[发明专利]一种电流控制超宽带回旋加速器高频腔体

说明书

本发明提供了一种电流控制超宽带回旋加速器高频腔体，包括上外壳、下外壳、加速电极Dee盒、铁氧体、调谐杆和馈电结构，上外壳和下外壳结构相同，且对称布置，上外壳和下外壳的一端连接，加速电极Dee盒设置在上外壳和下外壳之间的间隙处，加速电极Dee盒两侧与外壳之间均设有缝隙，在加速电极Dee盒的上下侧分别垂直连接一个调谐杆，且一根调谐杆设置在上外壳内，另一根调谐杆设置在下外壳内，调谐杆的末端与对应的外壳连接，在每个调谐杆的外表面均包裹铁氧体，铁氧体外接直流电流源，馈电结构由上下外壳连接端插入高频腔体内部。本发明利用铁氧体加载取代了体积庞大的圆筒形频率调谐结构，通过改变铁氧体材料的电流，实现超宽带调谐。

技术领域

本发明属于粒子加速器领域，尤其是涉及一种电流控制超宽带回旋加速器高频腔体。

背景技术

回旋加速器可实现离子的加速及偏转，其中离子加速由高频腔体内部激励的高频电磁场实现。为将多种不同离子加速至指定的能量，回旋加速器的高频电磁场频率范围应为超宽带，其相对带宽可达中心频率的30％甚至70％。为实现工作频率的超宽带调谐，传统的回旋加速器采用的手段通常是在加速器高频腔体内加入频率调谐结构，频率调谐结构通常包括调谐杆，圆筒及短路片。调节短路片位置可改变调谐杆的有效长度，而调谐杆有效长度影响高频腔体的等效电感，等效电感将会影响高频腔体的谐振频率。因此通过改变调谐杆的位置，即可改变高频腔体的谐振频率，实现超宽带调谐。

为实现超宽带调谐，高频腔体的等效电感需要在较大范围内变化，这对频率调谐结构调谐能力提出了极高要求。为实现如此大范围的调谐，频率调谐结构的圆筒及调谐杆的长度将大幅加长，其长度可达高频腔体外壳高度的2至3倍之多。传统设计方案中，调谐杆通常垂直放置于高频腔体外壳之上，如图1所示。这导致为实现超宽带调谐，加入调谐杆后的高频腔体总高度可达原来的3至4倍之多。由此造成的问题主要有两点：第一，过高的调谐杆增加了加工难度及成本，不利于安装调试；第二，频率调谐结构过高将会与加速器其他子系统，如磁铁系统结构发生干涉，增大磁铁系统的设计难度。因此对于相对带宽超过30％的高频腔体而言，传统频率调谐结构难以满足设计要求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种电流控制超宽带回旋加速器高频腔体，利用铁氧体加载取代了体积庞大的圆筒形频率调谐结构，通过改变铁氧体材料的电流，即可改变腔体的等效电感，进而改变腔体的谐振频率，实现超宽带调谐。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电流控制超宽带回旋加速器高频腔体，包括上外壳、下外壳、加速电极Dee盒、铁氧体、调谐杆和馈电结构，所述的上外壳和下外壳结构相同，且对称布置，所述上外壳和下外壳之间设有间隙，所述上外壳和下外壳的一端连接，所述的加速电极Dee盒设置在上外壳和下外壳之间的间隙处，所述加速电极Dee盒左右两侧与外壳之间均设有缝隙，在加速电极Dee盒的上下侧分别垂直连接一个调谐杆，且一根调谐杆设置在上外壳内，另一根调谐杆设置在下外壳内，调谐杆的末端与对应的外壳连接，在每个调谐杆的外表面均包裹铁氧体，所述的铁氧体外接直流电流源，所述的馈电结构由上下外壳连接端插入高频腔体内部。

进一步的，所述馈电结构包括内芯和耦合电容，所述的内芯及耦合电容伸入外壳内部，且放置于加速电极Dee盒及外壳之间，在内芯上同轴设有外层导体，所述外层导体设置在外壳外部，所述外层导体与外壳连接。

进一步的，所述加速电极Dee盒为镂空扇形结构，所述上外壳和下外壳也为扇形结构。

进一步的，加速电极Dee盒的镂空处与上外壳和下外壳之间的间隙连通。

进一步的，所述铁氧体为圆环类结构。

进一步的，两个调谐杆上下正对布置。

相对于现有技术，本发明所述的一种电流控制超宽带回旋加速器高频腔体具有以下优势：