DE1199901B - Linearbeschleuniger - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

BIBLIOTHEK

DES DEUTSCHEN

PATEKTAMTtS

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H05h

Deutsche Kl.: 21g-36

V 22720 VIII c/21,

29.Juni 1962

2. September 1965

Die Erfindung betrifft einen Linearbeschleuniger für geladene Teilchen, bei dem der Teilchenstrahl einen Wellenleiter durchläuft, der von Hochfrequenzschwingungen mit einer für die Beschleunigung der Teilchen geeigneten Phasengeschwindigkeit erregt wird und an dessen Ende eine Vorrichtung zur Absorption, der dort noch ankommenden Hochfrequenzleistung vorgesehen ist.

Am Ende der genannten Vorrichtung kann eine weitere Elektrode zum Zwecke der Erzeugung von Röntgenstrahlen vorgesehen sein, es können auch die beschleunigten Teilchen aus dem Vakuumgefäß herausgeführt und auf ein zu bestrahlendes Objekt gerichtet werden.

Zum Zwecke der günstigsten Ausbildung des Beschleunigere hat es sich als wünschenswert herausgestellt, die Einrichtung so auszubilden, daß etwa 10% der Hochfrequenzleistung am Ende des beschleunigenden Wellenleiters verbleiben und dort in einer Absorptionsvorrichtung vernichtet werden. Unter Umständen können sich jedoch noch höhere verbleibende Hochfrequenzleistungen am Ende des Beschleunigers als wünschenswert ergeben.

Die am Ende des Beschleunigers verbleibende Hochfrequenzleistung hat man entweder in einem äußeren Absorptionswiderstand vernichtet oder mittels einer Rückkopplung dem Eingang des Beschleunigers wieder zugeführt. Derartige Einrichtungen benötigen einen Hochfrequenzübergang an dem Ende der Beschleunigervorrichtung sowie einen äußeren Absorptionswiderstand bzw. eine Einrichtung, um die am Ende entnommene Hochfrequenzleistung wieder dem Eingang des Beschleunigers zuzuführen.

Für viele Zwecke sind die Vorrichtungen zum Weiterleiten oder Vernichten der hochfrequenten Leistung wegen ihres beträchtlichen Raumbedarfes unerwünscht. Insbesondere wenn es sich um Teilchenbeschleuniger handelt, die für medizinische Therapie verwendet werden, soll der Beschleuniger möglichst wenig Raum einnehmen, insbesondere wenn die Beschleunigeran-Ordnung an einem Kran angeordnet ist, um einen Patienten unter verschiedenen Winkeln bestrahlen zu können.

Bei den bekannten Beschleunigeranordnungen ist die Fokussiereinrichtung zwischen der Hochfrequenzeinkoppeleinrichtung und der zum Rückkopplungszweig bzw. dem Absorptionswiderstand führenden, am Ende des Beschleunigers vorgesehenen Hochfrequenzauskoppeleinrichtung vorgesehen, wobei sich die Beschleunigereinrichtung im Innern des Vakuumgefäßes befindet und die Fokussiereinrichtung um das Vakuumgefäß herum angeordnet ist. Unter solchen Linearbeschleuniger

Anmelder:

Varian Associates, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Jacob Haimson, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1961 (120 597)

Umständen bestehen Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausführung von Reparatur- und Überwachungsarbeiten. Es ist unerwünscht, wenn das Vakuumgefäß erst abgeschlossen werden kann, nachdem die Fokussiereinrichtung auf die Beschleunigereinrichtung aufgebracht ist. Unter Umständen ergibt sich auch die Notwendigkeit, das Vakuumgefäß zu öffnen, wenn für eine Reparatur die Fokussiereinrichtung abgenommen werden soll.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ein Linearbeschleuniger für geladene Teilchen mit einem von dem Teilchenstrahl durchlaufenen und von Hochfrequenzschwingungen mit für die Beschleunigung der Teilchen geeigneter Phasengeschwindigkeit erregten Wellenleiter und einer am Ende des Wellenleiters angeschlossenen Vorrichtung zur Absorption der dort noch ankommenden Hochfrequenzleistung kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die absorbierende Vorrichtung ein mit dem Wellenleiter kollinearer, dämpfende Wandungen aufweisender Abschlußteil ist.

Der Linearbeschleuniger nach der Erfindung hat den Vorteil eines geringen Raumbedarfes, gestattet ferner, da ein zu einem äußeren Absorptionswiderstand führender Auskoppelleiter am Ende des Wellenleiters nicht erforderlich ist, daß vom hinteren Ende der absorbierenden Vorrichtung bzw. des Wellenleiters her ohne weiteres die Fokussiereinrichtung aufgeschoben werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der absorbierende Abschlußteil so ausgebildet, daß er an seinem Ende noch vorhandene Hochfrequenzenergie reflektiert, so daß die reflektierten

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Wellen den Abschlußteil zurück durchlaufen und Diese Hochfrequenzquelle wird synchron mit den

nochmals gedämpft werden. Impulsen gepulst, die den Elektroden des Strahler-

Der absorbierende Abschlußteil kann aus einer zeugers zugeführt werden.

Reihe von Hohlraumresonatoren bestehen, deren In dem Paketierungsabschnitt 13, der in typischer

Wände mindestens teilweise mit einem Material von 5 Weise ein mit Scheiben belasteter Wellenleiter sein

hohem spezifischem elektrischem Widerstand bekleidet kann, können verschiedene Abmessungen, wie der

sind, wobei mindestens ein Teil der Hohlraumreso- Innendurchmesser des Wellenleiters, der Durchmesser

natoren gewellte Innenflächen haben kann. Soll der der Strahlöffnung oder der Abstand und die Dicke

aus den beschleunigten Teilchen bestehende Strahl am der Scheiben, entlang dessen Länge unterschiedlich

Ende der absorbierenden Vorrichtung herausgeführt io sein, so daß der hindurchtretende Elektronenstrahl in

werden, so wird zweckmäßigerweise die Abschlußwand solcher Weise geschwindigkeitsmoduliert wird, daß der

des Endteiles mit einer für die Hochfrequenzwellen als Strahl Elektronenpakete aufweist, wenn er in den

Drossel wirkenden Teilchenaustrittsöffnung versehen. gleichförmig beschleunigenden Abschnitt 14 eintritt.

In Anbetracht der im Betrieb auftretenden Erwär- Ferner kann der Paketierungsabschnitt verschieden-

mungen empfiehlt es sich, daß der Wellenleiter längs 15 artig ausgebildet oder in gewissen Fällen überhaupt

des Vakuumgefäßes nur an einer Stelle starr befestigt nicht vorhanden sein.

ist, so daß bei Erwärmung eine Ausdehnungsmöglich- Der Beschleunigungsabschnitt 14 besteht in typischer

keit des Wellenleiters in dem Vakuumgefäß gewähr- Weise aus einem mit Scheiben belasteten Wellenleiter,

leistet ist. der eine Reihe von gekoppelten Hohlraumsonatoren

An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher 20 enthält, wobei die Scheiben eine Öffnung konstanter

erläutert werden. Es zeigt Größe aufweisen und mit gleichmäßigem Abstand

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Teilchen- entlang der Länge des Wellenleiters angeordnet sind,

beschleunigers gemäß der Erfindung, In dem Paketierungsabschnitt 13 werden die Elektro-

F i g. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teiles nen des Strahles paketiert. Diese Pakete ergeben sich

der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung, wobei jedoch 25 zum Scheitelpunkt der hochfrequenten Welle hin, die

gewisse Teile weggebrochen sind, sich durch die beschleunigende Einrichtung ausbreitet.

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Teil der in Während diese Elektronenpakete durch den gleich-

F i g. 2 dargestellten Einrichtung entlang der Linie 3-3 f örmig beschleunigenden Abschnitt 14 hindurchtreten,

in Richtung der Pfeile, wird ständig von der hochfrequenten Welle auf die

F i g. 4 eine Seitenansicht eines anderen Ausf üh- 30 Elektronenpakete Energie übertragen, so daß diese

rungsbeispiels der Erfindung, das einem Teil der Pakete stark beschleunigt werden.

F i g. 2 entspricht, Bei typischen Linearbeschleunigern erreichen die

F i g. 5 eine F i g. 4 ähnliche Seitenansicht eines aus der beschleunigenden Einrichtung austretenden

anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung und Elektronen, die den Strahl bilden, sehr hohe Energien

F i g. 6 eine F i g. 4 ähnliche Seitenansicht eines 35 von beispielsweise vielen Millionen Elektronenvolt,

anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Um einen maximalen Wirkungsgrad bei der Erzeugung

F i g. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines evaku- von Röntgenstrahlen zu erzielen, kann die Hochierten Linearbeschleunigers 10, in dem ein Teilchen- frequenzleistung, die in dem beschleunigenden Wellenstrahl beschleunigt werden kann. Obwohl die im leiter verbleibt, wenn die hindurchlaufende hochfolgenden beschriebenen Teilchenbeschleuniger zur 40 frequente Welle das Ende der beschleunigenden Beschleunigung eines Elektronenstrahles ausgebildet Einrichtung erreicht hat, größenordnungsmäßig 10 % sind, ist die Erfindung ebenfalls auf Teilchenbeschleu- der zugeführten Hochfrequenzleistung betragen. Diese niger anwendbar, in denen andere Teilchen, wie bei- Leistung wird gewöhnlich über einen Ausgangstransspielsweise Positronen, beschleunigt werden. Ferner ist formator abgeführt und entweder durch eine Eindie Einrichtung gemäß der Erfindung sowohl für einen 45 richtung mit einem Vakuumfenster für hochfrequente Impulsbetrieb als auch für konstante Stromstärken des Energie einer wassergekühlten Last zugeführt oder Teilchenstrahles geeignet. über einen Wellenleiter zum Eingang der beschleu-

Der Teilchenbeschleuniger 10 weist eine Teilchen- nigenden Einrichtung zurückgeführt,

quelle 11, beispielsweise einen Elektronenstrahlerzeu- Der Endabschnitt 15 gemäß der Erfindung der

ger, auf sowie eine beschleunigende Einrichtung, die 50 später näher beschrieben werden soll, befindet sich

z. B. einen paketierenden Abschnitt 13, einen stetig am Ausgangsende des gleichmäßig beschleunigenden

beschleunigenden Abschnitt 14 und einen Endab- Abschnitts 14 und dient nicht nur als Endabschnitt für

schnitt 15 enthält, die alle so ausgebildet sind, daß der die hochfrequente Welle, sondern auch als eine Ein-

von der Quelle 11 her kommende Elektronenstrahl richtung, durch die weiterhin der Elektronenstrahl,

durch sie hindurchtreten kann. 55 nachdem er aus dem beschleunigenden Abschnitt 14

In einer für den Impulsbetrieb eines Teilchenbe- heraustritt, auf die gewünschte Energie beschleunigt schleunigers typischen Weise wird ein rechteckf örmiger wird, oder läßt, je nach dem vorliegenden Verwendungs-Impuls hoher Spannung den Elektroden zugeführt, die zweck, die Eintrittsenergie ungeändert bzw. verringert in dem Elektronenstrahlerzeuger 11 vorgesehen sind, die Strahlenenergie. Im allgemeinen ist es jedoch so daß der Elektronenstrahl in entsprechender Weise 60 wünschenswert, dem Strahl im Endabschnitt weiterhin pulsiert. Energie zuzuführen.

Eine nicht dargestellte Spannungsquelle für hoch- Die Außenwand des Wellenleiters des Paketierungsfrequente Wellen mit hoher Leistung, z. B. ein KIy- abschnitts 13, des Beschleunigungsabschnitts 14 und stronverstärker, dient dazu, der beschleunigenden des Endabschnitts 15 können selbst die Vakuumhülle Einrichtung über eine Eingangskopplung 12 eine zur 6g für den Teilchenbeschleuniger 10 darstellen. Wie in Beschleunigung des Strahles dienende Hochfrequenz- dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, leistung, beispielsweise von etwa 1,75 MW mit einer kann jedoch auch eine Vakuumhülle 16 den Wellen-Frequenz von beispielsweise 2 988 MHz, zuzuführen. leiter für die hochfrequenten Wellen umgeben, welche

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dann mit Öffnungen zum Auspumpen versehen ist, so während der Überprüfung des Beschleunigers ab- oder

daß der Wellenleiter evakuiert werden kann. zuzuführen.

Der paketierte Teilchenstrahl mit hoher Energie, der Der letzte Hohlraumresonator 22 in dem Endabaus dem Endabschnitt des Teilchenbeschleunigers 10 schnitt 15 bewirkt eine Reflexion der hochfrequenten austritt, kann entweder durch einen Ansatz der evaku- 5 Wellen, die entlang der Beschleunigungseinrichtung

ierten Hülle weitergeführt werden oder direkt durch verlaufen, so daß die restliche Hochfrequenzleistung ein Vakuumfenster 20 austreten, wie der Einfachheit am Ende des Teilchenbeschleunigers 10 entlang der

halber dargestellt ist. In jedem Fall kann der Teilchen- beschleunigenden Einrichtung entgegengesetzt der

strahl auf oder über ein Target abgelenkt werden, Strahlrichtung reflektiert wird.

um Röntgenstrahlen zu erzeugen, oder in irgendeiner i° Auf Grund der Konstruktion des oben beschrieanderen bekannten Weise ausgenutzt werden. benen Teilchenbeschleunigers kann die beschleu-Eine den Strahl fokussierende Spule 17 umgibt die nigende Einrichtung in einer Vakuumhülle 16 angebeschleunigende Einrichtung entlang der Länge des ordnet werden, wobei nur das Eingangsende des Teilchenbeschleunigers 10. Da gemäß der Erfindung Paketierungsabschnitts 13 an der Vakuumhülle 16 verkeine Kopplungseinrichtung für hochfrequente Wellen 15 ankert ist, während sich der übrige Teil der beschleuam Ausgangsende des Teilchenbeschleunigers 10 vor- nigenden Einrichtung, der den Paketierungsabgesehen werden muß, kann die fokussierende Spule 17 schnitt 13, den Beschleunigungsabschnitt 14 und den in einfacher Weise über das Ausgangsende der be- Endabschnitt 15 aufweist, in Längsrichtung in der schleunigenden Einrichtung auf diese geschoben Hülle 16 bewegen kann, wenn sich die beschleunigende werden. Dies ist ein sehr erstrebenswerter Vorteil der 20 Einrichtung auf Grund einer Erwärmung ausdehnt. Erfindung, durch den besondere Kosten und ein Der Teilchenbeschleuniger 10 arbeitet in der folkomplizierter Aufbau der Vakuumhülle 16 vermieden genden Weise: Wenn sich die hochfrequenten Wellen, werden. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht die in die beschleunigende Einrichtung durch die auf Grund des Wegfalls der äußeren Verbindungen Kopplungseinrichtung 12 eingekoppelt werden, durch darin, daß sich die beschleunigende Einrichtung inner- 25 den Paketierungsabschnitt 13 und den Beschleunihalb des Vakuumgefäßes frei ausdehnen und zu- gungsabschnitt 14 fortpflanzen, übertragen die Wellen sammenziehen kann, wie später noch näher erläutert Energie auf die hindurchtretenden Elektronen, um die werden soll. Teilchen des Strahles zu paketieren und zu beschleu-In den F i g. 2 und 3 ist ein typisches Ausführungs- nigen. Von dem Beschleunigungsabschnitt 14 breitet beispiel des Endabschnitts 15 gemäß der Erfindung 30 sich die hochfrequente Welle in den Endabschnitt 15 dargestellt. Der Endabschnitt 15 weist einen mit aus. wo weiterhin eine Wechselwirkung mit dem Scheiben belasteten Wellenleiter 18 auf, der eine Ver- Teilchenstrahl und eine Energieübertragung erfolgt, zögerungseinrichtung für die hochfrequente Leistung Wenn sich die hochfrequente Welle durch den Endin dem Beschleuniger darstellt und dieselben Abmes- abschnitt ausbreitet, wird sie ferner stark gedämpft, sungen wie der mit Scheiben belastete Wellenleiter des 35 insbesondere durch die Wände 21 der Abstandshalter, gleichförmig beschleunigenden Abschnitts 14 aufweist. die einen hohen spezifischen Widerstand besitzen. Der belastete Wellenleiter 18 besteht aus einer Anzahl Deshalb gibt die hochfrequente Welle weiterhin von leitenden Scheiben 19, die eine zentrale Öffnung Energie an den Elektronenstrahl ab, während sie selbst aufweisen und beispielsweise aus Kupfer bestehen. gedämpft wird. Im letzten Hohlraumresonator 22 des Jede Scheibe 19 ist mittels eines hohlzylindrischen 40 Endabschnitts 15 wird die hochfrequente Welle reflek-Abstandshalters 21 in einem Abstand von der an- tiert und verläuft rückwärts in dem Endabschnitt 15 grenzenden Scheibe 19 angeordnet. Die Wände der entgegengesetzt der Richtung des Elektronenstrahles Abstandshalter 21 bestehen aus einem magnetischen und wird dabei wiederum gedämpft. Die Länge des Widerstandsmaterial, beispielsweise aus magnetischem Endabschnitts wird so ausgewählt, daß die Dämp-Edelstahl. 45 fungseigenschaften des Endabschnitts 15 in der Rich-Die abwechselnd hintereinander angeordneten Schei- tung des Strahles zusammen mit den Dämpfungsben 19 und Abstandshalter 21 bilden eine Reihe von eigenschaften des Endabschnitts 15 gegenüber der Hohlraumresonatoren 22, die über zentrale öffnun- reflektierten Welle in der entgegengesetzten Richtung gen 23 in den Scheiben 19 gekoppelt sind. Eine Reihe den richtigen Betrag der Dämpfung der restlichen von öffnungen 24 zum Auspumpen ist in jeder Wand 22 50 Hochfrequenzleistung ergeben, die in den Endabder Abstandshalter vorgesehen, um das Evakuieren des schnitt 15 von dem Beschleunigungsabschnitt 14 einWellenleiters 18 in der Hülle 16 zu ermöglichen. tritt, um eine Wechselwirkung der reflektierten Welle Eine Kühleinrichtung für den Wellenleiter, wie bei- mit den Paketierungs- und Beschleunigungseigenschafspielsweise von Wasser durchflossene Kühlrohre, kann ten des Paketierungsabschnitts 13 und des Beschleuauf der Außenfläche des Wellenleiters vorgesehen 55 nigungsabschnittes 14 sowie eine nachteilige Frequenzwerden, weil eine große Wärmemenge in dem End- änderung des Hochfrequenzgenerators zu verhindern, abschnitt erzeugt wird, in dem die restliche hochfre- Bei einem typischen Teilchenbeschleuniger der bequente Leistung vernichtet wird. Wenn die Wand des schriebenen Art beginnen die Phasenlagen der Elek-Wellenleiters 18 die Vakuumhülle ist, kann sie voll- tronen in unerwünschter Weise von ihren Kreisen, die ständig von einer Kühlflüssigkeit umgeben sein. Eine 60 durch die Ausführungsform bestimmt sind, in den Anzahl von radialen Stützen 25 ist vorgesehen, um den Paketierungsabschnitt abzuweichen, wenn die verfüg-Wellenleiter 18 in der Hülle 16 zu haltern. Eine hoch- bare Leistung in Strahlrichtung um 8 % verringert frequente Drosseleinrichtung 26 ist am Ende des wird. Auch wird die Eigenschaft des Paketierungs-Wellenleiters 18 in dem Endabschnitt 15 vorgesehen, abschnitts hinsichtlich der Erzeugung einer Fokusum den Durchtritt hochfrequenter Wellen durch das 65 sierung der Energie beeinflußt, wenn die reflektierte Ende des Wellenleiters 18 zu verhindern. Diese Ein- Leistung hoch ist.

richtung 26 kann jedoch auch vom Ende des Wellen- Obwohl der Endabschnitt 15 die restliche Leistung

leiters entfernt werden, um hochfrequente Leistung der Hochfrequenzwelle in der Strahlrichtung dämpft,

ist es in manchen Fällen nicht erwünscht, daß die restliche hochfrequente Leistung am Ende des Endabschnitts so niedrig ist, daß der Teilchenstrahl regenerativ eine Hochfrequenzleistung liefert und Energie an die Hochfrequenzeinrichtung abgibt. Gemäß der Erfindung kann die Länge des Abschlusses so gewählt werden, daß die Dämpfung in der Strahlrichtung erforderlichenfalls auf Null reduziert werden kann. Bei praktischen Verwendungszwecken wird diese Dämpfung jedoch so gewählt, daß in Kombination mit der Dämpfung in der entgegengesetzten Richtung der Betrag der reflektierten Leistung hinreichend vermindert ist, wodurch die Paketierungs- und Beschleunigungseigenschaften der beschleunigenden Einrichtung nicht beeinträchtigt werden und der Hochfrequenzgenerator nicht in nachteiliger Weise beeinflußt wird.

Die folgenden beiden Tabellen zeigen die Art und Weise, in der die restliche Hochfrequenzleistung in einem typischen Teilchenbeschleuniger in der beschleunigenden Einrichtung gedämpft werden kann. Der spezielle Teilchenbeschleuniger ist für Therapiezwecke besonders ausgebildet. Die zugeführte Spitzenleistung der hochfrequenten Energie beträgt etwa 1,75 MW. Es ergeben sich Elektronenenergien von etwa 6 MeV. Jedoch können wesentlich höhere Energien erzielt

ίο werden. Die Tabellen zeigen Dämpfungseigenschaften von Teilchenbeschleunigern gleicher Länge, bei denen entlang der Beschleunigerachse die Längen des Beschleunigungsabschnitts 14 und des Endabschnitts 15 unterschiedlich sind, um den Betrag der Dämpfung zu ändern, der die restliche Hochfrequenzleistung ausgesetzt ist.

Tabelle I

Abstand entlang der Beschleunigungs	Z	Leistung in Strahlrichtung (MW)	belastet	Reflektierte Leistung (MW)	belastet	Energie des Elektronen
einrichtung in Fig. 1	(cm)	unbelastet	1,75	unbelastet	0,091	strahles (MeV)
	O	1,75	1,60	0,176	0,095*	0,08
W	10		1,15		0,112
X	55	1,41	0,61	0,225	0,147	2,8
Y	130	1,07	0,28	0,30	0,28	5,9
Z	150	0,56	0,56	6,5

d. h. 6 % der Leistung in Strahlrichtung.

Tabelle II

Abstand entlang der Beschleunigungs	Z	Leistung in Strahlrichtung (MW)	belastet	Reflektierte Leistung (MW)	belastet	Energie des Elektronen
einrichtung in Fig. 1	(cm)	unbelastet	1,75	unbelastet	0,027	strahles (MeV)
	0	1,75	1,60	0,064	0,028*	0,08
W	10		1,15		0,034
X	55	1,41	0,73	0,079	0,041	2,8
Y	110	1,15	0,15	0,096	0,150	5,3
Z	150	0,32	0,32	6,4

d. h. 1,75 % der Leistung in Strahlrichtung.

Der Betrag der Dämpfung, die auf die restliche Hochfrequenzleistung ausgeübt wird, die den gleichförmig beschleunigenden Abschnitt 14 verläßt, kann in verschiedenartiger Weise geändert werden. Die Dämpfung / ist durch die folgende Formel gegeben:

π · c

IFvj

wobei c die Lichtgeschwindigkeit, Q das 2 π-f ache des Verhältnisses der in den Hohlraumresonatoren der wellenleitenden Einrichtung gespeicherten Energie zu der Energie, die in den Hohlraumresonatoren der Einrichtung bei einem Zyklus vernichtet wird, Vg die Gruppengeschwindigkeit der hochfrequenten Welle, die sich entlang der Einrichtung ausbreitet, und λ die Wellenlänge der hochfrequenten Welle im Vakuum ist. Deshalb kann bei einer gegebenen Betriebsfrequenz die Dämpfung in dem Endabschnitt 15 gegenüber der Dämpfung erhöht werden, die in den gleichförmig beschleunigenden Abschnitt 14 auftritt, indem Q und/oder Vg erniedrigt werden. Q kann durch Erniedrigung des Verhältnisses des effektiven Hohlraumvolumens zum effektiven elektrischen Oberflächenbereich erniedrigt werden. Ein anderer Weg der Erniedrigung des ß-Faktors eines Hohlraumes besteht darin, daß die Permeabilität und/oder der spezifische Widerstand erhöht werden.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erhöhten die Hohlraumresonatorwände aus magnetischem Material mit hohem spezifischem Widerstand, die beispielsweise aus magnetischem Edelstahl bestehen, die Dämpfung eines Endabschnitts stark, der Hohlraumresonatoren mit denselben Abmessungen wie die des Beschleunigungsabschnitts besitzt. Zum Beispiel würden Beschleunigungsabschnitte mit Abstandshaltern aus Kupfer einen ß-Faktor von etwa 12 500 besitzen, während die Hohlraumresonatoreri des Endabschnitts 15, der oben beschrieben wurde, bei ähnlicher Größe wie die des gleichförmig beschleunigenden Abschnitts, jedoch mit Wänden 21 aus magnetischem Edelstahl, einen ß-Faktor von etwa 1400 besitzen würden. Selbst wenn die Wände aus einem nichtmagnetischen Material mit hohem spezifischem Widerstand anstatt aus einem magnetischen Material bestehen würden, würde der Q-Faktor immer noch etwa 2500 betragen.

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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Ei fin- raumresonatoren des Beschleunigungsabschnitts 14"

dung sind sowohl die Scheiben 19 als auch die Wände21 der Fall ist.

der Abstandshalter aus Material mit hohem spezifi- Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erschem Widerstand, um eine noch größere Dämpfung findung kann der erwünschterweise niedrige ß-Faktor iür die hochfrequente Welle in dem Endabschnitt 15 5 der Hohlraumresonatoren in dem Endabschnitt erzielt zu erzielen. Jedcch wird bei eir.er derartigen Eir.rich- werden, obwohl entsprechend ausgeführte Hohlraumtung die in den Scheiben 19 erzeugte Wärme nicht so wände und Scheiben derselben Abmessungen und gut zu der Kühleinrichtung geleitet, die den Wellen- dieselben Materialien wie bei dem gleichförmig beleiter 18 umgibt, wie dies bei dem oben beschriebenen schleunigenden Abschnitt verwendet werden. Dadurch Ausführungsbeispiel der Fall ist, bei dem die Schei- io wird die Herstellung des Teilchenbeschleunigers weben 19 aus einem gut leitenden Material, wie Kupfer, sentlich begünstigt. Gemäß F i g. 6 ist am Ende eines bestehen. In diesem Ausführungsbeispiel können gleichförmig beschleunigenden Abschnitts 30 ein Enddeshalb Kühleinrichtungen, wie beispielsweise Wasser- abschnitt 33 befestigt, der eine Reihe von Hohlraumkanäle, in den Scheiben 19 vergesehen werden, um resonatoren 43 enthält, die aus abwechselnd angeorddiese Scheiben 19 besser zu kühlen. 15 neten Scheiben 35, die Öffnungen aufweisen und aus

In F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kupfer hergestellt sind, sowie Wänden 36 bestehen,

Erfindung dargestellt, bei dem eine Anzahl von die ebenfalls aus Kupfer hergestellt sein können.

Rillen 27, die eine nicht ebene Oberfläche ergeben, quer Benachbarte Hohlraumresonatoren sind durch die

zum Stromweg entlang der Oberfläche der Scheibe 19' öffnungen 37 in den Scheiben 35 gekoppelt. Die letzte

und der Wände 21' vorgesehen sind, wodurch die rest- ao Seitenwand 36, an der eine Drosseleinrichtung 40 für

liehe Hochfrequenzleistung in dem Wellenleiter 15 in Hochfrequenz am Ende angebracht werden kann,

einem wesentlich größeren Ausmaß bei derselben kann aus rostfreiem Stahl bestehen, um eine erhöhte

axialen Länge des Wellenleiters gedämpft werden kann. Festigkeit und eine erhöhte Dämpfung des letzten

Die in dieser Weise quer zum Stromweg eingeschnit- Hohlraumresonators zu erzielen. Metallpulver 38 mit

tenen Rillen erniedrigen den ß-Faktor des Hohlraum- 35 hohem spezifischem Widerstand wird auf Teile des

resonators durch Erhöhung des Verhältnisses des Endabschnitts aufgesprüht, um die Dämpfung zu

effektiven Hohlraumvolumens zum effektiven elek- erhöhen. Ein dazu gut geeignetes Material ist ein

trischen Oberflächenbereich. Die Hohlraumresona- Metallpulver, das unter dem Handelsnamen »Kanthai«

toren eines in dieser Weise ausgebildeten, mit bekannt ist. In verschiedener Hinsicht ist ein derartiges

Scheiben 19 versehenen Abschlusses, die beispiels- 30 Material ideal, um die Dämpfung der Hohlraumreso-

weise aus Kupfer bestehen, sowie mit Wänden 21', natoren und der betreffenden Einrichtung zu erhöhen,

die aus nichtmagnetischem Edelstahl bestehen können, Es besitzt einen hohen spezifischen Widerstand ρ und

besitzen einen β-Faktor von etwa 1600. Wenn die eine hohe magnetische Permeabilität μ. Ferner ergibt

Wände ebenfalls magnetisch sind, würde der ß-Faktor dieses auf die Innenflächen der Hohlraumresonatoren

etwa bei 1100 liegen. 35 versprühte Material eine sehr unebene Oberfläche,

In dem Endabschnitt wird wesentlich mehr Leistung wodurch das Verhältnis des Hohlraumvolumens zur

pro Längeneinheit absorbiert als in dem beschleuni- effektiven Flächengröße verringert wird. Ein Hohl-

genden Wellenleiter. Obwohl die Einrichtung gekühlt raumresonator mit denselben Abmessungen wie die

wird, erhöht sich die Temperatur der Einrichtung. Die oben beschriebenen Hohlraumresonatoren, der außer-

Hohlraumresonatoren dehnen sich aus, so daß sich die 40 dem Wände aus Kupfer aufweist und mit dem

Wellenlänge der Hohlraumresonatoren ändert, was genannten Material besprüht ist, besitzt einen ß-Faktor

eine Phasenverschiebung zwischen dem Elektronen- von 300. Ein sogar noch niedriger ß-Faktor kann

strahl und der hochfrequenten Welle zur Folge hat. erzielt werden, wenn Kanthai auf die Scheiben 35 und

Dadurch ergibt sich ein unerwünschter Beitrag zur auf die Seitenwände 36 versprüht wird.

Ausspreizung des Elektronenstrahles. 45 Wie in F i g. 6 dargestellt ist, wird die Menge von

Es ist deshalb vorteilhaft, einen sehr hohen Dämp- Kanthai, die in aufeinanderfolgenden Hohlraumreso-

fungsfaktor vorzusehen, so daß der Endteil sehr kurz natoren entlang der Länge des Endabschnitts 33

sein kann, wodurch der Beitrag zur spektralen Aus- vorgesehen ist, allmählich so erhöht, daß keine sehr

spreizung des Elektronenstrahles auf Grund von große thermische Diskontinuität am vorderen Ende des

Betriebsschwankungen beträchtlich verringert wird. 50 Endabschnitts 33 der beschleunigenden Einrichtung

Wenn der Endabschnitt aus einem Material mit auf Grund einer sehr großen Differenz zwischen der

einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten besteht Dämpfungin dem letzten Hohlraum des gleichförmig be-

und/oder wenn Vg kleiner als bei dem gleichförmig schleunigenden Abschnitts 30 und der Dämpfung in dem

beschleunigenden Abschnitt ist, so daß die Frequenz- ersten Hohlraum des Endabschnitts 33 vorhanden ist.

änderung bei einem gegebenen Temperaturanstieg 55 Auch kann Kanthai auf Teile des Endabschnitts

nicht so groß ist, dann wird die Phasenverschiebung- ' aufgebracht werden, nachdem der Bereich, auf den

noch geringer. dieses Material aufgebracht wird, zuerst sandgestrahlt

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt wurde. Dadurch ergibt sich eine noch rauhere Ober-

F i g. 5, wo der letzte Hohlraumresonator 28 des fläche, während das Kanthai besser an der Grundlage

gleichförmig beschleunigenden Abschnitts 14" und der 60 anhaftet.

erste Hohlraumresonator 29 des Endabschnitts 15" dar- Andere Materialien, die neben Kanthai zum Aufgestellt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die sprühen auf die Endeinrichtung verwandt werden zentralen Öffnungen 23" der Scheiben 19" kleiner als können, sind stark verlustbehaftete Materialien, wie die zentralen Öffnungen 32 der Scheiben 31 in dem Edelstahl, Eisen, Kovar usw.

gleichförmig beschleunigenden Abschnitt ausgebildet, 65 Die folgende Tabelle zeigt, wie die restliche Hoch-

so daß die Hohlraumresonatoren in dem Endabschnitt frequenzleistung in einem typischen Teilchenbeschleu-

eine hochfrequente Welle mit einer geringeren Gruppen- niger der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform

geschwindigkeit durchleiten, als dies bei den Hohl- gedämpft wird.

. ..„. . ,.-.,.. ■ ., ν 509659/380

Tabelle III

Abstand	JLi	Leistung in Strahlrichtung (MW)	belastet	Reflektierte Leistung (MW)	belastet	Energie des
entlang Achse	(cm)		100 ma pk		lOOmapk	Elektronen
in Fig. 1	0	unbelastet	1,75	unbelastet	0,0143	strahles (MeV)
	10	1,75	1,60	0,031	0,015*	0,08
W	55		1,15		0,018
X	140	1,41	0,55	0,038	0,024	2,80
Y	150	1,04	0,11	0,050	0,110	6,25
Z	0,23	0,230	6,47

* 0,94% der Leistung in Strahlrichtung.

VSWR (Fehlanpassung) bei einem Hochfrequenzgenerator ohne Ferritisolator und ohne Strahlbelastung = 1,31;

VSWR bei einem Hochfrequenzgenerator ohne Ferritisolator und mit 100 mA Spitzenbelastung = 1,186;

VSWR bei einem Hochfrequenzgenerator mit 5 db Isolation und mit 100 mA Spitzenbelastung = 1,106;

VSWR bei einem Hochfrequenzgenerator mit 10 db Isolation und 100 mA Spitzenbelastung = 1,060;

Wahlweise kann die Dämpfung, die sich durch den Endabschnitt 15 für die restliche Hochfrequenzleistung am Ende des gleichförmig beschleunigenden Abschnitts ergibt, durch Belastung der Hohlraumresonätoren des Endabschnittes erhöht werden, indem z. B. mit einer Widerstandsschicht überzogene keramische Glieder verwendet werden oder indem die Dicke der Scheiben in dem Endabschnitt gegenüber der Dicke der Scheiben in dem gleichförmig beschleunigenden. Abschnitt erhöht wird.

35

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Linearbeschleuniger für geladene Teilchen mit einem von dem Teilchenstrahl durchlaufenen und von Hochfrequenzschwingungen mit für die Beschleunigung der Teilchen geeigneter Phasengeschwindigkeit erregten Wellenleiter und einer am Ende des Wellenleiters angeschlossenen Vorrichtung zur Absorption der dort noch ankommenden Hochfrequenzleistung, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Vorrichtung ein mit dem Wellenleiter (14) kollinearer, dämpfende Wandungen aufweisender Abschlußteil (15) ist.

2. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußteil so ausgebildet ist, daß er an seinem Ende noch vorhandene Hochfrequenzenergie zwecks weiterer Dämpfung reflektiert.

3. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußteil aus einer Reihe von Hohlraumresonatoren besteht, deren Wände mindestens teilweise mit einem Material von hohem spezifischem elektrischen Widerstand bekleidet sind.

4. Linearbeschleuniger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Hohlraumresonatoren gewellte Innenflächen hat, die mit einem Material von hohem spezifischem elektrischem Widerstand bekleidet sind.

5. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet,-daß der Abschlußteil ehr Hohlzylinder ist, der durch eine Mehrzahl von Querscheiben in eine Mehrzahl von Hohlraumresonatoren unterteilt ist, wobei die Scheiben Durchtrittsöffhungen für den aus den geladenen Teilchen bestehenden Strahl aufweisen.

6. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußwand des Endteiles eine als Drossel für die Hochfrequenzwellen wirkende Teilchenaustrittsöffnung hat.

7. Linearbeschleuniger nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das dämpfende Material sowohl einen hohen spezifischen Widerstand als auch eine hohe magnetische Permeabilität hat.

8. Linearbeschleuniger nach Anspruch! oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet; daß der Wellenleiter längs des Vakuumgefäßes nur an einer Stelle starr befestigt ist, so daß bei Erwärmung eine Ausdehnungsmöglichkeit des Wellenleiters in dem Vakuumgefäß gewährleistet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 920 228.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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