DE3129615A1

DE3129615A1 - Partikel-stehwellen-linearbeschleuniger mit gekoppelten hohlraeumen

Info

Publication number: DE3129615A1
Application number: DE19813129615
Authority: DE
Inventors: Robert Henry Sunnyvale Calif. Giebeler jun.
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1980-07-28
Filing date: 1981-07-28
Publication date: 1982-05-13
Also published as: GB2081005B; NL8103552A; FR2487628B1; JPS5755100A; FR2487628A1; DE3129615C2; US4400650A; GB2081005A; GB2109175A

Description

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Beschreibung
Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Partikel-Stehwellen-Linearbeschleuniger mit gekoppelten Hohlräumen, insbesondere auf solche Beschleuniger, bei denen die Beschleunigerhohlräume, durch welche der Partikelstrahl läuft, über "Seitenhohlräume¹', die gegenüber dem Strahl entfernt liegen, mit ihren Nachbarn gekoppelt sind. Die seitenhohlraumgekoppelte Struktur ist hinsichtlich der Beschleunigung pro Längeneinheit die wirksamste bekannte Struktur.

Stand der Technik

Das Grundkonzept der Seitenhohlraumkopplung ist in dem Artikel "Stehwellen-Hochenergie-Linear-Beschleuniger-Struktur" von E. A. Knapp, B.C. Knapp und J. M. Potter in 39 Review of Scientific Instruments, 979 (1968) beschrieben. Die üblicherweise verwendete .Form dieser Struktur ist in der ÜS-PS 354-6524 (P.G. Stark) vom 08. Dezember 1970 beschrieben. Die Seitenhohlraumstruktur hat wesentliche Vorteile, die darin liegen, daß die Frequenztrennung der resonanten Moden nahe der Betriebsmode maximiert ist und daß die Beschleunigung pro Längeneinheit ebenfalls verbessert ist.

Die bekannten Stehwellen-Linear-Beschleuniger mit gekoppelten Hohlräumen haben den Nachteil,, daß es schwierig und ineffizient ist, die Energie der beschleunigten Partikel zu regeln. Bei vielen Anwendungsfällen, w.z.B. bei der medizinischen Bestrahlungstherapie ist es wichtig, die

zu variieren arid damit die üLndringtlefe in den Patienten. Wenn man die einfache Lösung der Veränderung der Hochfrequenzeingangsenergie verwendet, so leidet die .Wirksamkeit des Beschleunigers. Auch ist es für medizinische Beschleuniger sehr wichtig, daß die Energiestreuung der Partikel größer wird. In den ersten paar Hohlräumen sind die Partikel, auch Elektronen, noch nicht auf Lichtgeschwindigkeit. Polglich ändert eine Änderung der Amplitude der beschleunigenden Pelder ebenfalls die Geschwindigkeit und die Phase der Elektronen hinsichtlich der Pelder. Wenn die Ausgangsenergiestreuung für den maximalen Wert der Hochfrequenz-Greiber-Biergie optimiert ist, so muß sie für einen geringeren Wert schlechter sein.

Zur Überwindung dieses Problems wurden viele Vorschläge gemacht,· wobei die meisten darauf basierten, die Pelder in den Hohlräumen nahe des Strahleintrittes konstant zu halten und die Pelder in stromabwärtigen Hohlräumen, wo die Elektronen im wesentlichen mit Lichtgeschwindigkeit laufen und wo ihr Timing durch die Stärke der Pelder nicht beeinflußt wird, zu variieren.

Die US-PS 2920228 (E. L. Ginzton) vom 05. Januar 1960 und die US-PS 2925522 (M. G. Kelliher) vom 16. Februar 1960 beschreiben die Aufteilung eines Wanderfeldbeschleunigungsschaltkreises in zwei Abschnitte, das Aufteilen der Treiberenergie, das Zuführen eines konstanten Bruchteiles in den stromaufwartigen Abschnitt und eines variablen Bruchteiles in den stromabwärtigen Abschnitt. Diese Methoden erfordern Mikrowellenphasenschieber, Dämpfungsglieder, Zirkulatoren usw., wobei es kompliziert, teuer und schwierig ist,· diese Bauteile einzustellen.

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Die US-PS 4-118653 ( Victor Aleksey Vaguine) beschreibt ein verbessertes Verfahren, bei dem der stromaufwärtige Schaltkreis lediglich ein Wanderfeldschaltkreis ist, ' wobei die volle Energie durch ihn fließt und anschließenddurch ein . Dämpfungsglied und einen Phasenschieber in einen Stehwellen-Ausgangs-Schaltkreis. Die größere Energieausbeute und die kürzere Länge eines Stehwellen-Schaltkreises sind hierbei realisiert. Allerdings werden noch ein Dämpfungsglied und ein Phasenschieber benötigt.

Die ältere Patentanmeldung P 30 38 414.6 der Anmelderin

beschreibt eine verbesserte Energiesteuerung für einen . vollständigen Stehwellen-Beschleuniger, bei dem alle Hohlräume mit dem selben maximalen Pegel betrieben werden, bei denen jedoch die Phase von einem oder mehreren stromab?- wärtigen Hohlräumen umkehrbar ist', so daß dieser Beschleuniger zum Verzögern der Partikel anstatt zu ihrem Beschleunigen verwendet werden kann. Mit diesem System können gewisse vorbestimmte Werte der Partikelenergie erreicht werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Partikelbeschleuniger zu schaffen, dessen Partikelausgangsenergie in einfacher Jeise veränderbar ist. Ein weiteres Ziel ist es, einen Beschleuniger mit gutem Wirkungsgrad zu schaffen.

Ein weiteres Ziel ist es, einen Beschleuniger zu schaffen, der eine enge Streuung der Partikelenergie aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Stehwellen-Beschleuniger mit gekoppelten Hohlräumen, .bei dem benachbarte Beschleunigungshohlräume über Seitenhohlräume wechselseitig gekoppelt sind, wobei die Seitenhohlräume gegenüber dem Partikelstrahl entfernt liegen, durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches Λ angegebenen Merkmale gelöst. Wenn beide Besehleunigerhohlräume und die Kopplungshohlräume hinsichtlich ihrer entsprechenden Mittelebenen spiegelsymmetrisch sind, so sind die Felder in allen Beschleunigerhohlräumen ungefähr gleich. Zum Regeln der Partikelenergie wird ein (oder mehrere) Kopplungshohlraum mechanisch verformt, um seine Kopplungskoeffizienten bezüglich seiner beiden benachbarten Beschleunigungshohlräume unterschiedlich zumachen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die asymmetrische Kopplung durch mechanisches Hineinfahren bzw. Herausziehen von Mittelleitern in bzw. aus einem koaxialen Kopplungshohlraum erreicht, was so durchgeführt wird, daß der Spalt zwischen ihnen aus der Mittelebene.des Hohlraumes herausbewegt wird. Der Mittelstift wird durch einen fluid-betätigten Kolben angetrieben, dessen Bewegung über flexible Bälge auf den Stift innerhalb des Vakuums übertragen wird. Ein Hochfrequenzkontakt zwischen dem Stift und der Hohlraumwand wird durch leitfähige gleitende Federfinger, durch eine resonante Hochfrequenzdrossel oder durch eine neue Verbindungseinrichtung mit abrollender- Schraub enfeder, die eine Gleitreibung und eine Abnutzung verhindert, hergestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigtί

Fig. 1 einen schematischen axialen Schnitt eines Beschleunigers, bei dem die Erfindung angewandt werden kann; Mg. 2 einen schematischen axialen Schnitt eines Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig. 3 einen axialen Schnitt eines Teiles eines weiteren Ausführungsbeispieles;

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt eines Teiles des Mechanismus der Fig. 3; und
Fig. 5 einen Schnitt eines v/eiteren Ausführungsbeispieleso

Fig. 1 zeigt einen schematischen axialen Schnitt eines Beschleunigers für geladene Partikel unter Verwirklichung der Erfindung. Er enthält eine evakuierte Kette 10 von Resonanzhohlräumen. Ein geradliniger Elektronenstrahl 12 wird von einer Elektronenkanone 14 abgestrahlte Der Strahl 12 kann-kontinuierlich sein, ist jedoch überlicherweise eine Folge kurzer Impulse, die dadurch erzeugt wird, daß negative Spannungsimpulse an die Kanone 14- angelegt werden»

Die Hohlräume der Kette 10 werden durch Mikrowellenenergie betrieben, die eine Frequenz in der Nähe deren Resonanzfrequenz hat, die typischerweise bei 3 GHz liegt_o Die Energie tritt durch ein© Blends 15 hindurch in einen Hohlraum 16 ein, der vorzugsweise der mittlere Hohlraum der Kette ist.

Die Kette 10 hat zwei Arten von Hohlräumen. Beschleunigungshohlräume 16 und 18 sind ringröhrenförmig und besitzen zentrale Öffnungen 17, die aufgereiht sind, so daß sie einen Dux'chtritt des Strahlea 12 erlauben«, Die Hohlräume 1b und 1H

weisen hervorstehende Nasen 19 auf, die die Öffnungen 17 verlängern, so daß das hochfrequente elektrische Feld eines Hohlraumes mit einem Elektron nur für einen kurzen Teil eines Hochfrequenzzyklus in Wechselwirkung steht. Bei Elektronenbeschleunigern sind alle Hohlräume 16 und 18 gleich, da sich der Elektronenstrahl 12 bereits nahe der Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, wenn er in die Beschleunigerkette 10 eintritt.

Jedes benachbarte Paar von Beschleunigerhohlräumen 16 und 18 ist über einen "Seiten"-bzw. "Kopplungs"-Hohlraum 20 elektromagnetisch miteinander gekoppelt, wobei der Kopplungs-■ hohlraum 20 über eine Blende 22 mit jedem Hohlraum des Paares gekoppelt ist. Die Kopplungshohlräume 20 haben die gleiche Resonanzfrequenz wie die Beschleunigerhohlräume und 18 und stehen nicht in Wechselwirkung mit dem Strahl In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind sie koaxial mit einem Paar von hervorstehenden Mittelleitern 24-.

Die Anregungsfrequenz ist derart, daß die Kette 10 mit einer Stehwellen-Resonanz angeregt wird, wobei zwischen jedem Beschleunigungshohlraum 16,18 und dem folgenden Kopplungshohlraum 20 eine Phasenverschiebungen %/2 auftritt. Folglich tritt zwischen benachbarten Beschleunigungshohlräumen 16 und 18 eine Phasenverschiebung von St auf. Die ^/^-Betriebsweise hat verschiedene Vorteile. Es tritt dort die schärfste Trennung der Resonanzfrequenz von benachbarten Moden auf, die zufällig (und unerwünscht) angeregt wurden. Auch treten, wenn die Kette 10 richtig abgeschlossen ist, in den Kopplungshohlräumen sehr kleine elektromagnetische Felder auf, so daß die Leistungsverluste in diesen nichtwechselwirkenden Hohlräumen sehr klein sind.

Die End-BeSchleunigerhohlräume 26 und 28 sind als Hälfte eines inneren Hohlraumes 16 bzw. 18 ausgebildet, so daß die von dort reflektierte elektromagnetische Welle exakt die gleiche Phase hat nrie die Welle, die von einem gleichförmigen inneren Hohlraum 16 übertragen wurde.

Der Abstand zwischen den Beschleunigerhohlräumen 16 und beträgt die Hälfte der Wellenlänge des freien Raumes, so daß die in einem Hohlraum 16 beschleunigten Elektronen in dem nächsten Hohlraum, den sie einen halben-Zyklus später durchlaufen, weiter beschleunigt Werden. Nachdem der Strahl 12 beschleunigt wurde trifft er auf ein Röntgenstrahlen-Target 32« Alternativ kann das Bezugszeichen 32 auch ein Vakuumfenster aus Metall sein, das dünn genug ist, die Elektronen für eine PartikeIbeStrahlung eines Gegenstandes durchzulassen bzw. zu übertragen.

Wenn alle Beschleunigerhohlräume 16, 18 und alle Kopplungshohlräume 20 ähnlich und spiegelsymmetrisch zu ihrer Mittelebene sind, so wird das Feld in allen Beschleuniger·= hohlräumen im wesentlichen gleich sein.

Zur Einstellung der endgültigen Ausgangsenergie des Strahles 12 ist einer der Kopplungshohlräume 34 so aufgebaut, daß er durch mechanische Einstellung asymmetrisch gemacht werden kann» Die geometrische Asymmetrie erzeugt eine Asymmetrie der Verteilung des elektromagnetischen Feldes, so daß die magnetisch© Feldkomponente an der oinen Blende 3R größer ist als an der anderen Blende 40«, Der Kopplüngskoeffizient zwischen dem asymmetrischen Hohlraum 34 und dem vorhergehenden Beschleunigerhohlraum 16 unterscheidet sich folglich von dem Koeffizienten zwischen dem Hohlraum 34 und dem

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darauffolgenden Beschleunigerhohlraum 18. Der asymmetrische Hohlraum ⁷A wirkt uomit als veränderbarer Spannungswandler zwischen der vorhergehenden Kette von Wechselwirkungs-Hohlräuraen 16 und der nachfolgenden Kette 18. Durch Veränderung des Grades der Asymmetrie kann die Hochfrequenzspannung in der nachfolgenden Kette· 18 verändert werden während die Hochfrequenzspannung in den Hohlräumen 16, die nahe dem Strahl-eintritt liegen, konstant gehalten wird. Folglich kann die Energie der Elektronenstrahlen am Ausgang einge- . stellt werden.

Da die Bildung und Zusammenfassung von Elektronenbündeln aus dem ursprünglich kontinuierlichen Strahl in den zuerst durchlaufenen Hohlräumen 16 stattfindet, kann die Bündelung dort optimiert werden, wobei sie durch die sich ändernde Spannung in den Ausgangs-Hohlräumen 18 nicht verschlechtert wird. Die Streuung der Energien des Ausgangsstrahles ist folglich unabhängig von der sich ändernden mittleren Elektronen-Äisgangsenergie.

Die sich ändernde Energie, die von den Ausgangshohlräumen 18 an den Strahl verloren wird, wird natürlich die Lastimpedanz ändern, die von der (nicht dargestellten) Mikrowellen,-quelle gesehen wird. Dies wird die erzeugte Energie ver- · ändern und folglich eine geringe Änderung der Hochfrequenzspannung in den Eingangs-Hohlräumen 16 verursachen. Diese Änderung kann leicht dadurch kompensiert werden, daß die Energieversorgungsspannung für die Mikrowellenquelle, die typischerweise ein Magnetron-Oszillator ist, eingestellt wird.

. 43

Während des Betriebes wird die Hochfrequenzspannung generell durch den Hochvakuum.bogenüberschlag über einen Hohlraum begrenzt. Folglich' wird die Spannung in den Ausgangshohlräumen 18 generell zwischen einem Wert gleich der Spannung der Eingangshohlräume 16 für maximale Strahlenergie nach unten auf einen Wert für verringerte Strahlenergie verändert*

In dem Beschleuniger der Fig_o 1 wird die Asymmetrie des Hohlraumes 34- dadurch erzeugt, daß einer seiner zentralen Leiterstifte 36 verlängert wird während der andere Stift 36 verkürzt wird* Die Resonanzfrequenz des Hohlraumes 34-kann dadurch konstant gehalten werden, daß der Spalt zwischen den Stiften 36 einigermaßen konstant gehalten wirdj wobei möglicherweise eine geringe relative Trimmbewegung erforderlich wird. Das magnetische Hochfrequenzfeld wird auf der Seite stärker sein an der der längere Mittelstift 36 vorhanden ist.

Fig, 2 zeigt den Teil für die Bewegung des Stiftes bei einem Beschleuniger, der die vorliegende Erfindung ausführt. Ein zentraler leitfähiger Stift 36', beispielsweise aus Kupfer-plattierbem Edelstahl, ist in einem Kopplungshohlraum 34-⁸ axial beweglich. Ein Hochfrequenzkontakt mit einer Hohlraumwand 4-2 wird über einen Ring aus metallischen Federfingern 44 hergestellt. Um'eine axiale Bewegung zu ermöglichen, ist der Stift 36' über flexible metallische Bälge 4-6 mit dem Vakuumgehäuse 10" verbunden. Die Bälge 4-6 sind an einem Flansch 48 befestigt, der an einen ähnlichen Flansch 50 angeschraubt ist, wobei de." Flansch 50 ein Teil des Gehäuses 10 isto Die Flansche· 4-8 und 50 besitzen Lippen für eine vakuum-dichte Korn= ' pressionsdichtung mit einer Kupfer-Dichtungspaclcung..

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Der Stift 36' wird über einen Kolben 54· in axiale Bewegung versetzt, welcher über eine O-Ring-Dichtung 58 abgedichtet in einem Zylinder 56 verschiebbar ist. Ein "Fluid (Luft oder Flüssigkeit) unter Druck wird über eine der Einlaßleitungen 60 bzw. 62 eingeleitet, um den Kolben 54- herein- bzw. herauszudrücken. Eine Fluidkammer 64· ist über ein Paar von Dichtungen 66 rings um einen hohlen Schaft 68 abgedichtet,wobei der Schaft 68 über eine verschraubte Mutter 70 an dem Stift 36'· befestigt ist. Eine mechanische Arretierung für den Verschiebemechanismus 54-,68,36' wird durch einen Befestigungsblock 72 geschaffen, der an den Flansch 4-8 angeschraubt ist. An den Befestigungsblock 72 ist ein Lagerblock '74- angeschraubt, wobei die Verschraubung mit einer gesicherten Mutter 76 ausgestattet ist. Der Lagerblock 74-besitzt eine ebene querverlaufende Fläche 77? die ein Ende der Kolbenkammer 64- bildet. Sie stellt einen positiven Anschlag für die einwärts gerichtete Bewegung des Kolbens 54-dar. Die Stellung dieses Anschlages kann durch Drehen der Schrauben des Lagerblocks 74- in dem Befestigungsblock 72 und durch sichern mittels der gesicherten Mutter 76 eingestellt werden. Ein positiver Anschlag für de nach außen gerichtete Bewegung des Kolbens 54- wird durch eine ebene Fläche 78 eines Verschlußblockes 80 geschaffen, der in den -Lagerblock 74- eingeschraubt ist und eine gesicherte Mutter 82 aufweist.

Das Hereinragen des Stiftes 36' in den Kopplungshohlraum 34· erfolgt durch Verschieben zwischen zwei vorbestimmten Stellungen durch Anlegen eines Fluiddruckes an das Rohr 60 oder das Rohr 62. Der gesamte Mechanismus ist aus nichtmagnetischen Material hergestellt, um eine Störung des axialen magnetischen Feldes zu vermeiden, das bei Linear-Beschleunigern zum Fokussieren des Partikelstrahlers ver-

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wendet wird. Die Anwendung eines fluidischen Antriebes vermeidet magnetische Motoren oder Spulen. Zur Einstellung der Beschleunigerenergie wird - wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.-. ein Mechanismuspaar gemäß Fig. 2 an gegenüberliegenden Enden des Hohlraumes 34 verwendet, wobei ein Stift 36 zurückgezogen wird während der andere hineingeschoben wird. [

Während des Evakuierens eines Linear-Beschleunigers wird das Vakuumgehäuse bei hohen Temperaturen ausgeheizt, um adsorbierte und absorbierte flüchtige Verunreinigungen auszutreiben. Der Mechanismus der Fig. 2 ist gegenüber einer Beeinflussung durch die Hitze geschützt durch Entfernen der kritischen gleitenden Teile. Die gesicherte Mutter 70 wird entfernt und der Befestigungsblock 72 wird von dem Flansch 48 abgeschraubt. Dann wird die gesamte Antriebseinrichtung axial herausgezogen und nach dem Ausheizen wieder eingesetzt.

Fig. 3 zeigt einen schematischen axialen Schnitt eines etwas anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung. Ein vorspringender Hohlraum-Stift bzw«, - Stempel 84 ist nicht in Finger aufgespalten und seine Bohrung ist groß genug um einen Kontakt mit dem beweglichen Stift 36^{β β} zu vermeiden» Der elektrische Kontakt zwischen dem Hohlraum-Stift 84 und dem beweglichen Stift 36"' wird durch eine Spiralfeder 86 hergestellt, die einen Festsitz zwischen den Stiften 84 und 36'' bildete Die Feder 86 verformt sich leicht, so daß jede Windung in festem Kontakt mit beiden Leitern ist» Da große Mikrowellenströme geleitet werden_;könnte eine lose kon~ taktierende Windung einen Funkenüberschlag verursachen und die Oberflächen beschädigen« Die Feder 86 ist nicht gezwungen auf dem Stift 84 oder 36 ·' zu gleiten, wie es beim Stand der Technik üblich war, sondern sie kann frei über dsssen Oberflächen rollen, wenn der Stift 36"⁸ axial be-"

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wegt wird. Somit können viele Bewegungen ausgeführt werden, ohne daß die Oberflächen abgenutzt werden. Es ist bekannt, daß reine Metalle im Hochvakuum die Neigung haben, aneinander zu haften und daß das eine oder andere von ihnen durch Reibung abzunutzt, wenn sie gleiten. Die Feder 86 ist vorzugsweise aus glattpoliertem Wolfram und die Stifte 36'' und 84 sind aus Kupfer. Lebensdauertests haben bestätigt, daß der Stift 36'' in der Größenordnung von 100.000 Zyklen bewegt werden kann, ohne daß sichtbare Abnutzung auftritt.

Um irgendein geringfügiges kumulatives "Wandern" der Feder 86 zu verhindern, wenn sie über mehrere Zyklen abrollt, sind Stopps 88 und 90 an dem Hohlraum-Stift 84- vorgesehen sowie ein einstellbarer ßüpkhaltezylinder 92. Der Rest des (in Fig. 3 gezeigten) Mechanismus ist der gleiche wie in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 4- zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teiles des abrollenden Federkontaktes der Fig. 3. -Big· 4· ist ein Schnitt,

senkrecht zur Bewegungsachse durch die Mitte der Ring-Toroid-Feder 86'. Die Feder 86 ist als gerade Schraubenfeder gewickelt und wird in die Ring-Toroid-Form durch eine Berührung mit den Leitern 36'' und 84- gezwungen. An ihren Enden 93 ist die Feder einfach abgeschnitten, wodurch ein Spalt in dem Torus entsteht.

Fig. 5 zeigt einen schematischen axialen Schnitt eines Teiles eines weiteren Ausführungsbeispieles. Der leitfähige Stift 36' " steht nicht in elektrischen Kontakt mit dem Hohlraum-Stift bzw. -Stempel 84··; vielmehr ist ein Spalt 84- zwischen ihnen. Mikrowellenströme werden laufen über den Spalt 94· als elektrischer Verschiebungsstrom .

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Um an den. hervorstehenden Enden 95 des Stiftes bzw. Stempels 84' einen wirksamen Kurzschluß zu erzeugen ist ein.Drosselabschnitt 96 an seinem äußeren Ende 98 kurzgeschlossen und an seinem inneren Ende 100 offen.

Vorzugsweise ist der Drosselabschnitt 1/4- Wellenlänge lang. In diesem Falle wird die niedrige Impedanz am äußeren Ende 98 zu einer hohen Impedanz am inneren Ende 100 transformiert. Hierdurch wird eine sehr hohe Impedanz am inneren Ende 102 des Spaltes 94- geschaffen, was wiederum zu einer sehr niedrigen Impedanz an dessen äußeren Ende 104 transformiert wird, wodurch ein wirksamer Kurzschluß geschaffen wird.

Um die Drossel noch wirksamer zu machen, kann ein weiterer Viertelwellenabschnitt 106 hinter der ersten Drossel 96 vorgesehen sein. Mit den nicht-kontaktierenden Drosseln braucht der Stift 56''' einige Lagerabstützungen, um ihn innerhalb des Hohlraum-Stempels 84·' zu halten. Diese können außerhalb . des Vakuumgehäuses (nicht dargestellt) vorgesehen werden, wo eine Schmierung vorgesehen sein kann. Alternativ können polierte Saphir-Kugeln 108 als Lagerungen innerhalb des Vakuums vorgesehen sein, welche auf einer v/eichen Kupferoberfläche 110 gleiten.

Claims

Patentanwälte ■ European Patent Attorneys

München

V-I P538 D

Varian Associates, Inc.
Palo Alto, CaI., USA

Partikel-Stehwellen-Linearbeschleuniger mit
gekoppelten Hohlräumen

Priorität: 28. Juli 1980 -USA- Serial No.. 172 919

Patentansprüche

ΛΊ Partikel-Stehwellen-Linearbeschleuniger mit gekoppelten Hohlräumen mit einem resonanten koaxialen Seitenhohlraum, der wechselseitig mit zwei benachbarten Beschleunigerhohlräumen gekoppelt ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen (5^,68) zum Einstellen des Hineinragens eines leitfähigen Mittelstiftes (36) des Hohlraumes (34) in den
Hohlraum hinein, wobei diese Einrichtungen folgendes
enthalten; einen axial verschieblichen Schaft (36), der den Mittelstift (36) hält, Einrichtungen (44,86,96), die eine Hochfrequenzverbindung zwischen dem MittelstiFt (36) und einer Wand (42) des Seitenhohlraumes (34) herstellen,

axial flexible Balg-Einrichtungen (4-6), die zwischen dem Schaft (36) und der Wand (4-2) abgedichtet sind₉ zum Aufrechterhalten eines Vakuums in dem Seitenhohlraum (34), fluid-betätigte Kolbeneinrichtungen (54-), die mit dem Schaft (36).verbunden sind, um den Mittelstift (36) axial vorzutreiben, erste einstellbare Anschlageinrichtung (77) zum Pestlegen der maximalen einwärtigen Bewegung des Stiftes (36), und zweite einstellbare Anschlageinrichtung (38) zum Festlegen der maximalen auswärts gerichteten Bewegung des Stiftes (36).
2) Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelstift (36) einen Abschnitt (36¹¹) mit kreisförmiger zylindrischer Gestalt aufweist und daß die Einrichtungen zur Herstellung der Hochfrequenzverbindung eine torusf örmige Schraubenieder aus flexiblem metallisdasn Draht enthalten, wobei der Torus den Zylinder im wesentlichen umschließt und zwischen dem Zylinder und einem rings umlaufenden hohlen zylindrischen Leiter (84), der elektrisch mit der Wand (42) kontinuierlich verbunden ist, zusammengedrückt ist, wobei die torusf örmige Schraubenfeder (86) imtbrigen unbehindert ist, wodurch die Schraub.enfeder (86) bei einer axialen Bewegung des Mittelstiftes (36) zwischen den beiden Zylindern (84, 36'') abrollt und einen sich "bewegenden elektrischen Kontakt dazwischen herstellt, ohne über eine der Oberflächen zu gleiten.
3) Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Herstellen einer Hochfrequenzverbindung eine Anordnung von radialen flexiblen leitfähigen Teilen (44) enthalten, die mit der Wand (42) verbunden sind und.Kontaktteile haben, die durch Federkraft gegen den Mittelstift (36) gedrückt sind.
4) Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Herstellung der Hochfrequenz-» verbindung resonante Drosseleinrichtungen (96) zwischen dem Mittelstift (36) und der Wand (42) aufweisen, welche nicht in Kontakt stehen.
5) Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (54) so ausgebildet ist, daß er durch ein Fluid in entgegengesetzte Richtungen verschoben werden kann, wodurch das Hineinragen des Mittelstiftes (36) separat umgekehrt werden kann.
6) Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Anschlageinrichtungen Grenzanschiag= flächen (77*78) enthalten, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schaftes (36) liegen und Schraubverbindungen zwischen den Anschlagflächen (77?78) und der Wand (42), wobei die Schraubverbindungen koaxial zu dem Schaft (36) liegen.
7) Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Einrichtungen (70,76,80,82) vorgesehen sind, zum lösbaren Befestigen der· Kolbeneinrichtungen (5^) und. der Anschlageinrichtungen (77j78) gegenüber der Wand (42), wodurch die Kolbeneinrichtungen (54) und die Anschlageinrichtungen (77?78) nicht dem Ausheizen des Beschleunigers (10) unterworfen sind.
8) Beschleuniger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlageinrichtungen (88,90) für die Schraubenfeder vorgesehen sind, die mit einem der Zylinder (92) und dem hohlen Leiter (84) verbunden sind, zur Begrenzung der Bewegung der Schraubenfeder (96)
9) Vorrichtung zum Aufrechterhalten einer elektrischen Verbindung während einer tranalatorischen Bewegung gekennzeichnet durch eine Schraubenfeder (85 ) ein erstes Teil (36*') mit .einer im wesentlichen zylindrisehen Außenfläche, längs der die Schraubenfeder (86) rollen kann, einem zweiten Teil (84) mit im wesentlichen zylindrischer innerer Oberfläche, längs der die Schraubenfeder (86)rollen kann, wobei die äußere und die innere Oberfläche und die Feder aus elektrisch leitfähigem Material sind, wobei die Feder (86) zwischen der äußeren und der inneren Oberfläche in Kontakt mit diesen angeordnet ist, und durch Einrichtungen (96), die eine translatorische Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil bewirken, wodurch die Feder (86) einen abrollenden Kontakt zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche schafft.
10) Vorrichtung nach Anspruch 9? dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (86)-aus Wolfram ist und daß die äußere und die innere Oberfläche (36'', 84) aus Kupfer sindo
11) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenieder(86) zwei separate Enden (93) aufweisto