[发明专利]加速器和用于控制加速器的方法

说明书

本申请是申请日为2010年8月17日、申请号为201080044074.5的发明专利申请“加速器和用于控制加速器的方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种加速器以及一种用于控制这种加速器的方法，该加速器包括至少两个HF共振器并且使用该加速器来加速带电粒子。这种加速器在各种各样的领域中使用。特别地也可以在辐照方法中使用这种加速器，在该辐照方法中加速带电粒子、对准目标体积并且在目标体积中在限定的区域沉积剂量。

背景技术

为了加速带电粒子存在多个不同的加速器结构。在特定类型的加速器中，由带电粒子组成的射束横穿所谓的HF共振器。通过在HF共振器中激励的、作用于粒子束并且与其调谐的电磁HF场，在横穿HF共振器的情况下加速粒子。

例如论文“Beam acceleration in the single-gap resonator section of the UNILAC using alternating phase focusing”公开了一种线性加速器，在其端部存在10个HF共振器，在这些共振器中可以彼此独立地设置HF振幅和HF相位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种加速器，该加速器能够有效并灵活地加速不同类型的带电粒子。此外，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于控制上述加速器的方法。

上述技术问题通过独立权利要求的特征来解决。有利的扩展在从属权利要求的特征中找到。

用于加速带电粒子的按照本发明的加速器包括

-至少两个在射束延伸方向上先后布置的HF共振器，通过这些HF共振器可以加速包含多个粒子束的脉冲串，和

-用于控制HF共振器的控制装置，

其中通过控制装置可以在加速脉冲串期间彼此独立地这样设置可分别在HF共振器中产生的HF场，使得在加速脉冲串时脉冲串的多个粒子束获得不同的加速。

本发明基于如下的知识，即在具有HF共振器的迄今为止的加速器中这样加速由多个粒子包或粒子束组成的脉冲串，使得基本上所有粒子束都获得相同的加速。当例如加速的粒子束应当馈入到另一个加速器、诸如同步加速器中时，这点对于许多应用来说也是具有优势的。但已经认识到，如果粒子束被不同地加速，则给出加速器的新的使用可能性，从而脉冲串的粒子在加速后不是具有唯一的能量而是具有多个能量。特别是在对通过不同能量的粒子束辐照的目标体积进行辐照情况下可以通过这种方式非常快速地以剂量占用大的深度区域。

通过在加速脉冲串期间独立地控制HF共振器，实现对脉冲串的多个粒子束进行不同地加速。这意味着，在HF共振器中耦合的HF场关于其特性单独地，也就是彼此独立地被设置。通过将HF功率经由耦合结构分别分开地馈入HF共振器来实现这点，其中分开馈入的HF功率的特性被单独地控制和/或设置。

已经认识到，这与常规的n级加速器的HF共振器相比提供了关键的优点，其中仅一个HF共振器通过HF发送器激励，而其中另一个HF共振器通过HF场过耦合来共振，例如通过使用用于过耦合的粒子通路的通路或通过特定耦合结构。基本上为了在此将能量传输到共振的HF共振器在纵向形成驻波。因此例如在两个相继的HF共振器之间的各个相位差仅是180°/N的整数倍，其中N是指相继耦合的HF共振器的数量。对于待使用的粒子种类和待设置的端能量的选择，这意味着极大的限制。此外，这种加速器具有如下的缺陷：极难实现期望的振荡模式和均衡的振幅分布(该振幅在没有校正措施的情况下随着与馈电共振器的距离而指数地减小)，尤其HF共振器出于发送功率需要的原因具有极高的共振品质因数。例如各个振荡模式具有彼此非常接近的共振频率，由此难以设置并且难以稳定期望的振荡模式。能量流常常可以流入接近的另一个不能用的共振模式。

而利用按照本发明的加速器绕开了大部分问题。加速器允许对于每个HF共振器及其加速距离分开地设置待耦合的HF场。由此，可以相对于经过的粒子包最佳地调谐和设置每个HF共振器。对于每个粒子包可以呈现最可能的效果，而不必考虑在HF共振器之间的HF场的能量传播。

因为不必考虑从HF共振器至HF共振器的能量传播，可以非常灵活地控制加速器。对粒子的加速产生不利影响的不同效果可以以更简单的方式被均衡。所谓的脉冲下垂，也就是例如通过电网设备的瞬时特性和/或电压下降导致的脉冲串期间的HF振幅的增大和减小能够被补偿。纵向稳定性，也就是在粒子包长度上有效E场的控制可以更简单地实现。