[发明专利]高频电聚焦高梯度离子加速装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子加速装置，属于核能技术领域。

背景技术

漂移管型加速器是上世纪二三十年代发展起来的，是粒子加速器中常用的加速结构。其主要的加速原理是带电粒子经过加速间隙，感受到加速电场；经过半个高频周期，电场变为负电场，此时粒子进入漂移管内部，所以不会感受到负电场而被减速；同样经过下半个高频周期进入下一个加速间隙的时候，加速间隙中电场变为正电场，从而带电粒子在整个结构中是加速的。

在漂移管加速结构中，带电粒子由于受到空间电荷效应和高频散焦作用，横向包络会越来越大，从而导致束流的损失，所以需要利用外部的聚焦原件进行横向的聚束来保证束流的稳定传输。

现有技术有一种分离作用的DTL，如图1所示，该结构主要是利用独立的漂移管加速腔体和外部的四极透镜进行横向聚束。

该加速结构的主要问题在于：

1.外部的四极透镜机械长度长，导致束流的纵向品质很差，不适合高流强的离子束流加速。

2.静电四极透镜需要匹配的电源，造价比较高。

3.元件较多，稳定性比较差。

还有一种现有技术是德国GSI的IH型加速结构，该结构主要是利用一系列的漂移管进行束流的纵向加速和聚焦。然后在腔体内利用非常紧凑的静磁四极透镜进行横向的聚束。该加速结构是由一系列的工作在负相位的加速漂移管和静磁四极透镜组成。该加速结构的主要问题在于：

1.加速间隙工作在负相位来保证束流的稳定，所以加速效率较低。

2.需要额外的静磁四极透镜进行横向聚束，会大大降低腔体的结构因子，导致腔体的功耗增加，使得腔体在连续波工作模式下很难。

3.静电四极透镜需要匹配的电源。

4.腔体的加工技术难度大，尤其四极透镜在腔体内的安装准直比较困难。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种高频电聚焦高梯度离子加速装置。以解决低能高流强的离子束流的加速，避免了现有技术加速效率低、高流强离子束流加速品质差、元件多而造成的造价昂贵，稳定性差等问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高频电聚焦高梯度离子加速装置，其主要特点在于包括有在真空腔筒内设有互为垂直的四个T形板，多个漂移管通过漂移管支撑杆分别固连于两个T形板之间；多个漂移管与真空腔筒在同一个中心线上；垂直高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个垂直的T形板之间；水平高频电四极透镜相向设于漂移管之间，并固连于两个水平的T形板之间。

所述的高频电聚焦高梯度离子加速装置，真空腔筒的真空度为10^-4-10^-7Pa。

所述的高频电聚焦高梯度离子加速装置，所述的垂直高频电四极透镜与所述的水平高频电四极透镜成90度设置；所述的垂直高频电四极透镜与所述的水平高频电四极透镜设于真空腔筒中，位于所述的多个漂移管之间。

所述的高频电聚焦高梯度离子加速装置，所述的相邻两个漂移管的漂移管支撑杆互为垂直设置。

所述的高频电聚焦高梯度离子加速装置，所述的垂直高频电四极透镜为中部凸起的马鞍形，两凸起之间的最小孔径为1.5-4cm，所述的垂直高频电四极透镜长度为2cm～30cm；水平高频电四极透镜为凹下的马鞍形，两凹下之间的最大孔径为2-6cm，所述的水平高频电四极透镜长度为2cm～30cm。

所述的高频电聚焦高梯度离子加速装置，所述的漂移管的长度为1-10cm；内径为1.5cm～5cm，相邻两个漂移管之间的加速间隙距离为1-5cm。

所述的高频电聚焦高梯度离子加速装置，所述的垂直高频电四极透镜和所述的水平高频电四极透镜与相邻的漂移管之间的距离为1-5cm。

所述的垂直高频电四极透镜和所述的水平高频电四极透镜的材料为金属铜或者不锈钢镀铜。

本发明的有益效果是在强流离子束流的加速中，由于结构更加紧凑，使得束流品质更加优良；本结构将加速功能，横纵向聚焦功能结合在同一个高频结构中，腔体分路阻抗高，高频功耗大大的降低；利用零相位进行加速，加速效率更高，可以有效的降低腔体的长度，提高有效加速梯度。本发明主要是用于强流低能离子束流的加速，可用于强流加速器的注入器、工业加速器、治疗装置注入器等应用型加速装置。

附图说明

图1为现有技术有分离作用的离子加速主视图；

图2为本发明主视示意图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为图1的B-B剖面图；

图5为本发明垂直高频电四极透镜的示意图；