專利名稱：具有同軸腔的電子加速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及再循環(huán)類型的電子加速器，通常稱為Rhodotron ，因為加速器中的電子遵循的軌道具有花的形狀(“Rhodos”是指希臘的花)。本發(fā)明更具體地涉及ー種電子加速器，該電子加速器包括
-具有A軸的外部圓柱形導體和同軸的內部圓柱形導體的諧振腔，這兩個圓柱形導體分別利用頂部導電閉合和底部導電閉合在它們的端部短路，-電子槍，其被設置為按照諧振腔的中間橫向平面中的徑向將一束電子注入到該諧振腔中，-RF系統(tǒng)，其被設置為產生諧振橫向電場到該諧振腔中，用于使電子束中的電子多次加速進入所述中間橫向平面中并且按照沿所述外部圓柱形導體的角位移直徑的連續(xù)軌道，所述RF系統(tǒng)(50)包括多個末級功率放大器(FPA1，FPA2，, FPAn)，各個末級功率放大器通過單獨的感應線圈(55)獨立地耦合到諧振腔(10)，以及-偏轉磁體，其用于使從外部圓柱形導體產生的電子束彎曲，并用于使該束朝A軸
重定向。
背景技術：
可以從歐洲專利號EP-359774和歐洲專利號EP-694247獲知這些加速器。這些已知的電子加速器的諧振腔由高頻率高功率RF源(下文稱為RF系統(tǒng))提供能量，該RF源在通常大約100MHz或大約200MHz的VHF頻率范圍中工作，并且傳送達幾百千瓦的輸出RF功率。這種已知的RF系統(tǒng)通常包括振蕩器，該振蕩器用來產生所需頻率的RF信號，經過放大器鏈，在該放大器鏈的最后實現所需的輸出RF功率。該放大器鏈中的最終放大級包括末級功率放大器(通常稱為FPA)，該末級功率放大器耦合到諧振腔，使得在諧振腔內部產生適當的橫向電場。這種FPA的中心組件通常是諸如四極管或Diacrode 的聞功率聞頻率真空管。在工作吋，該真空管受到非常高的熱約束，并且在工作期間必須適當地冷卻。冷卻系統(tǒng)的故障例如由于過熱將很快導致電子管的損壞，例如導致陶瓷破損。此外，如果插座觸點松動或被損壞，則流過電子管電極的高RF電流可能會使這些觸點熔化。毋庸贅言，如果FPA的真空管破損，則加速器將完全失效。這給加速器的用戶帶來負面影響，尤其由于更換FPA的真空管是精細和費時的任務。從國際專利公開號W02008/138998也可獲知這種加速器，國際專利公開號W02008/138998公開了配備有兩個FPA的諧振腔，這兩個FPA中的每ー個通過單獨的感應線圈獨立地耦合到該諧振腔。這種結構可能工作良好也可能不能工作良好，這取決于沒有在該文獻中公開的參數
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種比現有的加速器更可靠和/或更魯棒的電子加速器。為此，根據本發(fā)明的電子加速器的特征在于，単獨的感應線圈按照α角物理上彼此隔開，并使得該α不是90度的整數倍。發(fā)明人實際上發(fā)現，令人驚訝地，由于感應線圈的這種幾何布置，諧振腔不容易按照不希望的諧振模式(即，不提供按照上面提到的花形軌道在諧振腔中對電子進行加速所通常需要的電場的模式)被激勵，否則，這樣將使加速器的性能下降或者甚至導致完全失效。作為提供多個FPA(具體地說，兩個以上FPA)的附加優(yōu)點，能夠提供可擴展的加速器。實際上，被設計為傳送最大束功率的加速器可以例如初始地配備有ー個或兩個FPA，該ー個或兩個FPA傳送為傳送最大束功率所需的一部分RF功率，并且不需要太多的設計改變，稍后可以實現具有用于傳送高達最大束功率的經增加的束功率的附加的FPA的加速器。
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在成本方面，值得注意的是，FPA的成本代表加速器的總成本的重要部分。對于諸如需要RF功率在例如1000KW范圍中的那些非常高功率的加速器，尤其是這樣。能夠傳送這些高RF功率的真空管是非常獨特的，并且因此非常昂貴?，F在，通過將總的RF功率分到多個FPA中，使得能夠使用低功率和更易于獲得的真空管，這種成本乘以為達到額定功率所需的FPA的數量要低于額定功率的單個高功率管的成本。因此能夠得到低成本的RF系統(tǒng)。優(yōu)選地，末級功率放大器的數量是奇數。發(fā)明人實際上發(fā)現，在這種情形下，諧振腔更不容易按照不希望的諧振模式被激勵。在最優(yōu)選的情形下，末級功率放大器的數量等于3，并且與這些末級功率放大器對應的單獨的感應線圈按照120度的角度物理上彼此隔開。
將通過示例的方式并參照附圖來詳細解釋本發(fā)明的這些和其它方面，附圖中圖Ia和圖Ib示意性地示出了現有技術的電子加速器；圖2a和圖2b示意性地示出了根據本發(fā)明的電子加速器；圖3示意性地示出了根據本發(fā)明的優(yōu)選形式的電子加速器的頂視圖；圖4示意性地示出了根據本發(fā)明的更優(yōu)選形式的電子加速器；圖5示意性地示出了示例性的末級功率放大器及其如何耦合到根據本發(fā)明的電子加速器的諧振腔。附圖未按比例畫出。通常，附圖中用相同的附圖標記來表示相同的組件。
具體實施例方式圖Ia示意性地示出了現有技術的電子加速器。該電子加速器包括諧振腔(10)，該諧振腔(10)具有軸(A)的外部圓柱形導體(11)和具有相同軸(A)的內部圓柱形導體
(12)，這兩個圓柱形導體分別利用頂部導電閉合(13)和底部導電閉合(14)在它們的端部被短路。該電子加速器還包括電子槍(20)，該電子槍(20)被設置為沿諧振腔(10)的中間橫向平面(MP)的徑向將電子束注入到諧振腔(10)中；以及RF系統(tǒng)(50)，該RF系統(tǒng)(50)被設置為產生“TE001”類型的諧振橫向電場到所述諧振腔(10)中，用于使所述電子束(40)中的電子多次加速進入所述中間橫向平面(MP)中并且按照沿所述外部圓柱形導體(11)的角位移直徑的連續(xù)軌道。通常，“ TEOO I”模式是指電場是橫向的(“TE”)，S卩，所述電場具有旋轉對稱(第一個“0”)，所述電場沿諧振腔(10)的ー個半徑不能被抵消(第二個“0”)，并且在與諧振腔(10)的軸A平行的方向上存在所述電場的半周期(half-cycle)。圖Ib示意性地示出了圖Ia中的加速器的橫截面，在該橫截面上可以更清楚地看到由虛線表示的電子束(40)的軌道(花的形狀)。該加速器還包括偏轉磁體(30)，該偏轉磁體(30)用于使從外部圓柱形導體(11)產生的電子束(40)彎曲并用于使該電子束流朝向A軸重定向。這種已知的加速器的RF系統(tǒng)(50)通常包括振蕩器，該振蕩器用來產生在所需頻率的RF信號，隨后經過放大器鏈，以在該放大器鏈的最后達到所需的輸出功率。該放大器鏈中的最終放大級包括末級功率放大器(FPA)，該末級功率放大器耦合到諧振腔(10)，用于為諧振腔(10)提供能量，以使得當RF系統(tǒng)(50)工作時在諧振腔(10)內產生適當的橫 向電場。 這種加速器在現有技術(例如，歐洲專利號EP-0359774和美國專利號US-5107221)中是公知的，因此本文不對此進行更詳細的描述。圖2a示意性地示出了根據本發(fā)明的電子加速器(100)。除了 RF系統(tǒng)(50)以外，該加速器(100)的結構和操作與圖Ia和圖Ib的加速器類似。這里感興趣的是加速器的RF系統(tǒng)(50)。與已知的加速器一祥，RF系統(tǒng)(50)包括諸如電壓控制振蕩器(VCO)的振蕩器，該振蕩器在所需的頻率產生低功率(例如，幾瓦)RF信號，該所需的頻率是諧振腔(10)的諧振頻率(例如，107. 5MHz或215MHz)。該振蕩器對被設計為將低功率RF信號放大至更高的中間功率的預放大器級(52)進行饋送。根據本發(fā)明，中間功率RF信號然后被饋送給多個末級功率放大器(FPA1，...，FPAn)的輸入端，以進ー步地將RF信號的功率増加至所需的輸出RF功率。如圖2a所示，各個FPA的輸出端通過分別由単獨的感應線圈(55)終止的単獨的傳輸線(54)獨立地耦合到諧振腔(10)。各個單獨的感應線圈(55)可以例如穿過設置到諧振腔(10)的頂部導電閉合(13)中的単獨的開ロ，并且略微突出到諧振腔(10)的頂部導電閉合(13)內部(即，在諧振腔(10)內電場最小、磁場最大的位置)。各個FPA在工作時將產生所需幅度的橫向電場到諧振腔(10)內，用于按照上述軌道使電子加速(40)。圖2b示意性地示出了圖2a中的加速器(100)的頂視圖，從圖2b可以看到FPA及其相應感應線圈(55)的空間布置的示例。下表給出了加速器規(guī)范的幾個示例，其中，加速器配備有在λ/2模式中在107. 5MHz諧振的、直徑為2m的共軸諧振腔(10)，并且配備有具有各種FPA數目的RF系統(tǒng)
(50)，各個FPA產生280KW的輸出RF功率
權利要求
1.一種電子加速器，該電子加速器包括 -諧振腔(10)，該諧振腔(10)具有A軸的外部圓柱形導體(11)和同軸的內部圓柱形導體(12)，這兩個圓柱形導體分別利用頂部導電閉合(13)和底部導電閉合(14)在它們的端部被短路， -電子槍(20)，其被設置為按照所述諧振腔(10)的中間橫向平面(MP)中的徑向將電子束(40)注入到所述諧振腔(10)中， -RF系統(tǒng)(50)，其被設置為產生諧振橫向電場到所述諧振腔中，用于使所述電子束(40)中的電子多次加速進入所述中間橫向平面(MP)中并且按照沿所述外部圓柱形導體(11)的角位移直徑的連續(xù)軌道，所述RF系統(tǒng)(50)包括多個末級功率放大器(FPA1，FPA2，...，FPAn)，各個末級功率放大器通過單獨的感應線圈(55)獨立地耦合到所述諧振腔(10)，以及 -偏轉磁體(30)，其用于使從所述外部圓柱形導體(11)產生的所述電子束(40)彎曲，并用于使所述電子束(40)朝所述A軸重定向，其中，所述單獨的感應線圈(55)按照α角物理上彼此隔開，并使得該α不是90度的整數倍。
2.根據權利要求I所述的電子加速器，其中，末級功率放大器的數目是奇數。
3.根據權利要求2所述的電子加速器，其中，末級功率放大器的數目等于3，并且其中，與所述末級功率放大器對應的單獨的感應線圈(55)按照120度的角度物理上彼此隔開。
4.根據權利要求I至3中的任一項所述的電子加速器，該電子加速器還包括用于使由所述多個末級功率放大器(FPA1，FPA2，...)分別產生的所述諧振橫向電場在所述諧振腔(10)內同步的裝置(702，703)。
5.根據權利要求I至3中的任一項所述的電子加速器，其中，各個末級功率放大器(FPA1，FPA2，...)包括陰極驅動的四極管(60)，該陰極驅動的四極管(60)的陽極(An)感應耦合到所述諧振腔(10)。
6.根據權利要求I至3中的任一項所述的電子加速器，其中，各個末級功率放大器(FPA I, FPA2，...)本身具有單獨的電源。
全文摘要
具有同軸腔的電子加速器。一種電子加速器(100)包括具有軸A的外部圓柱形導體(11)和同軸內部圓柱形導體(12)的諧振腔(10)；沿諧振腔(10)的中間平面(MP)的徑向將電子束(40)注入諧振腔的電子槍(20)；產生橫向電場到諧振腔的RF系統(tǒng)(50)，該橫向電場能沿具有以軸A為中心的花形的軌道使注入的電子(40)加速進入中間平面(MP)；在諧振腔(10)外部且圍繞諧振腔(10)設置到中間平面(MP)的偏轉磁體，其用來使從外部圓柱形導體(11)產生的電子(40)朝A軸重定向。RF系統(tǒng)包括多個末級功率放大器(FPA1，FPA2，...，FPAn)，所述放大器通過本身的單獨感應線圈(55)直接耦合到諧振腔(10)，每兩個感應線圈以α角在物理上彼此隔開，該α角不是90度的整數倍以減少諧振腔按不希望的模式被激勵的風險。
文檔編號H05H7/18GK102740581SQ20121016175
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權日2011年4月8日
發(fā)明者M·阿比斯 申請人:離子束應用公司