[發明專利]直流帶電粒子加速器、利用直流電壓加速帶電粒子的方法及用于與其一起使用的高壓電源裝置

有效

• 申請號: 201180059422.0
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN103299720A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: T.H.斯米克;G.雷丁;W.H.帕克;R.霍納
• 申請（專利權）人: GTAT公司
• 主分類號: H05H13/04
• 分類號: H05H13/04;H05H7/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張祥

相關申請案

本申請要求在2010年12月8日提交的美國專利申請號12/962,723的優先權，該申請據此通過引用方式被并入，用于所有目的。

技術領域

本發明涉及一種直流帶電粒子加速器和一種利用直流電壓加速帶電粒子的方法。本發明還涉及一種可以在上述加速器和方法中使用的高壓電源裝置。本發明涉及一種用于在離子注入裝置中加速陽離子的加速器和方法。

背景技術

離子注入可能需要生成高能量和高射束電流的離子束。已知在離子注入機中使用直流加速器來提供所需的射束能量。

在已知的帶電粒子加速器中，許多加速器電極限定連續的加速隙。以常規電壓間隔對加速器電極施加偏壓，從而控制沿著加速器長度的電壓梯度。用于加速器電極的偏置電壓來自連接至提供全加速器電勢的高壓發生器的分壓器，其中全加速器電勢可例如為數百千伏或超過一百萬伏。

發明內容

在一個方面，本發明提供一種包含加速電極的直流帶電粒子加速器，其中加速電極包括端電極和至少N-1個中間電極。加速電極限定在相鄰所述電極對之間的至少N個加速隙，其中N至少是3。經過調節的直流高壓電源裝置具有連接至限定所述N個加速隙的各自的相鄰所述加速器電極對的N對輸出線。該電源裝置可工作以在所述N對輸出線上提供互相電隔離的N個調節的高壓直流輸出電壓，從而提供跨所述N個加速隙的間隙電壓。所述N個調節的輸出電壓可以具有共同的值V_gap。

在實施例中，所述調節的直流高壓電源裝置包含互相直流隔離的N個直流電壓發生器，每個所述電壓發生器具有所述N對輸出線中的至少一對，且布置為從遞送到所述電壓發生器的輸入電力產生各自的所述N個調節的高壓直流輸出電壓中的一個。直流隔離電遞送裝置布置為將所述輸入電力遞送至所述N個電壓發生器，同時保持所述電壓發生器之間的直流隔離。N個直流電壓發生器可以包含N個直流高壓電源部件，所述部件從未調節的輸入電力提供所述調節的高壓直流輸出。

在實施例中，所述直流隔離電遞送裝置包含N個交流發電機，其用于將作為所述未調節的輸入電力的交流電遞送至各自的所述直流高壓電源部件。每個所述交流發電機可以包含具有至少一個定子繞組的定子和承載至少一個轉子磁鐵以在所述定子中產生旋轉磁場以在所述定子繞組中感生交流電流從而提供所述交流電的轉子。然后，至少兩個所述交流發電機的所述定子可以軸向對齊，并且所述直流隔離電遞送裝置包含至少一個共同的轉子軸，其承載沿著所述軸軸向間隔開的所述至少兩個交流發電機的所述轉子，以及被連接以使所述共同的轉子軸旋轉的電動機。

在實施例中，所述共同的轉子軸提供由所述轉子軸承載的每個所述轉子的電隔離。具體來說，所述共同的軸可以由電絕緣材料形成。

直流隔離電遞送裝置可以包含定子管，其承載沿著所述定子管軸向間隔的所述軸向對齊的定子。所述共同的轉子軸從而被安裝用于在所述定子管內旋轉。

在實施例中，所述定子管提供由所述定子管承載的每個所述定子的電隔離。具體來說，所述定子管可以由電絕緣材料形成。

直流加速器可以是具有包含所述加速器電極的伸長加速器管的線性加速器，從而限定通過所述加速器的帶電粒子的線性加速路徑。然后，所述至少一個共同的轉子軸可以與所述加速器管并排安裝且平行于所述加速路徑對齊。

在實施例中，所述交流發電機以三個組布置，每組中的所述交流發電機的所述定子軸向對齊。所述直流隔離電遞送裝置從而包含用于每組交流發電機的一個所述共同的轉子軸，且平行于所述加速路徑對齊的所述三個共同的轉子軸圍繞所述加速器管對稱地定位。

在進一步的方面中，本發明提供包含具有各自輸出端以在所述輸出端產生交流電的至少兩個交流發電機的高壓電源裝置。每個所述交流發電機包含具有至少一個定子繞組的各自的定子和承載至少一個轉子磁鐵以在所述定子中產生旋轉磁場以在所述定子繞組中感生交流電流從而提供所述交流電的各自的轉子。所述交流發電機的定子軸向地對齊，且該裝置包含承載沿著所述軸軸向間隔的所述交流發電機的所述轉子的共同的轉子軸。電動機被連接以使所述共同的軸旋轉使得每個所述交流發電機在其各自的輸出端產生交流電。該裝置進一步包括被連接以從每個所述交流發電機的輸出端接收所述交流電的各自的直流高壓電源部件，每個所述電源具有各自的輸出端子對，且可工作以轉換所述交流電，從而在所述各自的輸出端子對產生經過調節的高壓輸出電壓。共同的轉子軸提供由轉子軸承載的所述轉子的電隔離。電源的輸出端子可以串聯在一起。