WO2012069265A1 - Rf cavity, particle accelerator with rf cavity and method for operating an rf cavity - Google Patents

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WO2012069265A1
WO2012069265A1 PCT/EP2011/068535 EP2011068535W WO2012069265A1 WO 2012069265 A1 WO2012069265 A1 WO 2012069265A1 EP 2011068535 W EP2011068535 W EP 2011068535W WO 2012069265 A1 WO2012069265 A1 WO 2012069265A1
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cavity
chamber
radial waveguide
wall
temperature
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Oliver Heid
Timothy Hughes
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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 an RF cavity according to the preamble of claim 1, a particle accelerator having an RF cavity according to the preamble of patent claim 12 and a method for operating an RF cavity according to the preamble of patent claim 13.
  • RF cavities high-frequency electromagnetic oscillations can be excited.
  • Such RF cavities can also be referred to as resonators.
  • RF cavities are used in particle accelerators to accelerate electrically charged particles.
  • a RF cavity with egg ⁇ ner conductive wall is known to provide with a plurality of solid state amplifiers that are provided for a high-frequency current flow in the wall of the RF cavity to indu ⁇ decorate and thereby a high frequency to excite electromagnetic vibration in the RF cavity.
  • This has the advantage that the coupled into the RF cavity power is generated only at the point of coupling and the coupling of power can be distributed over a large area.
  • the object of the present invention is to provide an improved RF cavity. This task is performed by an HF Cavity with the features of claim 1 solved. It is another object of the present invention to provide an improved particle accelerator. This object is achieved by a particle accelerator having the features of claim 12. It is a further object of the present invention to provide an improved method for operating an RF cavity. This object is achieved by a method having the features of claim 13. Preferred Wide Erbil ⁇ compounds are given in the dependent claims.
  • An RF cavity according to the invention comprises a chamber with egg ⁇ ner electrically conductive chamber wall having a first wall portion and a second wall portion.
  • the first wall portion and the second wall portion are electrically isolated from each other by a circumferential gap in the chamber wall.
  • the RF cavity further comprises an on ⁇ drive device having a plurality of solid state switches.
  • a radial waveguide is arranged circumferentially along the gap.
  • the drive device is configured to couple electromagnetic energy in the radial Wellenlei ⁇ ter, and the radial waveguide adapted to couple electromagnetic energy into the chamber wall.
  • the chamber , the radial waveguide and the drive device can be at different temperatures in this HF cavity. This makes it possible, for example, to drive a superconducting cavity through a normal ⁇ conducting drive device.
  • the chamber wall is designed to be superconducting during operation of the RF cavity, while the radial Wellenlei ⁇ ter is formed to be normal conducting during operation of the RF cavity and the drive device is also designed to be normally conducting during operation of the RF cavity , Before ⁇ geous legally higher vibration performance can be excited in the superconducting RF cavity because of the lower damping then.
  • the chamber wall is configured to operate at a temperature of about 4.2 Kelvin.
  • this temperature can be achieved by cooling with liquid helium.
  • the chamber wall can be made of a material of the variety available, at 4.2 Kelvin superconducting materials.
  • the radial waveguide is thermally coupled to a cooling device.
  • the waveguide can then be cooled to a temperature which is between the temperature of the chamber wall and the temperature of the drive device.
  • the solid-state switches are preferably arranged along an outer circumference of the radial waveguide.
  • the solid-state switches can then jointly inject a very high power into the waveguide, with each individual solid state switch only having to couple a limited power into the waveguide.
  • the radial waveguide has a first metallic plate and a second metallic plate parallel to the first plate.
  • the first plate is electrically conductively connected to the first wall section and the second plate is electrically conductively connected to the second wall section.
  • this allows for efficient feeding of the fed by the on ⁇ drive device into the waveguide electromagnetic energy in the chamber wall.
  • a dielectric is arranged between the plates of the radial waveguide.
  • a current path from the first wall section via the first plate, the plurality of solid-state switches and the second plate to the second wall section is provided.
  • this allows a more ⁇ te control of the current flowing in the chamber wall currents.
  • a shielding device is provided which at least partially surrounds the drive device.
  • the drive device to ⁇ then prevents radiation of the electromagnetic oscillation generated by the driving device.
  • the shielding device is electrically conductively connected to the metallic plates of the radial waveguide.
  • the chamber is cylindrical, wherein the chamber wall forms a lateral surface of the chamber.
  • the chamber wall forms a lateral surface of the chamber.
  • An inventive particle accelerator for accelerating electrically charged particles has an RF cavity of the aforementioned type.
  • the RF cavity may then comprise a superconducting chamber.
  • a method for operating an RF cavity having a chamber, a radial waveguide that is disposed circumferentially around the chamber, and with an on ⁇ drive device having a plurality of solid state switches that are disposed along a radially outer edge of the radial waveguide the chamber is cooled to a first temperature Tem ⁇ and the radial waveguide cooled to a second temperature.
  • the first temperature is lower than the second temperature and the second temperature is lower than a temperature of the drive device.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an HF cavity 100.
  • the HF cavity 100 can serve, for example, as a resonator in a particle accelerator.
  • the RF cavity 100 has a chamber 200.
  • the chamber 200 is made of an electrically conductive material, for example of a metal.
  • the material of the chamber 200 is chosen so that it becomes superconducting at low temperatures.
  • a material that is superconducting at a temperature of 4.2 Kelvin can be used.
  • the chamber 200 an electromagnetic oscillation can be excited.
  • the chamber 200 is cylindrical.
  • the chamber may also have a shape other than a cylindrical shape.
  • the cylindrical chamber 200 has a diameter which is greater than the axial length of the chamber 200.
  • the axial length of the chamber 200 may be as large as the diameter of the chamber 200 or larger than the diameter of the chamber 200.
  • a chamber wall 210 forms a lateral surface of the chamber 200.
  • the chamber wall 210 has a direction perpendicular to the longitudinal axis of the
  • Chamber 200 oriented circumferential gap 220, which is not visible in Figure 1.
  • the circumferential gap 220 divides the chamber wall 210 into a first wall section 211 and a Second wall portion 212.
  • the circumferential gap 220 may be formed as an air gap.
  • a dielectric may also be arranged. The dielectric disposed in the circumferential gap 220 may also serve to vacuum seal the chamber 200.
  • the HF cavity 100 further comprises a radial waveguide 400 (radial transmission line), which is already known per se.
  • the radial waveguide 400 comprises an annular first metallic plate 410 and an annular second metallic plate 420 parallel to the first metallic plate 410 (see FIG. 2). Between the first metallic plate 410 and the second metallic plate 420 is a
  • Dielectric 430 arranged.
  • the inner diameter of the metallic plates 410, 420 corresponds approximately to the outer diameter of the chamber 200.
  • the radial waveguide 400 is arranged in the region of the circumferential gap 220 of the chamber wall 210, the chamber wall 210 circumferentially.
  • the HF cavity 100 further comprises a drive device 300.
  • FIG. 1 shows the drive device 300 in a sectional representation, wherein a front part of the drive device 300 is not shown. In practice, the RF cavity 100 is completely surrounded by the drive device 300.
  • the drive device 300 has a plurality of solid-state switches 310.
  • the drive device 64 may include solid-state switch 310.
  • the solid-state switches 310 are formed as printed circuit boards and each have one or more power transistors, which are designed to switch a high-frequency electric current and amplify.
  • the plurality of solid state switches 310 are circumferentially arranged along the outer circumference of the radial waveguide 400. In this case, the individual solid-state switches 310 preferably each have constant angular distances from one another.
  • the drive device 300 further comprises a shielding device 320, which preferably consists of an electrically conductive material, for example a metal.
  • the shielding device ⁇ 320 encloses the solid-state switch 310, the arrival drive device 300 at least partially.
  • the shielding device 320 may have the shape of a cylinder ring.
  • the shielding device 320 serves to prevent high-frequency electromagnetic oscillations generated by the solid-state switches 310 from being radiated into the surroundings of the RF cavity 100.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a section along a radius of the HF cavity 100 passing through one of the solid-state switches 310. Shown is a section of the chamber wall 210 with the first wall section 211 and the second wall section 212, which are electrically separated from one another by the circumferential gap 220 are isolated. Furthermore, FIG. 2 shows a section of the radial waveguide 400 and one of the solid state switches 310 of the drive device 300.
  • the radial waveguide 400 comprises the first plate 410 and the second plate 420 parallel to the first plate 410, which are electrically insulated from one another by the dielectric 430.
  • the first metallic plate 410 is conductively connected to the first wall section 211 of the chamber wall 210 via a first power combiner 412 (power combiner).
  • the two ⁇ te metallic plate 420 is via a second power combiner 412 (power combiner).
  • Power combiner 422 electrically connected to the second wall portion 212 of the chamber wall 210.
  • a radially inner region of the radial waveguide 400 is arranged in the circumferential gap 220 of the chamber wall 210, so that the first metallic plate 410 is in direct contact with the first wall section 211 and the second metallic plate 420 is in direct contact with the second wall portion 212.
  • the dielectric 430 of the radial waveguide 400 then causes the electrical see insulation of the first wall portion 211 against the second wall portion 212nd
  • the power combiners 412, 422 can also be designed differently in other embodiments. In all
  • the power combiners 412, 422 are preferably designed so that they are superconducting at the operating temperature of the chamber (200), for example at 4.2 Kelvin.
  • the first metal plate 410 of the radial wave guide 400 is electrically conductively connected via a first drive connection to ⁇ 311 with the solid state switch 310th
  • the second metallic plate 420 of the radial waveguide 400 is electrically conductively connected to the solid-state switch 310 via a second drive connection 312.
  • the actual electrical circuit of the solid state switch 310 is arranged, the one
  • the solid-state switches 310 of the drive device 300 are thereby able to move in the axial direction in the chamber wall 210 to stimulate and amplify the flow of electricity. By virtue of this excitation of a current flowing in the chamber wall 210, the drive device 300 can excite an electromagnetic oscillation in the chamber 200 of the HF cavity 100.
  • the first plate 410 of the radial waveguide 400 has ei ⁇ ne facing away from the dielectric 430 first outer surface 411.
  • the second metallic plate 420 of the radial waveguide 400 has a second outer surface 421 facing away from the dielectric 430.
  • the first outer surface 411 of the first metalli ⁇ rule plate 410 is electrically conductively connected via a first shield connection 321 with the shielding 320th
  • the second outer surface 421 of the second metallic plate 420 is electrically conductively connected to the shielding device 320 via a second shielding connection 322.
  • the shield joints 321, 322 formed annularly along the outer periphery of the radial waveguide 400 are preferred, so that the shielding ⁇ 320 together with the shielding compounds 321, 322 forms a closed housing which completely encloses the solid state switch 310th As a result, radiation of a high-frequency electromagnetic wave by the drive device 300 into the surroundings of the RF cavity 100 is effectively suppressed.
  • the chamber 200 of the RF cavity 100 is intended to be superconducting during operation of the RF cavity 100.
  • the chamber 200 is equipped or connected to a cooling device, not shown in the figures, through which the chamber 200 of the RF cavity 100 can be cooled to a temperature which is below the transition temperature of the material used for the chamber wall 210.
  • the chamber 200 can be cooled with liquid helium or with liquid nitrogen.
  • the drive device 300 of the RF cavity 100 is designed to be operated in a normally conducting state.
  • the drive device 300 may be at room temperature during operation of the RF cavity 100.
  • the radial waveguide 400 is configured to have a temperature between the temperature of the drive device 300 and the temperature of the chamber 200 during operation of the RF cavity 100.
  • the outer surfaces 411, 421 of the plates 410, 420 of the radial waveguide 400 are thermally connected at one or more points via thermal couplings 500 to one or more cooling devices, which cool the radial waveguide 400 to the desired temperature.
  • the individual thermal couplings 500 can all be connected to the same cooling device. However, it is also possible to provide a plurality of cooling devices with different temperatures and to cool the radial waveguide 400 in the radial direction from outside to inside gradually to lower temperatures.
  • the individual thermal connections 500 are preferably of annular design and are then in thermal contact with the outer surfaces 411, 421 of the plates 410, 420 over the entire circumference of the radial waveguide 400. It is also possible to provide only one thermal coupling 500.
  • the thermal couplings 500 are preferably made of a material with good thermal conductivity, for example copper.
  • the contacting surfaces of the plates 410, 420 and the thermal couplings 500 are preferably formed to provide good thermal contact between the plates 410, 420 and the thermal couplings 500.
  • the surfaces may be polished.
  • a thermal compound may also be provided in the area of contact between the plates 410, 420 and the thermal couplings 500.

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Abstract

An RF cavity comprises a chamber with an electrically conducting chamber wall, which has a first wall section and a second wall section. In this case, the first wall section and the second wall section are electrically insulated from one another by a peripheral gap in the chamber wall. The RF cavity also has a drive apparatus with a plurality of solid-state switches. A radial waveguide is arranged peripherally along the gap in the chamber wall. The drive apparatus is designed to couple electromagnetic energy into the radial waveguide. The radial waveguide is in turn designed to couple electromagnetic energy into the chamber wall.

Description

Beschreibung description
HF-Kavität, Teilchenbeschleuniger mit HF-Kavität und Verfahren zum Betreiben einer HF-Kavität RF cavity, RF cavity particle accelerator, and method of operating an RF cavity
Die vorliegende Erfindung betrifft eine HF-Kavität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einen Teilchenbeschleuniger mit einer HF-Kavität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer HF-Kavität gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13. The present invention relates to an RF cavity according to the preamble of claim 1, a particle accelerator having an RF cavity according to the preamble of patent claim 12 and a method for operating an RF cavity according to the preamble of patent claim 13.
In HF-Kavitäten lassen sich hochfrequente elektromagnetische Schwingungen anregen. Solche HF-Kavitäten können auch als Resonatoren bezeichnet werden. HF-Kavitäten werden beispiels- weise in Teilchenbeschleunigern zur Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen verwendet. In HF cavities, high-frequency electromagnetic oscillations can be excited. Such RF cavities can also be referred to as resonators. For example, RF cavities are used in particle accelerators to accelerate electrically charged particles.
Zum Anregen einer hochfrequenten elektromagnetischen Schwingung in einer HF-Kavität ist es bekannt, eine hochfrequente Leistung beispielsweise mittels eines Klystrons zu erzeugen und mittels eines Wellenleiters zur HF-Kavität zu transpor¬ tieren oder mittels eines Dämpfungsglieds oder eines indukti¬ ven Kopplers in die Kavität einzukoppeln . Allerdings lassen sich mit dieser Art der Anregung nicht beliebig hohe HF- Leistungen erzielen. For exciting a high frequency electromagnetic vibration in a RF cavity, it is known to generate a high-frequency power for example by means of a klystron and coupled into the cavity via a waveguide to the RF cavity to transpor ¬ animals or by means of an attenuator or an inductive ¬ ven coupler , However, it is not possible to achieve arbitrarily high RF powers with this type of excitation.
Aus der EP 0 606 870 AI ist bekannt, eine HF-Kavität mit ei¬ ner leitfähigen Wand mit einer Mehrzahl von Festkörperverstärkern auszustatten, die dazu vorgesehen sind, einen hochfrequenten Stromfluss in der Wand der HF-Kavität zu indu¬ zieren und dadurch eine hochfrequente elektromagnetische Schwingung in der HF-Kavität anzuregen. Dies hat den Vorteil, dass die in die HF-Kavität eingekoppelte Leistung erst am Ort der Einkopplung erzeugt wird und die Einkopplung der Leistung über eine große Fläche verteilt erfolgen kann. From EP 0606870 Al a RF cavity with egg ¬ ner conductive wall is known to provide with a plurality of solid state amplifiers that are provided for a high-frequency current flow in the wall of the RF cavity to indu ¬ decorate and thereby a high frequency to excite electromagnetic vibration in the RF cavity. This has the advantage that the coupled into the RF cavity power is generated only at the point of coupling and the coupling of power can be distributed over a large area.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte HF-Kavität bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine HF- Kavität mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist wei¬ ter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Teilchenbeschleuniger bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Teilchenbeschleuniger mit den Merkmalen des An- spruchs 12 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer HF- Kavität anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbil¬ dungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The object of the present invention is to provide an improved RF cavity. This task is performed by an HF Cavity with the features of claim 1 solved. It is another object of the present invention to provide an improved particle accelerator. This object is achieved by a particle accelerator having the features of claim 12. It is a further object of the present invention to provide an improved method for operating an RF cavity. This object is achieved by a method having the features of claim 13. Preferred Wide Erbil ¬ compounds are given in the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße HF-Kavität umfasst eine Kammer mit ei¬ ner elektrisch leitenden Kammerwand, die einen ersten Wandabschnitt und einen zweiten Wandabschnitt aufweist. Dabei sind der erste Wandabschnitt und der zweite Wandabschnitt durch einen umlaufenden Spalt in der Kammerwand elektrisch voneinander isoliert. Die HF-Kavität umfasst außerdem eine An¬ triebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Festkörperschaltern. Weiter ist umlaufend entlang des Spalts ein radialer Wellenleiter angeordnet. Dabei ist die Antriebsvorrichtung ausge- bildet, elektromagnetische Energie in den radialen Wellenlei¬ ter einzukoppeln, und der radiale Wellenleiter ausgebildet, elektromagnetische Energie in die Kammerwand einzukoppeln. Vorteilhafterweise können sich bei dieser HF-Kavität die Kam¬ mer, der radiale Wellenleiter und die Antriebsvorrichtung auf unterschiedlichen Temperaturen befinden. Dies ermöglicht es beispielsweise, eine supraleitende Kavität durch eine normal¬ leitende Antriebsvorrichtung anzutreiben. An RF cavity according to the invention comprises a chamber with egg ¬ ner electrically conductive chamber wall having a first wall portion and a second wall portion. In this case, the first wall portion and the second wall portion are electrically isolated from each other by a circumferential gap in the chamber wall. The RF cavity further comprises an on ¬ drive device having a plurality of solid state switches. Furthermore, a radial waveguide is arranged circumferentially along the gap. The drive device is configured to couple electromagnetic energy in the radial Wellenlei ¬ ter, and the radial waveguide adapted to couple electromagnetic energy into the chamber wall. Advantageously, the chamber , the radial waveguide and the drive device can be at different temperatures in this HF cavity. This makes it possible, for example, to drive a superconducting cavity through a normal ¬ conducting drive device.
Bevorzugt ist die Kammerwand ausgebildet, im Betrieb der HF- Kavität supraleitend zu sein, während der radiale Wellenlei¬ ter ausgebildet ist, im Betrieb der HF-Kavität normalleitend zu sein und die Antriebsvorrichtung ebenfalls ausgebildet ist, im Betrieb der HF-Kavität normalleitend zu sein. Vor¬ teilhafterweise können in der supraleitenden HF-Kavität wegen der geringeren Dämpfung dann höhere Schwingungsleistungen angeregt werden. In einer Aus führungs form der HF-Kavität ist die Kammerwand ausgebildet, bei einer Temperatur von etwa 4,2 Kelvin betrieben zu werden. Vorteilhafterweise kann diese Temperatur durch Kühlung mit flüssigem Helium erreicht werden. Die Kammerwand kann dabei aus einem Material der Vielzahl verfügbarer, bei 4,2 Kelvin supraleitender Materialien gefertigt sein. Preferably, the chamber wall is designed to be superconducting during operation of the RF cavity, while the radial Wellenlei ¬ ter is formed to be normal conducting during operation of the RF cavity and the drive device is also designed to be normally conducting during operation of the RF cavity , Before ¬ geous legally higher vibration performance can be excited in the superconducting RF cavity because of the lower damping then. In one embodiment of the RF cavity, the chamber wall is configured to operate at a temperature of about 4.2 Kelvin. Advantageously, this temperature can be achieved by cooling with liquid helium. The chamber wall can be made of a material of the variety available, at 4.2 Kelvin superconducting materials.
Es ist zweckmäßig, dass der radiale Wellenleiter thermisch an eine Kühlvorrichtung gekoppelt ist. Vorteilhafterweise kann der Wellenleiter dann auf eine Temperatur gekühlt werden, die zwischen der Temperatur der Kammerwand und der Temperatur der Antriebsvorrichtung liegt. It is expedient that the radial waveguide is thermally coupled to a cooling device. Advantageously, the waveguide can then be cooled to a temperature which is between the temperature of the chamber wall and the temperature of the drive device.
Bevorzugt sind die Festkörperschalter entlang eines Außenum- fangs des radialen Wellenleiters angeordnet. Vorteilhafter¬ weise können die Festkörperschalter dann gemeinsam eine sehr hohe Leistung in den Wellenleiter einkoppeln, wobei jeder einzelne Festkörperschalter nur eine begrenzte Leistung in den Wellenleiter einkoppeln muss. The solid-state switches are preferably arranged along an outer circumference of the radial waveguide. Advantageously, the solid-state switches can then jointly inject a very high power into the waveguide, with each individual solid state switch only having to couple a limited power into the waveguide.
In einer Aus führungs form der HF-Kavität weist der radiale Wellenleiter eine erste metallische Platte und eine zu der ersten Platte parallele zweite metallische Platte auf. Dabei ist die erste Platte elektrisch leitend mit dem ersten Wand- abschnitt verbunden und die zweite Platte elektrisch leitend mit dem zweiten Wandabschnitt verbunden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine wirksame Einspeisung der durch die An¬ triebsvorrichtung in den Wellenleiter eingespeisten elektromagnetischen Energie in die Kammerwand. In one embodiment of the RF cavity, the radial waveguide has a first metallic plate and a second metallic plate parallel to the first plate. The first plate is electrically conductively connected to the first wall section and the second plate is electrically conductively connected to the second wall section. Advantageously, this allows for efficient feeding of the fed by the on ¬ drive device into the waveguide electromagnetic energy in the chamber wall.
Bevorzugt ist zwischen den Platten des radialen Wellenleiters ein Dielektrikum angeordnet. Preferably, a dielectric is arranged between the plates of the radial waveguide.
Ebenfalls bevorzugt ist, dass ein Strompfad vom ersten Wand- abschnitt über die erste Platte, die Mehrzahl von Festkörperschaltern und die zweite Platte zum zweiten Wandabschnitt vorgesehen ist. Vorteilhafterweise gestattet dies eine direk¬ te Kontrolle über die in der Kammerwand fließenden Ströme. In einer Weiterbildung der HF-Kavität ist eine Abschirmvorrichtung vorgesehen, die die Antriebsvorrichtung zumindest teilweise umschließt. Vorteilhafterweise verhindert die An¬ triebsvorrichtung dann eine Abstrahlung der durch die Antriebsvorrichtung erzeugten elektromagnetischen Schwingung. It is likewise preferred that a current path from the first wall section via the first plate, the plurality of solid-state switches and the second plate to the second wall section is provided. Advantageously, this allows a more ¬ te control of the current flowing in the chamber wall currents. In a development of the RF cavity, a shielding device is provided which at least partially surrounds the drive device. Advantageously, the drive device to ¬ then prevents radiation of the electromagnetic oscillation generated by the driving device.
Besonders bevorzugt ist die Abschirmvorrichtung elektrisch leitend mit den metallischen Platten des radialen Wellenleiters verbunden. Vorteilhafterweise führt dies zu einer beson¬ ders vollständigen Abschirmung der Antriebsvorrichtung. Particularly preferably, the shielding device is electrically conductively connected to the metallic plates of the radial waveguide. Advantageously, this leads to a special ¬ DERS complete shielding of the drive device.
In einer bevorzugten Aus führungs form der HF-Kavität ist die Kammer zylindrisch ausgebildet, wobei die Kammerwand eine Mantelfläche der Kammer bildet. Vorteilhafterweise lassen sich in zylindrischen Kammern besonders günstige Schwingungs¬ moden anregen. In a preferred disclosed embodiment of the RF cavity, the chamber is cylindrical, wherein the chamber wall forms a lateral surface of the chamber. Advantageously, be inspired particularly favorable vibration ¬ modes in cylindrical chambers.
Ein erfindungsgemäßer Teilchenbeschleuniger zum Beschleunigen elektrisch geladener Teilchen weist eine HF-Kavität der vorgenannten Art auf. Vorteilhafterweise kann die HF-Kavität dann eine supraleitende Kammer umfassen. An inventive particle accelerator for accelerating electrically charged particles has an RF cavity of the aforementioned type. Advantageously, the RF cavity may then comprise a superconducting chamber.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer HF- Kavität mit einer Kammer, einem radialen Wellenleiter, der umlaufend um die Kammer angeordnet ist, und mit einer An¬ triebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Festkörperschaltern, die entlang eines radial äußeren Rands des radialen Wellenleiters angeordnet sind, wird die Kammer auf eine erste Tem¬ peratur gekühlt und der radiale Wellenleiter auf eine zweite Temperatur gekühlt. Dabei ist die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur und die zweite Temperatur niedriger als eine Temperatur der Antriebsvorrichtung. Vorteilhafterweise ermöglicht es dieses Verfahren, eine supraleitende Ka- vität durch eine normalleitende Antriebsvorrichtung anzutrei¬ ben . Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: In a method for operating an RF cavity having a chamber, a radial waveguide that is disposed circumferentially around the chamber, and with an on ¬ drive device having a plurality of solid state switches that are disposed along a radially outer edge of the radial waveguide, the chamber is cooled to a first temperature Tem ¬ and the radial waveguide cooled to a second temperature. In this case, the first temperature is lower than the second temperature and the second temperature is lower than a temperature of the drive device. Advantageously, this method enables a superconducting Ka tivity by a normally conducting driving device anzutrei ¬ ben. The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Showing:
Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Figure 1 is a schematic perspective view of a
HF-Kavität; und  RF cavity; and
Figur 2 einen Schnitt durch die HF-Kavität. 2 shows a section through the RF cavity.
Figur 1 zeigt eine schematisierte perspektivische Darstellung einer HF-Kavität 100. Die HF-Kavität 100 kann beispielsweise als Resonator in einem Teilchenbeschleuniger dienen. FIG. 1 shows a schematic perspective view of an HF cavity 100. The HF cavity 100 can serve, for example, as a resonator in a particle accelerator.
Die HF-Kavität 100 weist eine Kammer 200 auf. Die Kammer 200 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, beispiels- weise aus einem Metall. Das Material der Kammer 200 ist dabei so gewählt, dass es bei tiefen Temperaturen supraleitend wird. Beispielsweise kann ein Material verwendet werden, dass bei einer Temperatur von 4,2 Kelvin supraleitend ist. Es kann aber auch ein Hochtemperatur-Supraleiter verwendet werden, der bereits bei einer Temperatur von 77 Kelvin oder bei einer noch höheren Temperatur supraleitend ist. The RF cavity 100 has a chamber 200. The chamber 200 is made of an electrically conductive material, for example of a metal. The material of the chamber 200 is chosen so that it becomes superconducting at low temperatures. For example, a material that is superconducting at a temperature of 4.2 Kelvin can be used. However, it is also possible to use a high-temperature superconductor which is superconducting even at a temperature of 77 Kelvin or at an even higher temperature.
In der Kammer 200 kann eine elektromagnetische Schwingung angeregt werden. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungs- form ist die Kammer 200 zylindrisch ausgebildet. Die Kammer kann jedoch auch eine andere Form als eine Zylinderform aufweisen. In Figur 1 dargestellten Aus führungs form weist die zylindrische Kammer 200 einen Durchmesser auf, der größer als die axiale Länge der Kammer 200 ist. Die axiale Länge der Kammer 200 kann jedoch auch genauso groß wie der Durchmesser der Kammer 200 oder größer als der Durchmesser der Kammer 200 sein . In the chamber 200, an electromagnetic oscillation can be excited. In the embodiment shown in FIG. 1, the chamber 200 is cylindrical. However, the chamber may also have a shape other than a cylindrical shape. In the embodiment shown in Figure 1, the cylindrical chamber 200 has a diameter which is greater than the axial length of the chamber 200. However, the axial length of the chamber 200 may be as large as the diameter of the chamber 200 or larger than the diameter of the chamber 200.
Eine Kammerwand 210 bildet eine Mantelfläche der Kammer 200. Die Kammerwand 210 weist einen senkrecht zur Längsachse derA chamber wall 210 forms a lateral surface of the chamber 200. The chamber wall 210 has a direction perpendicular to the longitudinal axis of the
Kammer 200 orientierten umlaufenden Spalt 220 auf, der in Figur 1 nicht erkennbar ist. Der umlaufende Spalt 220 teilt die Kammerwand 210 in einen ersten Wandabschnitt 211 und einen zweiten Wandabschnitt 212. Durch den umlaufenden Spalt 220 sind der erste Wandabschnitt 211 und der zweite Wandabschnitt 212 elektrisch voneinander isoliert. Der umlaufende Spalt 220 kann als Luftspalt ausgebildet sein. Im umlaufenden Spalt 220 kann jedoch auch ein Dielektrikum angeordnet sein. Das im umlaufenden Spalt 220 angeordnete Dielektrikum kann auch zur Vakuumabdichtung der Kammer 200 dienen. Chamber 200 oriented circumferential gap 220, which is not visible in Figure 1. The circumferential gap 220 divides the chamber wall 210 into a first wall section 211 and a Second wall portion 212. By the circumferential gap 220, the first wall portion 211 and the second wall portion 212 are electrically isolated from each other. The circumferential gap 220 may be formed as an air gap. In the circumferential gap 220, however, a dielectric may also be arranged. The dielectric disposed in the circumferential gap 220 may also serve to vacuum seal the chamber 200.
Die HF-Kavität 100 umfasst weiter einen an sich bereits be- kannten radialen Wellenleiter 400 (radial transmission line) . Der radiale Wellenleiter 400 umfasst eine kreisringförmige erste metallische Platte 410 und eine zur ersten metallischen Platte 410 parallele kreisringförmige zweite metallische Platte 420 (siehe Figur 2) . Zwischen der ersten metallischen Platte 410 und der zweiten metallischen Platte 420 ist einThe HF cavity 100 further comprises a radial waveguide 400 (radial transmission line), which is already known per se. The radial waveguide 400 comprises an annular first metallic plate 410 and an annular second metallic plate 420 parallel to the first metallic plate 410 (see FIG. 2). Between the first metallic plate 410 and the second metallic plate 420 is a
Dielektrikum 430 angeordnet. Der Innendurchmesser der metallischen Platten 410, 420 entspricht etwa dem Außendurchmesser der Kammer 200. Der radiale Wellenleiter 400 ist im Bereich des umlaufenden Spalts 220 der Kammerwand 210 die Kammerwand 210 umlaufend angeordnet. Dielectric 430 arranged. The inner diameter of the metallic plates 410, 420 corresponds approximately to the outer diameter of the chamber 200. The radial waveguide 400 is arranged in the region of the circumferential gap 220 of the chamber wall 210, the chamber wall 210 circumferentially.
Die HF-Kavität 100 umfasst weiter eine Antriebsvorrichtung 300. Figur 1 zeigt die Antriebsvorrichtung 300 in geschnittener Darstellung, wobei ein vorderer Teil der Antriebsvorrich- tung 300 nicht dargestellt ist. In der Praxis ist die HF- Kavität 100 vollständig von der Antriebsvorrichtung 300 umgeben. Die Antriebsvorrichtung 300 weist eine Mehrzahl von Festkörperschaltern 310 auf. Beispielsweise kann die Antriebsvorrichtung 64 Festkörperschalter 310 umfassen. Die Festkörperschalter 310 sind als Leiterplatten ausgebildet und weisen jeweils einen oder mehrere Leistungstransistoren auf, die dazu ausgebildet sind, einen hochfrequenten elektrischen Strom zu schalten und zu verstärken. Die Mehrzahl von Festkörperschaltern 310 ist umlaufend entlang des Außenumfangs des radialen Wellenleiters 400 angeordnet. Dabei weisen die einzelnen Festkörperschalter 310 bevorzugt jeweils konstante Winkelabstände zueinander auf. Die Antriebsvorrichtung 300 umfasst weiter eine Abschirmvorrichtung 320, die bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Metall, besteht. Die Abschirm¬ vorrichtung 320 umschließt die Festkörperschalter 310 der An- triebsvorrichtung 300 zumindest teilweise. Beispielsweise kann die Abschirmvorrichtung 320 die Form eines Zylinderrings aufweisen. Die Abschirmvorrichtung 320 dient dazu, zu verhindern, dass von den Festkörperschaltern 310 erzeugte hochfrequente elektromagnetische Schwingungen in die Umgebung der HF-Kavität 100 abgestrahlt werden. The HF cavity 100 further comprises a drive device 300. FIG. 1 shows the drive device 300 in a sectional representation, wherein a front part of the drive device 300 is not shown. In practice, the RF cavity 100 is completely surrounded by the drive device 300. The drive device 300 has a plurality of solid-state switches 310. For example, the drive device 64 may include solid-state switch 310. The solid-state switches 310 are formed as printed circuit boards and each have one or more power transistors, which are designed to switch a high-frequency electric current and amplify. The plurality of solid state switches 310 are circumferentially arranged along the outer circumference of the radial waveguide 400. In this case, the individual solid-state switches 310 preferably each have constant angular distances from one another. The drive device 300 further comprises a shielding device 320, which preferably consists of an electrically conductive material, for example a metal. The shielding device ¬ 320 encloses the solid-state switch 310, the arrival drive device 300 at least partially. For example, the shielding device 320 may have the shape of a cylinder ring. The shielding device 320 serves to prevent high-frequency electromagnetic oscillations generated by the solid-state switches 310 from being radiated into the surroundings of the RF cavity 100.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt entlang eines durch einen der Festkörperschalter 310 verlaufenden Radius' der HF-Kavität 100. Dargestellt ist ein Abschnitt der Kammerwand 210 mit dem ersten Wandabschnitt 211 und dem zweiten Wandabschnitt 212, die durch den umlaufenden Spalt 220 elektrisch voneinander isoliert sind. Ferner zeigt Figur 2 einen Abschnitt des radialen Wellenleiters 400 und einen der Festkörperschalter 310 der Antriebsvorrichtung 300. FIG. 2 shows a schematic representation of a section along a radius of the HF cavity 100 passing through one of the solid-state switches 310. Shown is a section of the chamber wall 210 with the first wall section 211 and the second wall section 212, which are electrically separated from one another by the circumferential gap 220 are isolated. Furthermore, FIG. 2 shows a section of the radial waveguide 400 and one of the solid state switches 310 of the drive device 300.
In der Schnittdarstellung der Figur 2 ist erkennbar, dass der radiale Wellenleiter 400 die erste Platte 410 und die zur ersten Platte 410 parallele zweite Platte 420 umfasst, die durch das Dielektrikum 430 elektrisch voneinander isoliert sind. Die erste metallische Platte 410 ist über einen ersten Leistungskombinator 412 (power combiner) leitend mit dem ersten Wandabschnitt 211 der Kammerwand 210 verbunden. Die zwei¬ te metallische Platte 420 ist über einen zweiten 2, it can be seen that the radial waveguide 400 comprises the first plate 410 and the second plate 420 parallel to the first plate 410, which are electrically insulated from one another by the dielectric 430. The first metallic plate 410 is conductively connected to the first wall section 211 of the chamber wall 210 via a first power combiner 412 (power combiner). The two ¬ te metallic plate 420 is via a second
Leistungskombinator 422 elektrisch leitend mit dem zweiten Wandabschnitt 212 der Kammerwand 210 verbunden. In der in Figur 2 gezeigten einfachen Aus führungs form ist ein radial innerer Bereich des radialen Wellenleiters 400 im umlaufenden Spalt 220 der Kammerwand 210 angeordnet, so dass die erste metallische Platte 410 in direktem Kontakt zum ersten Wandab- schnitt 211 und die zweite metallische Platte 420 in direktem Kontakt zum zweiten Wandabschnitt 212 steht. Das Dielektrikum 430 des radialen Wellenleiters 400 bewirkt dann die elektri- sehe Isolierung des ersten Wandabschnitts 211 gegen den zweiten Wandabschnitt 212. Power combiner 422 electrically connected to the second wall portion 212 of the chamber wall 210. In the simple embodiment shown in FIG. 2, a radially inner region of the radial waveguide 400 is arranged in the circumferential gap 220 of the chamber wall 210, so that the first metallic plate 410 is in direct contact with the first wall section 211 and the second metallic plate 420 is in direct contact with the second wall portion 212. The dielectric 430 of the radial waveguide 400 then causes the electrical see insulation of the first wall portion 211 against the second wall portion 212nd
Die Leistungskombinatoren 412, 422 können in anderen Ausfüh- rungsformen jedoch auch anders ausgebildet sein. In allenHowever, the power combiners 412, 422 can also be designed differently in other embodiments. In all
Aus führungs formen sind die Leistungskombinatoren 412, 422 bevorzugt so ausgeführt, dass sie bei der Betriebstemperatur der Kammer (200), beispielsweise bei 4,2 Kelvin, supraleitend sind . The power combiners 412, 422 are preferably designed so that they are superconducting at the operating temperature of the chamber (200), for example at 4.2 Kelvin.
Weiter ist aus Figur 2 erkennbar, dass die erste metallische Platte 410 des radialen Wellenleiters 400 über eine erste An¬ triebsverbindung 311 elektrisch leitend mit dem Festkörperschalter 310 verbunden ist. Außerdem ist die zweite metalli- sehe Platte 420 des radialen Wellenleiters 400 über eine zweite Antriebsverbindung 312 elektrisch leitend mit dem Festkörperschalter 310 verbunden. Auf dem Festkörperschalter 310 ist zwischen der ersten Antriebsverbindung 311 und der zweiten Antriebsverbindung 312 die eigentliche elektrische Schaltung des Festkörperschalters 310 angeordnet, die einenNext, it can be seen from Figure 2 that the first metal plate 410 of the radial wave guide 400 is electrically conductively connected via a first drive connection to ¬ 311 with the solid state switch 310th In addition, the second metallic plate 420 of the radial waveguide 400 is electrically conductively connected to the solid-state switch 310 via a second drive connection 312. On the solid state switch 310 between the first drive connection 311 and the second drive connection 312, the actual electrical circuit of the solid state switch 310 is arranged, the one
Stromfluss zwischen der ersten Antriebsverbindung 311 und der zweiten Antriebsverbindung 312 hochfrequent schalten und verstärken kann. Insgesamt besteht somit ein elektrischer Strompfad zwischen dem ersten Wandabschnitt 211 der Kammerwand 210 über den ers¬ ten Leistungskombinator 412 zur ersten metallischen Platte 410 des radialen Wellenleiters 400 und weiter über die erste Antriebsverbindung 311 zum Festkörperschalter 310. Vom Fest- körperschalter 310 setzt sich der Strompfad über die zweite Antriebsverbindung 312 und die zweite metallische Platte 420 des radialen Wellenleiters 400 über den zweiten Leistungskombinator 422 zum zweiten Wandabschnitt 212 der Kammerwand 210 hin fort. Entsprechende Strompfade bestehen zwischen der Kam- merwand 210 und allen Festkörperschaltern 310 der Mehrzahl von Festkörperschaltern 310 der Antriebsvorrichtung 300. Die Festkörperschalter 310 der Antriebsvorrichtung 300 sind dadurch in der Lage, einen in axiale Richtung in der Kammerwand 210 fließenden elektrischen Strom anzuregen und zu verstärken. Über diese Anregung eines in der Kammerwand 210 fließenden Stroms kann die Antriebsvorrichtung 300 eine elektromagnetische Schwingung in der Kammer 200 der HF-Kavität 100 an- regen. Current flow between the first drive connection 311 and the second drive connection 312 high-frequency switch and can amplify. Overall, therefore, an electrical current path between the first wall portion 211 of the chamber wall 210 over the ers ¬ th power combiner 412 to the first metal plate 410 of the radial waveguide 400 and further via the first drive connection 311 to the solid state switch 310. From the solid state switch 310 is made up of the current path via the second drive connection 312 and the second metallic plate 420 of the radial waveguide 400 via the second power combiner 422 toward the second wall section 212 of the chamber wall 210. Corresponding current paths exist between the chamber wall 210 and all solid-state switches 310 of the plurality of solid-state switches 310 of the drive device 300. The solid-state switches 310 of the drive device 300 are thereby able to move in the axial direction in the chamber wall 210 to stimulate and amplify the flow of electricity. By virtue of this excitation of a current flowing in the chamber wall 210, the drive device 300 can excite an electromagnetic oscillation in the chamber 200 of the HF cavity 100.
Die erste Platte 410 des radialen Wellenleiters 400 weist ei¬ ne vom Dielektrikum 430 abgewandte erste Außenfläche 411 auf. Die zweite metallische Platte 420 des radialen Welleleiters 400 weist eine vom Dielektrikum 430 abgewandte zweite Außenfläche 421 auf. Die erste Außenfläche 411 der ersten metalli¬ schen Platte 410 ist über eine erste Abschirmverbindung 321 elektrisch leitend mit der Abschirmvorrichtung 320 verbunden. Die zweite Außenfläche 421 der zweiten metallischen Platte 420 ist über eine zweite Abschirmverbindung 322 elektrisch leitend mit der Abschirmvorrichtung 320 verbunden. Bevorzugt sind die Abschirmverbindungen 321, 322 ringförmig entlang des Außenumfangs des radialen Wellenleiters 400 ausgebildet, so¬ dass die Abschirmvorrichtung 320 gemeinsam mit den Abschirm- Verbindungen 321, 322 ein geschlossenes Gehäuse bildet, das die Festkörperschalter 310 vollständig umschließt. Dadurch wird eine Abstrahlung einer hochfrequenten elektromagnetischen Welle durch die Antriebsvorrichtung 300 in die Umgebung der HF-Kavität 100 wirksam unterdrückt. The first plate 410 of the radial waveguide 400 has ei ¬ ne facing away from the dielectric 430 first outer surface 411. The second metallic plate 420 of the radial waveguide 400 has a second outer surface 421 facing away from the dielectric 430. The first outer surface 411 of the first metalli ¬ rule plate 410 is electrically conductively connected via a first shield connection 321 with the shielding 320th The second outer surface 421 of the second metallic plate 420 is electrically conductively connected to the shielding device 320 via a second shielding connection 322. The shield joints 321, 322 formed annularly along the outer periphery of the radial waveguide 400 are preferred, so that the shielding ¬ 320 together with the shielding compounds 321, 322 forms a closed housing which completely encloses the solid state switch 310th As a result, radiation of a high-frequency electromagnetic wave by the drive device 300 into the surroundings of the RF cavity 100 is effectively suppressed.
Die Kammer 200 der HF-Kavität 100 ist dazu vorgesehen, während des Betriebs der HF-Kavität 100 supraleitend zu sein. Hierzu ist die Kammer 200 mit einer in den Figuren nicht dargestellten Kühlvorrichtung ausgestattet oder verbunden, durch die die Kammer 200 der HF-Kavität 100 auf eine Temperatur abgekühlt werden kann, die unterhalb der Sprungtemperatur des für die Kammerwand 210 verwendeten Materials liegt. Bei¬ spielsweise kann die Kammer 200 mit flüssigem Helium oder mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. The chamber 200 of the RF cavity 100 is intended to be superconducting during operation of the RF cavity 100. For this purpose, the chamber 200 is equipped or connected to a cooling device, not shown in the figures, through which the chamber 200 of the RF cavity 100 can be cooled to a temperature which is below the transition temperature of the material used for the chamber wall 210. In ¬ example, the chamber 200 can be cooled with liquid helium or with liquid nitrogen.
Die Antriebsvorrichtung 300 der HF-Kavität 100 ist dazu ausgebildet, in normalleitendem Zustand betrieben zu werden. Beispielsweise kann sich die Antriebsvorrichtung 300 während des Betriebs der HF-Kavität 100 auf Raumtemperatur befinden. The drive device 300 of the RF cavity 100 is designed to be operated in a normally conducting state. For example, the drive device 300 may be at room temperature during operation of the RF cavity 100.
Der radiale Wellenleiter 400 ist dazu ausgebildet, während des Betriebs der HF-Kavität 100 eine Temperatur aufzuweisen, die zwischen der Temperatur der Antriebsvorrichtung 300 und der Temperatur der Kammer 200 liegt. Hierfür sind die Außenflächen 411, 421 der Platten 410, 420 des radialen Wellenleiters 400 an einer oder mehreren Stellen über thermische An- kopplungen 500 thermisch mit einer oder mehreren Kühlvorrichtungen verbunden, die den radialen Wellenleiter 400 auf die gewünschte Temperatur abkühlen. The radial waveguide 400 is configured to have a temperature between the temperature of the drive device 300 and the temperature of the chamber 200 during operation of the RF cavity 100. For this purpose, the outer surfaces 411, 421 of the plates 410, 420 of the radial waveguide 400 are thermally connected at one or more points via thermal couplings 500 to one or more cooling devices, which cool the radial waveguide 400 to the desired temperature.
Die einzelnen thermischen Ankopplungen 500 können alle mit derselben Kühlvorrichtung verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Kühlvorrichtungen mit unterschiedlichen Temperaturen vorzusehen und den radialen Wellenleiter 400 in radialer Richtung von außen nach innen schrittweise auf tiefere Temperaturen abzukühlen. The individual thermal couplings 500 can all be connected to the same cooling device. However, it is also possible to provide a plurality of cooling devices with different temperatures and to cool the radial waveguide 400 in the radial direction from outside to inside gradually to lower temperatures.
Die einzelnen thermischen Ankopplungen 500 sind bevorzugt ringförmig ausgebildet und stehen dann jeweils über den gesamten Umfang des radialen Wellenleiters 400 mit den Außenflächen 411, 421 der Platten 410, 420 in thermischem Kontakt. Es ist auch möglich, lediglich eine thermische Ankopplung 500 vorzusehen . The individual thermal connections 500 are preferably of annular design and are then in thermal contact with the outer surfaces 411, 421 of the plates 410, 420 over the entire circumference of the radial waveguide 400. It is also possible to provide only one thermal coupling 500.
Die thermischen Ankopplungen 500 bestehen bevorzugt aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer. Die einander berührenden Oberflächen der Platten 410, 420 und der thermischen Ankopplungen 500 sind bevorzugt so ausgebildet, dass sich ein guter thermischer Kontakt zwischen den Platten 410, 420 und den thermischen Ankopplungen 500 ergibt. Beispielsweise können die Oberflächen poliert sein. Zur Verbesserung des thermischen Kontakts kann im Kontaktbereich zwischen den Platten 410, 420 und den thermischen Ankopplungen 500 auch eine Wärmeleitpaste vorgesehen sein. The thermal couplings 500 are preferably made of a material with good thermal conductivity, for example copper. The contacting surfaces of the plates 410, 420 and the thermal couplings 500 are preferably formed to provide good thermal contact between the plates 410, 420 and the thermal couplings 500. For example, the surfaces may be polished. To improve the thermal contact, a thermal compound may also be provided in the area of contact between the plates 410, 420 and the thermal couplings 500.

Claims

Patentansprüche claims
1. HF-Kavität (100) 1. RF cavity (100)
mit einer Kammer (200) mit einer elektrisch leitenden Kam- merwand (210), die einen ersten Wandabschnitt (211) und einen zweiten Wandabschnitt (212) aufweist,  a chamber (200) having an electrically conductive chamber wall (210) having a first wall section (211) and a second wall section (212),
wobei der erste Wandabschnitt (211) und der zweite Wandab¬ schnitt (212) durch einen umlaufenden Spalt (220) in der Kammerwand (210) elektrisch voneinander isoliert sind, und mit einer Antriebsvorrichtung (300) mit einer Mehrzahl von Festkörperschaltern (310), wherein the first wall section (211) and the second WALL COMP ¬ section (212) by a circumferential gap (220) in the chamber wall (210) are electrically isolated from each other, and with a drive device (300) having a plurality of solid state switches (310)
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass ein radialer Wellenleiter (400) umlaufend entlang des Spalts (220) angeordnet ist,  a radial waveguide (400) is arranged circumferentially along the gap (220),
wobei die Antriebsvorrichtung (300) ausgebildet ist, elektromagnetische Energie in den radialen Wellenleiter (400) einzukoppeln,  wherein the drive device (300) is designed to couple electromagnetic energy into the radial waveguide (400),
und der radiale Wellenleiter (400) ausgebildet ist, elekt¬ romagnetische Energie in die Kammerwand (210) einzukop- peln. is formed and the radial waveguide (400) ¬ elekt romagnetische energy in the chamber wall (210) PelN einzukop-.
2. HF-Kavität (100) gemäß Anspruch 1, 2. RF cavity (100) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Kammerwand (210) ausgebildet ist, im Betrieb der HF-Kavität (100) supraleitend zu sein,  in that the chamber wall (210) is designed to be superconducting during operation of the HF cavity (100),
wobei der radiale Wellenleiter (400) ausgebildet ist, im Betrieb der HF-Kavität (100) normalleitend zu sein, wobei die Antriebsvorrichtung (300) ausgebildet ist, im Betrieb der HF-Kavität (100) normalleitend zu sein.  wherein the radial waveguide (400) is designed to be normally conducting during operation of the RF cavity (100), wherein the drive device (300) is designed to be normally conducting during operation of the RF cavity (100).
3. HF-Kavität (100) gemäß Anspruch 2, 3. RF cavity (100) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Kammerwand (210) ausgebildet ist, bei einer Tem¬ peratur von etwa 4,2 Kelvin betrieben zu werden. that the chamber wall (210) is adapted to be operated at a temperature Tem ¬ of about 4.2 Kelvin.
4. HF-Kavität (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. RF cavity (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Wellenleiter (400) thermisch an eine Kühlvorrichtung gekoppelt ist. characterized, in that the radial waveguide (400) is thermally coupled to a cooling device.
5. HF-Kavität (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprü- che, 5. RF cavity (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Festkörperschalter (310) entlang eines Außenum- fangs des radialen Wellenleiters (400) angeordnet sind. in that the solid-state switches (310) are arranged along an outer circumference of the radial waveguide (400).
6. HF-Kavität (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. RF cavity (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der radiale Wellenleiter (400) eine erste metallische Platte (410) und eine zu der ersten Platte (410) parallele zweite metallische Platte (420) aufweist, the radial waveguide (400) has a first metallic plate (410) and a second metallic plate (420) parallel to the first plate (410),
wobei die erste Platte (410) elektrisch leitend mit dem ersten Wandabschnitt (211) verbunden ist und die zweite Platte (420) elektrisch leitend mit dem zweiten Wandabschnitt (212) verbunden ist. wherein the first plate (410) is electrically connected to the first wall portion (211) and the second plate (420) is electrically connected to the second wall portion (212).
7. HF-Kavität (100) gemäß Anspruch 6, 7. RF cavity (100) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zwischen den Platten (410, 420) des radialen Wellenleiters (400) ein Dielektrikum (430) angeordnet ist. in that a dielectric (430) is arranged between the plates (410, 420) of the radial waveguide (400).
8. HF-Kavität (100) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, 8. RF cavity (100) according to one of claims 6 or 7, characterized
dass ein Strompfad vom ersten Wandabschnitt (211) über die erste Platte (410), die Mehrzahl von Festkörperschaltern (310) und die zweite Platte (420) zum zweiten Wandab¬ schnitt (212) vorgesehen ist. that a current path from the first wall section (211) over said first panel (410), the plurality of solid state switches (310) and the second plate (420) ¬ cut for the second WALL COMP (212) is provided.
9. HF-Kavität (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. RF cavity (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Abschirmvorrichtung (320) vorgesehen ist, die die Antriebsvorrichtung (300) zumindest teilweise umschließt . a shielding device (320) is provided which at least partially encloses the drive device (300).
10. HF-Kavität (100) gemäß nach Anspruch 9 sowie einem der Ansprüche 6 bis 8, 10. RF cavity (100) according to claim 9 and one of claims 6 to 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Abschirmvorrichtung (320) elektrisch leitend mit den metallischen Platten (410, 420) des radialen Wellenleiters (400) verbunden ist. the shielding device (320) is electrically conductively connected to the metallic plates (410, 420) of the radial waveguide (400).
11. HF-Kavität (100) gemäß einem der vorhergehenden An- sprüche, 11. HF cavity (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Kammer (200) zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Kammerwand (210) eine Mantelfläche der Kammer (200) bildet. in that the chamber (200) is cylindrical, the chamber wall (210) forming a lateral surface of the chamber (200).
12. Teilchenbeschleuniger zum Beschleunigen elektrisch geladener Teilchen, 12. Particle accelerator for accelerating electrically charged particles,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Teilchenbeschleuniger eine HF-Kavität (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche aufweist. in that the particle accelerator has an HF cavity (100) according to one of the preceding claims.
13. Verfahren zum Betreiben einer HF-Kavität 13. A method for operating an RF cavity
mit einer Kammer (200), with a chamber (200),
einem radialen Wellenleiter (400), der umlaufend um die Kammer (200) angeordnet ist, a radial waveguide (400) disposed circumferentially around the chamber (200),
und mit einer Antriebsvorrichtung (300) mit einer Mehrzahl von Festkörperschaltern (310), die entlang eines radial äußeren Rands des radialen Wellenleiters (400) angeordnet sind, and a drive device (300) having a plurality of solid-state switches (310) arranged along a radially outer edge of the radial waveguide (400),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Kammer (200) auf eine erste Temperatur gekühlt wird und der radiale Wellenleiter (400) auf eine zweite Temperatur gekühlt wird, that the chamber (200) is cooled to a first temperature and the radial waveguide (400) is cooled to a second temperature,
wobei die erste Temperatur niedriger als die zweite Tempe- ratur ist und die zweite Temperatur niedriger als einewherein the first temperature is lower than the second temperature and the second temperature is lower than one
Temperatur der Antriebsvorrichtung (300) ist. Temperature of the drive device (300) is.
PCT/EP2011/068535 2010-11-26 2011-10-24 Rf cavity, particle accelerator with rf cavity and method for operating an rf cavity WO2012069265A1 (en)

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