高頻諧振器和具有高頻諧振器的粒子加速器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高頻諧振器，該高頻諧振器具有由介電材料制成的圓柱體空腔。該空腔包括第一圓柱體區(qū)段、第二圓柱體區(qū)段和連接第一圓柱體區(qū)段和第二圓柱體區(qū)段的介電環(huán)。第一圓柱體區(qū)段的內(nèi)側(cè)具有導(dǎo)電的第一內(nèi)部涂層。第二圓柱體區(qū)段的內(nèi)側(cè)具有導(dǎo)電的第二內(nèi)部涂層。在第一圓柱體區(qū)段和介電環(huán)之間設(shè)有導(dǎo)電的第一封閉涂層。在第二圓柱體區(qū)段和介電環(huán)之間設(shè)有導(dǎo)電第二封閉涂層。第一封閉涂層與第一內(nèi)部涂層導(dǎo)電連接。第二封閉涂層與第二內(nèi)部涂層導(dǎo)電連接。高頻諧振器包括設(shè)計用于在第一封閉涂層和第二封閉涂層之間提供高頻電壓的裝置。
【專利說明】高頻諧振器和具有高頻諧振器的粒子加速器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1所述的高頻諧振器以及一種按權(quán)利要求11所述的用于加速帶電粒子的粒子加速器。
【背景技術(shù)】
[0002]在高頻諧振器中，可以激勵高頻電磁振動。高頻諧振器也可以稱作空腔諧振器。高頻諧振器例如使用在用于加速帶電粒子的粒子加速器中。
[0003]為了在高頻諧振器中激勵高頻電磁振動，已知的是，高頻的功率例如借助速調(diào)管或四極管產(chǎn)生，功率借助電纜或波導(dǎo)管輸送至高頻諧振器并在此通過輻射窗或高頻天線耦合入高頻諧振器。當(dāng)然，通過這種激勵不能達到很高的高頻功率。
[0004]從EP0606870A1中已知，一種設(shè)有導(dǎo)電壁和多個固體晶體管的高頻諧振器，此多個固體晶體管設(shè)計用于在高頻諧振器的壁中感應(yīng)高頻電流并由此在高頻諧振器中激勵高頻電磁振動。在此通過高頻諧振器的壁中的環(huán)繞的電絕緣縫隙提供高頻電壓來實現(xiàn)電流的激勵。
[0005]高頻諧振器使用在用于加速帶電粒子的粒子加速器中需要排除高頻諧振器中的空氣達到非常低的壓力。已表明，在高頻諧振器的其他導(dǎo)電壁中的以介電材料填充的電絕緣縫隙僅難以密封且密封起來耗費。導(dǎo)電和絕緣材料不同的熱膨脹尤其是會導(dǎo)致不密封性的形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可排空的高頻諧振器。該技術(shù)問題通過一種具有權(quán)利要求1的特征的高頻諧振器解決。本發(fā)明的又一技術(shù)問題是，提供一種具有可更好排空的高頻諧振器的粒子加速器。該技術(shù)問題通過一種具有權(quán)利要求11的特征的粒子加速器解決。優(yōu)選的擴展設(shè)計在各從屬權(quán)利要求中給出。
[0007]按本發(fā)明的高頻諧振器具有由介電材料制成的圓柱體空腔。在此，空腔包括第一圓柱體區(qū)段、第二圓柱體區(qū)段和連接第一和第二區(qū)段的介電環(huán)。第一圓柱體區(qū)段的內(nèi)側(cè)具有導(dǎo)電的內(nèi)部涂層。第二圓柱體區(qū)段的內(nèi)側(cè)具有導(dǎo)電的第二內(nèi)部涂層。在第一圓柱體區(qū)段和介電環(huán)之間設(shè)有導(dǎo)電的第一封閉涂層。在第二圓柱體區(qū)段和介電環(huán)之間設(shè)有導(dǎo)電第二封閉涂層。第一封閉涂層與第一內(nèi)部涂層導(dǎo)電連接。第二封閉涂層與第二內(nèi)部涂層導(dǎo)電連接。此外，高頻諧振器包括設(shè)計用于在第一封閉涂層和第二封閉涂層之間提供高頻電壓的裝置。有利地，該高頻諧振器的空腔同時用作真空容器、絕緣體和用于導(dǎo)電涂層的載體。由此，可以有利地容易排空高頻諧振器的空腔并且不需要難以密封的裂口和接縫部位。因為尤其是可以省去大面積的金屬-陶瓷化合物，所以不產(chǎn)生由不同熱膨脹系數(shù)帶來的問題。
[0008]在高頻諧振器的實施形式中，第一封閉涂層和/或第二封閉涂層設(shè)計成環(huán)形的。因此，高頻功率可以有利地在整個外周邊上耦合到高頻諧振器內(nèi)，這能夠?qū)崿F(xiàn)特別高的激勵功率。[0009]在高頻諧振器備選的實施形式中，第一封閉涂層和/或第二封閉涂層設(shè)計成多個導(dǎo)電的接觸銷。有利地也可以在該實施形式中，高頻功率在外周邊的多個部位處耦合到高頻諧振器內(nèi)，這能夠?qū)崿F(xiàn)較高的激勵功率。該實施形式的另一個優(yōu)點是，不需要大面積的金屬-陶瓷化合物，由此可以特別可靠地密封空腔。
[0010]適宜的是，介電環(huán)垂直于空腔的縱向定向。業(yè)已證明有利的是高頻諧振器的鏡面和旋轉(zhuǎn)對稱，通過鏡面和旋轉(zhuǎn)對稱能夠?qū)崿F(xiàn)對稱振動模式的激勵。
[0011]同樣適宜的是，介電環(huán)沿空腔的縱向布置在空腔的中央。由此有利地也獲得空腔特別對稱的結(jié)構(gòu)方案。
[0012]在高頻諧振器優(yōu)選的實施形式中，該裝置包括固體功率晶體管。有利地可以通過固體功率晶體管，在耦合位置的附近產(chǎn)生耦合到高頻諧振器內(nèi)的高頻功率。此外，固體功率晶體管有利地允許非常高的高頻功率的接通，這能夠?qū)崿F(xiàn)很高的高頻功率到高頻諧振器內(nèi)的耦合。
[0013]在高頻諧振器的特別優(yōu)選的實施形式中，該裝置包括多個固體功率晶體管，該固體功率晶體管從外部環(huán)繞空腔地布置在介電環(huán)的區(qū)域內(nèi)。有利地，多個固體功率晶體管的設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)在高頻諧振器中特別高的高頻功率的激勵。
[0014]在高頻諧振器的優(yōu)選的實施形式中，介電材料是玻璃或陶瓷。有利地，玻璃和陶瓷具有適合用作真空容器的機械特性。
[0015]適宜的是，空腔具有圓柱形狀。有利地，圓柱體構(gòu)造的空腔能夠?qū)崿F(xiàn)對適合加速帶電粒子的振動模式的激勵。
[0016]空腔優(yōu)選設(shè)計成，排除空氣到一個相對空腔的周圍環(huán)境減小的空氣壓力。因此，高頻諧振器可以有利地用于加速帶電粒子。
[0017]按本發(fā)明的用于加速帶電粒子的粒子加速器具有前述類型的高頻諧振器。有利地，高頻諧振器可以在該粒子加速器中排除空氣到低的壓力并且在此不具有難以密封的接縫部位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]根據(jù)與附圖有關(guān)進一步闡述的實施例的下列說明更清晰明確地理解上面描述的本發(fā)明特性、特征和優(yōu)點以及如所實現(xiàn)的方式和方法。在附圖中:
[0019]圖1是通過高頻諧振器的剖面圖
[0020]圖2是通過高頻諧振器壁區(qū)段的剖面圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1是極其概要地示出了高頻諧振器100的示意圖。在高頻諧振器100中，可以激勵高頻電磁振動模式。高頻諧振器100例如可以用于在粒子加速器中加速帶電粒子。
[0022]高頻諧振器100包括構(gòu)造為空心圓柱體的空腔200。在圖1的圖示中，空腔200在附圖平面上剖切。因此，在圖1中僅示出空腔200的后半部。
[0023]空腔200由第一區(qū)段210和第二區(qū)段220組成。區(qū)段210，220的每個同樣構(gòu)造為空心圓柱形并且分別在一端面上開口。區(qū)段210，220的開口側(cè)通過環(huán)230相互連接并且由此形成空心圓柱體的空腔200?？招膱A柱體構(gòu)造的空腔200定義縱向201和垂直于縱向201定向的徑向202。
[0024]空腔200的第一區(qū)段210包括空腔200的圓盤形第一蓋面260?？涨?00的第二區(qū)段220包括空腔200的同樣圓盤形的第二蓋面270。第一蓋面260和第二蓋面270在備選的實施形式中也可以構(gòu)造為與圓盤形不同。第一蓋面260和第二蓋面270例如可以構(gòu)造為矩形或橢圓的。
[0025]第一蓋面260和第二蓋面270分別垂直于空腔200的縱向201定向。第一蓋面260和第二蓋面270通過空腔200的外周面280相互連接。外周面280通過空腔200的第一區(qū)段10的部分、通過環(huán)230以及通過第二區(qū)段220的部分構(gòu)成。外周面280平行于空腔200的縱向201定向。環(huán)230優(yōu)選垂直于縱向201定向。環(huán)230優(yōu)選布置在第一蓋面260和第二蓋面270之間的中間。環(huán)230沿縱向201相對空腔200的總長度優(yōu)選是狹窄的。
[0026]空腔200包圍內(nèi)部空間290?？涨?00具有面朝內(nèi)部空間290的內(nèi)側(cè)240和面朝空腔的周圍環(huán)境的外側(cè)250。
[0027]空腔200的第一區(qū)段210、空腔200的第二區(qū)段220和空腔200的環(huán)230分別由電絕緣介電材料組成。第一區(qū)段210、第二區(qū)段220和環(huán)230優(yōu)選由玻璃或陶瓷組成。有利地，玻璃和陶瓷材料足夠牢固，以便經(jīng)受空腔200的內(nèi)部空間290和空腔200的周圍環(huán)境之間較高的壓力差。
[0028]在空腔200的第一區(qū)段210的內(nèi)側(cè)240上設(shè)有導(dǎo)電的第一內(nèi)部涂層310。在空腔200的第二區(qū)段220的內(nèi)側(cè)240上設(shè)有導(dǎo)電的第二內(nèi)部涂層220。第一內(nèi)部涂層310和第二內(nèi)部涂層320例如可以由金屬構(gòu)成。在環(huán)230的內(nèi)側(cè)240上，未設(shè)有導(dǎo)電的涂層。由此，在空隙200的環(huán)230的區(qū)域內(nèi)獲得內(nèi)部縫隙330，通過該內(nèi)部縫隙330，第一內(nèi)部涂層310與第二內(nèi)部涂層320電絕緣。
[0029]圖2示出通過空腔200的在環(huán)230和內(nèi)部縫隙330的區(qū)域內(nèi)的外周面280的剖面。
[0030]在空腔200的第一區(qū)段210和環(huán)230之間設(shè)有導(dǎo)電的第一封閉涂層315。在環(huán)230和空腔200的第二區(qū)段220之間設(shè)有導(dǎo)電的第二封閉涂層325。第一封閉涂層315和第二封閉涂層325可以例如由金屬構(gòu)成。第一封閉涂層315和第二封閉涂層325優(yōu)選由與第一內(nèi)部涂層310和第二內(nèi)部涂層320相同的材料構(gòu)成。第一封閉涂層315與第一內(nèi)部涂層310導(dǎo)電地連接。第二封閉涂層325與第二內(nèi)部涂層320導(dǎo)電地連接。第一封閉涂層215在空腔200的內(nèi)側(cè)240和外側(cè)250之間延伸。同樣，第二封閉涂層325在空腔200的內(nèi)側(cè)240和外側(cè)250之間延伸。
[0031]在一種實施形式中，第一封閉涂層315和第二封閉涂層325分別包括一個或多個接觸銷，此接觸銷在空腔200的內(nèi)側(cè)240和外側(cè)250之間延伸。若設(shè)置多個接觸銷，則它們優(yōu)選沿外周面280的圓周方向圍繞空腔200分布。該實施形式的優(yōu)點是，在封閉涂層315，325的材料與空腔200的區(qū)段210，220和環(huán)230的材料之間僅獲得少且小的接觸面。由此容易密封空腔200的第一區(qū)段210與環(huán)230之間的區(qū)域和在環(huán)230與空腔200的第二區(qū)段220之間的區(qū)域。尤其是封閉涂層315，325的導(dǎo)電材料與區(qū)段210，220和環(huán)230的絕緣材料的不同的熱膨脹系數(shù)不導(dǎo)致空腔200的密封的損壞。
[0032]在備選的實施形式中，第一封閉涂層315和第二封閉涂層325設(shè)計成環(huán)繞整個空腔200的外周面280的環(huán)。該實施方式有利地允許高頻功率沿空腔200的外周面280的整個外周耦合到空腔200中。因為在空腔200的第一區(qū)段210和空腔200的環(huán)230之間的第一封閉涂層315僅設(shè)計成在縱向201上的薄層，所以在該實施形式中也不會產(chǎn)生由第一封閉涂層315的材料和第一區(qū)段210和空腔200的環(huán)230的材料不同的熱膨脹系數(shù)造成的問題。這也相應(yīng)地適用于第二封閉涂層325。
[0033]空腔200不具有難以密封的接縫部位并且尤其不具有大面積的金屬-陶瓷過渡部。由此，空腔200可以以小的耗費排除空氣到一個相對空腔200的周圍環(huán)境中的空氣壓力減小的壓力。為了排除空腔200的空氣，空腔200可以具有一個或多個適合的法蘭?？涨坏牡谝簧w面260和第二蓋面270還可以具有適合的開口或窗口，帶電粒子束可以通過這些開口或窗口到達空腔200的內(nèi)部空間290中并且離開空腔200的內(nèi)部空間290。
[0034]在空腔200的外側(cè)250上，第一封閉涂層315和第二封閉涂層325可以電接觸，以便在第一封閉涂層315和第二封閉涂層325之間提供電壓。為此目的，高頻諧振器100具有驅(qū)動裝置500，該驅(qū)動裝置500在圖1和2中僅示意性示出。驅(qū)動裝置500設(shè)計用于將高頻電磁功率耦合到高頻諧振器100的空腔200中。驅(qū)動裝置500為此設(shè)計用于，在第一封閉涂層315和第二封閉涂層325之間提供高頻交變電壓并因此也在第一內(nèi)部涂層310和第二內(nèi)部涂層320之間提供高頻交變電壓。驅(qū)動裝置500優(yōu)選具有固體功率晶體管或另外的固體開關(guān)。驅(qū)動設(shè)備500特別優(yōu)選包括多個固體功率晶體管，這些晶體管在空腔200的環(huán)230的區(qū)域內(nèi)環(huán)形地環(huán)繞布置在空腔200的外周面280的外側(cè)250。
[0035]若通過驅(qū)動設(shè)備500在第一內(nèi)部涂層310和第二內(nèi)部涂層320之間提供高頻交變電壓，則在第一內(nèi)部涂層310和第二內(nèi)部涂層320中提供高頻電流。若通過驅(qū)動設(shè)備500在第一內(nèi)部涂層310和第二內(nèi)部涂層320之間提供的交變電壓的頻率相當(dāng)于高頻諧振器100的諧振頻率，則內(nèi)部涂層310，320中感應(yīng)的電流引起在空腔200的內(nèi)部空間290中激勵諧振高頻振動模式。因此,驅(qū)動設(shè)備500允許將高頻電磁功率電容耦合到高頻諧振器100的空腔200中，以便在空腔200的內(nèi)部激勵和增強諧振高頻的振動。
[0036]高頻諧振器100的空腔200有利地同時用作真空容器并且用作導(dǎo)電的內(nèi)部涂層310，320的載體，它們形成真正的諧振器。
[0037]雖然本發(fā)明詳細地通過優(yōu)選的實施例進一步說明并且描述，但本發(fā)明并不限于所公開的實施例。另外的變型可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員從中推導(dǎo)出，只要不超出本發(fā)明的保護范圍即可。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻諧振器(100)，該高頻諧振器具有由介電材料制成的、圓柱體的空腔(200)， 其中，所述空腔(200)包括第一圓柱體區(qū)段(210)、第二圓柱體區(qū)段(220)和連接所述第一圓柱體區(qū)段(210)和所述第二圓柱體區(qū)段(220)的介電環(huán)(230)， 其中，第一圓柱體區(qū)段(210)的內(nèi)側(cè)(240)具有導(dǎo)電的第一內(nèi)部涂層(310)，所述第二圓柱體區(qū)段(220)的內(nèi)側(cè)(240)具有導(dǎo)電的第二內(nèi)部涂層(320)， 其中，在所述第一圓柱體區(qū)段(210)和所述介電環(huán)(230)之間設(shè)有導(dǎo)電的第一封閉涂層(315)，在所述第二圓柱體區(qū)段(220)和所述介電環(huán)(230)之間設(shè)有導(dǎo)電第二封閉涂層(325)， 其中，所述第一封閉涂層(315)與所述第一內(nèi)部涂層(310)導(dǎo)電連接，所述第二封閉涂層(325)與所述第二內(nèi)部涂層(320)連接， 其中，所述高頻諧振器(100)包括設(shè)計用于在第一封閉涂層(315)和第二封閉涂層(325)之間提供高頻電壓的裝置(500)。
2.按權(quán)利要求1所述的高頻諧振器(100)，其中，所述第一封閉涂層(315)和/或所述第二封閉涂層(325)設(shè)計成環(huán)形。
3.按權(quán)利要求1所述的高頻諧振器(100)，其中，所述第一封閉涂層(315)和/或所述第二封閉涂層(325)設(shè)計為多個導(dǎo)電的接觸銷。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的高頻諧振器(100)，其中，所述介電環(huán)(230)垂直于所述空腔(200)的縱向(201)定向。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的高頻諧振器(100)，其中，所述介電環(huán)(230)在所述空腔(200)的縱向(201)上布置在所述空腔(200)的中央。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的高頻諧振器(100)，其中，所述裝置(500)包括固體功率晶體管。
7.按權(quán)利要求6所述的高頻諧振器(100)，其中，所述裝置(500)包括多個在外部環(huán)繞所述空腔(200)地布置在所述介電環(huán)(230)的區(qū)域內(nèi)的固體功率晶體管。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的高頻諧振器(100)，其中，所述介電材料是玻璃或陶瓷。
9.按前述權(quán)利要求之一所述的高頻諧振器(100)，其中，所述空腔(200)具有圓柱形狀。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的高頻諧振器(100)，其中，所述空腔(200)構(gòu)造為，排除空氣到一個相對所述空腔(200)的周圍環(huán)境減小的空氣壓力。
11.一種用于加速帶電粒子的粒子加速器，其中，所述粒子加速器具有按前述權(quán)利要求之一所述的高頻諧振器(100)。
【文檔編號】H05H7/18GK103947302SQ201280055675
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月13日
【發(fā)明者】M.巴克, O.海德, M.克里曼 申請人:西門子公司