfasst das Verfahren Schritte zum Einschalten eines Teilchenstrahls und zum phasenkontinu¬ ierlichen Überführen der Frequenz des ersten Steuersignals von der ersten Frequenz zu einer dritten Frequenz und zum phasenkontinuierlichen Überführen der Frequenz des zweiten Steuersignals von der zweiten Frequenz zu der dritten Frequenz. Vorteilhafterweise ist bei diesem Verfahren eine Ab¬ stimmung der Resonanzfrequenzen der Resonatoren unnötig. Dies erlaubt eine wesentliche mechanische und steuerungstechnische Vereinfachung des Teilchenbeschleunigers. An inventive method for operating a particle accelerator with a first resonator and a second resonator includes method steps for exciting a ers ¬ th electromagnetic oscillation in the first resonator to a first control signal, and for energizing a second electromagnetic wave in the second resonator having a second control signal. In this case, the first control signal a first frequency and the second control signal to a second Fre acid sequence. The first frequency and the second frequency have different values. Further, the method comprises the steps of turning on a particle and phasenkontinu ¬ uing converting the frequency of the first control signal from the first frequency to a third frequency and to phase-continuously transition the frequency of the second control signal from the second frequency to the third frequency. Advantageously, in this method, a Ab ¬ tuning of the resonant frequencies of the resonators unnecessary. This allows a significant mechanical and control technical simplification of the particle accelerator.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Beobachtung zugrunde, dass die Betriebsgüte der Resonatoren des Teilchenbe¬ schleunigers bei Belastung mit einem ausreichend starken Teilchenstrahl wesentlich unter der Leerlaufgüte der Resonatoren liegt. Insbesondere wird die Resonanzbandbreite der Re¬ sonatoren bei Belastung mit dem Teilchenstrahl so groß, dass eine durch Bautoleranzen, thermische Ausdehnungen usw. bedingte Verstimmung der Resonanzfrequenz innerhalb der Resonanzlinienbreite liegt. Lediglich während einer Anschwingpha¬ se, in der die Resonatorschwingungen noch nicht durch einen Teilchenstrahl gedämpft werden, weisen die Resonatoren ihre volle Resonanzgüte auf. Während dieser Phase wird jeder Reso¬ nator erfindungsgemäß mit seiner Eigenresonanzfrequenz betrieben, um eine resonante Schwingung anzufachen. Anschließend erfolgt eine Umschaltung auf eine gemeinsame Betriebs¬ frequenz . The method according to the invention is based on the observation that the operating quality of the resonators of the Teilchenbe ¬ Schleuniger is loaded with a sufficiently strong particle beam substantially lower than the unloaded Q of the resonators. In particular, the resonance bandwidth of the Re ¬ sonatoren becomes so large at loading with the particle beam that is caused by detuning of the resonance frequency within the resonance line width by construction tolerances, thermal expansions, etc.. Only during an oscillation phase , in which the resonator vibrations are not yet damped by a particle beam, the resonators have their full resonance quality. During this phase, each Reso ¬ nator is operated according to the invention at its natural resonance frequency to foment a resonant vibration. Subsequently, a switchover to a common operating ¬ frequency.
Bevorzugt ist die erste Frequenz eine Resonanzfrequenz des ersten Resonators im unbelasteten Zustand. Vorteilhafterweise kann dann eine resonante Schwingung im unbelasteten ersten Resonator angeregt werden. Preferably, the first frequency is a resonant frequency of the first resonator in the unloaded state. Advantageously, a resonant oscillation can then be excited in the unloaded first resonator.
Ebenfalls bevorzugt ist die zweite Frequenz eine Resonanzfre¬ quenz des zweiten Resonators im unbelasteten Zustand. Vorteilhafterweise kann dann auch im unbelasteten zweiten Resonator eine resonante Schwingung angeregt werden. Also preferably, the second frequency is a Resonanzfre ¬ frequency of the second resonator in the unloaded state. Advantageously, a resonant oscillation can then also be excited in the unloaded second resonator.
Besonders bevorzugt liegt die dritte Frequenz innerhalb einer Resonanzbandbreite des ersten Resonators in belastetem Zu¬ stand und innerhalb einer Resonanzbandbreite des zweiten Re- sonators in belastetem Zustand. Vorteilhafterweise lassen sich die Resonatoren in belastetem Zustand dann beide mit der gemeinsamen dritten Frequenz betreiben. Es ist zweckmäßig, dass der Teilchenstrahl in einem Moment eingeschaltet wird, in dem die erste elektromagnetische Particularly preferably, the third frequency is within a resonant bandwidth of the first resonator in the loaded ¬ to stand within a resonant bandwidth of the second Re- sonators in loaded condition. Advantageously, the resonators can then operate both in the loaded state with the common third frequency. It is expedient that the particle beam is switched on in a moment in which the first electromagnetic
Schwingung im ersten Resonator und die zweite elektromagneti¬ sche Schwingung im zweiten Resonator jeweils eine für eine Beschleunigung des Teilchenstrahls geeignete Phasenlage auf- weisen. Vorteilhafterweise ermöglicht dies einen prinzipiell instantanen Wechsel von der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz zur dritten Frequenz. Bevorzugt werden bereits eine Startphase des ersten Steuersignals und eine Startphase des zweiten Steuersignals so gewählt, dass sich im zeitlich nach- folgenden Moment des Einschaltens des Teilchenstrahls die ge¬ wünschte Phasenlage der beiden elektromagnetischen Schwingungen ergibt. Oscillation in the first resonator and the second electromagnetic ¬ cal oscillation in the second resonator each have a suitable for an acceleration of the particle beam phase position. Advantageously, this allows a principle instantaneous change from the first frequency and the second frequency to the third frequency. Preferably, a start phase of the first control signal and a start phase of the second control signal are already selected so that the ge ¬ desired phase position of the two electromagnetic oscillations results in the time subsequent moment of turning on the particle beam.
Bevorzugt umfasst der Teilchenstrahl eine Mehrzahl zeitlich aufeinander folgender Teilchenpakete. Vorteilhafterweise kön¬ nen die räumlichen Abmessungen der Resonatoren und die dritte Frequenz dann so abgestimmt werden, dass jedes der Teilchenpakete eine maximale Beschleunigung erfährt. Ein erfindungsgemäßer Teilchenbeschleuniger weist einen Resonator auf, der mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zum Anregen einer elektromagnetischen Schwingung in dem Resonator ausgestattet ist. Dabei ist die Vorrichtung ausgebildet, eine Frequenz des Steuersignals phasenkontinu- ierlich zu variieren. Vorteilhafterweise kann der Resonator bei diesem Teilchenbeschleuniger dann zunächst mit einer ersten Frequenz betrieben werden. Anschließend kann die Betriebsfrequenz phasenkontinuierlich in eine zweite Betriebsfrequenz geändert werden. Dies ermöglicht es, zunächst eine resonante Schwingung bei der Eigenresonanzfrequenz des unbelasteten Resonators anzufachen und den belasteten Resonator anschließend mit einer von der ungedämpften Eigenresonanzfre¬ quenz abweichenden Frequenz zu betreiben. In einer Aus führungs form des Teilchenbeschleunigers weist die Vorrichtung einen numerisch gesteuerten Oszillator auf. Vorteilhafterweise kann ein derartiger numerisch gesteuerter Os- zillator eine Oszillation mit einstellbarer Frequenz erzeugen und die Frequenz der Oszillation phasenkontinuierlich variieren . Preferably, the particle beam comprises a plurality of time-sequential particle packets. Advantageously, Kings ¬ NEN the spatial dimensions of the resonators, and the third frequency is then adjusted such that each of the bunches experiences a maximum acceleration. A particle accelerator according to the invention has a resonator equipped with a device for generating a control signal for exciting an electromagnetic oscillation in the resonator. The device is designed to vary a frequency of the control signal phase-continuously. Advantageously, the resonator in this particle accelerator can then be operated initially with a first frequency. Subsequently, the operating frequency can be changed phase-continuously into a second operating frequency. This makes it possible initially to foment a resonant vibration at the natural resonant frequency of the unloaded resonator and subsequently operate the loaded resonator with a different from the undamped Eigenresonanzfre acid sequence frequency. In one embodiment of the particle accelerator, the device has a numerically controlled oscillator. Advantageously, such a numerically controlled oscillator can generate an oscillation with an adjustable frequency and vary the frequency of the oscillation phase-continuously.
In einer bevorzugten Aus führungs form des Teilchenbeschleuni- gers weist die Vorrichtung einen Leistungsverstärker auf.In a preferred embodiment of the particle accelerator, the device has a power amplifier.
Vorteilhafterweise eignen sich solche Leistungsverstärker zum Anregen und Verstärken einer elektromagnetischen Schwingung im Resonator. Advantageously, such power amplifiers are suitable for exciting and amplifying an electromagnetic oscillation in the resonator.
In einer Weiterbildung des Teilchenbeschleunigers umfasst dieser eine Mehrzahl von Resonatoren, wobei jeder der Resonatoren mit einer eigenen Vorrichtung zum Erzeugen eines jeweiligen Steuersignals zum Anregen einer Schwingung in dem jeweiligen Resonator ausgestattet ist. Dabei ist jede der Vor¬ richtungen ausgebildet, eine Frequenz des jeweiligen Steuersignals phasenkontinuierlich zu variieren. Vorteilhafterweise können die Resonatoren dieses Teilchenbeschleunigers dann in unbelastetem Zustand vor einem Einschalten eines Teilchenstrahls mit jeweils eigenen und voneinander abweichenden Eigenresonanzfrequenzen angesteuert werden. Nach dem Einschalten des Teilchenstrahls können die nunmehr belasteten Resona¬ toren mit einer gemeinsamen Frequenz angesteuert werden. Der Übergang zwischen den Eigenresonanzfrequenzen und der gemeinsamen Frequenz kann jeweils phasenkontinuierlich erfolgen, wodurch der Teilchenstrahl eine Beschleunigung erfährt und sich ein quasi-stationärer Zustand einstellt. In a development of the particle accelerator, the latter comprises a plurality of resonators, each of the resonators being equipped with its own device for generating a respective control signal for exciting a vibration in the respective resonator. Each of the pre ¬ directions is formed to vary a frequency of the respective control signal phase continuously. Advantageously, the resonators of this particle accelerator can then be driven in the unloaded state before switching on a particle beam, each with its own and differing natural resonance frequencies. After switching on the particle beam, the now-loaded resonators ¬ motors can be controlled at a common frequency. The transition between the natural resonance frequencies and the common frequency can each be carried out phase-continuous, whereby the particle beam experiences an acceleration and a quasi-stationary state occurs.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teilchenbe¬ schleunigers ; Fig. 2 eine Darstellung von Resonanzlinien mehrerer schwach gedämpfter Resonatoren; und 1 is a schematic representation of a Teilchenbe ¬ accelerator; FIG. 2 shows a representation of resonance lines of a plurality of weakly damped resonators; FIG. and
Fig. 3 eine Darstellung der Resonanzkurven mehrerer stärker gedämpfter Resonatoren. Fig. 3 is an illustration of the resonance curves of several more damped resonators.
Fig. 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Teilchenbeschleunigers 100. Beim Teilchenbeschleuniger 100 handelt es sich um einen Wechselspannungs- Linearbeschleuniger. Der Teilchenbeschleuniger 100 kann zumFIG. 1 shows a highly schematic representation of a particle accelerator 100. The particle accelerator 100 is an AC linear accelerator. The particle accelerator 100 may be used for
Beschleunigen von geladenen Teilchen, beispielsweise von Elementarteilchen, Atomkernen oder ionisierten Atomen, auf hohe Geschwindigkeiten und Energien dienen. Der Teilchenbeschleuniger 100 kann beispielsweise in der Grundlagenforschung, für industrielle Zwecke oder für medizinische Anwendungen einge¬ setzt werden. Acceleration of charged particles, such as elementary particles, atomic nuclei or ionized atoms, to high speeds and energies. The particle accelerator 100 may be, for example, in basic research, for industrial purposes or for medical applications is ¬ sets.
Der Teilchenbeschleuniger 100 weist einen ersten Resonator 110, einen zweiten Resonator 120 und einen dritten Resonator 130 auf. Die Zahl von drei Resonatoren 110, 120, 130 ist lediglich beispielhaft gewählt. Der Teilchenbeschleuniger 100 kann auch mehr oder weniger als drei Resonatoren aufweisen. Die Resonatoren 110, 120, 130 sind bevorzugt als Hohlraumre¬ sonatoren bzw. Kavitäten ausgebildet. Die Resonatoren 110, 120, 130 weisen bevorzugt eine Hohlzylinderform auf. Die Resonatoren 110, 120, 130 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall. Die Resona¬ toren 110, 120, 130 sind koaxial linear hintereinander angeordnet. Bevorzugt weisen alle Resonatoren 110, 120, 130 iden- tische Abstände zueinander auf. Beispielsweise sind der erste Resonator 110 und der zweite Resonator 120 voneinander genauso weit beabstandet wie der zweite Resonator 120 und der dritte Resonator 130. Die Resonatoren 110, 120, 130 können jedoch auch voneinander abweichende Abstände aufweisen. Auch weisen die drei Resonatoren 110, 120, 130 bevorzugt die gleiche Länge in axialer Richtung auf. Es ist jedoch möglich, die Resonatoren 110, 120, 130 mit unterschiedlichen Längen auszubilden . Der Teilchenbeschleuniger 100 umfasst weiter eine Teilchenquelle 140, die dazu ausgebildet ist, einen Teilchenstrahl 145 geladener Teilchen zu emittieren. Bevorzugt ist die Teil- chenquelle 140 ausgebildet, einen nicht-kontinuierlichenThe particle accelerator 100 has a first resonator 110, a second resonator 120 and a third resonator 130. The number of three resonators 110, 120, 130 is chosen by way of example only. The particle accelerator 100 may also have more or less than three resonators. The resonators 110, 120, 130 are preferably formed as Hohlraumre ¬ sonatoren or cavities. The resonators 110, 120, 130 preferably have a hollow cylindrical shape. The resonators 110, 120, 130 are made of an electrically conductive material, for example of a metal. The resonators ¬ gates 110, 120, 130 are coaxially arranged linearly one behind the other. Preferably, all the resonators 110, 120, 130 have identical distances from one another. For example, the first resonator 110 and the second resonator 120 are spaced apart from each other by the same distance as the second resonator 120 and the third resonator 130. However, the resonators 110, 120, 130 may also have different distances from each other. Also, the three resonators 110, 120, 130 preferably have the same length in the axial direction. However, it is possible to form the resonators 110, 120, 130 with different lengths. The particle accelerator 100 further includes a particle source 140 configured to emit a particle beam 145 of charged particles. Preferably, the particle source 140 is formed, a non-continuous one
Teilchenstrahl 145 auszusenden, der aus zeitlich aufeinander folgenden Teilchenpaketen besteht, die regelmäßig und zeit¬ lich voneinander beabstandet emittiert werden. Der Teilchenstrahl 145 wird von der Teilchenquelle 140 koaxial zu den Längsachsen der Resonatoren 110, 120, 130 in Richtung des ersten Resonators 110 ausgesandt. Der Teilchenstrahl 145 verläuft dann entlang der Längsachse des ersten Resonators 110 durch den ersten Resonator 110, weiter zum zweiten Resonator 120, durch den zweiten Resonator 120, weiter zum dritten Re- sonator 130 und durch den dritten Resonator 130. Nach dem Durchlaufen der Resonatoren 110, 120, 130 kann der nunmehr beschleunigte Teilchenstrahl 145 je nach Anwendungsfall ge¬ nutzt werden. Jedes Teilchen des Teilchenstrahls 145 erfährt beim Durchlau¬ fen der Resonatoren 110, 120, 130 eine Beschleunigung durch innerhalb der Resonatoren 110, 120, 130 herrschende elektrische Felder 115, 125, 135. Dazu ist es notwendig, dass jedes Teilchen des Teilchenstrahls 145 jeden der Resonatoren 110, 120, 130 zu einem Zeitpunkt durchläuft, in dem im betreffenden Resonator 110, 120, 130 ein maximales elektrisches Feld 115, 125, 135 in axialer Richtung herrscht. Particle beam 145 to emit, which consists of temporally successive particle packets that are emitted regularly and time ¬ Lich spaced from each other. The particle beam 145 is emitted from the particle source 140 coaxially with the longitudinal axes of the resonators 110, 120, 130 in the direction of the first resonator 110. The particle beam 145 then runs along the longitudinal axis of the first resonator 110 through the first resonator 110, on to the second resonator 120, through the second resonator 120, on to the third resonator 130 and through the third resonator 130. After passing through the resonators 110 , 120, 130 of the now accelerated particle beam 145 can be ge depending on the application ¬ uses. Each particle of the particle beam 145 is accelerated by within the resonators 110, 120, 130 prevailing electric fields 115, 125 in the pres ¬ fen of the resonators 110, 120, 130, 135. For this purpose, it is necessary that each particle of the particle beam 145 each of the Resonators 110, 120, 130 passes through at a time in which in the relevant resonator 110, 120, 130 a maximum electric field 115, 125, 135 prevails in the axial direction.
Um diese Phasenbedingung für jedes zeitlich aufeinander fol- gende Teilchen oder jedes zeitlich aufeinander folgende Teilchenpaket des Teilchenstrahls 145 erfüllt ist, ist es notwen¬ dig, jeden der Resonatoren 110, 120, 130 mit der gleichen Frequenz zu betreiben. Hierzu werden die Resonatoren 110, 120, 130 bevorzugt möglichst identisch ausgebildet. Durch un- vermeidliche Fertigungstoleranzen, durch thermische Ausdehnungen und durch andere nicht zu verhindernde Störeffekte liegen die Eigenresonanzfrequenzen der Resonatoren 110, 120, 130 jedoch stets bei geringfügig unterschiedlichen Werten. Zusätzlich weist jeder der Resonatoren 110, 120, 130 eine hohe Resonanzgüte und somit eine geringe Resonanzbandbreite auf. Dies hat zur Folge, dass die einzelnen Resonanzkurven der verschiedenen Resonatoren 110, 120, 130 einander unter Umständen nicht ausreichend überlappen. Diese Situation ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Is to this phase condition is met for each temporally successive particles or each temporally successive particle bunch of the particle beam 145, it is notwen ¬ dig, each of the resonators 110, 120, 130 to operate at the same frequency. For this purpose, the resonators 110, 120, 130 are preferably formed as identical as possible. Due to unavoidable manufacturing tolerances, thermal expansions and other interference effects that can not be prevented, the natural resonant frequencies of the resonators 110, 120, 130 are always at slightly different values. In addition, each of the resonators 110, 120, 130 has a high resonance quality and thus a low resonance bandwidth. As a result, the individual resonance curves of the various resonators 110, 120, 130 may not sufficiently overlap one another. This situation is shown schematically in FIG.
Fig. 2 zeigt einen Graphen, auf dessen horizontaler Achse ei- ne Frequenz 400 und auf dessen vertikaler Achse eine Resonanzamplitude 450 aufgetragen ist. Im Graphen der Fig. 2 sind eine erste ungedämpfte Resonanzlinie 510 des ersten Resona¬ tors 110, eine zweite ungedämpfte Resonanzlinie 520 des zwei¬ ten Resonators 120 und eine dritte ungedämpfte Resonanzlinie 530 des dritten Resonators 130 dargestellt. Die genaue Form der Resonanzlinien und ihre relative Lage zueinander sind dabei lediglich beispielhaft gewählt. FIG. 2 shows a graph on whose horizontal axis a frequency 400 is plotted and on the vertical axis of which a resonance amplitude 450 is plotted. In the graph of FIG. 2, a first undamped resonance line 510 of the first resonators ¬ gate 110, a second undamped resonance line 520 of the two ¬ th resonator 120 and a third undamped resonance line 530 of the third resonator 130 are shown. The exact shape of the resonance lines and their relative position to each other are chosen only by way of example.
Aus dem Graphen ist erkennbar, dass der erste Resonator 110 eine Eigenresonanzfrequenz bei einer ersten Frequenz 410, der zweite Resonator 120 eine Eigenresonanzfrequenz bei einer zweiten Frequenz 420 und der dritte Resonator 130 eine Eigenresonanzfrequenz bei einer dritten Frequenz 430 besitzt. Die erste Frequenz 410, die zweite Frequenz 420 und die dritte Frequenz 430 unterscheiden sich aufgrund von Fertigungstoleranzen, thermischen Ausdehnungen und anderen Störeffekten geringfügig voneinander. Gleichzeitig sind die ungedämpften Re¬ sonanzlinien 510, 520, 530 der Resonatoren 110, 120, 130 so schmal, dass die einzelnen ungedämpften Resonanzlinien 510, 520, 530 der Resonatoren 110, 120, 130 einander kaum überlappen. Dies bedeutet, dass keine Frequenz 400 existiert, die die Resonanzbedingung aller drei Resonatoren 110, 120, 130 gleichzeitig erfüllt. Im Stand der Technik wird versucht, das beschriebene Problem durch Abstimmmaßnahmen zu beseitigen. Hierbei wird versucht, die Eigenresonanzfrequenzen der Resonatoren 110, 120, 130 durch Beeinflussung der Resonatoren 110, 120, 130 einander anzugleichen. Dies erfolgt typischerweise durch motorgetrie¬ bene mechanische Feldverdränger (Abstimmkolben) oder durch gezielte Resonator-Wanddeformationen. Dabei ist eine Messung der Resonanzlage jedes Resonators 110, 120, 130 während des Betriebs oder in Sendepausen zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Teilchenpaketen des Teilchenstrahls 145 erforderlich. Der bekannte Lösungsansatz ist somit mit wesentli¬ chem Bau- und Steuerungsaufwand verbunden. Es wurde jedoch erkannt, dass die Resonatoren 110, 120, 130 im belasteten Zustand eine wesentlich geringere Resonanzgüte als im unbelasteten Leerlaufzustand aufweisen. Werden die Resonatoren 110, 120, 130 mit dem Teilchenstrahl 145 belastet, so werden die Teilchen des Teilchenstrahls 145 in beschriebe- ner Weise beschleunigt. Dadurch entziehen die Teilchen desIt can be seen from the graph that the first resonator 110 has a self-resonant frequency at a first frequency 410, the second resonator 120 has a self-resonant frequency at a second frequency 420, and the third resonator 130 has a natural resonant frequency at a third frequency 430. The first frequency 410, the second frequency 420, and the third frequency 430 are slightly different from each other due to manufacturing tolerances, thermal expansions, and other perturbing effects. Simultaneously, the undamped Re ¬ sonanzlinien 510, 520, 530 are of the resonators 110, 120, 130 so narrow that the individual undamped resonant lines 510, 520, 530 of the resonators 110, 120, 130 hardly overlap each other. This means that there is no frequency 400 that simultaneously satisfies the resonance condition of all three resonators 110, 120, 130. The prior art attempts to eliminate the described problem by tuning measures. In this case, the self-resonant frequencies of the resonators 110, 120, 130 are tried by influencing the resonators 110, 120, 130 each other equalize. This is typically done by motor driven ¬ bene mechanical field displacer (tuning piston) or by targeted resonator wall deformations. In this case, a measurement of the resonance position of each resonator 110, 120, 130 during operation or in transmission pauses between two temporally successive particle packets of the particle beam 145 is required. The known approach is thus associated with wesentli ¬ chem construction and control effort. However, it has been found that the resonators 110, 120, 130 have a much lower resonance quality in the loaded state than in the unloaded no-load state. If the resonators 110, 120, 130 are loaded with the particle beam 145, the particles of the particle beam 145 are accelerated in a described manner. Thereby the particles of the
Teilchenstrahls 145 den in den Resonatoren 110, 120, 130 angeregten Resonanzschwingungen Energie, die in kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls 145 umgesetzt wird. Dieser Energieentzug entspricht einer Dämpfung der in den Re- sonatoren 110, 120, 130 angeregten Resonanzschwingungen. Eine Resonanzkurve eines gedämpften schwingfähigen Systems ist ge¬ genüber einem ungedämpften schwingfähigen System stets verbreitert. Somit weisen die Resonatoren 110, 120, 130 im belasteten Zustand wesentlich geringere Resonanzgüten und we- sentlich höhere Resonanzbandbreiten als im unbelasteten Zustand auf. Particle beam 145 the resonant vibrations excited in the resonators 110, 120, 130 energy, which is converted into kinetic energy of the particles of the particle beam 145. This energy withdrawal corresponds to an attenuation of the resonance oscillations excited in the resonators 110, 120, 130. A resonance curve of a damped oscillatory system is always widened ge ¬ genüber an undamped oscillatory system. Thus, the resonators 110, 120, 130 in the loaded state substantially lower resonance qualities and substantially higher resonance bandwidths than in the unloaded state.
Dies ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3 zeigt ei¬ nen Graphen, auf dessen horizontaler Achse erneut die Fre- quenz 400 und auf dessen vertikaler Achse erneut die Resonanzamplitude 450 aufgetragen ist. Dargestellt sind eine ers¬ te gedämpfte Resonanzlinie 610 des ersten Resonators 110 in belastetem Zustand, eine zweite gedämpfte Resonanzlinie 620 des zweiten Resonators 120 in belastetem Zustand und eine dritte gedämpfte Resonanzlinie 630 des dritten Resonators 130 in belastetem Zustand. Die erste gedämpfte Resonanzlinie 610 ist, wie die erste un¬ gedämpfte Resonanzlinie 510, etwa um die erste Frequenz 410 zentriert, gegenüber der ersten ungedämpften Resonanzlinie 510 der Fig. 2 jedoch deutlich verbreitert. Entsprechend ist die zweite gedämpfte Resonanzlinie 620 um die zweite Frequenz 420 und die dritte gedämpfte Resonanzlinie 630 um die dritte Frequenz 430 herum angeordnet. Die zweite gedämpfte Resonanz¬ linie 620 ist gegenüber der zweiten ungedämpften Resonanzlinie 520 verbreitert. Die dritte gedämpfte Resonanzlinie 630 ist gegenüber der dritten ungedämpften Resonanzlinie 530 verbreitert . This is shown schematically in FIG. Fig. 3 shows ei ¬ NEN graph on a horizontal axis showing the frequency re-sequence 400 and the resonant amplitude is plotted on a vertical axis showing 450 again. Shown are a ers ¬ te damped resonant line 610 of the first resonator 110 in the loaded state, a second damped resonant line 620 of the second resonator 120 in the loaded state, and a third damped resonant line 630 of the third resonator 130 in the loaded state. The first damped resonant line 610 is, like the first un ¬ damped resonant line 510, for example to the first frequency 410 centered relative to the first undamped resonance line 510 of Fig. 2, however, significantly broadened. Accordingly, the second damped resonance line 620 is arranged around the second frequency 420 and the third damped resonance line 630 around the third frequency 430. The second damped resonant ¬ line 620 is widened with respect to the second undamped resonance line 520th The third damped resonance line 630 is widened from the third undamped resonance line 530.
Die Verbreiterung der Resonanzlinien 610, 620, 630 hat zur Folge, dass eine vierte Frequenz 440 existiert, die innerhalb der Resonanzbandbreiten aller Resonatoren 110, 120, 130 liegt. Somit erfüllt die vierte Frequenz 440 die Resonanzbe¬ dingung aller dreier Resonatoren 110, 120, 130, falls die Resonatoren 110, 120, 130 mit dem Teilchenstrahl 145 belastet werden. Mit anderen Worten können alle Resonatoren 110, 120, 130 des Teilchenbeschleunigers 100 mit der gleichen vierten Frequenz 440 betrieben werden, sobald die Resonatoren 110, 120, 130 mit dem Teilchenstrahl 145 belastet werden. The broadening of the resonance lines 610, 620, 630 results in a fourth frequency 440 that lies within the resonance bandwidths of all the resonators 110, 120, 130. Thus, the fourth frequency 440 meets the Resonanzbe ¬ dingung all of three resonators 110, 120, 130, if the resonators 110, 120, 130 charged with the particle beam 145th In other words, all the resonators 110, 120, 130 of the particle accelerator 100 can be operated with the same fourth frequency 440 as soon as the resonators 110, 120, 130 are loaded with the particle beam 145.
Die anhand der Figuren 2 und 3 dargestellte Erkenntnis wird beim in Fig. 1 gezeigten Teilchenbeschleuniger dadurch technisch nutzbar gemacht, dass jeder der Resonatoren 110, 120, 130, anders als im Stand der Technik, eine eigene unabhängige Anregevorrichtung aufweist. Der erste Resonator 110 weist eine erste Anregevorrichtung 210 auf. Der zweite Resonator 120 weist eine zweite Anregevorrichtung 220 auf. Der dritte Reso¬ nator 130 weist eine dritte Anregevorrichtung 230 auf. The knowledge shown with reference to FIGS. 2 and 3 is rendered technically usable in the particle accelerator shown in FIG. 1 in that each of the resonators 110, 120, 130, unlike the prior art, has its own independent starting device. The first resonator 110 has a first excitation device 210. The second resonator 120 has a second excitation device 220. The third Reso ¬ nator 130 has a third starter device 230th
Die Resonatoren 110, 120, 130 und die Anregevorrichtungen 210, 220, 230 können beispielsweise als so genannte Direct Drive Cavities ausgebildet sein. Dann weist jeder der Resona¬ toren 110 in seiner Mantelfläche einen senkrecht zur Längs¬ achse des jeweiligen Resonators 110, 120, 130 orientierten umlaufenden Schlitz auf. Am Außenumfang jedes Resonators 110, 120, 130 ist eine Mehrzahl den Schlitz überbrückender Leistungsverstärker angeordnet, die einen parallel zur Längsachse im Zylindermantel fließenden Strom anregen und verstärken können, um auf diese Weise eine Hohlraumschwingung im betref- fenden Resonator 110, 120, 130 anzuregen und zu verstärken. Eine derartige Anordnung wird bspw. in der DE 102009053624 beschrieben . The resonators 110, 120, 130 and the excitation devices 210, 220, 230 may, for example, be configured as so-called direct drive cavities. Then, each of the resonators ¬ gates 110 in its circumferential surface a perpendicular to the longitudinal axis of the respective ¬ resonator 110, 120, 130 oriented circumferential slot. On the outer circumference of each resonator 110, 120, 130 is arranged a plurality of power amplifiers bridging the slot, which can excite and amplify a current flowing parallel to the longitudinal axis in the cylinder jacket, in order to excite and amplify a cavity oscillation in the relevant resonator 110, 120, 130. Such an arrangement is described, for example, in DE 102009053624.
Jede der Anregevorrichtungen 210, 220, 230 weist einen eige- nen Schwingungserzeuger bzw. Oszillator auf. Die erste Anregevorrichtung 210 ist mit einem ersten Schwingungserzeuger 310 verbunden. Die zweite Anregevorrichtung 220 ist mit einem zweiten Schwingungserzeuger 320 verbunden. Die dritte Anregevorrichtung 230 ist mit einem dritten Schwingungserzeuger 330 verbunden. Die Schwingungserzeuger 310, 320, 330 können auch in die jeweils zugeordneten Anregevorrichtungen 210, 220, 230 integriert sein. Jeder der Schwingungserzeuger 310, 320, 330 ist dazu ausgebildet, eine Oszillation mit einstellbarer Fre¬ quenz zu erzeugen, die der jeweils zugeordneten Anregevor- richtung 210, 220, 230 zugeführt und von dieser zum Anregen einer Hohlraumschwingung mit der jeweiligen Frequenz im jeweils zugeordneten Resonator 110, 120, 130 genutzt wird. Each of the starting devices 210, 220, 230 has its own oscillator or oscillator. The first exciting device 210 is connected to a first vibrator 310. The second exciting device 220 is connected to a second vibrator 320. The third exciting device 230 is connected to a third vibrator 330. The vibration generators 310, 320, 330 can also be integrated into the respective associated excitation devices 210, 220, 230. Each of the oscillators 310, 320, 330 is adapted to generate an oscillation with adjustable Fre acid sequence corresponding to the respectively associated Anregevor- direction 210, 220, 230 supplied to and from this to excite a cavity mode with the respective frequency in the respective associated resonator 110, 120, 130 is used.
Die Schwingungserzeuger 310, 320, 330 sind ferner dazu ausge- bildet, die Frequenz der durch den jeweiligen Schwingungserzeuger 310, 320, 330 erzeugten Oszillation phasenkontinuierlich zu variieren. Hierzu können die Schwingungserzeuger 310, 320, 330 beispielsweise als numerisch gesteuerte Oszillatoren ausgebildet sein. Ein solcher numerisch gesteuerter Oszilla- tor besteht im Wesentlichen aus einer digital vorliegenden hochauflösenden Wertetabelle einer Sinusschwingung und einem Digital-Analog-Konverter . Der numerisch gesteuerte Oszillator tastet die Wertetabelle mit einstellbarer Schrittweite ab und erzeugt mittels des Digital-Analog-Konverters ein dem aktuel- len Wert entsprechendes Spannungssignal. Durch Variation der Schrittweite kann die Frequenz des solchermaßen erzeugten oszillierenden Spannungssignals phasenkontinuierlich variiert werden. Anstelle von numerisch gesteuerten Oszillatoren kön- nen jedoch auch andere Oszillatoren mit phasenkontinuierlich veränderbarer Ausgangsfrequenz Verwendung finden. The oscillators 310, 320, 330 are also designed to vary the frequency of the oscillation generated by the respective oscillator 310, 320, 330 phase-continuously. For this purpose, the vibration generators 310, 320, 330 may be designed, for example, as numerically controlled oscillators. Such a numerically controlled oscillator consists essentially of a digital high-resolution value table of a sine wave and a digital-to-analog converter. The numerically controlled oscillator samples the value table with adjustable step size and uses the digital-to-analog converter to generate a voltage signal corresponding to the current value. By varying the step size, the frequency of the thus generated oscillating voltage signal can be varied in a phase-continuous manner. Instead of numerically controlled oscillators, However, other oscillators with phase-continuously variable output frequency find use.
Der Teilchenbeschleuniger 100 weist ferner eine Steuerein- richtung 150 auf, die mit der Teilchenquelle 140, dem ersten Schwingungserzeuger 310, dem zweiten Schwingungserzeuger 320 und dem dritten Schwingungserzeuger 330 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 150 ist dazu ausgebildet, zur Inbetriebnahme und dem weiteren Betrieb des Teilchenbeschleunigers 100 ein nachfolgend erläutertes Verfahren auszuführen. The particle accelerator 100 further has a control device 150, which is connected to the particle source 140, the first vibration generator 310, the second vibration generator 320 and the third vibration generator 330. The control device 150 is configured to carry out a method explained below for starting up and further operation of the particle accelerator 100.
Vor seiner Inbetriebnahme ist der Teilchenbeschleuniger 100 abgeschaltet. Insbesondere ist die Teilchenquelle 140 abge¬ schaltet und emittiert keinen Teilchenstrahl 145. In den Re- sonatoren 110, 120, 130 ist keine Schwingung angeregt. Before being put into operation, the particle accelerator 100 is switched off. In particular, the particle source 140 abge ¬ on and does not emit a particle beam 145. In the re sonatoren 110, 120, 130 is excited no oscillation.
In einem ersten Schritt wird in jedem der Resonatoren 110, 120, 130 eine Hohlraumschwingung angeregt. Da die Resonatoren 110, 120, 130 noch nicht mit dem Teilchenstrahl 145 belastet sind, weist jeder der Resonatoren 110, 120, 130 eine leicht unterschiedliche Eigenresonanzfrequenz auf. Die Resonanzkurven der Resonatoren 110, 120, 130 überlappen einander nicht ausreichend, um alle Resonatoren 110, 120, 130 mit einer gemeinsamen Frequenz anzuregen. Dies entspricht der in Fig. 2 dargestellten Situation. Daher wird jeder Resonator 110, 120, 130 zunächst mit seiner individuellen Eigenresonanzfrequenz angeregt. Dies erfolgt durch die Schwingungserzeuger 310, 320, 330 und die Anregevorrichtungen 210, 220, 230. Im Beispiel der Fig. 2 wird also der erste Resonator 110 mit der ersten Frequenz 410, der zweite Resonator 120 mit der zweiten Frequenz 420 und der dritte Resonator 130 mit der dritten Frequenz 430 angeregt. In a first step, a cavity oscillation is excited in each of the resonators 110, 120, 130. Since the resonators 110, 120, 130 are not yet loaded with the particle beam 145, each of the resonators 110, 120, 130 has a slightly different natural resonance frequency. The resonant curves of the resonators 110, 120, 130 do not sufficiently overlap one another to excite all the resonators 110, 120, 130 at a common frequency. This corresponds to the situation illustrated in FIG. Therefore, each resonator 110, 120, 130 is first excited at its own individual resonant frequency. This is done by the vibration generators 310, 320, 330 and the excitation devices 210, 220, 230. In the example of FIG. 2, therefore, the first resonator 110 with the first frequency 410, the second resonator 120 with the second frequency 420 and the third resonator 130 excited at the third frequency 430.
Da die erste Frequenz 410, die zweite Frequenz 420 und die dritte Frequenz 430 sich voneinander unterscheiden, herrscht im Allgemeinen zu jedem Zeitpunkt in jedem der Resonatoren 110, 120, 130 ein unterschiedlicher Phasenzustand. Jedoch können die Startphasen der Resonanzschwingungen in den Reso- natoren 110, 120, 130 relativ zueinander so gewählt werden, dass nach einer festgelegten Zeit ein Zeitpunkt auftritt, zu dem in allen Resonatoren 110, 120, 130 für einen kurzen Moment eine identische Phasenlage besteht. Diese Phasenlage kann außerdem so gewählt werden, dass sie einen für eine Beschleunigung des Teilchenstrahls 145 geeigneten Wert auf¬ weist. Dies kann beispielsweise einem maximalen elektrischen Feld 115, 125, 135 in jedem der Resonatoren 110, 120, 130 entsprechen . Since the first frequency 410, the second frequency 420, and the third frequency 430 are different from each other, a different phase state generally prevails in each of the resonators 110, 120, 130 at any one time. However, the starting phases of the resonant vibrations in the Reso- nators 110, 120, 130 are selected relative to each other so that after a fixed time, a time occurs at which there is an identical phase position in all the resonators 110, 120, 130 for a short moment. This phase angle can be chosen so as well, that it has an appropriate value 145 for an acceleration of the particle beam on ¬. This may, for example, correspond to a maximum electric field 115, 125, 135 in each of the resonators 110, 120, 130.
Zu diesem Zeitpunkt, in dem in allen Resonatoren 110, 120, 130 dieselbe zur Beschleunigung geeignete Phasenlage vor¬ liegt, wird die Teilchenquelle 140 eingeschaltet, um den Teilchenstrahl 145 zu emittieren. Da in den Resonatoren 110, 120, 130 eine zur Beschleunigung geeignete Phasenlage vorliegt, wird der Teilchenstrahl 145 durch die in den Resonatoren 110, 120, 130 herrschenden elektrischen Felder 115, 125, 135 beschleunigt. Hierdurch kommt es zu einer Belastung bzw. zu einem Energieentzug, der eine Dämpfung der Resona- torschwingungen bewirkt. Durch diese Dämpfung verbreitern sich die Resonanzkurven der Resonatoren 110, 120, 130, wie anhand der Fig. 3 beschrieben wurde. At such point, in the same in all the resonators 110, 120, 130 suitable for the acceleration phase before ¬, the particle source 140 is turned on to emit the particle beam 145th Since a phase angle suitable for acceleration is present in the resonators 110, 120, 130, the particle beam 145 is accelerated by the electric fields 115, 125, 135 prevailing in the resonators 110, 120, 130. This results in a load or an energy withdrawal, which causes an attenuation of the resonator vibrations. By this attenuation, the resonance curves of the resonators 110, 120, 130 widen, as described with reference to FIG. 3.
Durch die Verbreiterung der Resonanzkurven 610, 620, 630 der Resonatoren 110, 120, 130 ist es nun möglich, die Resonatoren 110, 120, 130 mit der gemeinsamen Frequenz 440 weiter zu betreiben. Der Übergang zur vierten Frequenz 440 muss dabei jedoch phasenkontinuierlich erfolgen. Dies wird durch die Schwingungserzeuger 310, 320, 330 gewährleistet. Der erste Schwingungserzeuger 310 überführt die Frequenz 400, mit der der erste Resonator 110 angeregt wird, somit von der ersten Frequenz 410 in die vierte Frequenz 440. Der zweite Schwingungserzeuger 320 überführt die Frequenz 400, mit der der zweite Resonator 120 angesteuert wird, von der zweiten Fre- quenz 420 in die vierte Frequenz 440. Der dritte Schwingungs¬ erzeuger 330 überführt die Frequenz 400, mit der der dritte Resonator 130 angeregt wird, von der dritten Frequenz 430 in die vierte Frequenz 440. Das Überführen der Frequenzen in die gemeinsame vierte Frequenz 440 sollte möglichst schnell er¬ folgen . By widening the resonance curves 610, 620, 630 of the resonators 110, 120, 130, it is now possible to continue to operate the resonators 110, 120, 130 with the common frequency 440. The transition to the fourth frequency 440, however, must be phase-continuous. This is ensured by the vibration generators 310, 320, 330. The first oscillator 310 converts the frequency 400, with which the first resonator 110 is excited, thus from the first frequency 410 into the fourth frequency 440. The second oscillator 320 transfers the frequency 400, with which the second resonator 120 is driven, from the second frequency 420 in the fourth frequency 440. the third vibration ¬ generator 330 via leads 400, the frequency with which the third resonator is excited 130 from the third frequency to the fourth frequency 430 440. the conversion of the frequencies in the joint fourth frequency 440 should be as fast as he ¬ follow.
Im weiteren Betrieb des Teilchenbeschleunigers 100 werden nun alle Resonatoren 110, 120, 130 mit der gemeinsamen vierten Frequenz 440 betrieben. Die vierte Frequenz 440 ist so auf die Längen und Abstände der Resonatoren 110, 120, 130 abgestimmt, dass für jedes zeitlich aufeinander folgende Teil¬ chenpaket des Teilchenstrahls 145 die Phasenbedingung zur Be- schleunigung eingehalten wird. During further operation of the particle accelerator 100, all the resonators 110, 120, 130 are now operated with the common fourth frequency 440. The fourth frequency 440 is matched to the lengths and spacings of the resonators 110, 120, 130, that the phase condition for loading acceleration is maintained for each temporally successive part of the particle beam ¬ chenpaket 145th

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Teilchenbeschleunigers (100) mit einem ersten Resonator (110) und einem zweiten Resonator (120), Method for operating a particle accelerator (100) having a first resonator (110) and a second resonator (120),
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: characterized by the following process steps:
- Anregen einer ersten elektromagnetischen Schwingung im ersten Resonator (110) mit einem ersten Steuersignal  - Exciting a first electromagnetic oscillation in the first resonator (110) with a first control signal
und Anregen einer zweiten elektromagnetischen Schwingung im zweiten Resonator (120) mit einem zweiten Steuersignal , and exciting a second electromagnetic oscillation in the second resonator (120) with a second control signal,
wobei das erste Steuersignal eine erste Frequenz (410) und das zweite Steuersignal eine zweite Frequenz (420) aufweist, wherein the first control signal has a first frequency (410) and the second control signal has a second frequency (420),
wobei die erste Frequenz (410) und die zweite Frequenz (420) unterschiedliche Werte aufweisen; wherein the first frequency (410) and the second frequency (420) have different values;
- Einschalten eines Teilchenstrahls (145);  - switching on a particle beam (145);
- Phasenkontinuierliches Überführen der Frequenz (400) des ersten Steuersignals von der ersten Frequenz (410) zu einer dritten Frequenz (440)  Phase-continuously transferring the frequency (400) of the first control signal from the first frequency (410) to a third frequency (440)
und phasenkontinuierliches Überführen der Frequenz (400) des zweiten Steuersignals von der zweiten Frequenz (420) zu der dritten Frequenz (440) . and phase-shifting the frequency (400) of the second control signal from the second frequency (420) to the third frequency (440).
Verfahren gemäß Anspruch 1, Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die erste Frequenz (410) eine Resonanzfrequenz des ersten Resonators (110) im unbelasteten Zustand ist . in that the first frequency (410) is a resonance frequency of the first resonator (110) in the unloaded state.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, Method according to one of claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die zweite Frequenz (420) eine Resonanzfrequenz des zweiten Resonators (120) im unbelasteten Zustand ist . Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, in that the second frequency (420) is a resonance frequency of the second resonator (120) in the unloaded state. Method according to one of the preceding claims, characterized
dass die dritte Frequenz (440) innerhalb einer Reso¬ nanzbandbreite (610) des ersten Resonators (110) in belastetem Zustand und innerhalb einer Resonanzband¬ breite (620) des zweiten Resonators (120) in belaste¬ tem Zustand liegt. that the third frequency (440) within a Reso ¬ nanzbandbreite (610) of the first resonator (110) in the loaded state and within a resonance band ¬ width (620) of the second resonator (120) in burden ¬ system state is located.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Method according to one of the preceding claims, characterized
dass der Teilchenstrahl (145) in einem Moment eingeschaltet wird, in dem die erste elektromagnetische Schwingung im ersten Resonator (110) und die zweite elektromagnetische Schwingung im zweiten Resonator (120) jeweils eine für eine Beschleunigung des Teil¬ chenstrahls (145) geeignete Phasenlage aufweisen. that the particle beam (145) is turned on in a moment when the first electromagnetic oscillation in the first resonator (110) and the second electromagnetic oscillation in the second resonator (120) each one for an acceleration of the part ¬ chenstrahls (145) suitable phase position ,
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Method according to one of the preceding claims, characterized
dass der Teilchenstrahl (145) eine Mehrzahl zeitlich aufeinanderfolgender Teilchenpakete umfasst. in that the particle beam (145) comprises a plurality of time-sequential particle packets.
Teilchenbeschleuniger (100) mit einem Resonator (110), wobei der Resonator (110) mit einer Vorrichtung (210, 310) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Anregen einer elektromagnetischen Schwingung in dem Resonator (110) ausgestattet ist, A particle accelerator (100) having a resonator (110), the resonator (110) being equipped with a device (210, 310) for generating a control signal for exciting an electromagnetic oscillation in the resonator (110),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Vorrichtung (210, 310) ausgebildet ist, eine Frequenz (400) des Steuersignals phasenkontinuierlich zu variieren. in that the device (210, 310) is designed to vary a frequency (400) of the control signal in a phase-continuous manner.
Teilchenbeschleuniger (100) gemäß Anspruch 7, Particle accelerator (100) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Vorrichtung (210, 310) einen numerisch gesteuerten Oszillator (310) aufweist. in that the device (210, 310) has a numerically controlled oscillator (310).
9. Teilchenbeschleuniger (100) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, 9. Particle accelerator (100) according to one of claims 7 or 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Vorrichtung (210, 310) einen Leistungsver- stärker aufweist.  the device (210, 310) has a power amplifier.
10. Teilchenbeschleuniger (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, 10. Particle accelerator (100) according to one of claims 7 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Teilchenbeschleuniger (100) eine Mehrzahl von the particle accelerator (100) comprises a plurality of
Resonatoren (110, 120, 130) aufweist, Resonators (110, 120, 130),
wobei jeder der Resonatoren (110, 120, 130) mit einer eigenen Vorrichtung (210, 310, 220, 320, 230, 330) zum Erzeugen eines jeweiligen Steuersignals zum Anregen einer Schwingung in dem jeweiligen Resonator (110, wherein each of the resonators (110, 120, 130) is provided with its own device (210, 310, 220, 320, 230, 330) for generating a respective control signal for exciting a vibration in the respective resonator (110, 110, 120).
120, 130) ausgestattet ist, 120, 130),
wobei jede der Vorrichtungen (210, 310, 220, 320, 230, 330) ausgebildet ist, eine Frequenz (400) des jeweili¬ gen Steuersignals phasenkontinuierlich zu variieren. being formed each of the devices (210, 310, 220, 320, 230, 330), a frequency (400) of the jeweili ¬ gene control signal to vary phase continuously.
PCT/EP2011/068207 2010-11-11 2011-10-19 Particle accelerator and method for operating a particle accelerator WO2012062544A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010043774 DE102010043774A1 (en) 2010-11-11 2010-11-11 Particle accelerator and method for operating a particle accelerator
DE102010043774.3 2010-11-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012062544A1 true WO2012062544A1 (en) 2012-05-18

Family

ID=45443214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/068207 WO2012062544A1 (en) 2010-11-11 2011-10-19 Particle accelerator and method for operating a particle accelerator

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010043774A1 (en)
WO (1) WO2012062544A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4196398A (en) * 1977-01-04 1980-04-01 Gesellschaft Fur Kernforschung M.B.H. Regulation of a plurality of superconducting resonators
DE102009053624A1 (en) 2009-11-17 2011-05-19 Siemens Aktiengesellschaft RF cavity and accelerator with such an RF cavity

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5497050A (en) * 1993-01-11 1996-03-05 Polytechnic University Active RF cavity including a plurality of solid state transistors
JP3093553B2 (en) * 1994-01-20 2000-10-03 三菱電機株式会社 Variable energy high frequency quadrupole linac
US7402821B2 (en) * 2006-01-18 2008-07-22 Axcelis Technologies, Inc. Application of digital frequency and phase synthesis for control of electrode voltage phase in a high-energy ion implantation machine, and a means for accurate calibration of electrode voltage phase

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4196398A (en) * 1977-01-04 1980-04-01 Gesellschaft Fur Kernforschung M.B.H. Regulation of a plurality of superconducting resonators
DE102009053624A1 (en) 2009-11-17 2011-05-19 Siemens Aktiengesellschaft RF cavity and accelerator with such an RF cavity

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRANLARD ET AL.: "MODELING THE LLRF CONTROL OF A MULTI-CAVITY RF STATIONFOR PROJECT-X", 2009, pages 1883 - 1885, XP002667521, Retrieved from the Internet <URL:http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/PAC2009/papers/we3rac05.pdf> [retrieved on 20120119] *
HAN-SUNG KIM ET AL.: "RF CHARACTERISTICS OF THE PEFP DTL", July 2006 (2006-07-01), pages 1331 - 1333, XP002667518, ISBN: 92-9083-278-9, Retrieved from the Internet <URL:http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/e06/PAPERS/TUPCH134.PDF> [retrieved on 20120119] *
HEID ET AL.: "COMPACT SOLID STATE DIRECT DRIVE RF LINACEXPERIMENTAL PROGRAM", September 2010 (2010-09-01), pages 905 - 907, XP002667520, Retrieved from the Internet <URL:http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/LINAC2010/papers/thp068.pdf> [retrieved on 20120119] *
K. FONG: "NEW TECHNOLOGIES IN THE DESIGN OF RF CONTROLS FORACCELERATORS", 2008, Ragusa, Italy, pages 449 - 454, XP002667519, Retrieved from the Internet <URL:http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/c07/PAPERS/449.pdf> [retrieved on 20120119] *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010043774A1 (en) 2012-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0261338B1 (en) Inductively excited ion source
DE901800C (en) Vibration generator using a traveling wave tube
DE102011076404A1 (en) A method of impedance matching the output impedance of a high frequency power supply arrangement to the impedance of a plasma load and high frequency power supply arrangement
DE102014219016A1 (en) Method of controlling a standing wave accelerator and systems therefor
DE69636966T2 (en) Radio-frequency particle accelerator
EP1768139B1 (en) Cylindrical capacitor with variable capacity and a dielectric extension of the inner electrode for NMR applications
EP2684249B1 (en) Rf generator
EP2484186B1 (en) Accelerator and method for actuating an accelerator
EP2749151B1 (en) Hf resonator and particle accelerator with such hf resonator
DE2461616C3 (en) Tunable magnetron
EP2805376B1 (en) Resonator arrangement and method for exciting a resonator
WO2012062544A1 (en) Particle accelerator and method for operating a particle accelerator
DE2706630C3 (en) Deflector for a charged particle beam
DE19850447B4 (en) Non-linear dispersion pulse generator
DE862786C (en) Process to improve the mode of operation and to expand the application possibilities of magnetron tubes with resonance cavities
DE4119517C2 (en) Electron gun for generating electrons grouped in short pulses
DE102020106692A1 (en) Generator for spectrometry
EP3606677B1 (en) Ultrasonic machine tool comprising two sonotrodes and method for operating same
EP0403811A1 (en) Quasi-optical gyrotron
DE3315020C1 (en) Acceleration path for the phase-free acceleration of charged particles
DE1491520B1 (en) Microwave amplifier tubes
DE102010044113A1 (en) RF cavity and particle accelerator with RF cavity
DE10209656A1 (en) Magnetic field generation system and arrangement for the wireless supply of a large number of sensors and / or actuators with a magnetic field generation system
EP2885837B1 (en) Device for coupling hf-power into a waveguide
CH617557A5 (en) High-frequency electron accelerator

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: 11771139

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: 11771139

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1