[发明专利]紧凑型高频电聚焦混合加速腔

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型紧凑型高频电聚焦混合加速腔，属于核能技术领域。

背景技术

低能离子加速器的加速结构主要包括射频四极加速器和漂移管型加速器。射频四极加速器是上世纪七十年代发展起来，主要是用于离子源引出直流束的加速和聚束，其优点是可以同时实现束流的横纵向聚焦和加速，但是缺点是在加速部分的加速效率很低，平均的加速能力约为1MeV/m，输出能量基本在3MeV左右。

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。漂移管型加速器的优点是加速效率高，约为3MeV/u，但是其缺点是不能加速直流束。另外在传统漂移管加速结构中，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，从而导致控制的复杂和成本的增加。

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紧凑型高频电聚焦混合加速腔。以解决低能直流束的离子束流的加速，避免了现有技术加速效率低、束流加速品质差、控制复杂、元件繁多等问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种紧凑型高频电聚焦混合加速腔，其主要特点在于包括有在腔筒内，在漂移管加速与高频电四极聚焦加速结构的前端设有射频四极加速结构，在漂移管加速与高频电四极聚焦加速结构的中心设有第二加速间隙，射频四极加速结构的中心设有第一加速间隙，第一加速间隙与第二加速间隙在同一条中心线上，第一加速间隙比第二加速间隙的半径小0-5mm。射频四极加速结构和漂移管加速与高频电四极聚焦加速结构，为一种混合加速结构，其中射频四极加速结构用于将束流初步加速和纵向束流成形，漂移管加速与高频电四极聚焦加速结构主要用于束流加速。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，还包括有在射频四极加速结构内设有互为垂直的四个第一电极板，电极板的端面设有正弦或T型的电极调制线；调制线横截面为双曲线型，相对第一电极板之间的最小半径为2.5-5mm,最大半径为4-20mm。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，还包括有所述的漂移管加速与高频电四极聚焦加速结构内设有互为垂直的四个第二电极板。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，还包括有所述的漂移管加速与高频电四极聚焦加速结构内设有多个漂移管，通过漂移管支撑杆固连于相对两个第二电极板之间，高频电四极透镜分布于漂移管之间；多个漂移管、高频电四极透镜与第二加速间隙在同一个中心线上；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第二电极板之间；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第二电极板之间。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，所述的第一加速间隙与第二加速间隙的真空度为10^-5-10^-7Pa。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，所述的相邻的漂移管的漂移管支撑杆互为垂直设置。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，所述的垂直高频电四极透镜端面为平直段，横截面为双曲线型，相对的第二电极板的距离为5-40mm。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，所述的漂移管的长度为5-100mm；内径为5-50mm，相邻两个漂移管之间的加速间隙距离为5-50mm。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，所述的高频电四极透镜与相邻的漂移管之间的距离为5-50mm。

所述的紧凑型高频电聚焦混合加速腔，所述的腔筒、电极板、漂移管和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：本发明的优点是该结构可以直接加速从离子源出来的直流束；由于结构紧凑，可以有效的降低腔体的长度，提高有效加速梯度，使得束流品质优良；本结构将加速，横纵向聚焦功能结合在同一个高频腔体内，腔体分路阻抗高，高频功耗大大的降低；在同一个腔体内完成束流的加速控制，可以大大的降低控制成本，便于工业化应用。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质子或重离子治疗装置注入器、工业离子注入、辐照农业、中子照相、移动中子源、硼中子治癌等应用型加速装置。

附图说明：

图1为本发明主视示意图；

图2为射频四极加速结构示意图；