Hf諧振器和具有hf諧振器的粒子加速器的制造方法
【專利摘要】一種HF諧振器，包括由介電材料構(gòu)成的柱形的腔體。腔體的內(nèi)側(cè)具有導(dǎo)電涂層，其通過環(huán)形圍繞腔體側(cè)面的電絕緣間隙被劃分成第一內(nèi)涂層和第二內(nèi)涂層。腔體的外側(cè)具有導(dǎo)電的第一外涂層和導(dǎo)電的第二外涂層。第一外涂層和第二外涂層彼此電絕緣。HF諧振器包括裝置，該裝置被設(shè)計成在第一外涂層與第二外涂層之間施加高頻電壓。
【專利說明】HF諧振器和具有HF諧振器的粒子加速器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1所述的HF諧振器，以及一種按照權(quán)利要求11所述的用于加速帶電粒子的粒子加速器。
【背景技術(shù)】
[0002]在HF諧振器中能夠激勵高頻電磁振蕩。HF諧振器也可以稱為空腔諧振器。HF諧振器例如被應(yīng)用在用于加速帶電粒子的粒子加速器中。
[0003]為了在HF諧振器中激勵高頻電磁振蕩，公知例如借助速調(diào)管或四級管產(chǎn)生高頻功率并借助電纜或波導(dǎo)管傳輸?shù)紿F諧振器，并且在那里通過輻射窗或HF天線耦合輸入到HF諧振器。然而，利用這類激勵不能獲得非常高的HF功率。
[0004]從EP0606870A1中公知一種具有由大量固態(tài)晶體管構(gòu)造的導(dǎo)電壁的HF諧振器，其被設(shè)計成在HF諧振器的壁內(nèi)感應(yīng)高頻電流，并且由此在HF諧振器中激勵高頻電磁振蕩。在此，通過在HF諧振器的壁內(nèi)的電絕緣槽上施加高頻電壓來激勵電流。
[0005]在用于加速帶電粒子的粒子加速器中使用HF諧振器需要將HF諧振器抽真空至非常低的壓力。其顯示出利用介電材料填充的電絕緣槽只能在其余部分是HF諧振器的導(dǎo)電壁中難于和復(fù)雜地進(jìn)行密封。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種更好的可抽真空的HF諧振器。該技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求1所述特征的HF諧振器來解決。本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有更好的可抽真空的HF諧振器的粒子加速器。該技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求11所述特征的粒子加速器來解決。在從屬權(quán)利要求中給出了優(yōu)選的擴(kuò)展。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的HF諧振器包括由介電材料構(gòu)成的柱形的腔體。腔體內(nèi)側(cè)具有導(dǎo)電的涂層，該導(dǎo)電的涂層通過環(huán)形圍繞腔體側(cè)面的電絕緣間隙劃分成第一內(nèi)涂層和第二內(nèi)涂層。腔體外側(cè)具有導(dǎo)電的第一外涂層和導(dǎo)電的第二外涂層。第一外涂層和第二外涂層彼此間電絕緣。HF諧振器包括如下的裝置，其被設(shè)計成在第一外涂層與第二外涂層之間施加高頻電壓。有利的是可以簡單地將HF諧振器的柱形的腔體抽真空，并且不具有有問題的待密封的缺口，特別是不具有有問題的待密封的金屬陶瓷連接。HF諧振器的裝置可以有利地通過導(dǎo)電的外涂層和內(nèi)涂層電容性地在HF諧振器內(nèi)激勵高頻電磁振蕩。
[0008]在HF諧振器的優(yōu)選實施方式中，環(huán)形圍繞的間隙垂直于柱形的腔體的縱向定向。于是，HF諧振器有利地具有鏡像對稱和旋轉(zhuǎn)對稱，這能夠?qū)崿F(xiàn)對稱的振蕩模式的激勵。
[0009]在HF諧振器同樣的優(yōu)選實施方式中，第一外涂層和第二外涂層分別環(huán)形圍繞腔體側(cè)面。于是，HF諧振器的外側(cè)也有利地具有鏡像對稱和旋轉(zhuǎn)對稱，這能夠?qū)崿F(xiàn)對稱的振蕩模式的激勵。
[0010]合適的是，第一外涂層在垂直于腔體側(cè)面定向的方向上與第一內(nèi)涂層相鄰。于是，有利地在第一外涂層與第一內(nèi)涂層之間存在強(qiáng)的電容性耦合。[0011]同樣合適的是，第二外涂層在垂直于腔體側(cè)面定向的方向上與第二內(nèi)涂層相鄰。于是，有利地在第二外涂層與第二內(nèi)涂層之間存在大的電容性耦合。
[0012]在HF諧振器的優(yōu)選擴(kuò)展中，所述裝置包括固態(tài)功率晶體管。利用固態(tài)功率晶體管可以有利地在耦合輸入位置附近產(chǎn)生待耦合輸入HF諧振器的HF功率。
[0013]在HF諧振器的擴(kuò)展中，所述裝置包括多個固態(tài)功率晶體管，其環(huán)形圍繞腔體側(cè)面布置。設(shè)置多個固態(tài)功率晶體管可以有利地實現(xiàn)在HF諧振器中的特別高HF功率的激勵。
[0014]在HF諧振器的優(yōu)選實施方式中，介電材料是玻璃或陶瓷。玻璃和陶瓷有利地具有對于作為真空容器應(yīng)用適合的機(jī)械特性。
[0015]合適的是，腔體具有圓柱形形狀。圓柱形構(gòu)造的腔體可以有利地實現(xiàn)對于加速帶電粒子適合的振蕩模式的激勵。
[0016]優(yōu)選如下構(gòu)造腔體，使其被抽真空至相對于腔體周圍環(huán)境降低的氣壓。于是，HF諧振器可以有利地被用于加速帶電粒子。
[0017]一種根據(jù)本發(fā)明的用于加速帶電粒子的粒子加速器，具有上述類型的HF諧振器。在該粒子加速器中，可以有利地將HF諧振器抽真空至低壓，并且在此不具有難于密封的接縫處。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]根據(jù)以下對結(jié)合了附圖的實施例的描述，明確并清楚理解地詳細(xì)解釋以上描述的本發(fā)明的特性、特征和優(yōu)點以及如何實現(xiàn)的方式。附圖中:
[0019]圖1示出了穿過HF諧振器的截面圖；以及
[0020]圖2示出了穿過HF諧振器的壁區(qū)段的截面圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1以高度示意性示圖示出了 HF諧振器100。在HF諧振器100中可以激勵高頻電磁振蕩模式。HF諧振器100例如可以用于在粒子加速器中加速帶電粒子。
[0022]HF諧振器100包括腔體200。腔體200被構(gòu)造成空心柱形，并且具有圓盤形的第一頂面210、圓盤形的第二頂面220以及連接第一頂面210與第二頂面220的側(cè)面230。在圖1的圖示中，腔體200在繪制平面被切開。因此，在圖1中僅示出了腔體200的一半。
[0023]空心柱形構(gòu)造的腔體200定義了縱向201和垂直于縱向201定向的徑向202。第一頂面210和第二頂面220分別垂直于縱向201定向。腔體200的側(cè)面230在第一頂面210與第二頂面220之間沿著縱向201延伸。
[0024]第一頂面210和第二頂面220在替換的實施方式中也可以不同于圓盤形地被構(gòu)造。頂面210、220例如可以分別具有矩形或橢圓形。
[0025]腔體200由電絕緣的介電材料組成。腔體200優(yōu)選由玻璃或陶瓷組成。玻璃材料和陶瓷材料有利地足夠堅固，以便承受在腔體200的內(nèi)部空間與腔體200的周圍環(huán)境之間的聞壓力差。
[0026]HF諧振器100的腔體200完全包圍空腔，并且優(yōu)選不具有難于密封的接縫處，特別是不具有金屬一陶瓷過渡。這能夠使腔體200被抽真空至相對于腔體200周圍環(huán)境的氣壓降低的氣壓。為了將腔體200抽真空，腔體200可以具有一個或多個合適的法蘭(Flansche)。腔體200的第一頂面210和第二頂面220還可以具有合適的開口或窗，通過其使帶電粒子束可以到達(dá)腔體200的內(nèi)部并且從腔體200的內(nèi)部射出。
[0027]腔體200具有內(nèi)側(cè)240，其面向由腔體200包圍的空腔。此外，腔體200具有外側(cè)250，其面向腔體200的周圍環(huán)境。
[0028]在腔體200的內(nèi)側(cè)240處布置了導(dǎo)電的內(nèi)涂層300。導(dǎo)電的內(nèi)涂層300例如可以由金屬組成。內(nèi)涂層300被劃分成第一內(nèi)涂層310和第二內(nèi)涂層320。在第一內(nèi)涂層310與第二內(nèi)涂層320之間布置了電絕緣的內(nèi)間隙330，通過該內(nèi)間隙使第一內(nèi)涂層310相對于第二內(nèi)涂層320電絕緣。在內(nèi)間隙330的區(qū)域內(nèi)，在腔體200的內(nèi)側(cè)240處不設(shè)置導(dǎo)電涂層。
[0029]優(yōu)選將內(nèi)間隙330環(huán)形圍繞腔體200的側(cè)面230布置。在此，內(nèi)間隙330優(yōu)選垂直于腔體200的縱向201定向，并且因此平行于頂面210、220定向。特別優(yōu)選將內(nèi)間隙330布置在第一頂面210與第二頂面220中間。
[0030]第一內(nèi)涂層310覆蓋第一頂面210的內(nèi)側(cè)240以及與第一頂面210連接的側(cè)面230的區(qū)段的內(nèi)側(cè)240。第二內(nèi)涂層320覆蓋第二頂面220的內(nèi)側(cè)240以及與第二頂面220連接的側(cè)面230的區(qū)段的內(nèi)側(cè)240。
[0031]在縱向201上，內(nèi)間隙330優(yōu)選非常窄地構(gòu)造。特別是內(nèi)間隙330在縱向201上的寬度優(yōu)選相對于腔體200在縱向201上的長度很小，并且相對于在HF諧振器100內(nèi)可激勵的聞頻振蕩模式的波長很小。
[0032]在腔體200的外側(cè)250上布置了導(dǎo)電的外涂層400。外涂層400例如可以由金屬組成。外涂層400包括第一外涂層410和第二外涂層420。在第一外涂層410與第二外涂層420之間布置了外間隙430。在外間隙430的區(qū)域內(nèi)，在腔體200的外側(cè)250上不設(shè)置導(dǎo)電涂層。通過外間隙430使第一外涂層410與第二外涂層420彼此電絕緣。
[0033]圖2示出了在內(nèi)間隙330和外間隙430的區(qū)域內(nèi)穿過HF諧振器100的腔體200的側(cè)面230的區(qū)段的截面圖?？梢钥闯?，外間隙430在縱向201上位于如內(nèi)間隙330相同的位置。在徑向202上，外間隙430與內(nèi)間隙330相鄰。外間隙430環(huán)形圍繞地布置在側(cè)面230的外側(cè)250。如果內(nèi)間隙330在腔體200縱向201上位于第一頂面210與第二頂面220中間，則外間隙430也優(yōu)選布置在第一頂面210與第二頂面220中間。外間隙430在縱向201上的寬度優(yōu)選基本對應(yīng)于內(nèi)間隙330在縱向201上的寬度。
[0034]第一外涂層410和第二外涂層420同樣分別環(huán)形圍繞地布置在側(cè)面230的外側(cè)250。在此，環(huán)形構(gòu)造的外涂層410、420優(yōu)選垂直于腔體200的縱向201定位。第一外涂層410在縱向201上的寬度以及第二外涂層420在縱向201上的寬度優(yōu)選大約對應(yīng)于外間隙430在腔體200的縱向201上的寬度。但是，第一外涂層410和第二外涂層420也可以在縱向201上具有比外間隙430更大的寬度或更小的寬度。第一和第二外涂層410、420在縱向201上的寬度優(yōu)選小于在腔體200內(nèi)可激勵的電磁振蕩模式的波長。
[0035]第一外涂層410通過介電側(cè)面230相對于第一內(nèi)涂層310絕緣。第二外涂層420通過介電側(cè)面230相對于第二內(nèi)涂層320絕緣。第一外涂層410、介電側(cè)面230和第一內(nèi)涂層310構(gòu)成第一電容器。第二外涂層420、介電側(cè)面230和第二內(nèi)涂層320構(gòu)成第二電容器。第一和第二電容器在第一外涂層410與第一內(nèi)涂層310之間或者在第二外涂層420與第二內(nèi)涂層320之間產(chǎn)生電容性耦合。在第一外涂層410與第二外涂層420之間施加的電壓被電容性耦合輸入到第一內(nèi)涂層310和第二內(nèi)涂層320，從而在第一外涂層410與第二外涂層420之間施加的電壓產(chǎn)生在第一內(nèi)涂層310與第二內(nèi)涂層320之間基本相同的電壓。
[0036]HF諧振器100包括驅(qū)動裝置500，其被設(shè)計成將高頻電磁功率耦合輸入到HF諧振器100的腔體200。為此，驅(qū)動裝置500被構(gòu)造成在第一外涂層410與第二外涂層420之間施加高頻電壓。驅(qū)動裝置500優(yōu)選具有固態(tài)功率晶體管或其它固態(tài)開關(guān)。驅(qū)動裝置500特別優(yōu)選包括多個固態(tài)功率晶體管，其在外間隙430的區(qū)域中環(huán)形圍繞地布置在腔體200的側(cè)面230的外側(cè)250。
[0037]如果通過驅(qū)動裝置500在第一外涂層410與第二外涂層420之間施加了高頻交流電壓，則由于在外涂層410、420與內(nèi)涂層310、320之間的電容性耦合也在第一內(nèi)涂層310與第二內(nèi)涂層320之間出現(xiàn)高頻交流電壓。耦合輸入的高頻電壓在第一內(nèi)涂層310和第二內(nèi)涂層320中激勵高頻電流。
[0038]如果通過驅(qū)動裝置500在第一外涂層410與第二外涂層420之間施加的交流電壓的頻率對應(yīng)于HF諧振器100的諧振頻率，則在內(nèi)涂層310、320中感應(yīng)出的電流在腔體200的內(nèi)部產(chǎn)生諧振的高頻振蕩模式的激勵。
[0039]因此，允許驅(qū)動裝置500將高頻電磁功率電容性耦合輸入到HF諧振器100的腔體200內(nèi)，以便在腔體200的內(nèi)部激勵并放大諧振的高頻振蕩。
[0040]HF諧振器100的腔體200有利地同時作為待抽真空的容器以及作為導(dǎo)電的內(nèi)涂層300的載體使用。通過電容性激勵的可能性，腔體200不需要導(dǎo)電的缺口，并且由此也不具有難于密封的金屬一陶瓷過渡。
[0041]雖然在細(xì)節(jié)上通過優(yōu)選實施例詳細(xì)圖解和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于公開的例子。專業(yè)人員可以由此推導(dǎo)出其它變形，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種HF諧振器(100)，具有由介電材料構(gòu)成的柱形的腔體(200)， 其中，所述腔體(200)的內(nèi)側(cè)(240)具有導(dǎo)電的涂層(300)，該導(dǎo)電的涂層通過環(huán)形圍繞所述腔體(200)的側(cè)面(230)的電絕緣間隙(330)被劃分成第一內(nèi)涂層(310)和第二內(nèi)涂層(320)； 其中，所述腔體(200)的外側(cè)(250)具有導(dǎo)電的第一外涂層(410)和導(dǎo)電的第二外涂層(420)； 其中，所述第一外涂層(410)和所述第二外涂層(420)彼此電絕緣； 其中，所述HF諧振器(100)包括裝置(500)，該裝置被設(shè)計成在所述第一外涂層(410)與所述第二外涂層(420)之間施加高頻電壓。
2.按照權(quán)利要求1所述的HF諧振器(100)，其中，環(huán)形圍繞的間隙(330)垂直于柱形的腔體(200)的縱向(201)定向。
3.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)，其中，所述第一外涂層(410)和所述第二外涂層(420)分別環(huán)形圍繞所述腔體(200)的側(cè)面(230)。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)，其中，所述第一外涂層(410)在垂直于所述腔體(200)的側(cè)面(230)定向的方向(202)上與第一內(nèi)涂層(310)相鄰。
5.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)，其中，所述第二外涂層(420)在垂直于所述腔體(200)的側(cè)面(230)定向的方向(202)上與第二內(nèi)涂層(320)相鄰。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)，其中，所述裝置(500)包括固態(tài)功率晶體管。
7.按照權(quán)利要求6所述的HF諧振器(100)，其中，所述裝置(500)包括多個固態(tài)功率晶體管，后者環(huán)形圍繞所述腔體(200)的側(cè)面(230)布置。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)，其中，所述介電材料是玻璃或陶瓷。
9.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)，其中，所述腔體(200)具有圓柱形。
10.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)，其中，所述腔體(200)被構(gòu)造成抽真空至相對于所述腔體(200)的周圍環(huán)境降低的氣壓。
11.一種用于加速帶電粒子的粒子加速器，其中，所述粒子加速器具有按照上述權(quán)利要求中任一項所述的HF諧振器(100)。
【文檔編號】H05H7/18GK103959921SQ201280057003
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】M.巴克, O.希德, M.克里曼 申請人:西門子公司