[发明专利]直流带电粒子加速器、利用直流电压加速带电粒子的方法及用于与其一起使用的高压电源装置

说明书

相关申请案

本申请要求在2010年12月8日提交的美国专利申请号12/962,723的优先权，该申请据此通过引用方式被并入，用于所有目的。

技术领域

本发明涉及一种直流带电粒子加速器和一种利用直流电压加速带电粒子的方法。本发明还涉及一种可以在上述加速器和方法中使用的高压电源装置。本发明涉及一种用于在离子注入装置中加速阳离子的加速器和方法。

背景技术

离子注入可能需要生成高能量和高射束电流的离子束。已知在离子注入机中使用直流加速器来提供所需的射束能量。

在已知的带电粒子加速器中，许多加速器电极限定连续的加速隙。以常规电压间隔对加速器电极施加偏压，从而控制沿着加速器长度的电压梯度。用于加速器电极的偏置电压来自连接至提供全加速器电势的高压发生器的分压器，其中全加速器电势可例如为数百千伏或超过一百万伏。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种包含加速电极的直流带电粒子加速器，其中加速电极包括端电极和至少N-1个中间电极。加速电极限定在相邻所述电极对之间的至少N个加速隙，其中N至少是3。经过调节的直流高压电源装置具有连接至限定所述N个加速隙的各自的相邻所述加速器电极对的N对输出线。该电源装置可工作以在所述N对输出线上提供互相电隔离的N个调节的高压直流输出电压，从而提供跨所述N个加速隙的间隙电压。所述N个调节的输出电压可以具有共同的值V_gap。

在实施例中，所述调节的直流高压电源装置包含互相直流隔离的N个直流电压发生器，每个所述电压发生器具有所述N对输出线中的至少一对，且布置为从递送到所述电压发生器的输入电力产生各自的所述N个调节的高压直流输出电压中的一个。直流隔离电递送装置布置为将所述输入电力递送至所述N个电压发生器，同时保持所述电压发生器之间的直流隔离。N个直流电压发生器可以包含N个直流高压电源部件，所述部件从未调节的输入电力提供所述调节的高压直流输出。

在实施例中，所述直流隔离电递送装置包含N个交流发电机，其用于将作为所述未调节的输入电力的交流电递送至各自的所述直流高压电源部件。每个所述交流发电机可以包含具有至少一个定子绕组的定子和承载至少一个转子磁铁以在所述定子中产生旋转磁场以在所述定子绕组中感生交流电流从而提供所述交流电的转子。然后，至少两个所述交流发电机的所述定子可以轴向对齐，并且所述直流隔离电递送装置包含至少一个共同的转子轴，其承载沿着所述轴轴向间隔开的所述至少两个交流发电机的所述转子，以及被连接以使所述共同的转子轴旋转的电动机。

在实施例中，所述共同的转子轴提供由所述转子轴承载的每个所述转子的电隔离。具体来说，所述共同的轴可以由电绝缘材料形成。

直流隔离电递送装置可以包含定子管，其承载沿着所述定子管轴向间隔的所述轴向对齐的定子。所述共同的转子轴从而被安装用于在所述定子管内旋转。

在实施例中，所述定子管提供由所述定子管承载的每个所述定子的电隔离。具体来说，所述定子管可以由电绝缘材料形成。

直流加速器可以是具有包含所述加速器电极的伸长加速器管的线性加速器，从而限定通过所述加速器的带电粒子的线性加速路径。然后，所述至少一个共同的转子轴可以与所述加速器管并排安装且平行于所述加速路径对齐。

在实施例中，所述交流发电机以三个组布置，每组中的所述交流发电机的所述定子轴向对齐。所述直流隔离电递送装置从而包含用于每组交流发电机的一个所述共同的转子轴，且平行于所述加速路径对齐的所述三个共同的转子轴围绕所述加速器管对称地定位。

在进一步的方面中，本发明提供包含具有各自输出端以在所述输出端产生交流电的至少两个交流发电机的高压电源装置。每个所述交流发电机包含具有至少一个定子绕组的各自的定子和承载至少一个转子磁铁以在所述定子中产生旋转磁场以在所述定子绕组中感生交流电流从而提供所述交流电的各自的转子。所述交流发电机的定子轴向地对齐，且该装置包含承载沿着所述轴轴向间隔的所述交流发电机的所述转子的共同的转子轴。电动机被连接以使所述共同的轴旋转使得每个所述交流发电机在其各自的输出端产生交流电。该装置进一步包括被连接以从每个所述交流发电机的输出端接收所述交流电的各自的直流高压电源部件，每个所述电源具有各自的输出端子对，且可工作以转换所述交流电，从而在所述各自的输出端子对产生经过调节的高压输出电压。共同的转子轴提供由转子轴承载的所述转子的电隔离。电源的输出端子可以串联在一起。