[发明专利]间断粒子源

说明书

本申请是申请日为2008年11月25日、申请号为200880125918.1、发明名称为“间断粒子源”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本专利申请描述了一种带有粒子源的粒子加速器，该粒子源在一加速区域被间断。

背景技术

为将带电粒子加速至高能，已开发出许多类型的粒子加速器。一种类型的粒子加速器是回转加速器。回转加速器藉由向真空室中的一个或多个D形电极施加交变电压而在轴向磁场中使带电粒子加速。名称D形电极（dee）是对早期回转加速器中电极形状的描述，虽然在某些回转加速器中其可能不像字母D。因加速粒子而产生的螺旋形路径垂直于磁场。在粒子以螺旋的方式向外离开时，在D形电极之间的间隙处施加一加速电场。该射频（RF）电压在D形电极之间的间隙两端形成一交变电场。将该RF电压和因此得到的电场同步化于磁场中的带电粒子的轨道周期，使得在粒子重复跨越间隙时被射频波形加速。粒子的能量增加到极大地超过所施加的RF电压的峰值电压的能量水平。当带电粒子加速时，其质量因相对论效应而增长。因此，带电粒子的加速改变了间隙处的相（phase）匹配。

目前所采用的两类回转加速器为等时型回转加速器和同步回转加速器，以不同的方式克服所加速粒子的相对质量增加这一挑战。等时型回转加速器将恒定频率的电压与随半径增加的磁场一起使用以保持正常的加速。同步回转加速器使用具有增加半径的降低磁场来提供轴向聚焦并且改变加速电压的频率以匹配由带电粒子的相对速度所引起的质量增加。

发明内容

总体地，本专利申请记载一种同步回转加速器，包括磁性结构，用于向一腔提供磁场；以及粒子源，用于向该腔提供等离子体柱。该粒子源具有外壳以保持该等离子体柱。该外壳在加速区域处间断从而露出该等离子体柱。电压源配置成向该腔提供射频（RF）电压以在该加速区域处加速来自该等离子体柱的粒子。上述同步回转加速器可包括一个或多个下述特征，单独或组合。

该磁场大于2特斯拉（T），粒子可从该等离子体柱以逐渐增加的半径采用螺旋的方式向外加速。该外壳包括两部分，这两部分在该加速区域处完全分离开从而露出该等离子体柱。该电压源可包括电连接到交变电压的第一D形电极（Dee）和电连接为接地的第二D形电极。该粒子源的至少一部分可穿过第二D形电极。该同步回转加速器可包括加速区域中的止挡，该止挡可用于阻挡来自该等离子体柱的至少一些粒子的加速。该止挡大致正交于该加速区域，并且可配置成阻挡来自于该等离子体柱的特定相的粒子。

该同步回转加速器可包括阴极，用于产生等离子体柱。该阴极可操作用于使电压脉冲化以使气体电离，从而产生等离子体柱。该阴极可配置成以约1kv到4kv之间的电压形成脉冲。该阴极不需要由外部热源加热。该同步回转加速器可包括电路，用于将来自RF电压的电压耦合到至少一个阴极。该电路包括电容电路。

该磁性结构包括磁轭。该电压源可包括电连接到交变电压的第一D形电极和电连接到接地的第二D形电极。该第一D形电极和该第二D形电极可形成可调节的共振电路。施加该磁场的该腔可包括容纳该可调节共振电路的共振腔。

总体地，这一专利申请也记载一种粒子加速器，包括：管，容纳气体；第一阴极，邻近于该管的第一端；以及第二阴极，邻近于该管的第二端。该第一阴极和该第二阴极向该管施加电压以由该气体形成等离子体柱。可从该等离子体柱中抽取粒子以进行加速。电路配置成将来自外部射频（RF）场的能量耦合到至少一个阴极。上述粒子加速器可包括一个或多个下述特征，单独或组合。

该管可在加速区域处间断，在该加速区域处从等离子体柱抽取粒子。该第一阴极和第二阴极不需要由外部热源加热。该第一阴极可处于该加速区域的不同于第二阴极的侧部上。

该粒子加速器可包括电压源，用于提供RF场。该RF场可用于在该加速区域处加速来自该等离子体柱的粒子。该能量可包括由该电压源所提供的该RF场的一部分。该电路包括电容器，用于将来自于外部场的能量耦合至第一阴极和第二阴极中的至少一个。

该管可包括在加速区域的间断点处完全分离开的第一部分和第二部分。该粒子加速器可包括在加速区域处的止挡。该止挡可用于阻挡至少一个相的粒子进行进一步加速。

该粒子加速器可包括电压源，用于向等离子体柱提供RF场。该RF场可用于在加速区域处加速来自等离子体柱的粒子。该RF场可包括小于15kv的电压。磁轭可用于提供跨过该加速区域的磁场。该磁场可大于约2特斯拉（T）。