[發明專利]緊湊型高頻電聚焦混合加速腔

在審

• 申請號: 201710967331.6
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107896415A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 何源;王志軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司62102
• 代理人: 張真

技術領域

本發明涉及一種新型緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，屬于核能技術領域。

背景技術

低能離子加速器的加速結構主要包括射頻四極加速器和漂移管型加速器。射頻四極加速器是上世紀七十年代發展起來，主要是用于離子源引出直流束的加速和聚束，其優點是可以同時實現束流的橫縱向聚焦和加速，但是缺點是在加速部分的加速效率很低，平均的加速能力約為1MeV/m，輸出能量基本在3MeV左右。

漂移管型加速器是上世紀二三十年代發展起來的，是粒子加速器中常用的加速結構。其主要的加速原理是帶電粒子經過加速間隙，感受到加速電場；經過半個高頻周期，電場變為負電場，此時粒子進入漂移管內部，所以不會感受到負電場而被減速；同樣經過下半個高頻周期進入下一個加速間隙的時候，加速間隙中電場變為正電場，從而帶電粒子在整個結構中是加速的。漂移管型加速器的優點是加速效率高，約為3MeV/u，但是其缺點是不能加速直流束。另外在傳統漂移管加速結構中，帶電粒子由于受到空間電荷效應和高頻散焦作用，橫向包絡會越來越大，從而導致束流的損失，所以需要利用外部的聚焦原件進行橫向的聚束來保證束流的穩定傳輸，從而導致控制的復雜和成本的增加。

發明內容

本發明的目的在于避免現有技術的不足提供一種緊湊型高頻電聚焦混合加速腔。以解決低能直流束的離子束流的加速，避免了現有技術加速效率低、束流加速品質差、控制復雜、元件繁多等問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，其主要特點在于包括有在腔筒內，在漂移管加速與高頻電四極聚焦加速結構的前端設有射頻四極加速結構，在漂移管加速與高頻電四極聚焦加速結構的中心設有第二加速間隙，射頻四極加速結構的中心設有第一加速間隙，第一加速間隙與第二加速間隙在同一條中心線上，第一加速間隙比第二加速間隙的半徑小0-5mm。射頻四極加速結構和漂移管加速與高頻電四極聚焦加速結構，為一種混合加速結構，其中射頻四極加速結構用于將束流初步加速和縱向束流成形，漂移管加速與高頻電四極聚焦加速結構主要用于束流加速。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，還包括有在射頻四極加速結構內設有互為垂直的四個第一電極板，電極板的端面設有正弦或T型的電極調制線；調制線橫截面為雙曲線型，相對第一電極板之間的最小半徑為2.5-5mm,最大半徑為4-20mm。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，還包括有所述的漂移管加速與高頻電四極聚焦加速結構內設有互為垂直的四個第二電極板。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，還包括有所述的漂移管加速與高頻電四極聚焦加速結構內設有多個漂移管，通過漂移管支撐桿固連于相對兩個第二電極板之間，高頻電四極透鏡分布于漂移管之間；多個漂移管、高頻電四極透鏡與第二加速間隙在同一個中心線上；垂直高頻電四極透鏡相向設于漂移管之間，并固連于兩個垂直的第二電極板之間；水平高頻電四極透鏡相向設于漂移管之間，并固連于兩個水平的第二電極板之間。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，所述的第一加速間隙與第二加速間隙的真空度為10^-5-10^-7Pa。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，所述的相鄰的漂移管的漂移管支撐桿互為垂直設置。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，所述的垂直高頻電四極透鏡端面為平直段，橫截面為雙曲線型，相對的第二電極板的距離為5-40mm。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，所述的漂移管的長度為5-100mm；內徑為5-50mm，相鄰兩個漂移管之間的加速間隙距離為5-50mm。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，所述的高頻電四極透鏡與相鄰的漂移管之間的距離為5-50mm。

所述的緊湊型高頻電聚焦混合加速腔，所述的腔筒、電極板、漂移管和高頻電四極透鏡的材料為金屬銅或者不銹鋼鍍銅。

本發明的有益效果：本發明的優點是該結構可以直接加速從離子源出來的直流束；由于結構緊湊，可以有效的降低腔體的長度，提高有效加速梯度，使得束流品質優良；本結構將加速，橫縱向聚焦功能結合在同一個高頻腔體內，腔體分路阻抗高，高頻功耗大大的降低；在同一個腔體內完成束流的加速控制，可以大大的降低控制成本，便于工業化應用。本發明主要是用于強流低能離子束流的加速，可用于強流加速器的質子或重離子治療裝置注入器、工業離子注入、輻照農業、中子照相、移動中子源、硼中子治癌等應用型加速裝置。

附圖說明：

圖1為本發明主視示意圖；

圖2為射頻四極加速結構示意圖；