加速器和用于控制加速器的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于加速帶電粒子的加速器，具有至少兩個(gè)在射束延伸方向上先后布置的用來(lái)加速包含多個(gè)粒子束(15)的脈沖串(13)的HF共振器(17)，以及用于控制所述HF共振器(17)的控制裝置(21)，其中通過(guò)所述控制裝置(21)可以在加速所述脈沖串(13)期間彼此獨(dú)立地這樣設(shè)置可分別在所述HF共振器(17)中產(chǎn)生的HF場(chǎng)，使得在加速所述脈沖串(13)時(shí)所述脈沖串(13)的多個(gè)粒子束(15)獲得不同的加速。此外，本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于控制這樣的加速器的方法，其中在加速所述脈沖串(13)期間這樣彼此無(wú)關(guān)地設(shè)置可分別在所述HF共振器(17)中產(chǎn)生的HF場(chǎng)，使得在加速所述脈沖串(13)時(shí)所述脈沖串(13)的多個(gè)粒子束(15)獲得不同的加速。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
加速器和用于控制加速器的方法本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年8月17日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080044074.5的專利技術(shù)專利申請(qǐng)“加速器和用于控制加速器的方法”的分案申請(qǐng)。
本專利技術(shù)涉及一種加速器以及一種用于控制這種加速器的方法，該加速器包括至少兩個(gè)HF共振器并且使用該加速器來(lái)加速帶電粒子。這種加速器在各種各樣的領(lǐng)域中使用。特別地也可以在輻照方法中使用這種加速器，在該輻照方法中加速帶電粒子、對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)體積并且在目標(biāo)體積中在限定的區(qū)域沉積劑量。
技術(shù)介紹
為了加速帶電粒子存在多個(gè)不同的加速器結(jié)構(gòu)。在特定類型的加速器中，由帶電粒子組成的射束橫穿所謂的HF共振器。通過(guò)在HF共振器中激勵(lì)的、作用于粒子束并且與其調(diào)諧的電磁HF場(chǎng)，在橫穿HF共振器的情況下加速粒子。例如論文“Beamaccelerationinthesingle-gapresonatorsectionoftheUNILACusingalternatingphasefocusing”公開了一種線性加速器，在其端部存在10個(gè)HF共振器，在這些共振器中可以彼此獨(dú)立地設(shè)置HF振幅和HF相位。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種加速器，該加速器能夠有效并靈活地加速不同類型的帶電粒子。此外，本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用于控制上述加速器的方法。上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)解決。有利的擴(kuò)展在從屬權(quán)利要求的特征中找到。用于加速帶電粒子的按照本專利技術(shù)的加速器包括-至少兩個(gè)在射束延伸方向上先后布置的HF共振器，通過(guò)這些HF共振器可以加速包含多個(gè)粒子束的脈沖串，和-用于控制HF共振器的控制裝置，其中通過(guò)控制裝置可以在加速脈沖串期間彼此獨(dú)立地這樣設(shè)置可分別在HF共振器中產(chǎn)生的HF場(chǎng)，使得在加速脈沖串時(shí)脈沖串的多個(gè)粒子束獲得不同的加速。本專利技術(shù)基于如下的知識(shí)，即在具有HF共振器的迄今為止的加速器中這樣加速由多個(gè)粒子包或粒子束組成的脈沖串，使得基本上所有粒子束都獲得相同的加速。當(dāng)例如加速的粒子束應(yīng)當(dāng)饋入到另一個(gè)加速器、諸如同步加速器中時(shí)，這點(diǎn)對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)也是具有優(yōu)勢(shì)的。但已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，如果粒子束被不同地加速，則給出加速器的新的使用可能性，從而脈沖串的粒子在加速后不是具有唯一的能量而是具有多個(gè)能量。特別是在對(duì)通過(guò)不同能量的粒子束輻照的目標(biāo)體積進(jìn)行輻照情況下可以通過(guò)這種方式非常快速地以劑量占用大的深度區(qū)域。通過(guò)在加速脈沖串期間獨(dú)立地控制HF共振器，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖串的多個(gè)粒子束進(jìn)行不同地加速。這意味著，在HF共振器中耦合的HF場(chǎng)關(guān)于其特性單獨(dú)地，也就是彼此獨(dú)立地被設(shè)置。通過(guò)將HF功率經(jīng)由耦合結(jié)構(gòu)分別分開地饋入HF共振器來(lái)實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，其中分開饋入的HF功率的特性被單獨(dú)地控制和/或設(shè)置。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，這與常規(guī)的n級(jí)加速器的HF共振器相比提供了關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)，其中僅一個(gè)HF共振器通過(guò)HF發(fā)送器激勵(lì)，而其中另一個(gè)HF共振器通過(guò)HF場(chǎng)過(guò)耦合來(lái)共振，例如通過(guò)使用用于過(guò)耦合的粒子通路的通路或通過(guò)特定耦合結(jié)構(gòu)。基本上為了在此將能量傳輸?shù)焦舱竦腍F共振器在縱向形成駐波。因此例如在兩個(gè)相繼的HF共振器之間的各個(gè)相位差僅是180°/N的整數(shù)倍，其中N是指相繼耦合的HF共振器的數(shù)量。對(duì)于待使用的粒子種類和待設(shè)置的端能量的選擇，這意味著極大的限制。此外，這種加速器具有如下的缺陷：極難實(shí)現(xiàn)期望的振蕩模式和均衡的振幅分布(該振幅在沒有校正措施的情況下隨著與饋電共振器的距離而指數(shù)地減小)，尤其HF共振器出于發(fā)送功率需要的原因具有極高的共振品質(zhì)因數(shù)。例如各個(gè)振蕩模式具有彼此非常接近的共振頻率，由此難以設(shè)置并且難以穩(wěn)定期望的振蕩模式。能量流常常可以流入接近的另一個(gè)不能用的共振模式。而利用按照本專利技術(shù)的加速器繞開了大部分問(wèn)題。加速器允許對(duì)于每個(gè)HF共振器及其加速距離分開地設(shè)置待耦合的HF場(chǎng)。由此，可以相對(duì)于經(jīng)過(guò)的粒子包最佳地調(diào)諧和設(shè)置每個(gè)HF共振器。對(duì)于每個(gè)粒子包可以呈現(xiàn)最可能的效果，而不必考慮在HF共振器之間的HF場(chǎng)的能量傳播。因?yàn)椴槐乜紤]從HF共振器至HF共振器的能量傳播，可以非常靈活地控制加速器。對(duì)粒子的加速產(chǎn)生不利影響的不同效果可以以更簡(jiǎn)單的方式被均衡。所謂的脈沖下垂，也就是例如通過(guò)電網(wǎng)設(shè)備的瞬時(shí)特性和/或電壓下降導(dǎo)致的脈沖串期間的HF振幅的增大和減小能夠被補(bǔ)償。縱向穩(wěn)定性，也就是在粒子包長(zhǎng)度上有效E場(chǎng)的控制可以更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。此外，在選擇要達(dá)到的粒子端能量時(shí)是非常靈活的。由此，例如通過(guò)改變?cè)谝粋€(gè)或多個(gè)HF共振器中的相位，尤其可以與HF振幅無(wú)關(guān)地設(shè)置粒子能量。作為另一種重要的效果，HF功率不再在一個(gè)位置，而是分散地饋入各個(gè)HF共振器，從而減少耦合結(jié)構(gòu)中的功率密度。總之，通過(guò)這種方式可以在加速器中耦合更高的HF總功率并且由此得到更高加速的HF場(chǎng)。在功率相同的情況下例如可以實(shí)現(xiàn)更緊湊的構(gòu)造方式。在一種實(shí)施方式中，這點(diǎn)可以通過(guò)如下地構(gòu)造控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得在加速脈沖串期間在一個(gè)或多個(gè)HF共振器的情況下改變表征HF場(chǎng)的參數(shù)。例如在加速脈沖串期間可以改變HF場(chǎng)的HF振幅、HF場(chǎng)的HF頻率或HF場(chǎng)的HF相位或者這三個(gè)參數(shù)的任意組合。因此在加速脈沖串期間這實(shí)現(xiàn)了如果脈沖串的各個(gè)粒子束穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)在其中改變了參數(shù)的共振器，則脈沖串的各個(gè)粒子束分別獲得不同的加速。在可以作為前面描述的實(shí)施方式的替換或附加實(shí)現(xiàn)的另一種實(shí)施方式中，通過(guò)控制裝置在加速脈沖串期間隨時(shí)間改變?cè)谥辽賰蓚€(gè)HF共振器中的兩個(gè)之間的相對(duì)HF振幅的相對(duì)HF相位，也可以實(shí)現(xiàn)不同的加速。在該實(shí)施方式中在加速期間不是一定必須改變表征HF場(chǎng)的參數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)相對(duì)HF相位的變化。例如可以在兩個(gè)HF共振器中利用不同的HF頻率感應(yīng)HF場(chǎng)。然而通過(guò)不同的頻率得出在這兩個(gè)HF共振器的HF場(chǎng)之間的隨時(shí)間改變的相位差。在固定的頻率差的情況下得出時(shí)間線性的相位變化。但在加速脈沖串期間可以恒定地保持各個(gè)HF場(chǎng)的設(shè)置。各個(gè)HF共振器彼此電磁地退耦。各個(gè)HF共振器的電磁退耦可以借助不同措施實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)厚的共振器壁、通過(guò)具有小的開口的長(zhǎng)的漂移管或通過(guò)棄用特殊HF耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡可能電磁退耦的HF共振器分別利用自身的HF發(fā)送器來(lái)構(gòu)造。HF發(fā)送器和隨之的HF共振器通過(guò)單獨(dú)的頻率、相位和振幅來(lái)控制。由此例如能夠在一個(gè)脈沖串期間改變HF共振器的相對(duì)相位和振幅。特別地，在加速帶電粒子、諸如離子的情況下，該離子應(yīng)當(dāng)被加速到低相對(duì)速度或能量，加速器包含多于兩個(gè)HF共振器，其中加速器具有非周期性的共振器結(jié)構(gòu)。非周期性歸因于如下的事實(shí)：粒子速度隨著加速明顯地增加。這意味著例如先后布置的HF共振器不能形成周期性的結(jié)構(gòu)，從而例如分別在兩個(gè)HF共振器之間的距離以非周期性的方式改變。這樣的加速器與HF場(chǎng)在HF共振器之間進(jìn)行共振地能量傳播的加速器相比可以利用單獨(dú)可控的HF共振器相對(duì)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。也就是最后提到的結(jié)構(gòu)關(guān)于附加地遵守其它邊界條件或者規(guī)定的可設(shè)置性僅允許小的自由度。這點(diǎn)限制了運(yùn)行時(shí)的靈活性。在按照本專利技術(shù)的方法中，用于加速帶電粒子的加速器利用至少兩個(gè)在射線延伸方向上先后布置的HF共振器來(lái)控制，其中包含多個(gè)粒子束的脈沖串被加速。可分別在HF共振器中產(chǎn)生的HF場(chǎng)在加速脈沖串期間這樣彼此無(wú)關(guān)地設(shè)置，使得在加速脈沖串時(shí)脈沖串的多個(gè)粒子束獲得不同的加速。對(duì)于特征、其作用及其優(yōu)點(diǎn)的上述和以下的說(shuō)明，涉及裝置類別并且涉及方法本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于加速帶電粒子的加速器，包括：?至少兩個(gè)在射束延伸方向上先后布置的HF共振器(17)，通過(guò)所述HF共振器能夠加速包含多個(gè)粒子束(15)的脈沖串(13)，?控制裝置(21)，用于控制所述HF共振器(17)，其中，通過(guò)所述控制裝置(21)，在加速所述脈沖串(13)期間能夠彼此獨(dú)立地這樣設(shè)置能夠分別在所述HF共振器(17)中產(chǎn)生的HF場(chǎng)，使得在加速所述脈沖串(13)時(shí)所述脈沖串(13)的多個(gè)粒子束(15)獲得不同的加速。

【技術(shù)特征摘要】
2009.10.02 DE 102009048150.81.一種用于加速帶電粒子的加速器，包括：-至少兩個(gè)在射束延伸方向上先后布置的HF共振器(17)，通過(guò)所述HF共振器能夠加速包含多個(gè)粒子束(15)的脈沖串(13)，-控制裝置(21)，用于控制所述HF共振器(17)，其中，通過(guò)所述控制裝置(21)，在加速所述脈沖串(13)期間能夠彼此獨(dú)立地這樣設(shè)置能夠分別在所述HF共振器(17)中產(chǎn)生的HF場(chǎng)，使得在加速所述脈沖串(13)時(shí)所述脈沖串(13)的多個(gè)粒子束(15)獲得不同的加速。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速器，其中所述控制裝置(21)被這樣構(gòu)造，使得在加速所述脈沖串(13)期間在至少一個(gè)所述HF共振器(17)的情況下改變表征HF場(chǎng)的參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加速器，其中在加速所述脈沖串(13)期間被改變的表征HF場(chǎng)的參數(shù)是HF場(chǎng)的HF振幅、HF相位或HF頻率。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的加速器，其中所述控制裝置(21)被這樣構(gòu)造，使得在加速所述脈沖串(13)期間在至少兩個(gè)HF共振器(17)中的兩個(gè)之間的相對(duì)HF相位隨時(shí)間改變。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加速器，其中在兩個(gè)HF共振器(17)之間的相對(duì)HF相位隨時(shí)間的變化能夠通過(guò)在兩個(gè)HF共振器(17)的情況下設(shè)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：O海德，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西門子公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：德國(guó),DE