[发明专利]辐射管以及带有辐射管的粒子加速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于导引带电的粒子束的辐射管以及涉及一种带有这种辐射管的粒子加速器。

背景技术

这种辐射管尤其设计用于带电粒子的粒子加速器。带电的粒子束例如可以包括电子、原子核、电离的原子、带电的分子或者带电的分子碎片。在由辐射管围成的、导引射束的中空容积内对带电的粒子束进行加速。中空容积通常在粒子加速器运行时是真空的。为此，通常设置配属于辐射管的真空泵系统。

将中空容积和带电粒子束与环境隔开的辐射管由加速电场静电加载。随着电场的场强增大，散射电子从辐射管的内壁的表面逃逸的可能性越大。该过程首先并优选发生在所谓的晶须上。晶须是几微米直径以及高达数百微米长度的针状单晶体，其出现在所有的，尤其是金属表面上。在晶须的尖端会出现增大的电场。因此，散射电子从晶须的尖端逃逸。现在，散射电子与带电粒子束一样由电场加速。如果这些散射电子碰到辐射管的内壁，则在碰撞时触发二次电子。该过程是自激发的(selbstanfachend)。接着在内壁上出现电弧(Druchzündung)并因此导致加速带电粒子的电场扰动(Einbruch)。

为解决该技术问题，由US6331194B1公开了一种辐射管，其中，导引粒子束的中空容积直接由中空圆柱形的绝缘芯包围，该绝缘芯称作高梯度绝缘子HGI。绝缘芯包括多个由绝缘体制成的薄环(厚度约0.25mm)，所述环在端侧配设有分别一个薄金属导电层(厚度约为40000埃)。为制造绝缘芯，将各所述环组成一个中空圆柱体。在压力和温度影响下，相邻的环的相互贴靠的金属层熔化并且连接成金属圈。

HGI提高了辐射管的击穿阻抗。如果在HGI的内壁上产生了二次电子，那么HGI的相邻金属环被充电。因此，电荷分别分布在所有由二次电子直接加载的金属环上。这导致电荷在HGI的内壁上均匀化并因此导致二级电子倍增的趋势减小。

电荷在相邻的薄金属环上的分布是纯电容性的分布。该原理因此仅适用于不频繁并且短的电压脉冲。不能有效地防止金属环的充电，因为金属环是埋入绝缘芯的绝缘体中的，并因此施加的电荷仅能缓慢经过爬电距离流出。因此，直线加速器以高速加速脉冲的运行导致击穿可能性的增大。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种辐射管，该辐射管具有低的击穿可能性。本发明所要解决的技术问题还在于提供一种带有这种辐射管的粒子加速器。

就辐射管而言，该技术问题按照本发明通过权利要求1的特征组合解决。为此，导引射束的中空容积直接由中空圆柱形的绝缘芯包围。绝缘芯由起绝缘作用的基体和保持在该基体中的电导体形成。导体分为多个导体回路，该回路在不同的轴向位置完全环绕绝缘芯的周长。各个导体回路相互导电连接。

可以使用金属作为电导体，如铜、金等。例如可以使用SiO₂，Al₂O₃，聚碳酸酯、腈纶(Polyacryl)、玻璃或陶瓷作为绝缘体。

尤其可以在起绝缘作用的基体中引入依次沿着辐射管布置的金属层，例如金属板。金属层用作中间电极。金属层通过电导体相互导电连接。因此，结构基本上相当于开头提及的HGI。通过金属层的导电连接使可能击中的电子可以流出。

然而，金属层低阻抗的连接在带有这种辐射管的感应式粒子加速器中导致感应发生器的负荷并因此导致加速电压的减小。但是，通过在导体回路中导引的电导体可以保证，金属层基本上感应地耦连在辐射管表面上。这尤其在辐射管脉冲式地运行时是有利的。因此实现了绝缘子路径在附近的金属电极上的电容性耦连。但是，可能的电荷可以在短时间(但关于加速周期是长)内流出，因此即便在高重复率的情况下也能压制自发散的(selbstdivergierend)击穿过程。

现在，如果在绝缘芯朝向中空容积的内壁上产生二次电子，则多个相邻的导体回路直接并逐点地加载二次电子的电荷。现在，电荷沿周向分布在该导体回路上。因为所有的导体回路相互导电连接，电荷也分布在不直接与二次电子接触的导体回路上。因此有效地减小了二次电子倍增的可能性和绝缘子击穿的可能性。因此，带有这种辐射管的粒子加速器可以以高重复率的加速脉冲和/或提高的场能量运行，而不会明显提高击穿可能性。

辐射管相宜地由金属壳体包围。这种金属壳体例如可以由相对彼此密封的管件制成并且可以以简单的方式借助于真空泵系统真空化，以便提供导引射束的真空中空容积。但是，金属壳体也可以包括设计用于提供加速电场的装置或者形成这种装置的组成部分。

在一种相宜的扩展设计中，保持在绝缘基体上的电导体在至少一个点与金属壳体导电连接。