同步回旋加速器射束軌道和rf驅(qū)動(dòng)同步回旋加速器的制造方法
【專利說明】同步回旋加速器射束軌道和RF驅(qū)動(dòng)同步回旋加速器
[0001] 本申請(qǐng)要求2012年7月27日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/676,377化及2013 年7月24日提交的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/949, 459的優(yōu)先權(quán)，該兩個(gè)申請(qǐng)的公開內(nèi)容通 過引用W其整體被合并在此。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用同步回旋加速器的離子加速是一種成熟的技術(shù)，其非常適合于產(chǎn)生高能量但 是相對(duì)較低平均離子束電流。加速是通過在離子束群（ion beam packet)從軸對(duì)稱靜態(tài)磁 場(chǎng)的中屯、向外螺旋行進(jìn)時(shí)對(duì)其施加高頻(通常是射頻（RF))電場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)的。眾所周知的是， 隨著離子束被加速，需要調(diào)節(jié)同步回旋加速器中的RF驅(qū)動(dòng)的頻率。RF驅(qū)動(dòng)可W被擴(kuò)展為包 括可變頻率RF生成器、一個(gè)或多個(gè)RF功率放大器W及磁場(chǎng)內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)（比如RF 空腔或D形盒（dee))，其中對(duì)離子束群施加加速電場(chǎng)。因?yàn)镽F頻率在加速期間發(fā)生變化， 所W通常在任一時(shí)間在器件中僅有一束離子。回旋加速頻率發(fā)生變化，W便隨著被加速粒 子的能量在加速W及磁場(chǎng)發(fā)生徑向變化W便提供射束聚焦的事實(shí)期間增加而補(bǔ)償其相對(duì) 論質(zhì)量的改變。機(jī)器的孔中的磁場(chǎng)對(duì)于軌道穩(wěn)定性需要滿足W下要求。磁場(chǎng)的數(shù)值需要隨 著半徑的增加而減小，同時(shí)在加速區(qū)段上保持W下數(shù)值：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種從回旋加速器產(chǎn)生和提取具有預(yù)定能量的離子束的方法，包括： 將離子引入到所述回旋加速器中； 利用RF驅(qū)動(dòng)對(duì)離子進(jìn)行加速，以便在所述回旋加速器中作為離子束移動(dòng)； 在所述加速期間感測(cè)所述離子束在所述回旋加速器中的位置； 利用所述離子束的所述位置改動(dòng)所述RF驅(qū)動(dòng)，以便保持所期望的加速；以及 提取所述離子束。
2. 權(quán)利要求1的方法，其還包括通過對(duì)回旋加速器線圈施加電流來在所述回旋加速器 中建立磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)被用來確定所述離子束的所述預(yù)定能量。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述RF驅(qū)動(dòng)包括頻率、相位和幅度，并且其中所述RF驅(qū)動(dòng) 的所述相位被改動(dòng)。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述RF驅(qū)動(dòng)包括頻率、相位和幅度，并且其中所述RF驅(qū)動(dòng) 的所述頻率被改動(dòng)。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述RF驅(qū)動(dòng)包括頻率、相位和幅度，并且其中所述RF驅(qū)動(dòng) 的所述幅度被改動(dòng)。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中，通過激勵(lì)非軸對(duì)稱脈沖磁場(chǎng)來提取所述離子束。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中，當(dāng)所述離子束達(dá)到預(yù)定位置和速度時(shí)激勵(lì)所述非軸對(duì)稱 脈沖磁場(chǎng)。
8. 權(quán)利要求6的方法，其中，利用開環(huán)控制實(shí)施所述激勵(lì)。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中，所述開環(huán)控制利用從由離子質(zhì)量、離子質(zhì)荷比以及所期望 的離子束能量構(gòu)成的組當(dāng)中選擇的信息來激勵(lì)所述磁場(chǎng)。
10. 權(quán)利要求6的方法，其中，利用鎖相環(huán)控制實(shí)施所述激勵(lì)。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中，所述離子束的所述預(yù)定能量被用來確定將要如何改動(dòng)所 述RF驅(qū)動(dòng)。
12. -種回旋加速器，包括： 被部署為檢測(cè)離子束的存在的射束檢測(cè)器； 與所述射束檢測(cè)器通信的射束傳感器； 具有可變相位或頻率輸出的RF波生成器；所述輸出被定義為RF驅(qū)動(dòng)； 與所述RF驅(qū)動(dòng)通信的RF空腔或D形盒；以及 電子控制單元，與所述射束傳感器通信并且具有與所述RF波生成器通信的輸出以便 控制所述RF驅(qū)動(dòng)，從而控制所述離子束的速度和位置。
13. 權(quán)利要求12的回旋加速器，其還包括用以生成非軸對(duì)稱脈沖磁場(chǎng)以便提取所述離 子束的沖擊線圈。
14. 權(quán)利要求13的回旋加速器，其中，所述電子控制單元與所述沖擊線圈通信，并且在 所述離子束達(dá)到預(yù)定位置和速度時(shí)激勵(lì)所述沖擊線圈。
15. 權(quán)利要求14的回旋加速器，其中，所述電子控制單元利用開環(huán)控制來激勵(lì)所述沖 擊線圈以便生成所述磁場(chǎng)。
16. 權(quán)利要求15的回旋加速器，其中，所述開環(huán)控制包括從由離子質(zhì)量、離子質(zhì)荷比以 及所期望的離子束能量構(gòu)成的組當(dāng)中選擇的信息。
17. 權(quán)利要求14的回旋加速器，其中，所述電子控制單元利用來自所述射束傳感器的 信息來激勵(lì)所述線圈生成所述磁場(chǎng)。
18. 權(quán)利要求12的回旋加速器，其中，所述射束檢測(cè)器被部署在所述RF驅(qū)動(dòng)的改變速 率最小的位置。
19. 權(quán)利要求12的回旋加速器，其中，所述射束檢測(cè)器被部署在所述RF驅(qū)動(dòng)最小的位 置。
20. 權(quán)利要求13的回旋加速器，還包括被用來生成磁場(chǎng)以便約束所述離子束并且確定 所述離子束在提取時(shí)的最終能量的回旋加速器線圈，并且還包括第二沖擊線圈，使得所述 沖擊線圈和所述第二沖擊線圈對(duì)于所述回旋加速器線圈具有零互感。
【專利摘要】本發(fā)明規(guī)定在同步回旋加速器的射頻（RF）驅(qū)動(dòng)中使用反饋，控制加速場(chǎng)的相位和/或幅度作為確保射束的最優(yōu)加速、提高平均射束電流以及改動(dòng)射束軌道的措施，以便隨著射束能量的變化允許適當(dāng)?shù)奶崛?。通過射束的快速加速和提取減小空間電荷的效應(yīng)，并且可以提高脈沖的重復(fù)速率。提出了幾種措施用于監(jiān)測(cè)同步回旋加速器中的射束的相位，并且調(diào)節(jié)RF的相位和幅度，以便優(yōu)化射束的加速并且調(diào)節(jié)射束的提取和注入。還描述了使用與同步回旋加速器的接受窗口匹配的脈沖離子源。
【IPC分類】H05H13-00
【公開號(hào)】CN104663003
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380050677
【發(fā)明人】L.布隆伯格, J.V.米納維尼, A.L.拉多文斯基, P.C.邁克爾
【申請(qǐng)人】麻省理工學(xué)院
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2013年7月25日
【公告號(hào)】EP2878180A1, US20140028220, WO2014018706A1