DE4405561A1 - Vierpoliger linearer Radiofrequenz-Beschleuniger variabler Energie - Google Patents
Vierpoliger linearer Radiofrequenz-Beschleuniger variabler EnergieInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
vierpoligen linearen Beschleuniger variabler Energie
zur wirksamen Beschleunigung von geladenen Strahlen
niedriger Energie, der beispielsweise als Ionenim
plantationsvorrichtung usw. verwendet wird.
Fig. 1A ist eine teilweise geschnittene perspektivi
sche Ansicht eines vereinfachten gesplitteten koaxia
len linearen Radiofrequenz-Beschleuniger nach dem
Stand der Technik, der beispielsweise in "Structure
and RF Characteristics of the INS 25,5-MHz Split Coa
xial RFQ" (gesammelte Schriften von Seite 92 bis Sei
te 94), veröffentlicht in den "Proceedings of the 7th
Symposium on Accelerator Science and Technology", die
am 12.-14. Dezember 1989 stattfanden. In der Fig. 1
bezeichnen die Bezugszeichen 1 einen zylindrischen
Hohlraum, 2 Wellenelektroden als Elektroden zur Er
zeugung eines elektrischen vierpoligen Radiofrequenz
feldes zum Fokussieren und Beschleunigen von gelade
nen Partikeln, und 3 ist eine Rückplatte zum Verstär
ken der Wellenelektroden 2. 4 bezeichnet Streben oder
Stangen, die für die Verkürzung jedes Paares von sich
gegenüberliegenden Wellenelektroden 2 zu dem zylin
drischen Hohlraum 1 dienen, und 5 sind Öffnungen für
einen Vakuumabzug, zum Einleiten einer Radiofrequenz
und zum Befestigen eines Radiofrequenztuners oder
-abstimmgliedes usw. Der zylindrische Hohlraum, dem
die Wellenelektroden 2 zugeordnet sind, wird als Be
schleunigungshohlraum bezeichnet. Diese Elemente sind
aus einem Leiter hergestellt.
Fig. 1B zeigt eine perspektivische Ansicht in ausein
andergezogener Form nur der Wellenelektrode 2 nach
Fig. 1A. Fig. 1C ist eine Querschnittsansicht in
Richtung der Strahlachse des linearen Radiofrequenz-
Beschleunigers nach Fig. 1A, und Fig. 1D und Fig. 1E
sind Schnittansichten entsprechend den Schnittlinien
A-A′ und B-B′ nach Fig. 1C. Es sei erwähnt, daß in
Fig. 1A und Fig. 1D und 1E Strompfade und Pfade
des magnetischen Feldes zusammen gezeigt sind und die
Rückplatte 3 weggelassen ist.
In Fig. 2A und 2B sind Querschnitte eines Hohlraumes
des wiedereintretenden Typs (H-Hohlraum) dargestellt.
Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 6 einen inneren
Leiter. Die Fig. 3A und 3B sind Querschnittsan
sichten eines Hohlraums des wiedereintretenden Typs,
in dem die Form des inneren Leiters modifiziert ist,
und die Fig. 4A und 4B stellen Querschnittsansich
ten eines 4-Elektrodenhohlraumes ähnlich zu dem ge
splitteten koaxialen Hohlraums nach Fig. 1C dar, in
dem eine weiteres Paar von inneren Leitern entspre
chend den Fig. 3A und 3B hinzugefügt wurde.
Die Fig. 5 bis 8 stellen perspektivische Ansichten
oder Querschnittsansichten dar, in denen der Elektro
denbereich oder ein Beschleunigungshohlraum von un
terschiedlichen Arten von linearen Radiofrequenz-Be
schleunigern dargestellt sind. Fig. 5 ist die per
spektivische Ansicht der Umrisse von Winkelelektro
den. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen Elek
troden des Winkeltyps, die einen Aufbau aufweisen, in
dem zwei Metallstangen mit angespitzten Spitzen in
einem ringförmigen Leiter befestigt sind. Die Winkel
elektroden 7 sind anstelle der Wellenelektroden 2
nach Fig. 1A vorgesehen. Der Beschleunigungshohlraum,
der mit Winkelelektroden 7 versehen ist, wird als
linearer Radiofrequenz-Beschleuniger mit Winkelelek
troden bezeichnet. Fig. 6A ist eine perspektivische
Ansicht, die die Umrisse eines linearen Radiofre
quenz-Beschleunigers mit 4-Stangenelektroden zeigt,
und Fig. 6B ist eine vergrößerte perspektivische An
sicht der Form der Stangenelektroden. In der Figur
bezeichnet das Bezugszeichen 8 die Stangenelektroden,
die von den Streifen 4 abgestützt werden (Fig. 6A),
um in dem zylindrischen Hohlraum 1 zusammengesetzt zu
werden. Fig. 7A ist eine teilweise geschnittene Auf
sicht auf einen linearen Radiofrequenz-Beschleuniger
mit 4 Flügeln, und Fig. 7B ist ein Querschnitt des
selben. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 9
Flügel, deren Spitzen bzw. oberen Teile die gleichen
Formen wie die Wellenelektroden 2 aufweisen, 10 ist
ein Schleifenkoppler (Radiofrequenzsystem) zum Einge
ben einer Radiofrequenz, 11 sind Seitenabstimmglieder
und 12 ist ein Verstellmechanismus für das Abstimm
glied. Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines
Doppel-H-linearen Radiofrequenz-Beschleunigers, der
einen solchen Aufbau aufweist, bei dem zwei offene
Rohre anstelle der Flügel 9 nach den Fig. 7A und
7B und als Elektroden die Stangenelektroden 8 usw.
vorgesehen sind.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Der
lineare Radiofrequenz-Beschleuniger dient zum Fokus
sieren und Beschleunigen von geladenen Strahlen durch
ein elektrisches Radiofrequenzfeld, das üblicherweise
in der Anfangsstufe eines Hochenergie-Beschleunigers
für einen nuklearen Test usw. verwendet wird. Da der
lineare Radiofrequenz-Beschleuniger zum Fokussieren
und Beschleunigen von geladenen Partikeln durch ein
vierpoliges elektrisches Radiofrequenzfeld dient, ist
die Form der Elektroden oder der Aufbau des Beschleu
nigungshohlraums nicht auf einen beschränkt. Diejeni
gen nach Fig. 1A, Fig. 5 bis Fig. 8 sind typische,
allerdings da die sich auf den geschlitzten koaxialen
Radiofrequenz-Beschleuniger nach den Fig. 1A-1E
beziehende Vorrichtung als typisch für die Ausfüh
rungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben
wird, wird der geschlitzte koaxiale lineare Radiofre
quenz-Beschleuniger nach den Fig. 1A-1E im folgen
den detaillierter erläutert.
Die Wellenelektroden 2 nach Fig. 1B weisen eine Wel
lenform in Richtung der Strahlachse auf (diese Wel
lung wird als Modulation bezeichnet). Durch Aufbrin
gen von alternierenden Spannungen mit demselben Vor
zeichen auf gegenüberliegende Paare der Wellenelek
troden 2 und durch Aufbringen von Wechselspannungen
des umgekehrten Vorzeichens auf die anderen Paare von
Elektroden 2 wird ein vierpoliges elektrisches Feld
in der Öffnung erzeugt, die durch die vier Wellen
elektroden 2 umgrenzt wird und durch die die gelade
nen Strahlen hindurchgehen. Durch das vierpolige
elektrische Feld wird eine Fokussierkraft auf den
geladenen Strahl aufgebracht und da zusätzlich ein
elektrisches Feld durch die Wellenform in der Rich
tung des fortschreitenden Strahles erzeugt wird, wird
der Strahl durch diese Komponente beschleunigt. Da
die Wellenperiode ein proportionaler Wert zu dem Pro
dukt der Wellenlänge der Wechselspannung und der
Strahlgeschwindigkeit sein muß (der Grund dafür wird
später erläutert), ist die Wellenperiode in Überein
stimmung mit der Beschleunigung der geladenen Strah
lenlänge ausgebildet. Daher wird die Geschwindigkeit
der geladenen Strahlen durch die Frequenz der Wech
selspannung bestimmt, nachdem die Wellenelektroden 2
hergestellt sind. Das bedeutet, daß solange die Fre
quenz nicht geändert wird, auch die Energie des von
dem Beschleunigungshohlraum emittierten Strahls nicht
geändert wird. Um auf die Wellenelektroden 2 die
Wechselspannung aufzubringen, wird ein Verfahren ver
wendet, in dem eine Radiofrequenzleistung in den Be
schleunigungshohlraum geliefert wird, um eine stehen
de Welle (Resonanzzustand) herzustellen. Mit diesem
Verfahren kann wirksam die Leistung zugeführt werden.
Im folgenden wird für den gesplitteten koaxialen
Hohlraum die Art des erzeugten elektromagnetischen
Feldes beschrieben. Die Fig. 2A und 2B zeigen ei
nen Hohlraum der wiedereintretenden Art, der im all
gemeinen zur Beschleunigung geladener Partikel ver
wendet wird. In diesem Hohlraum der wiedereintreten
den Art ist der innere Leiter 6 in dem koaxialen Re
sonanzhohlraum geschnitten und in seiner Mitte ge
trennt, um ein konzentriertes elektrisches Feld in
der Lücke dazwischen zu erzeugen, so daß die Partikel
durch das elektrische Feld beschleunigt werden. Die
Verteilungen des elektrischen und des magnetischen
Feldes und die Oberflächenströme sind in der Figur
gezeigt. Die Potentialdifferenz zwischen den ge
schnittenen und getrennten inneren Leitern 6 ist
gleichmäßig über den Querschnitt des Zylinders der
inneren Leiters 6.
Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Modifikation des oben
erwähnten Hohlraums der wiedereintretenden Art, in
dem der Bereich des starken elektrischen Feldes aus
einandergezogen ist. Die Verteilung des elektromagne
tischen Feldes und der Strompfade ist die gleiche wie
diejenigen des Hohlraums nach Fig. 2A und 2B, und die
Potentialdifferenz zwischen den inneren Leitern 6 ist
gleichfalls konstant. Die Fig. 4A und 4B zeigen
einen Aufbau, in dem ein Paar von inneren Leitern
weiterhin hinzugefügt ist, und die Wellenelektroden 2
werden anstelle der inneren Leiter 6 verwendet.
Durch Verbinden von drei Hohlräumen dieses Typs wird
ein Äquivalent zu dem linearen Radiofrequenz-Be
schleuniger nach den Fig. 1A-1E realisiert. Das
elektromagnetische Feld und die Strompfade sind in
den Fig. 1A-1E dargestellt, allerdings ist die
Spannung zwischen den Wellenelektroden diejenige, die
notwendig ist, um das schon erläuterte vierpolige
elektrische Feld zu erzeugen, und ist darüber hinaus
in Richtung des fortschreitenden Strahls konstant.
Die Rückplatte 3 in Fig. 4A dient zur mechanischen
Verstärkung der Wellenelektroden 2.
In den Fig. 1C-1E werden die vier Wellenelektro
den 2 als ein Körper dargestellt, oder sie sind ur
sprünglicherweise getrennt hergestellt und dann kom
biniert. In beiden Fällen sind sie im Sinne der Ra
diofrequenz ein Körper. Somit kann durch die Zufuhr
einer Radiofrequenzleistung von einer willkürlichen
Position des Beschleunigungshohlraums eine vorbe
stimmte Potentialverteilung über die Gesamtheit der
Wellenelektroden 2 erhalten werden. Der Grund, warum
die Verbindungsflächen zwischen den Elektroden ent
sprechend den Querschnitten nach den Schnittlinien A-
A′ und B-B′ ausgebildet sind, liegt darin, daß nur
eine Vakuumabzugseinheit notwendig ist, wenn in dem
Hohlraum ein Vakuum hergestellt wird, und daß die
Radiofrequenzleistung leicht durch den Hohlraum über
tragen werden kann, wenn die Radiofrequenzleistung
von einem Bereich zugeführt wird usw. Selbst wenn
alle Bereiche der Verbindungsfläche, durch die der
Strahl nicht hindurchgeht, vollständig abgedeckt wä
re, wird die Radiofrequenzleistung zu dem anderen
Hohlraum übertragen, selbst, wenn die Radiofrequenz
leistung von einem Punkt zugeführt wird, solange als
die Wellenelektroden verbunden sind. Selbst wenn die
verbindenden Flächen, d. h. die Streifen 4, entfernt
werden, ist die Spannungsverteilung zwischen den Wel
lenelektroden die gleiche, wie bei dem oben erwähnten
Aufbau, allerdings werden in diesem Fall die Elektro
den, wenn sie lang sind, mechanisch instabil, da die
Elektroden nur an einer Seite abgestützt werden, und
dies ist daher nicht praktisch. Um daher die Elektro
den stabil festzusetzen, ist im allgemeinen die Rück
platte 3 mit den Elektroden verbunden, wobei dies in
der Darstellung nach den Fig. 1C-1E weggelassen
wird.
Um wirksam die Radiofrequenzleistung den Beschleuni
gungshohlraum zuzuführen, muß die Frequenz der Radio
frequenzleistung mit der Resonanzfrequenz des Be
schleunigshohlraums übereinstimmen. Die Resonanzfre
quenz in einem allgemein bekannten elektrischen Kreis
wird durch das Produkt einer Kapazität C und einer
parallel dazu liegenden Induktivität L bestimmt und
wird durch den folgenden Ausdruck definiert:
Im Falle dieses Beschleunigungshohlraums wird die
Kapazität C als Summe einer Kapazität CVV zwischen den
Wellenelektroden 2 und der Kapazität CVS zwischen den
Wellenelektroden 2 und den Streben 4 angegeben. Auch
wird die Induktivität L aus dem magnetischen Feld
erhalten, das die Wellenelektroden 2 umgibt, und aus
dem magnetischen Feld, das die Streben 4 umgibt, ent
sprechend dem folgenden Ausdruck.
Hier bezeichnen lm die Länge des von den Streben 4
getrennten Abstandes, rc den inneren Radius des zy
lindrischen Hohlraums 1 und rE den effektiven Radius
jeder der Wellenelektroden 2. Wenn daher die Frequenz
der Radiofrequenzleistung vorher bestimmt wird, muß
die Länge des Zwischenraums zwischen den Elektroden
und der Querschnittsbereich des zylindrischen Hohl
raums 1 in der Weise bestimmt werden, daß die Reso
nanzfrequenz in dem Beschleunigungshohlraum die glei
che wird, wie die Radiofrequenz der Leistung. Im all
gemeinen wird der Zwischenraum zwischen den Elektro
den so bestimmt, daß ein hohes elektrisches Feld
durch eine so niedrig wie möglich ausgebildete Span
nung erzeugt wird. Daher wird der Querschnitt des
zylindrischen Hohlraums in der Weise bestimmt, daß
die notwendige Resonanzfrequenz durch eine Kapazität
C erhalten wird, die durch die Lücke bestimmt wird.
Allerdings wird in der praktischen Herstellung auf
grund von Fabrikationsfehlern die Resonanzfrequenz
leicht verschoben. Um dies zu korrigieren, wird im
allgemeinen ein Abstimmglied mit einem Metallblock in
den zylindrischen Hohlraum 1 eingefügt oder herausge
zogen,und durch Einfügen oder Herausziehen, d. h. Ein
schrauben und Ausschrauben wird die Induktivität LT
entsprechend geändert, so daß die Resonanzfrequenz
fein eingestellt werden kann. Bei einem derartigen
Einstellverfahren liegt der Abstimmbereich der Reso
nanzfrequenz in bezug auf die Resonanzfrequenz unge
fähr bei 1%.
Als Elektroden können andere als die Wellenelektroden
2, beispielsweise die Winkelelektroden 7 nach Fig. 5
verwendet werden. In diesem Fall ist der Aufbau in
der Weise, daß die in den ringförmigen Leitern befe
stigten Elektroden aus zwei Metallstangen mit ange
spitzten Spitzen an der oberen und unteren oder rech
ten und linken Rückplatte 3 befestigt sind. Wie in
Fig. 5 gezeigt wird, werden die Winkelelektroden ab
wechselnd in der Weise montiert, daß bestimmte Win
kelelektroden an der oberen und unteren Rückplatte 3
und die nächsten Winkelelektroden an der rechten und
linken Rückplatte 3 befestigt sind, wodurch das vier
polige elektrische Feld zwischen den Winkelelektroden
7 erzeugt wird.
Auch wenn die Elektroden nach den Fig. 6A und 6B
vorgesehen sind, kann in dem zylindrischen Hohlraum 1
ein ähnliches vierpoliges elektrisches Feld erhalten
werden. Die Potentialverteilung berücksichtigt, daß
angenommen wird, daß die zwei Streben 4 und die zwei
zugeordneten Stangenelektroden einen Satz darstellen.
Wenn die Wurzeln (entgegengesetzt zu den Stangenelek
troden) der Streben 4 auf Erdpotential liegen, wird
ein Aufbau erhalten, der äquivalent zu dem allgemein
bekannten koaxialen Resonator ist, so daß eine Ver
teilung erzielt wird, bei der die Spannung an der
Wurzel jeder Strebe 4 null ist und die Spannung in
der Mitte jeder Stangenelektrode 8 maximal ist. Da
auch die Kapazität an der Stangenelektrode 8 sehr
groß ist, ist die Änderung der Phase an der Stangen
elektrode 8 gering, so daß die Potentialdifferenz
zwischen den Stangenelektroden 8 in dem Raum zwischen
den Streben 4 ungefähr konstant ist. Es sei bemerkt,
daß Fig. 6B eine vergrößerte perspektivische Ansicht
nur der Stangenelektroden 8 darstellt.
Bei dem Beschleuniger mit 4 Flügeln nach Fig. 7A und
7B sind die 4 Flügel, von denen jede Spitze denselben
Aufbau wie die Wellenelektrode 2 aufweist, in dem
zylindrischen Hohlraum 1 befestigt. Es sei bemerkt,
daß an beiden Endbereichen des zylindrischen Hohl
raums ein Raum vorgesehen ist, der zur Erzeugung ei
nes die Flügel 9 umgebenden magnetischen Feldes
dient. Dabei arbeiten die Spitzenbereiche der 4 Flü
gel 9 als Elektroden, um die geladenen Partikel zu
fokussieren und zu beschleunigen. Wenn die Kapazität
zwischen den Flügeln 9 längs der Strahlachse konstant
ist, ist die Spannung zwischen den Flügeln 9 auch
konstant. Das Seitenabstimmglied 11 in der Fig. 35
ist für die Einstellung der elektrischen Feldvertei
lung und der Resonanzfrequenz vorgesehen, und es
weist den gleichen Aufbau auf, wie das Abstimmglied
für die Resonanzfreqenz, das zuvor in Zusammenhang
mit dem gesplitteten koaxialen Radiofrequenz-Be
schleuniger erwähnt wurde. In den Fig. 35 und 36
ist auch ein Schleifenkoppler 10 für die Zufuhr der
Radiofrequenzleistung dargestellt.
Fig. 8 zeigt den Doppel-H-Beschleuniger, der anstelle
der Flügel 9 zwei geschlitzte Rohre aufweist, und die
Stangenelektroden nach Fig. 6B sind beispielsweise an
den geschlitzten Bereichen befestigt.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Energie des
emittierten Strahls durch Änderung der Resonanzfre
quenz (Betriebsfrequenz) verändert werden. Ein Bei
spiel des linearen Radiofrequenz-Beschleunigers nach
dem Stand der Technik wird im folgenden entsprechend
diesem Verfahren beschrieben.
Fig. 9A zeigt eine Darstellung des Umrisses eines
linearen Radiofrequenz-Beschleunigers variabler Ener
gie, wie er in "Acceleration Experiments of a Varia
ble Energy RFQ Driven by an LC-tank Circuit" (Samm
lung der Blätter von Seite 95 bis Seite 97), veröf
fentlicht in "Proceedings of the 7th Symposium on
Accelerator Science and Technology", die am 12.-14.
Dezember 1989 stattfanden, offenbart ist, und Fig. 9A
zeigt die entsprechende Schaltung. In der Figur be
zeichnet das Bezugszeichen 13 eine Induktivität
(tank-Typ), 14 eine veränderliche Kapazität und 15
eine Radiofrequenzleistungsversorgung.
Bei dem linearen Radiofrequenz-Beschleuniger varia
bler Energie ist der Beschleunigungshohlraum als gan
zes kein Resonator, sondern ein Resonanzkreis wird
durch Verbinden der variablen Kapazität 14 und der
Induktivität 13 parallel zu den Elektroden gebildet.
Da eine quasistationäre Kapazität 14 verwendet wird,
ist der Wirkungsgrad schlecht, aber es gibt den Vor
teil, daß die Resonanzfrequenz leicht und in weitem
Maße geändert werden kann.
Wenn die Wirksamkeit hinsichtlich des Durchgangs des
Strahls keine Probleme aufweist, können Strahlen mit
unterschiedlichen Energien erhalten werden, indem die
Radiofrequenzleistung in einer einzigen Beschleuni
gungskammer herabgesetzt wird. Zuerst soll ein
Strahlbeschleunigungsverfahren in dem linearen Radio
frequenz-Beschleuniger beschrieben werden. Nicht nur
der lineare Radiofrequenz-Beschleuniger, sondern je
der lineare Beschleuniger zum Beschleunigen durch
eine Radiofrequenzleistung weist einen periodischen
Aufbau aus eine Vielzahl von Zellen auf. Die Länge
jeder Zelle ist gleich dem Abstand, in dem die Phase
der Radiofrequenzleistung um π oder 2π geändert wird.
Die geladenen Teilchen werden in allen Zellen be
schleunigt. Somit wird die Zellenlänge in Überein
stimmung mit dem Anstieg der Geschwindigkeit der Par
tikel aufgrund der Beschleunigung verlängert. Im all
gemeinen wird die Radiofrequenzphase (synchronisierte
Phase ΦS), wenn die Partikel durch die Mitte jeder
Zelle hindurchgehen, so geplant, daß sie immer kon
stant ist. Das heißt, die Elektroden sind in der Wei
se entwickelt, daß die Änderung der Phase der Radio
frequenzleistung immer 2π ist, wenn das Partikel von
der Mitte einer Zelle in die Mitte der nächsten Zelle
fortschreitet (für den Fall des linearen Radiofre
quenz-Beschleunigers beträgt die Änderung π, obwohl
es vom Typ des Beschleunigungshohlraums abhängt).
Die obige Erklärung gilt für synchronisierte Parti
kel, da allerdings die einfallenden Strahlen begrenz
te Längen aufweisen, selbst wenn sie vorher gebündelt
wurden, sind die Phasen der Radiofrequenzleistung in
der Mitte jeder Zelle abhängig von den Partikeln un
terschiedlich, so daß die Energieanstiege unter
schiedlich sind. Daher werden in Übereinstimmung mit
der Entwicklung nur die synchronisierten Partikel
beschleunigt, aber die Energien der asynchronen Par
tikel werden graduell von den vorgeplanten Werten
verschoben.
Wenn jedoch die Beschleunigungsphase (ΦS) der Radio
frequenz für die synchronisierten Partikel zwischen
-90° und 0° der Kosinuswelle festgelegt wird, werden
die asynchronen Partikel anders als die synchroni
sierten Partikel beschleunigt mit Schwingungen im
Sinne von Energie und Phase um die synchronisierten
Partikel herum. Der Umlauf in einer Phasen-Energie
ebene von dem äußersten Partikel wird als "Sepa
ratrix" bezeichnet. Die dazu äußeren Partikel schwin
gen nicht in Phase, so daß in Fortschreitrichtung der
Partikel Stellen vorhanden sind, durch die sie mit
Phasen verringerter Geschwindigkeit hindurchgehen.
Als Ergebnis werden die über die äußersten Partikel
weiter außen liegenden Partikel ohne Beschleunigung
emittiert. Die "Separatrix" ist maximal, wenn ΦS =
90° ist (aber die Partikel werden im Mittel nicht
beschleunigt), und verschwindet, wenn ΦS = 0° ist.
Das heißt, wenn ΦS = 0°, werden die synchronisierten
Partikel am wirksamsten beschleunigt, und die Parti
kel um sie herum werden wiederholt beschleunigt und
verzögert, so daß die mittlere Beschleunigungsspan
nung Null wird.
Selbst wenn die Elektrodenspannungen durch Änderung
der in den Beschleunigungshohlraum eingegebenen Ra
diofrequenzleistung geändert werden, werden die Ge
schwindigkeiten (oder Energie) der synchronisierten
Partikel nicht geändert. Dies wird im folgenden be
schrieben. Die Energiezunahme eines Partikels in je
der Zelle wird durch die folgende Gleichung ausge
drückt:
ΔW∝V₀TcosΦS
V₀ bezeichnet die Spannung zwischen den Elektroden,
und T ist ein Koeffizient, der die elektrische Feld
verteilung in jeder Zelle und die Änderung der Radio
frequenzphase, wenn das Partikel durch die Zelle hin
durchgeht, berücksichtigt. Jede Zellenlänge wird auf
der Grundlage der Energieerhöhung bestimmt, die aus
dem obigen Ausdruck erhalten wird, wobei die Elektro
den entsprechend entworfen werden. Ein synchronisier
tes Partikel ist somit das Partikel, das den vorge
planten Wert ΔW erzielt, wenn es durch eine Zelle
hindurchgeht. Daher wird, selbst wenn V₀ geändert
wird, das synchronisierte Partikel in der Weise be
schleunigt, daß der obige Ausdruck ΔW konstant ist,
so daß ΦS abhängig von der Änderung von V₀ geändert
wird. Hier wird die Änderung des Koeffizienten T ver
nachlässigt. Das heißt, ein zum Zeitpunkt eines ge
änderten ΦS einfallendes Partikel wird ein synchroni
siertes Partikel, und das ursprünglich synchronisier
te Partikel wird ein asynchrones Partikel, das unter
Schwingung um das neu synchronisierte Partikel herum
im Sinne der Energie beschleunigt wird.
Wenn die Elektrodenspannung erhöht wird, schließt ΦS
unendlich mit 90°. Wenn jedoch die Elektrodenspannung
abgesenkt wird, wird, da die "Separatrix" bei ΦS = 0°
verschwindet, die Situation, in der das Partikel
nicht beschleunigt wird, nicht geändert, selbst wenn
die Spannung unter die Spannung, bei der ΦS = 0° ist,
abgesenkt wird.
Es sei bemerkt, daß die Beschleunigung nicht als Er
gebnis von wiederholten Beschleunigungen und Verzöge
rungen durchgeführt wird. Daher wird dieser Fall auf
einen linearen Beschleuniger angewandt, bei dem mehr
mals Phasenschwingungen durchgeführt werden. Bei ei
nem linearen Beschleuniger, bei dem die Phasenschwin
gung um 1 oder weniger liegt, ist die Energieaufwei
tung des emittierten Strahls groß, aber die zentrale
Energie wird geändert.
Im folgenden wird eine Beschreibung in bezug auf den
linearen Radiofrequenz-Beschleuniger gegeben. Bei
einem linearen Radiofrequenz-Beschleuniger werden im
allgemeinen kontinuierliche Strahlen eingeführt und
mit der Beschleunigung gebündelt (ΦS beträgt zuerst
90° und wird graduell dem Endwert angenähert), und,
nachdem ΦS den Endwert erreicht, werden sie bei der
Bedingung beschleunigt, bei der ΦS konstant ist. Der
Bereich, in dem ΦS konstant ist, wird als ein be
schleunigter Bereich bezeichnet. Entsprechend diesem
Verfahren kann eine größere Anzahl von Partikeln be
schleunigt werden. Der Zustand zu diesem Zeitpunkt
ist in Fig. 10 dargestellt. In der Figur stellt die
Abszisse eine Phase der Radiofrequenz und die Ordina
te die Energie dar (Ein: einfallende Energie, Eex:
emittierte Energie). Auf der linken Seite der Figur
ist eine normale Beschleunigung dargestellt, aus der
erkannt wird, daß die kontinuierlichen Strahlen mit
der Beschleunigung gebündelt werden. Zusätzlich haben
aufgrund der Phasenschwingung die gebündelten Strah
len eine gewisse Energiebreite.
Es wurde schon beschrieben, daß ΦS in Übereinstimmung
mit der Änderung der Beschleunigungsspannung von dem
geplanten Wert geändert wird. Wenn die Beschleuni
gungsspannung angehoben wird, ändert sich ΦS in Rich
tung auf -90°, und wenn sie abgesenkt wird, ändert
sich ΦS in Richtung auf 0°. Das heißt, wenn die Be
schleunigungsspannung zu niedrig wird, verschwindet
die "Separatrix" in einem Teilbereich, beispielsweise
in dem beschleunigten Bereich. Auf der rechten Seite
von Fig. 10 wird der Zustand des Verschwindens der
"Separatrix" dargestellt, wenn die Beschleunigungs
spannung um 20% gesenkt wird. Somit kann durch Pla
nen des linearen Radiofrequenz-Beschleunigers in der
Weise, daß die Phasenschwingung in dem beschleunigten
Bereich 1 oder weniger beträgt, die Energieausbrei
tung vergrößert werden, so daß es ausreicht, nur die
mit der notwendigen Energie emittierten Partikel zu
verwenden. In diesem Fall wird eine Anzahl von Parti
keln aus der "Separatrix" gezwungen, bis sie den be
schleunigten Bereich erreichen, so daß die Energie
der emittierten Strahlen extrem expandiert wird, was
darin resultiert, daß die Anzahl der Partikel in ei
ner Energiebreiteneinheit extrem klein wird.
Da der lineare Radiofrequenz-Beschleuniger nach dem
Stand der Technik wie oben beschrieben aufgebaut ist,
ist es schwierig, die Geschwindigkeit, d. h. die Ener
gie, der emittierten Strahlen in weiten Bereichen zu
ändern. Selbst wenn sie geändert werden kann, tritt
das Problem auf, daß der Beschleunigungshohlraum ei
nen schlechten Leistungswirkungsgrad aufweist oder
daß der Strahlstrom pro Energiebreiteneinheit extrem
klein ist. Wenn er in einem Bereich verwendet wird,
in dem eine variable Energie nicht notwendig ist, wie
in der Anfangsstufe eines Hochenergiebeschleunigers
für einen Nukleartest, tritt kein besonderes Problem
auf. Wenn er in einem Bereich verwendet wird, in dem
die Energie für die gleichen geladenen Partikel in
starkem Maße geändert werden muß, wie bei einer Vor
richtung zur Ionenimplantation usw., tritt das Pro
blem auf, daß ein linearer Radiofrequenz-Beschleuni
ger nicht alleine verwendet werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun
de, die obenerwähnten Probleme zu vermeiden und einen
linearen Radiofrequenz-Beschleuniger zu schaffen, mit
dem willkürlich die Energie geändert werden kann,
ohne den Leistungswirkungsgrad in dem Beschleuni
gungshohlraum abzusenken und ohne den Strahlstrom pro
Energiebreiteneinheit extrem klein zu machen.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe wird ein li
nearer vierpoliger Radiofrequenz-Beschleuniger varia
bler Energie mit einem Beschleunigungshohlraum vor
geschlagen, in dem Elektroden zum Fokussieren und
Beschleunigen von geladenen Teilchen durch ein von
den Elektroden erzeugtes vierpoliges elektrisches
Radiofrequenzfeld angeordnet sind, wobei der Be
schleunigungshohlraum durch eine im wesentlichen
senkrecht zur Strahlrichtung der geladenen Partikel
und im Sinne der Radiofrequenz in einen strahlauf
wärts gelegenen Beschleunigungshohlraum und einen
strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum ge
trennt ist und wobei der Pegel der Radiofrequenzlei
stung in dem strahlabwärts gelegenen Beschleunigungs
hohlraum niedriger gemacht wird als der Pegel in dem
strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum.
Wie oben erwähnt wird, wird bei dem Beschleunigungs
hohlraum nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Er
findung der Pegel der Radiofrequenzleistung in dem
strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum nied
riger gemacht als der Pegel der Radiofrequenzleistung
in dem strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohl
raum, wodurch die geladenen Partikel normalerweise in
dem strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
beschleunigt werden, und der Zustand der Phasenvibra
tion wird nur in dem strahlabwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum entfernt, so daß Strahlen mit
unterschiedlichen Energien und mit einer kleinen
Energieaufweitung emittiert werden können.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung beträgt das Verhältnis zwischen den Längen
des strahlaufwärts gelegenen Hohlraums und des
strahlabwärts gelegenen Hohlraums in Strahlrichtung
1 : 1.
Wie oben erwähnt, wird bei einem linearen Radiofre
quenz-Beschleuniger variabler Energie nach dem zwei
ten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Radiofre
quenzleistungsverlust in den zwei Beschleunigungs
hohlräumen ungefähr gleich gemacht werden, indem das
Verhältnis zwischen der strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungskammer und dem strahlabwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum auf 1 : 1 gesetzt wird.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden
Erfindung sind die Elektroden in der Weise geplant,
daß die Synchronisierphase in dem strahlabwärts gele
genen Beschleunigungshohlraum konstant gehalten wird.
Bei einem linearen Radiofrequenz-Beschleuniger varia
bler Energie entsprechend dem dritten Aspekt der vor
liegenden Erfindung können die Pegel der Radiofre
quenzleistung, bei denen die "Separatrix" verschwin
den, ungefähr für alle Zellen in dem strahlabwärts
gelegenen Beschleunigungshohlraum gleich gemacht wer
den, indem die Synchronisierphase in dem strahlab
wärts gelegenen Beschleunigungshohlraum durch die
Elektroden konstant gemacht wird.
Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfaßt der lineare Radiofrequenz-Beschleu
niger variabler Energie ein erstes Radiofrequenzsy
stem zum Zuführen einer Radiofrequenzleistung in den
strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum und
ein zweites Radiofrequenzsystem zum Zuführen der Ra
diofrequenzleistung zu dem strahlabwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum, wobei das erste Radiofre
quenzsystem ein selbsterregtes System und das zweite
Radiofrequenzsystem ein fremderregtes System ist, das
durch eine Frequenz betätigt wird, die durch die Re
sonanzfrequenz in dem strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum bestimmt ist.
Wie erwähnt, sind die Radiofrequenzsysteme in dem in
zwei Beschleunigungshohlräume aufgeteilten Beschleu
nigungshohlraum entsprechend dem vierten Aspekt der
vorliegenden Erfindung als selbsterregtes System (er
stes Radiofrequenzsystem) und als getrennt erregtes
System (zweites Radiofrequenzsystem) ausgebildet, das
durch eine Frequenz betrieben wird, die durch die
Resonanzfrequenz in dem strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum bestimmt ist, wodurch, selbst
wenn die Resonanzfrequenz in dem fremderregten System
aufgrund von Temperaturänderungen oder dergleichen
geändert wird, die von einer Signalerzeugungseinheit
erzeugte Frequenz abhängig von der Resonanzfrequenz
geändert wird, so daß nur eine der zwei Beschleuni
gungskammern ein Frequenzabgleichsystem aufweisen
muß, das die Resonanzfrequenz des Beschleunigungs
hohlraums auf einem der Ausgangsfrequenz der Signal
erzeugungseinheit entsprechenden Wert hält.
Entsprechend dem fünften Aspekt der vorliegenden Er
findung sind die Elektroden der Beschleunigungskammer
geschnitten und durch eine im wesentlichen senkrecht
zu der Strahlrichtung liegenden Ebene getrennt, wobei
eine zwischen den geschnittenen und getrennten Elek
troden angeordnete Trennplatte vorgesehen ist, wobei
die Trennplatte aus einem Leiter mit einem Fenster
für den Durchgang des Strahls besteht und den Quer
schnitt der Beschleunigungskammer abdeckt, wodurch
der Beschleunigungshohlraum durch eine im wesentli
chen senkrecht zur Strahlrichtung stehenden Ebene und
im Hochfrequenzsinn geteilt ist.
Die Trennplatte des linearen Beschleunigers nach dem
fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung minimiert
den Leistungsverlust in dem Beschleunigungshohlraum.
Entsprechend dem sechsten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist die in dem fünften Aspekt definierte
Trennplatte mit Löchern versehen, wobei jedes Loch so
klein ausgebildet ist, daß die Radiofrequenzleistung
nicht durch die Löcher hindurchgehen kann.
Durch Vorsehen von Löchern in der Trennplatte, durch
die die Radiofrequenzleistung nicht hindurchgehen
kann, können die getrennten Hohlräume als ein Hohl
raum im Sinne des Vakuums angesehen werden, so daß
nur ein Satz einer Abzugseinheit vorgesehen werden
muß. Weiterhin kann aufgrund der Ausbildung der Lö
cher als radial in der Trennplatte angeordnete Lang
löcher der elektrische Widerstand verringert werden,
da die Löcher in Richtung der Stromführung als offen
angesehen werden, denn die Radiofrequenzströme auf
der Trennplatte gehen vom mittleren Bereich zur Au
ßenseite und umgekehrt.
Entsprechend dem siebten Aspekt der vorliegenden Er
findung umfaßt der lineare Radiofrequenz-Beschleuni
ger variabler Energie zusätzlich zu dem fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vakuumabzugs
leitung, wobei der strahlaufwärts gelegene Beschleu
nigungshohlraum und der strahlabwärts gelegene Be
schleunigungshohlraum entsprechende Abzugsöffnungen
aufweisen und wobei die Vakuumabzugsleitung mit den
Abzugsöffnungen verbunden ist.
Durch Vorsehen des verzweigten Vakuumabzugskanals,
der mit dem strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungs
hohlraum und dem strahlabwärts gelegenen Beschleuni
gungshohlraum verbunden werden kann, ist es nicht
notwendig, ein Loch in der Trennplatte vorzusehen, so
daß der Leistungsverlust an der Trennplatte verrin
gert werden kann.
Entsprechend einem achten Aspekt der vorliegenden
Erfindung beträgt die Länge zwischen den geschnitte
nen und getrennten Elektroden entsprechend dem fünf
ten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein geradzah
liges Vielfaches der Länge einer Zelle in dem Be
schleunigungshohlraum, wobei die Länge einer Zelle
der Abstand ist, über den die Phase der Radiofre
quenzleistung um π geändert wird.
Dadurch, daß die Länge zwischen den geschnittenen und
getrennten Elektroden ein geradzahliges Vielfaches
der Länge einer Zelle beträgt, kann der Strahl in die
strahlabwärts gelegene Beschleunigungskammer mit der
Phase des von dem strahlaufwärts gelegenen Beschleu
nigungshohlraum emittierten Strahls eingegeben wer
den, so daß die Einstellung zwischen den Phasen der
Radiofrequenz der zwei Beschleunigungshohlräume nicht
notwendig ist.
Entsprechend dem neunten Aspekt der vorliegenden Er
findung umfaßt der lineare Radiofrequenz-Beschleuni
ger variabler Energie Phaseneinstellmittel zur rela
tiven Änderung der Phase der Radiofrequenzleistung in
dem strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
und der Phase der Radiofrequenzleistung in dem
strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum.
Durch Vorsehen der Phaseneinstellmittel können die
Phase der Radiofrequenzleistung in dem strahlaufwärts
gelegenen Beschleunigungshohlraum und die Phase der
Radiofrequenzleistung in dem strahlabwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum relativ zueinander geändert
werden, so daß der Abstand zwischen den geschnittenen
und getrennten Elektroden willkürlich gewählt werden
kann, wodurch der Strahlverlust an der Stelle, an der
die Elektroden geschnitten und getrennt sind, mini
miert werden kann.
Entsprechend dem zehnten Aspekt der vorliegenden Er
findung weist das den Strahl durchlassende Fenster
der Trennplatte eine Abmessung auf, die im wesentli
chen gleich der Abmessung der minimalen Strahlöffnung
von Zellen vor und nach der Trennposition ist, bei
der die Elektroden geschnitten und getrennt sind.
Durch Gleichmachen der Abmessungen des den Strahl
durchlassenden Fensters der Trennplatte und der mini
malen Strahlöffnung der Zellen kann die Beziehung
zwischen der Unabhängigkeit der zwei Beschleunigungs
hohlräume im Sinne der Radiofrequenz und der Strahl
verlust an der Stelle, an der die Elektroden ge
schnitten und getrennt sind, optimiert werden.
Entsprechend einem elften Aspekt der vorliegenden
Erfindung weisen die Elektroden Wellentäler und Wel
lenspitzen auf, wobei an der Stelle der geschnittenen
und getrennten Elektroden ein Wellental oder eine
Wellenspitze vorgesehen ist.
Durch Vorsehen eines Wellentals oder einer Wellen
spitze an der Stelle, an der die Elektroden geschnit
ten und getrennt sind, wird das elektrische Streufeld
an dieser Stelle minimiert, so daß der Einfluß des
elektrischen Streufeldes auf den Strahl minimiert
werden kann.
Entsprechend einem zwölften Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist der Umfangsbereich des den Strahl
durchlassenden Fensters der Trennplatte dünner ausge
staltet. Dadurch kann der Abstand zwischen den ge
schnittenen und getrennten Elektroden minimiert wer
den, ohne die mechanische Festigkeit der Trennplatte
zu verschlechtern.
Entsprechend einem dreizehnten Aspekt der vorliegen
den Erfindung ist der Abstand zwischen der Trennplat
te und jeder der Elektroden gleich oder größer als
der minimale Abstand zwischen benachbarten Elektro
den. Dadurch kann der Strahlverlust verringert wer
den.
Entsprechend einem vierzehnten Aspekt der vorliegen
den Erfindung wird bei einem linearen Radiofrequenz-
Beschleuniger mit 4 Flügeln der Abstand zwischen der
Trennplatte und jeder der Elektroden gleich oder grö
ßer als der halbe minimale Abstand zwischen benach
barten Elektroden gemacht. Dadurch kann der Strahl
verlust ohne das Problem einer Entladungsgrenze ver
ringert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich
nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be
schreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1A eine teilweise geschnittene perspekti
vische Ansicht eines gesplitteten koa
xialen linearen Radiofrequenz-Be
schleunigers nach dem Stand der Tech
nik,
Fig. 1B eine perspektivische vergrößerte An
sicht der in dem gesplitteten koaxia
len Radiofrequenz-Beschleuniger nach
Fig. 1A verwendeten Wellenelektroden,
Fig. 1C eine allgemeine Querschnittsansicht
des Beschleunigers nach Fig. 1A zusam
men mit den Pfaden des Stroms und des
magnetischen Feldes,
Fig. 1D eine Querschnittsansicht längs der
Schnittlinie A-A′ nach Fig. 1C,
Fig. 1E eine Querschnittsansicht längs der
Schnittlinie B-B′ nach Fig. 1C,
Fig. 2A und 2B Querschnittsansichten eines
Beschleunigungshohlraumes der wie
dereintretenden Art nach dem Stand
der Technik,
Fig. 3A und 3B Querschnittsansichten eines
Beschleunigungshohlraumes der wie
dereintretenden Art nach dem Stand
der Technik, in dem der innere
Körper nach Fig. 2A und 2B modifi
ziert ist,
Fig. 4A und 4B Querschnittsansichten eines
bekannten 4-Elektroden-Hohlraums,
die das Prinzip des gesplitteten
koaxialen Hohlraums erläutern,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines
Elektrodenteils eines linearen Radio
frequenz-Beschleunigers mit Winkel
elektroden nach dem Stand der Technik,
Fig. 6A eine perspektivische Ansicht eines
Elektrodenteils eines bekannten Radio
frequenz-Beschleunigers mit 4 Stangen
als Elektroden,
Fig. 6B eine perspektivische Ansicht im Detail
der Stangenelektroden nach Fig. 6A,
Fig. 7A eine teilweise geschnittene Frontan
sicht eines bekannten Beschleunigers
mit 4 Flügeln,
Fig. 7B eine Querschnittsansicht des bekannten
Radiofrequenz-Beschleunigers mit 4
Flügeln,
Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines bekann
ten Doppel-H-Radiofrequenz-Beschleuni
gers,
Fig. 9A eine Darstellung eines linearen Radio
frequenz-Beschleunigers variabler
Energie mit Hilfe der variablen Fre
quenz,
Fig. 9B eine Schaltungsanordnung für den Be
schleuniger nach Fig. 9A,
Fig. 10 eine erläuternde Darstellung des Zu
standes, in dem die geladenen Strahlen
gebündelt und beschleunigt werden ent
sprechend einem bekannten Radiofre
quenz-Beschleunigers,
Fig. 11 einen Aufbau eines linearen Radiofre
quenz-Beschleunigers variabler Energie
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 einen Aufbau eines Beschleunigungs
hohlraums entsprechend einem Beispiel
einer nicht geeigneten Anwendung der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 eine erläuternde Darstellung, die für
das Ausführungsbeispiel 1 ein Beispiel
der Elektrodenparameter längs der
Strahlachse zeigt, das unter Verwen
dung der Wellenelektroden als Beispiel
und der Energie zu diesem Zeitpunkt
berechnet wurde,
Fig. 14 eine erläuternde Darstellung der Ener
gieverteilung der Ausgangsstrahlen,
wenn die Elektroden nicht aufgeteilt
sind und die Elektrodenspannung ins
gesamt in dem Berechnungsbeispiel nach
Fig. 13 geändert ist,
Fig. 15 eine erläuternde Darstellung einer
Energieverteilung der Ausgangsstrah
len, wenn die Elektroden geteilt sind
und wenn nur die Elektrodenspannung in
dem strahlabwärts gelegenen Beschleu
nigungshohlraum geändert wird,
Fig. 16 eine erläuternde Darstellung, die eine
Änderung der Strahlenergie längs der
Strahlachse zeigt, wenn die Elektro
denspannung nur der stromabwärts gele
genen Beschleunigungskammer nach Fig.
15 geändert wird,
Fig. 17 einen Aufbau eines linearen Radiofre
quenz-Beschleunigers variabler Energie
entsprechend einem fünftem Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung,
Fig. 18A eine Querschnittsansicht eines linea
ren Radiofrequenz-Beschleunigers va
riabler Energie in Richtung der
Strahlachse entsprechend einem sech
sten Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung,
Fig. 18B eine Aufsicht auf die Rückplatte nach
Fig. 18A,
Fig. 18C, 18D und 18E Schnittansichten längs
der Schnittlinien C-C′, D-D′ und E-E′
nach Fig. 18A,
Fig. 19 eine Querschnittsansicht eines Be
schleunigers nach einem sechsten Aus
führungsbeispiel der vorliegenden Er
findung,
Fig. 20 eine Querschnittsansicht eines linea
ren Radiofrequenz-Beschleunigers va
riabler Energie mit 4 Stangenelektro
den entsprechend einem Ausführungsbei
spiel 6 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 21A und 21B Querschnittsansichten eines
linearen Radiofrequenz -Beschleunigers
mit 4 Flügeln entsprechend einem
sechsten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung,
Fig. 22A und 22B Querschnittsansichten eines
linearen Radiofrequenz-Beschleunigers
variabler Energie des Doppel-H-Typs
entsprechend einem Ausführungsbeispiel
6 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 23 eine Querschnittsansicht eines linea
ren gesplitteten koaxialen Radiofre
quenz-Beschleunigers variabler Energie
entsprechend einem Ausführungsbeispiel
6 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 24 eine Frontansicht einer Trennplatte,
die bei einem Beschleuniger nach einem
achten Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung verwendet wird,
Fig. 25 einen allgemeinen Konstruktionsaufbau
des Vakuumabzugssystems zur Erläute
rung eines Abzuges in dem Beschleuni
gungshohlraum entsprechend dem achten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 26 einen allgemeinen Konstruktionsaufbau
eines Vakuumabzugssystems entsprechend
einem neunten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
Fig. 27 eine erläuternde Darstellung, die die
Nähe der Stelle, an der die Elektroden
getrennt sind, zusammen mit der Ände
rung der Radiofrequenzphase zeigt ent
sprechend dem Ausführungsbeispiel 6
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 28 eine erläuternde Darstellung, die die
Nähe der Stelle, an der die Elektroden
getrennt sind, zusammen mit der Ände
rung der Radiofrequenzphase entspre
chend dem zehnten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 29 einen Aufbau eines linearen Radiofre
quenz-Beschleunigers variabler Energie
entsprechend einem elften Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 30A und 30B Querschnittsansichten, die die
Nähe der Elektrodentrennposition in
einem vierzehnten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 31A und 31B Querschnittsansichten, die die
Nähe der Elektrodentrennposition ent
sprechend einem fünfzehnten Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung zeigen,
Fig. 32A und 32B Querschnittsansichten, die die
Nähe der Elektrodentrennposition in
einem sechzehnten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen, und
Fig. 33 eine Querschnittsansicht, die die Nähe
der Spitzen der Wellenelektroden in
einem siebzehnten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. Fig. 11 ist eine Konstruktionsdarstel
lung eines linearen Radiofrequenz-Beschleunigers va
riabler Energie nach einem Ausführungsbeispiel des
ersten und dritten Aspekts der vorliegenden Erfin
dung. In der Figur ist Bezugszeichen 1 ein zylindri
scher Beschleunigungshohlraum, 31 ist ein zylindri
scher strahlaufwärts gelegener Beschleunigungshohl
raum, 32 ist ein zylindrischer strahlabwärts gelege
ner Beschleunigungshohlraum, der mit dem strahlauf
wärts gelegenen Beschleunigungshohlraum 31 verbunden
ist, und 33 ist ein Flansch zum Verbinden dieser Be
schleunigungshohläume 31 und 32. Der zylindrische
Beschleunigungshohlraum 1 ist durch eine im wesentli
chen senkrecht zu der Strahlrichtung der geladenen
Partikel gelegenen Ebene und im Radiofrequenzsinn in
den strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
31 und den strahlabwärts gelegenen Beschleunigungs
hohlraum 32 getrennt. Das Bezugszeichen 34 ist ein
Signalgenerator zum Erzeugen eines Radiofrequenzsi
gnals einer Betriebsfrequenz ungefähr gleich der Re
sonanzfrequenz der Beschleunigungshohlräume 31 und
32, und 35 bezeichnet einen Radiofrequenzverstärker
(Radiofrequenzsystem) zum Verstärken des Radiofre
quenzsignals von dem Signalgenerator 34 und für die
Zufuhr des verstärkten Signals an Schleifenkoppler 10
für die Beschleunigungshohlräume 31 und 32. Das Be
zugszeichen 36 bezeichnet Frequenztuner (Radiofre
quenzsystem) zum Korrigieren der Abweichungen in der
Resonanzfrequenz aufgrund von Herstellungsfehlern und
zum Korrigieren von Änderungen in der Resonanzfre
quenz, die verbunden sind mit Änderungen in der Stru
ktur der Beschleunigungshohlräume 31 und 32 aufgrund
einer Temperaturänderung nach der Herstellung, 37
bezeichnet Überwachungsschleifen (Radiofrequenzsy
stem) zum Überwachen der Radiofrequenzpegel in den
Beschleunigungshohlräumen 31 und 32, und 38 bezeich
net Tunersteuereinheiten (Radiofrequenzsystem) zum
Steuern der Frequenztuner in der Weise, daß die Pha
sendifferenz zwischen den Signalen von der Überwa
chungsschleife 37 und dem Signalgenerator 34 kon
stantgehalten wird. Es sei bemerkt, daß in dem Innern
der Beschleunigungshohlräume 31 und 32 dieser lineare
Radiofrequenz-Beschleuniger variabler Energie die
Wellenelektroden 2 des Beispiels nach dem Stand der
Technik, beispielsweise nach Fig. 1A bis 1E vorgese
hen sind.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Der
jeweilige Innenraum der Beschleunigungshohlräume 31
und 32 weist den Aufbau entsprechend Fig. 1C in bei
spielhafter Weise entsprechend dem Stand der Technik
auf, und die geladenen Strahlen gehen durch die Wel
lenelektroden 2. Hier ist die Form des Querschnitts
der Beschleunigungshohlräume 31 und 32 nicht auf ei
nen Kreis beschränkt, sondern kann beispielsweise ein
Viereck sein. Der strahlaufwärtsgelegene Beschleuni
gungshohlraum 31 und der strahlabwärtsgelegene Be
schleunigungshohlraum 32 sind voneinander unabhängig
im Sinne der Radiofrequenz, so daß die Radiofre
quenzpegel (Elektrodenspannungspegel) in dem jeweili
gen Beschleunigungshohlraum 31 und 32 unabhängig von
einander durch die mit dem jeweiligen Hohlraum ver
bundenen Radiofrequenzverstärker 35 eingestellt wer
den können. Die Beschleunigungskammer 1 sieht aus wie
ein Beschleunigungshohlraum aufgrund der Vereinfa
chung, allerdings umfaßt er zwei getrennte Hohlräume
31 und 32 im Sinne der Radiofrequenz.
Um den Beschleunigungshohlraum 30 zu teilen, kann in
diesem Zusammenhang ein Verfahren berücksichtigt wer
den, durch das, wie in Fig. 12 gezeigt wird, zwei
vollständig unabhängige Beschleunigungshohlräume 31
und 32 durch einen Vakuumkanal 39 miteinander gekop
pelt sind. Da allerdings im allgemeinen der lineare
Radiofrequenz-Beschleuniger im niedrigen Energiebe
reich (niedrige Geschwindigkeit) verwendet wird und
da eine starke Fokussierkraft auf die geladenen
Strahlen aufgebracht wird, werden die geladenen
Strahlenbündel unmittelbar nach dem Verlassen des
Beschleunigungshohlraums expandiert. Daher wird, wenn
das Verfahren nach Fig. 12 angewandt wird, es notwen
dig, einen Fokussiermagneten um den Vakuumkanal 39
herum vorzusehen. Da darüber hinaus das Strahlenbün
del expandiert, muß ein gewisses Maß an Bündelung
erneut in dem strahlabwärts gelegenen Beschleuni
gungshohlraum 32 durchgeführt werden, so daß nicht
nur der Entwurf der Elektroden komplex wird, sondern
auch die Vorrichtung nicht effizient ist.
Der in Fig. 11 gezeigte Verbindungsbereich kann so
ausgelegt werden, daß der strahlaufwärts- und der
strahlabwärtsgelegene Hohlraum 31, 32 direkt mitein
ander verbunden sind, ohne den Vakuumkanal 39 nach
Fig. 12 zu benutzen, oder er kann so ausgelegt wer
den, daß nur ein Körper vorgesehen ist, dessen Innen
raum in den strahlaufwärts- und den strahlabwärts g
elegenen Beschleunigungshohlraum 31, 32 im Sinne der
Radiofrequenz getrennt ist. Das Verfahren für die
Trennung ist nicht begrenzt.
Hier in dem Ausführungsbeispiel 1 ist das Radiofre
quenzsystem ein übliches, in dem das Signal von dem
Signalgenerator 34 zur Erzeugung eines Radiofrequenz
signals durch die zwei Radiofrequenzverstärker 35
verstärkt wird und in den strahlaufwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum 31 und den strahlabwärts gel
egenen Beschleunigungshohlraum 32 eingeleitet wird.
Die Radiofrequenz-Leistungsversorgung 15, die in dem
konventionellen Beispiel gezeigt wird, ist eine Ein
heit einschließlich diesen Signalgenerator 34 und den
Radiofrequenzverstärkern 35. Die elektrische Kopplung
zwischen den Radiofrequenzverstärkern 35 und den Be
schleunigungshohlräumen 31, 32 werden im allgemeinen
durch die Schleifenkoppler 10 realisiert.
Bei den Frequenztunern 36 können beispielsweise Me
tallblöcke in den Beschleunigungshohlraum 31 bzw. 32
eingeführt oder aus diesen herausgezogen werden, wo
bei das Prinzip dem der konventionellen Seitentuner
11 entspricht. Die Anzahl der Frequenztuner 36 ist
nicht auf eins begrenzt. Die Frequenztuner 36 dienen
zur Korrektur eines Fehlers in der Resonanzfrequenz
aufgrund eines Fabrikationsfehlers usw. in den Be
schleunigungshohlräumen 31 und 32 und zum Korrigieren
einer Schwankung der Resonanzfrequenz, die aufgrund
einer Änderung der Temperatur usw. während des Be
triebes erzeugt wird. In bezug auf die Fehler der
Resonanzfrequenz aufgrund des Herstellungsfehlers
können die Frequenztuner 36 als feststehend ausgebil
det sein, da es ausreicht, den Fehler nur einmal nach
der Herstellung zu korrigieren. Die Schwankung auf
grund der Temperaturänderung während des Betriebes
muß allerdings zu jeder Zeit korrigiert werden, so
daß der Tuner ein beweglicher Tuner sein muß. Bei dem
Korrekturverfahren wird die Phasendifferenz zwischen
dem von dem Signalgenerator 34 ausgegebenen Frequenz
signal und der Radiofrequenz in den Beschleunigungs
hohlräumen 31 und 32 immer gemessen, und die Fre
quenztuner 36 oder Abstimmglieder werden in die Be
schleunigungshohlräume 31 und 32 eingefügt oder aus
diesen herausgezogen, so daß die Phasendifferenz auf
einem bestimmten konstanten Wert gehalten wird. Die
ses Verfahren verwendet das Prinzip, bei dem die
obenerwähnte Phasendifferenz sich in Übereinstimmung
mit der Änderung der Resonanzfrequenz in den Be
schleunigungshohlräumen 31 und 32 ändert. Die Erfas
sung der Phasendifferenz und die Steuerung der Fre
quenztuner 36 (Abgleichglieder) werden durch die Tu
nersteuereinheit 38 durchgeführt.
Als nächstes wird ein Beispiel des Strahlsimulations
ergebnisses, das die obenerwähnte Beschleunigungskam
mer verwendet, beschrieben. Als erstes sind die Elek
troden normalerweise für die maximale Emissionsener
gie entwickelt. In Fig. 13 ist ein erläuterndes Dia
gramm dargestellt, in dem Elektrodenparameter längs
der Strahlachse und die Änderung der Strahlenergie
gezeigt werden, d. h. es wird ein Beispiel der Elek
trodenparameter längs der Strahlachse und die Strah
lenergie zu dem Zeitpunkt gezeigt, wenn eine Berech
nung unter Verwendung der Wellenelektroden 2 als ein
Beispiel durchgeführt wird. In diesem Zusammenhang
wird angenommen, daß das beschleunigte Partikel eine
Phosphorladung (P, die Massenzahl ist 31) ist, und
die Betriebsfrequenz wird zu 25 MHz angenommen. Hier
ist m eine Größe, die den Grad der Wellung der Elek
troden ausdrückt. Wenn keine Wellung vorhanden ist,
ist m = 1, und in diesem Fall ist keine elektrische
Feldkomponente (Beschleunigungskomponente) in Rich
tung der Strahlachse vorhanden. Je größer die Tiefe
der Welle ist, um so größer ist der Wert m und die
Beschleunigungskomponente.
ΦS ist eine Synchronisierphase, die von -90° startet,
um wirksam die Gleichstromstrahlen zu fangen und die
auf einem konstanten Wert gehalten wird, nachdem die
Strahlen gebündelt wurden. Wie die Synchronisierphase
ΦS während des Bündelns zu ändern ist, ist abhängig
von der notwendigen Art der Leistung unterschiedlich,
und da dies nicht direkt auf die vorliegende Erfin
dung bezogen ist, wird diese Beschreibung hier wegge
lassen. In diesem Ausführungsbeispiel ist allerdings
ein spezifisches Verfahren verwendet, bei dem, nach
dem eine Bündelung bei einer Synchronisierphase ΦS
=-25° durchgeführt wurde, ΦS auf -15° geändert wird,
und danach wird sie konstant gehalten. Dies liegt
daran, da die Berechnung ein Berechnungsprogramm ver
wendet, das mit einer Grenzbedingung bei dem Verfah
ren zur Änderung der Synchronisierphase ΦS versehen
ist, und wenn die Berechnung bei der Synchronisier
phase von -15° nach der Bündelung durchgeführt wird,
ist das Ergebnis, daß keine normale Lösung vorhanden
ist und daher wird die Berechnung bei einem Wert
von -25° durchgeführt. Dabei ist der Wert der Syn
chronisierphase ΦS um so kleiner, je kleiner die
Separatrix ist, so daß ein Strahlverlust leicht für
einen Fabrikationsfehler und dergleichen erzeugt
wird. Daher wird im allgemeinen der endgültige Wert
so gewählt, daß er ungefähr einen Wert zwischen -30°
und -20° annimmt. Der Wert von -15° ist allerdings
für den linearen Radiofrequenz-Beschleuniger varia
bler Energie entsprechend der vorliegenden Erfindung
effektiv, da, je kleiner der Wert ist, um so größer
ist der Beschleunigungswirkungsgrad, und die Separa
trix kann durch einen leichten Abfall der
Elektrodenspannung eliminiert werden.
Es sei bemerkt, daß die Elektrodenspannung (die Span
nung zwischen den Elektroden) als konstant längs der
Strahlachse angenommen wird. Die Beschleunigungsspan
nung allerdings ist 0, wenn der Wert m nach Fig. 13,
der den Grad der Wellung der Wellenelektroden 2 an
gibt, 1 ist. Je größer der Wert m ist, um so größer
wird die Beschleunigungsspannung. Daher ändert sich
die Beschleunigungsspannung längs der Strahlachse.
Dies dient dazu, die Bündelung effektiv durchzufüh
ren.
Fig. 14 ist eine erläuternde Darstellung der Energie
verteilung der Ausgangsstrahlen, wenn ein einziger
Hohlraum nicht im Sinne der Radiofrequenz durch Elek
trodenparameter geteilt ist und die Elektrodenspan
nung sowohl in der strahlaufwärts liegenden Beschleu
nigungskammer 31 und in der strahlabwärts liegenden
Beschleunigungskammer 32 geändert wird.
Fig. 15 zeigt eine Energieverteilung der Ausgangs
strahlen, wenn nur die Elektrodenspannung des strom
abwärtsgelegenen Beschleunigungshohlraums geändert
wird. Fig. 16 zeigt die Änderung der Strahlenergie
längs der Strahlachse, wenn die Elektrodenspannung
abgesenkt wird.
Wenn der Hohlraum nicht im Sinne der Radiofrequenz
durch Elektrodenparameter geteilt ist, sondern die
Elektrodenspannung über den Hohlraum geändert wird,
d. h. wenn der Pegel der Radiofrequenzleistung in ei
nem in dem Beispiel nach dem Stand der Technik er
wähnten einzigen Hohlraum geändert wird, wird die
Energieverteilung der Ausgangsstrahlen so, wie in
Fig. 14 gezeigt ist. In Fig. 14 stellt die Abszisse
die Energie der emittierten Strahlen und die Ordinate
die Strahlstärke dar. Die mit unterschiedlichen Elek
trodenspannungen durchgeführten Ergebnisse der Be
rechnungen sind dargestellt. Vn ist ein in bezug auf
die Elektrodenspannung (beabsichtigter Wert) normier
ter Wert, durch den die maximale Emissionsenergie
erhalten werden kann, und Vn = 1 ist der beabsichtig
te Wert. Die Berechnung wurde in bezug auf 100 Parti
kel durchgeführt, und die Zahl der Partikel, die in
jedem Energieintervall von 10% der maximalen Emis
sionsenergie (1,58 MeV) vorhanden ist, ist gezeich
net. Da in diesem Fall die gesamte Zahl der Partikel
100 ist, hat es die gleiche Bedeutung wie %.
Aus Fig. 14 ist zu sehen, daß, da der Wert Vn ab
nimmt, die Energie verringert wird, aber die Energie
ausbreitung expandiert wird. Wenn die geladenen
Strahlen für eine Ionenimplantation verwendet werden,
haben die Tiefen der implantierten Ionen eine große
Breite, so daß nur die Ionen mit einer gewissen zu
lässigen Energieausbreitung verwendet werden, was
natürlich darin resultiert, daß die Anzahl der Ionen,
die verwendet werden können, klein ist. Da zusätzlich
die Energieverteilung der Strahlen sich abhängig von
einer leichten Änderung der Elektrodenspannung stark
ändert, ist die Steuerung des Radiofrequenzsystems
schwierig. Fig. 14 zeigt auch die Ergebnisse, wenn
die Elektrodenspannung angehoben wird. Es kann gese
hen werden, daß die zentrale Energie ungefähr unver
ändert ist.
Wenn dagegen entsprechend dem vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiel 1 die Elektrode bei der durch die ge
strichelte Linie in Fig. 13 dargestellten Position in
zwei geteilt wird und wenn nur die Elektrodenspannung
des strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraums
geändert wird, d. h. wenn der Pegel der Radiofrequenz
leistung in dem strahlabwärts gelegenen Beschleuni
gungshohlraum 32 niedriger gemacht wird, als der Pe
gel der Radiofrequenzleistung in dem strahlaufwärts
gelegenen Beschleunigungshohlraum 31, ist die Ener
gieverteilung der Ausgangsstrahlen so, wie in Fig. 15
dargestellt ist. Obwohl in diesem Fall die Energie
aufweitung abhängig von dem Wert Vn leicht expandiert
ist, da alle Energiebänder scharfe Spitzen der Anzahl
der Partikel haben, kann gesehen werden, daß die
Energie abgesenkt werden kann, ohne in starkem Maße
die Strahlstärke in bezug auf eine willkürliche Ener
giebreite abzusenken. Hier wird die Berechnung für
die strahlaufwärtsgelegene Elektrode bei der Bedin
gung von Vn = 1 durchgeführt. Fig. 16 zeigt, daß die
Energieänderung längs der Strahlachse leicht ver
ständlich ist.
Da in dem Ausführungsbeispiel 1 die Synchronisierpha
se ΦS in der strahlabwärts gelegenen Elektrode kon
stant ist, sind die Elektrodenspannungen ungefähr die
gleichen für alle Zellen in den strahlabwärts geleg
enen Elektroden, wenn die Separatrix verschwunden
ist, wodurch die effizienten Elektrodenparameter
leicht bestimmt werden können.
Es sei bemerkt, daß in dem obenerwähnten Ausführungs
beispiel 1, wie in Fig. 13 gezeigt wird, der strahl
abwärtsgelegene Beschleunigungshohlraum 32 (strahl
abwärts gelegene Elektrode) kürzer ist als der
strahlaufwärts gelegene Hohlraum 31 (strahlaufwärts
gelegene Elektrode), allerdings können beide Längen
so gewählt werden, daß sie ungefähr gleich sind. Wenn
dies gemacht wird, können die Leistungsverluste in
den beiden Beschleunigungshohlräumen 31 und 32 unge
fähr gleichgemacht werden, so daß es ausreicht, die
zwei Radiofrequenzleistungsverstärker 35 mit dersel
ben Spezifikation vorzusehen, wodurch ein Vorteil
hinsichtlich der Verringerung der Kosten erzielt
wird. In der Praxis können die in Fig. 13 gezeigten
Parameter beispielsweise so geändert werden, daß die
Längen des strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungs
hohlraums 31 und des strahlabwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraums 32 ungefähr die gleichen sind.
In diesem Fall wird die Emissionsenergie natürlich
erhöht, allerdings kann, solange als die Länge des
verlängerten Teils des strahlabwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraums 32 kleiner ist als ungefähr
eine Periode der Phasenschwingung, eine ähnliche Wir
kung wie im Ausführungsbeispiel 1 erhalten werden. In
diesem Fall tritt allerdings der Nachteil auf, daß
eine Eingrenzung im Einstellen der Elektrodenparame
ter vorhanden ist. Beispielsweise liegt die Ein
schränkung vor, daß die Emissionsenergie nicht will
kürlich gewählt werden kann. Wenn die Emissionsener
gie fest ist, wird die Optimierung der Parameter
längs der Strahlachse schwieriger.
Dieses Ausführungsbeispiel 2 entspricht dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 wird
die Synchronisierphase ΦS in dem strahlabwärts geleg
enen Beschleunigungshohlraum 32 dargestellt, als ob
sie konstant wäre, wenn allerdings der Bereich der
existierenden Strahlen in bezug auf die Separatrix
auf eine bestimmte Größe zur Zeit von ΦS = -25° bei
spielsweise reduziert wird, kann eine ähnliche Wir
kung wie in dem Ausführungsbeispiel 1 erhalten wer
den, indem der strahlabwärtsgelegene Beschleunigungs
hohlraum 32 nach diesem Punkt gemacht wird und indem
ΦS graduell auf den endgültigen Wert in der strahl
abwärts gelegenen Beschleunigungskammer 32 geändert
wird. Wenn Vn während eines Bündelungsprozesses ge
ändert wird, in dem die Separatrix und der Bereich,
in dem die Strahlen vorhanden sind, ungefähr gleich
sind, wird die Energieaufweitung in der gleichen Wei
se wie in dem Beispiel nach dem Stand der Technik
expandiert.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 wird,
obwohl der gesplittete koaxiale lineare Radiofre
quenz-Beschleuniger verwendet wird, eine ähnliche
Wirkung wie in dem obigen Ausführungsbeispiel erhal
ten, indem ein linearer Radiofrequenz-Beschleuniger
eines anderen Typs verwendet wird, wie beispielsweise
ein Typ mit 4-Stangenelektroden, mit Winkelelektro
den, mit Doppel-H-Elektroden usw.
Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel 5 der vor
liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich
nung beschrieben. Fig. 17 ist eine Darstellung des
Aufbaus, der einen linearen Radiofrequenz-Beschleuni
ger variabler Energie entsprechend einem Ausführungs
beispiel des vierten Aspekts der vorliegenden Erfin
dung zeigt, in dem der Beschleunigungshohlraum den
gleichen Aufbau wie der im Ausführungsbeispiel 1 auf
weist. Der Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel 1
liegt darin, daß das Radiofrequenzsystem in einem der
Beschleunigungshohlräume 31 und 32 und in diesem Fall
in dem strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohl
raum 31 ein selbstschwingendes System ist. In Fig. 17
bezeichnet das Bezugszeichen 50 eine Phaseneinstell
einheit (Radiofrequenzsystem) zum spontanen Oszillie
ren des strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohl
raums 31 mit seiner Resonanzfrequenz, indem eine ge
schlossene Schleife durch Änderung der von einer
Überwachungsschleife 37 erfaßten Phase der Radiofre
quenz gebildet wird, um sie an den Signalgenerator 34
rückzukoppeln. Es sei bemerkt, daß die anderen Teile
dieselben sind und dieselben Bezugszeichen wie im
Ausführungsbeispiel 1 tragen, und daher wird ihre
Beschreibung weggelassen.
Im folgenden wird die Funktionsweise erläutert. Die
Struktur der Beschleunigungshohlräume 31 und 32 wird
im allgemeinen abhängig von der Änderung der Tempera
tur geändert, so daß die Resonanzfrequenz geändert
wird. Da der Q-Wert der Beschleunigungshohlräume 31
und 32 des Typs der Hohlraumresonanz hoch ist, wird
die Eingangsimpedanz stark geändert, wenn die Fre
quenz der Eingangsradiofrequenzleistung nicht mit der
Resonanzfrequenz übereinstimmt, so daß die Radiofre
quenz nicht eingegeben werden kann. Daher sind, wie
in dem Ausführungsbeispiel 1 gezeigt wird, im allge
meinen die Frequenzabstimmglieder 36 vorgesehen, um
die Schwankung der Resonanzfrequenz zu korrigieren,
damit diese konstant ist. In diesem Fall ist die Fre
quenz des Signals vom Signalgenerator 34 fest. Ein
solches System wird als getrennt schwingendes System
bezeichnet.
Wie dagegen in Fig. 17 gezeigt wird, wird die Radio
frequenzleistung in dem strahlaufwärts liegenden Be
schleunigungshohlraum 31 durch die Überwachungs
schleife 37 erfaßt, und die Phase der Radiofrequenz
leistung wird durch die Phaseneinstelleinheit 50 ge
eignet geändert und an den Signalgenerator 34 zurück
geliefert, um die geschlossene Schleife zu bilden,
wodurch der strahlaufwärtsgelegene Beschleunigungs
hohlraum 31 bei seiner Resonanzfrequenz schwingt. In
diesem Fall spielt der Signalgenerator 34 nicht die
Rolle eines Signalgenerators, sondern nur die eines
Vorverstärkers. Dies ist äquivalent zu dem Prinzip
eines selbstschwingenden Oszillators in der Elektro
nik, der spontan durch geeignete Änderung der Phase
des Ausgangssignals des Verstärkers und durch Rück
führen desselben zu der Eingangsseite oszilliert. Ein
derartiges Radiofrequenzsystem ist ein selbstschwin
gendes System. Wenn somit in diesem selbstschwingen
den System die Resonanzfrequenz des strahlaufwärts
gelegenen Beschleunigungshohlraums 31 aufgrund einer
Temperatur oder dergleichen geändert wird, wird
gleichfalls die Betriebsfrequenz geändert.
Auf der anderen Seite wird das Radiofrequenzsystem in
dem strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
32 so ausgeführt, daß es ein getrennt schwingendes
System ähnlich zu dem im Fall des Ausführungsbei
spiels 1 ist, so daß er durch die durch die Resonanz
frequenz des strahlaufwärts gelegenen Beschleuni
gungshohlraums 31 in dem selbstschwingenden System
bestimmten Frequenz angetrieben wird. Hier wird, wenn
die Betriebsfrequenz geändert wird, die Strahlenergie
gleichfalls geändert. Die Änderung der Energie auf
grund der Änderung der Temperatur usw. ist allerdings
vernachlässigbar klein, so daß keine Schwierigkeiten
auftreten, wenn die Vorrichtung nur als eine Ionen
implantationsvorrichtung verwendet wird, da die Be
schleunigungshohlräume 31 und 32 im allgemeinen ge
kühlt werden.
Durch Verwendung einer derartigen Selbstschwingung
sind das Frequenzabstimmglied 36 und die Abstimmsteu
ereinheit 38 in dem strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum 31 nicht notwendig, so daß
nicht nur Kosten gesenkt werden können, sondern auch
die Steuerung des Betriebes vereinfacht werden kann.
Wenn das gleiche Radiofrequenzsystem in dem strahl
abwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum 32 als
selbstschwingendes System vorgesehen wird, ist das
Frequenzabstimmglied 36 nicht notwendig. In diesem
Fall wird allerdings der lineare Radiofrequenz-Be
schleuniger bei zwei Frequenzen betrieben, so daß die
Phasendifferenz zwischen den zwei Beschleunigungs
hohlräumen 31 und 32 mit der Zeit geändert wird, wo
durch ein großer Strahlverlust bewirkt wird. Daher
wird für die strahlabwärtsgelegene Beschleunigungs
kammer 32 das getrennt schwingende System gewählt,
das mit der durch den strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum bestimmten Frequenz betrieben
wird.
Es sei bemerkt, daß indem der strahlaufwärts gelege
nen Beschleunigungshohlraum 31 als getrennte Schwin
gung und der strahlabwärtsgelegene Beschleunigungs
hohlraum als Selbstschwingung gemacht wird, die glei
che Wirkung erzielt wird. In dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel weist der strahlaufwärtsgelegene
Beschleunigungshohlraum 31 kein Frequenzabstimmglied
36 auf, allerdings wird, wenn die Möglichkeit auf
tritt, daß die Resonanzfrequenz aufgrund von Fabrika
tionsfehlern oder dergleichen von dem erwarteten Wert
abweicht, das Frequenzabstimmglied 36 zum Einstellen
der Resonanzfrequenz vorgesehen. In diesem Fall kann,
da die Einstellung im allgemeinen nur einmal unmit
telbar nach der Herstellung vorgenommen wird, das
Frequenzabstimmglied 36 nach Art eines feststehenden
Abstimmglieds ausgebildet sein, das kostengünstiger
ist oder, selbst wenn es ein veränderbares Abstimm
glied ist, kann es sehr einfach sein.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel 6 der vor
liegenden Erfindung in bezug auf die Zeichnung be
schrieben. In Fig. 18A wird ein Querschnitt der Be
schleunigungshohlräume 31 und 32 längs der Strahlach
se eines linearen Radiofrequenz-Beschleunigers varia
bler Energie entsprechend einem Ausführungsbeispiel
des fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung darge
stellt, in dem als Beispiel ein gesplitteter Koaxi
altyp gezeigt wird. Fig. 18B ist eine Seitenansicht,
die die Rückplatte 3 nach Fig. 18A zeigt. Fig. 18C
bis 18E sind Querschnittsansichten senkrecht zur
Strahlachse, wobei Fig. 18C der Querschnitt längs der
Schnittlinie C-C′, Fig. 18D der Querschnitt längs der
Schnittlinie D-D′ und Fig. 18E der Querschnitt längs
der Schnittlinie E-E′ ist. In den Figuren bezeichnet
das Bezugszeichen 51 eine Trennplatte, die den gesam
ten Querschnitt der Beschleunigungshohlräume zur
Trennung im Sinne der Radiofrequenz des strahlauf
wärts gelegenen Hohlraums 31 von dem strahlabwärts g
elegenen Hohlraum 32 abdeckt, und 52 ist ein Fenster
für den Durchgang des Strahls, das im mittleren Be
reich der Trennplatte 51 für den Durchgang der gela
denen Strahlen vorgesehen ist. Die Bezugszeichen 1-4
sind die gleichen wie die in dem Ausführungsbei
spiel nach dem Stand der Technik und ihre Erklärung
wird daher weggelassen.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Das
strukturelle Prinzip des gesplitteten koaxialen Be
schleunigungshohlraums ist dasselbe wie dasjenige,
das in dem Beispiel nach dem Stand der Technik be
schrieben wurde. Der Unterschied zum Stand der Tech
nik liegt darin, daß die Trennplatte 51 um den zen
tralen Bereich des zylindrischen Hohlraums 1 vorgese
hen ist und daß die Wellenelektroden 2 auch an diesem
Punkt getrennt sind. Die Trennplatte 51 weist, wie in
Fig. 18E gezeigt wird, eine Scheibenform auf, um den
Querschnitt des zylindrischen Hohlraums 1 abzudecken,
und hat in ihrem mittleren Bereich das Fenster 52 für
den Durchgang der Strahlen. Die Trennplatte 51 ist in
Kontakt mit den Seitenwänden des zylindrischen Hohl
raums 1. Wenn der Kontaktbereich aus einem Radiofre
quenzleiter oder dergleichen gemacht ist, ist dies
wirksamer, da der Radiofrequenzwiderstand weiter
kleiner gemacht werden kann.
Die strahlaufwärtsgelegene Wellenelektrode 2 und die
strahlabwärtsgelegene Wellenelektrode 2 sind in Kon
takt mit der Trennplatte 51, wie in Fig. 18A gezeigt
wird. Daher sind die strahlaufwärtsgelegene Wellen
elektrode 2 und die strahlabwärtsgelegene Wellenelek
trode 2 durch die Trennplatte 51 senkrecht zu der
Strahlachse getrennt. Somit führt die Trennplatte 51
als Äquivalent eine gleiche Rolle wie die Stangen
oder Streifen 4 aus, die in den Fig. 18C und 18D
gezeigt sind. Die Trennplatte 51 deckt jedoch die
gesamte Fläche des Querschnitts des zylindrischen
Hohlraums 1 mit der Ausnahme des Fensters 52 für den
Durchgang der Strahlen ab, so daß die magnetische
Kopplung zwischen dem strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum 31 und dem strahlabwärts geleg
enen Beschleunigungshohlraum 32 extrem schwach ist.
Darüber hinaus ist das Fenster 52 für den Durchgang
der Strahlen so klein, daß die getrennten Wellenelek
troden 2 sich nicht gegeneinander sehen können. Daher
ist die kapazitive Kopplung zwischen den getrennten
Wellenelektroden 2 gleichfalls sehr schwach. Selbst
wenn daher eine Radiofrequenzleistung nur dem strah
laufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum 31 bei
spielsweise zugeführt wird, wird sie nicht an den
strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum 32
übertragen. Daher können die Pegel der Radiofrequenz
leistung in dem strahlaufwärts gelegenen Beschleuni
gungshohlraum 31 und dem strahlabwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum 32 unabhängig voneinander ge
ändert werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden
Wellenelektroden 2 verwendet, allerdings kann der
gleiche Effekt durch die Verwendung von Winkelelek
troden, 4-Stangenelektroden, 4-Flügelelektroden, Dop
pel-H-Elektroden usw. erhalten werden, wie sie in den
Beispielen des Standes der Technik gezeigt werden.
Die jeweiligen Querschnittsansichten sind in den Fig. 19-23
dargestellt. Fig. 19 ist eine Quer
schnittsansicht für ein Ausführungsbeispiel, bei dem
Winkelelektroden verwendet werden, Fig. 20 zeigt eine
Querschnittsansicht eines linearen Radiofrequenz-Be
schleunigers mit 4-Stangenelektroden, Fig. 21A und
21B zeigen Querschnittsansichten von einem linearen
Radiofrequenz-Beschleuniger mit 4-Flügelelektroden
und die Fig. 22A und 22B zeigen einen linearen
Radiofrequenz-Beschleuniger mit Doppel-H-Elektroden.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 20 ist die
Trennplatte 51 in der Zwischenposition zwischen zwei
Stangen oder Streifen 4 angeordnet.
In den in den Fig. 18A bis 22B dargestellten Ausfüh
rungsbeispielen ist die Trennplatte 51 an einer Stel
le angeordnet, an der die Beschleunigungskammer in
etwa gleich aufgeteilt ist, allerdings ist es nicht
immer notwendig, sie gleich aufzuteilen. Fig. 23
zeigt eine Querschnittsansicht eines gesplitteten
koaxialen linearen Radiofrequenz-Beschleunigers ähn
lich zu Fig. 18A, wobei in dem dargestellten Beispiel
die Teilung so durchgeführt wird, daß der strahlauf
wärtsgelegene Beschleunigungshohlraum 31 größer ist
als der strahlabwärtsgelegene Beschleunigungshohlraum
32 und die Trennplatte 51 zwischen dem strahlaufwärts
gelegenen Beschleunigungshohlraum 31 und dem strahl
abwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum 32 angeord
net ist.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 6 sind
die sich gegenüberliegenden zwei Paare von Wellen
elektroden 2 durch eine im wesentlichen senkrecht zu
der Strahlrichtung liegenden Ebene abgeschnitten, und
die Trennplatte 51 ist zwischen ihnen eingefügt, al
lerdings ist es auch möglich, das Fenster 52 für den
Durchgang der Strahlen in der Trennplatte 51 als lan
ges Loch auszubilden und eines der zwei Paare von
Wellenelektroden 2 in das Fenster 52 für den Durch
gang der Strahlen des langen Lochs einzufügen, ohne
sie abzuschneiden. Die in das Fenster 52 für den
Durchgang der Strahlen des langen Lochs eingefügten
Wellenelektroden 2 sind so eingefügt, daß sie in Kon
takt mit der Trennplatte 51 sind. Daher wird es mög
lich, eine der Wellenelektroden 2 als ein Körper her
zustellen, ohne sie an der Trennstelle zu teilen, so
daß die Wellenelektroden 2 steifer befestigt werden
können.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 6 wurde
eine Erläuterung für den Fall gegeben, in dem nur das
Fenster 52 für den Durchgang der Strahlen im mittle
ren Bereich der Trennplatte 51 vorgesehen ist, aller
dings kann durch Vorsehen einer Anzahl von Löchern,
durch die die Radiofrequenzleistung nicht hindurch
gehen kann, der strahlaufwärtsgelegene Beschleuni
gungshohlraum 31 und der strahlabwärtsgelegene Be
schleunigungshohlraum 32 als im Sinne des Vakuums ein
Körper ausgeführt werden, so daß die Ableitung für
das Vakuum nur in einem Hohlraum durchgeführt werden
kann, wodurch die Kosten verringert werden können.
Fig. 24 zeigt eine Vorderansicht einer derartigen
Trennplatte 51. In der Figur stellt das Bezugszeichen
53 Langlöcher dar, durch die die Radiofrequenzlei
stung nicht hindurchgehen kann und die sich radial in
der Trennplatte 51 erstrecken. Fig. 25 zeigt eine
Darstellung des Vakuumabzugssystems für den Fall des
obigen Ausführungsbeispiels 6. In der Figur bezeich
net das Bezugszeichen 54 eine Vakuumabzugseinheit und
55 einen Vakuumablaßkanal zum Verbinden der Vakuum
abzugseinheiten 54 mit dem strahlaufwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum 31 oder dem strahlabwärts g
elegenen Beschleunigungshohlraum 32.
Dieses Ausführungsbeispiel 8 entspricht dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In der Trennplatte 51 nach dem Ausführungsbeispiel 6
ist nur das Fenster 52 für den Durchgang der Strahlen
in ihrem mittleren Bereich vorgesehen, so daß der
Vakuumabzug getrennt in dem strahlaufwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum 31 und dem strahlabwärts gel
egenen Beschleunigungshohlraum 32, wie in Fig 25 ge
zeigt wird, durchgeführt werden muß. Wenn eine Anzahl
von Langlöchern 53 in der Trennplatte 51 entsprechend
Fig. 24 vorgesehen wird, durch die die Radiofrequenz
nicht hindurchgehen kann, wird der strahlaufwärtsge
legene Beschleunigungshohlraum 31 und der strahlab
wärtsgelegene Beschleunigungshohlraum 32 zu einem
Körper im Sinne des Vakuums. Daher ist es ausrei
chend, den Vakuumabzug in einem der Beschleunigungs
hohlräume 31 und 32 durch eine einzige Vakuumsabzugs
einheit 54 durchzuführen, wodurch die Kosten auf nur
ein System der Vakuumabzugseinheit 54 und des Vakuum
abzugskanals 55 verringert werden können. Wenn dabei
die Löcher in der Trennplatte 51 vorgesehen werden,
wird der Radiofrequenzwiderstand erhöht, so daß der
Leistungsverlust an der Trennplatte 51 erhöht wird,
allerdings, wie in Fig. 24 gezeigt wird, kann der
Widerstand klein gehalten werden, indem die Langlö
cher 53 sich radial erstrecken. Dies läßt sich da
durch erklären, daß, da der Radiofrequenzstrom von
dem Elektrodenkontaktbereich zu den Seitenwänden des
zylindrischen Hohlraums 1 geleitet wird (es sei be
merkt, daß die Stromrichtung sich seitlich aufgrund
des Wechselstroms ändert), der Radiofrequenzwider
stand durch Vorsehen der Langlöcher verringert werden
kann, wobei jedes Langloch eine lange Achse in Rich
tung des Stroms aufweist, wodurch der Leistungsver
lust in der Trennplatte 51 verringert wird.
Um in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 8
den Vakuumabzug des strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraums 31 und des strahlabwärts gel
egenen Beschleunigungshohlraums 32 durch eine einzige
Vakuumabzugseinheit 54 durchzuführen, sind die Lang
löcher 53 in der Trennplatte 51 vorgesehen, aller
dings ist es, wie in Fig. 26 gezeigt wird, durch Ver
wendung eines Vakuumverzweigungskanals 56, der sich
von der einzigen Vakuumabzugseinheit 54 verzweigt und
mit dem strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohl
raum 31 und dem strahlabwärts gelegenen Beschleuni
gungshohlraum 32 verbunden ist, möglich, das System
auf eine Vakuumabzugseinheit 54 und den Vakuumabzugs
kanal 55 zu reduzieren, ohne die Langlöcher neben dem
Fenster 52 für den Durchgang der Strahlen vorsehen zu
müssen. Bei dieser Anordnung kann die Erhöhung des
Radiofrequenzwiderstandes aufgrund der Löcher in der
Trennplatte 51 verringert werden, so daß der Lei
stungsverlust in der Trennplatte 51 auf ein Minimum
reduziert werden kann. In diesem Fall ist der Vakuum
verzweigungskanal 56 natürlicherweise lang, so daß es
wirksam ist, den einen mit einem großen Durchmesser
zu verwenden.
Dieses Ausführungsbeispiel 9 entspricht dem siebten
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist der Abstand zwischen den getrennten Wellenelek
troden 2 nicht besonders festgelegt, allerdings ist
es nicht notwendig, die Phasendifferenz zwischen dem
strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum 31
und dem strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohl
raum 32 zu ändern, wenn der Abstand zwischen den ge
trennten Elektroden so gewählt wird, daß er gleich
zwei Zellen ist. Fig. 27 zeigt eine erläuternde Dar
stellung, in der ein Querschnitt um den Trennbereich
der Elektroden in der Richtung der Strahlachse ge
zeigt ist, wenn der Abstand zwischen den getrennten
Elektroden willkürlich gewählt ist, darüber hinaus
die Änderung der Radiofrequenzphase, wenn ein gelade
nes Partikel sich längs der Strahlachse fortbewegt
und die Querschnitte von zwei Ebenen (x,y) der Wel
lenelektroden 2 vertikal zu der Strahlachse.
Die Wellenelektroden 2 sind so konstruiert, daß, wenn
ein geladenes Partikel eine halbe Periode der Welle
fortschreitet, d. h. zwischen dem unteren und dem obe
ren Teil der Wellenelektrode 2, die Radiofrequenzpha
se sich um π ändert. Die halbe Periode der Wellen
elektrode wird als eine Zelle bezeichnet. Da die Wel
lenachsenkomponenten (z-Komponenten) der elektrischen
Felder, die durch die Wellung (Modulation) der Elek
troden erzeugt werden, in den benachbarten Zellen
entgegengesetzt sind, gibt es eine Bedingung für ein
geladenes Partikel, bei der es in allen Zellen durch
die Änderung der Radiofrequenzphase um π beschleunigt
wird. Daher muß die Radiofrequenzphase des geladenen
Partikels, wenn sie von der strahlaufwärts gelegenen
Elektrode (strahlaufwärts gelegener Beschleunigungs
hohlraum 31) ausgegeben wird, mit der Radiofre
quenzphase übereinstimmen, wenn sie in die strahlab
wärtsgelegene Elektrode (strahlabwärts gelegener Be
schleunigungshohlraum 32) eingegeben wird.
Da in dem Beispiel nach Fig. 27 der Abstand zwischen
den getrennten Elektroden willkürlich gewählt ist,
müssen die Phasen des strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraums 31 und des strahlabwärts gel
egenen Beschleunigungshohlraums 32 durch irgendein
Mittel geändert werden. Wenn dagegen der Abstand zwi
schen den getrennten Elektroden so gewählt wird, daß
er dem von zwei Zellen entspricht, wie in Fig. 28
dargestellt ist, ist es nicht notwendig, die Phasen
differenz zwischen dem strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum 31 und dem strahlabwärts gele
genen Beschleunigungshohlraum 32 zu ändern, so daß
die Einstellung der Radiofrequenzphase nicht notwen
dig ist, wodurch das Radiofrequenzsystem vereinfacht
werden, die Kosten verringert und die Strahleinstel
lung vereinfacht werden können. Es sei bemerkt, daß
zur Erzielung der gleichen Wirkung der Abstand zwi
schen den getrennten Elektroden nicht auf den von
zwei Zellen begrenzt ist, sondern ein geradzahliges
Vielfaches einer Zelle sein kann.
Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel 11 der vor
liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich
nung beschrieben. Fig. 29 zeigt einen Konstruktions
aufbau eines linearen Radiofrequenz-Beschleunigers
variabler Energie nach einem Ausführungsbeispiel des
neunten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Das Aus
führungsbeispiel 11 unterscheidet sich von dem Aus
führungsbeispiel 1 darin, daß das Radiofrequenzsignal
von dem Signalgenerator 34 dem Radiofrequenzverstär
ker 35 über ein Phaseneinstellmittel zugeführt wird.
In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 57 eine
Phaseneinstelleinheit, die die gleiche ist, wie die
jenige, die in Fig. 17 mit dem Bezugszeichen 50 be
zeichnet ist und als dieses Phaseneinstellmittel ver
wendet wird. Der Aufbau um die Trennstelle der Elek
troden 2 herum ist der gleiche, wie in Fig. 28 ge
zeigt wird.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 10 ist
der Abstand zwischen den getrennten Elektroden natür
licherweise lang, wenn die Länge einer Zelle der Wel
lenelektrode 2 lang ist. Da in einem linearen Radio
frequenz-Beschleuniger im allgemeinen durch eine
starke Fokussierkraft fokussiert wird, wird der Radi
us des Strahls schnell vergrößert, sobald er die
Elektrode verläßt. Daher wird, je länger der Abstand
zwischen den getrennten Elektroden ist, die Anzahl
der geladenen Strahlen um so größer, die mit den
strahlabwärts gelegenen Elektroden oder der Trenn
platte 51 kollidieren und verloren gehen. Wenn ins
besondere die Position der getrennten Wellenelektro
den 2 in dem Bereich liegt, in dem der Radius der
Öffnung, durch die ein geladener Strahl hindurchgehen
kann, ungefähr gleich dem Strahlradius ist, ist der
Verlust groß.
Um dies zu vermeiden, ist es vorzuziehen, daß der
Abstand zwischen der Trennplatte 51 und der Elektrode
der minimale Abstand ist, in dem keine Entladung zwi
schen ihnen auftritt. Andererseits muß allerdings,
wie in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel 10
beschrieben, die Radiofrequenzphase der geladenen
Partikel, wenn sie von der strahlaufwärts gelegenen
Elektrode ausgegeben wird, ungefähr mit der Radiofre
quenzphase übereinstimmen, die in die strahlabwärts
gelegene Elektrode eingegeben wird. Daher, wie in
Fig. 29 gezeigt wird, ist eine Phaseneinstelleinheit
57 zwischen dem Signalgenerator 34 und dem Radiofre
quenzverstärker 35 in der strahlabwärts gelegenen
Beschleunigungskammer 32 vorgesehen, die in größerem
Umfang die Phase ändern kann, wodurch die Radiofre
quenzphase in dem strahlaufwärts gelegenen Beschleu
nigungshohlraum 31 und in dem strahlabwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum 32 relativ zueinander geän
dert wird. Es sei bemerkt, daß die Phaseneinstellein
heit 57 die elektrische Länge zwischen dem Signalge
nerator 34 und dem Radiofrequenzverstärker 35 ändern
kann, wobei die maximale Änderungsbreite 2π betragen
kann. Dadurch kann der Abstand zwischen den getrenn
ten Elektroden der Wellenelektroden 2 willkürlich
gewählt werden.
In allen den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
gibt es keine spezifische Beschreibung über die Be
ziehung zwischen dem Durchmesser des Lochs des Fen
sters 52 für den Durchgang der Strahlen in der Trenn
platte 51 und dem minimalen Durchmesser einer Zelle
vor oder nach der Stelle, an der die Elektroden ge
trennt werden, allerdings kann dadurch, daß sie unge
fähr beide übereinstimmend gemacht werden, die Unab
hängigkeit im Sinne der Radiofrequenz in den Be
schleunigungshohlräumen 31 und 32 mit dem minimalen
Strahlverlust erzielt werden.
Wenn das Fenster 52 für den Durchgang der Strahlen
der T 19877 00070 552 001000280000000200012000285911976600040 0002004405561 00004 19758rennplatte 51 zu groß ist, wird die Radiofre
quenzkopplung zwischen dem strahlaufwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum 31 und dem strahlabwärts ge
legenen Beschleunigungshohlraum 32 groß, so daß diese
nicht unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Wenn es zu klein ist, tritt ein Problem dahingehend
auf, daß die geladenen Strahlen mit der Trennplatte
51 kollidieren und verlorengehen. Wenn im Falle der
Verwendung von Wellenelektroden oder der 4-Stangen
elektroden 8 der Radius des Strahls größer als der
Radius der Strahlöffnung gleich dem Abstand von der
Strahlachse zu der Oberseite der Elektrode wird, d. h.
wenn der Radius des Strahls größer als die minimale
Strahlöffnung durch eine Zelle wird, fangen die
Strahlen an, mit den Elektroden zu kollidieren. Wenn
daher der Radius der minimalen Strahlöffnung in der
Zelle vor oder nach der Stelle, an der die Elektroden
getrennt werden, ungefähr gleich mit dem Radius des
Fensters 52 für den Durchgang der Strahlen der Trenn
platte 51 gemacht wird, ist das Fenster 52 für den
Durchgang der Strahlen am wirksamsten.
Dieses Ausführungsbeispiel 12 entspricht dem Aspekt
10 der vorliegenden Erfindung.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird
keine spezifische Beschränkung hinsichtlich der
Trennstelle der Wellenelektroden 2 gegeben. Wenn al
lerdings, wie in Fig. 18 gezeigt wird, die Wellen
elektroden 2 an der Spitze oder dem Boden der Welle
getrennt werden, kann das elektrische Streufeld in
den getrennten Bereich minimiert werden, so daß sein
Einfluß auf den Strahl gering gemacht werden kann.
Dies liegt daran, daß an diesem Punkt nur die elek
trische Feldkomponente vertikal zur Strahlachse er
zeugt wird, so daß das elektrische Streufeld ein Mi
nimum ist, wenn sie an diesem Punkt getrennt werden.
Dieses Ausführungsbeispiel 13 entspricht dem elften
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel 14 der vor
liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich
nung beschrieben. Die Fig. 30A und 30B sind Quer
schnittsansichten eines linearen Radiofrequenzbe
schleunigers variabler Energie nach dem zwölften
Aspekt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wo
bei Fig. 30A Querschnittsansichten der Wellenelektro
den 2 um den Elektrodentrennpunkt und in Richtung der
Strahlachse zeigt. Die Querschnitte in Fig. 30A sind
Ebenen (x,y) senkrecht zueinander und schließen die
Strahlachse ein. Fig. 30B zeigt einen Querschnitt in
einer Ebene senkrecht zur Strahlachse. In der Figur
bezeichnet das Bezugszeichen 60 einen dünnen Platten
bereich, in dem die Dicke der Trennplatte 51 in der
Nähe der Elektroden im mittleren Bereich der Platte,
in dem das Fenster 52 für den Durchlaß der Strahlen
angeordnet ist, dünn gemacht ist. Das Bezugszeichen
61 ist eine L-förmige Metallbefestigung, die bei
spielsweise mit Schrauben montiert ist und zur Befe
stigung der Wellenelektroden 2 und der Rückplatte 3
an der Trennplatte 51 dient. Die anderen Teile wurden
schon beschrieben, so daß ihre Erläuterung weggelas
sen wird.
Wie in Zusammenhang mit Ausführungsbeispiel 11 be
schrieben wurde, ist es wünschenswert, daß der Ab
stand zwischen den Trennelektroden so klein wie mög
lich ist. In diesem Ausführungsbeispiel 14 ist ein
Verfahren in den Fig. 30A und 30B dargestellt, um
den Abstand zwischen den Trennelektroden kürzer zu
machen. Die inneren Radien der Beschleunigungshohl
räume 31 und 32 hängen von der Betriebsfrequenz ab
und liegen ungefähr bei 50 cm. Da die Trennplatte
eine Abmessung ähnlich zu dem inneren Radius der Be
schleunigungshohlräume 31 und 32 aufweist, können
Probleme auftauchen, wenn die Platte zu dünn ist,
beispielsweise kann die Befestigungsgenauigkeit
schlecht werden, oder es wird eine Wärmeverzerrung
während des Betriebes erzeugt. Zusätzlich werden im
allgemeinen die Beschleunigungshohlräume 31 und 32,
die Stangen oder Streifen 4 und die Wellenelektroden
2 gekühlt, und die Trennplatte 51 wird in den meisten
Fällen auch gekühlt. In diesem Fall, d. h. bei Berück
sichtigung des Kühlaufbaus ist die Herstellung der
Trennplatte um so leichter, je dicker die Trennplatte
51 ist.
Wie in Fig. 30A und 30B gezeigt wird, tritt kein Pro
blem in der Festigkeit auf, und der Abstand zwischen
den getrennten Elektroden kann kürzer gemacht werden,
wenn nur der Bereich um den mittleren Bereich
(schraffierter Bereich in Fig. 31B) der Trennplatte
51 gegenüberliegend zu den Wellenelektroden 2 dünner
gemacht wird, um den dünnen Plattenbereich 60 zu bil
den. Es sei bemerkt, daß ein runder Bereich des dün
nen Plattenbereichs 60, der dem Fenster 52 für den
Durchlaß der Strahlen zugewandt ist, eine Gegenmaß
nahme für die Entladung darstellt. Der Grund, warum
die Dicke der Trennplatte 51 an dem Bereich, an dem
die Wellenelektroden 2 die Trennplatte 51 (in x-Rich
tung) kontaktieren, liegt auch darin, das elektrische
Streufeld weiter zu reduzieren.
Wie in dem Ausführungsbeispiel 7 erklärt wurde, wird
nur der Bereich um den mittleren Bereich (schraffier
ter Bereich in Fig. 32B) der Trennplatte 51 gegen
überliegend zu den getrennten Wellenelektroden 2 dünn
gemacht, um die dünne Plattenregion 60 zu bilden,
wenn das Fenster 52 für den Durchgang der Strahlen
der Trennplatte 51 als Langloch ausgebildet ist und
wenn eines der Paare der Wellenelektroden 2 in das
Langloch eingefügt ist, wie in den Fig. 32A und
32B gezeigt wird. Da bei diesem Aufbau das Langloch
als Fenster 52 für den Durchgang der Strahlen ange
ordnet ist, um die Wellenelektrode 2 in das Langloch
einzufügen, ist die sich in Kontakt mit der Trenn
platte 51 befindenden Elektrode 2 nicht abgeschnit
ten, sondern kann als ein Körper hergestellt sein.
Daher können die Wellenelektroden 2 fester befestigt
werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen 14
und 15 sind der dünne Plattenbereich 60 und die
Trennplatte 51 als ein Teil ausgebildet, allerdings
kann, wie in den Fig. 32A und 32B dargestellt ist,
der dünne Plattenbereich getrennt von dem Hauptkörper
der Trennplatte 51 ausgebildet sein, und diese können
zusammengefügt sein, um die gleiche Wirkung, wie in
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 14 zu er
zielen. In Fig. 32 bezeichnet das Bezugszeichen 62
einen geöffneten Bereich der Trennplatte, der im
mittleren Bereich der Trennplatte 51 und in der Nähe
der Elektroden weit geöffnet ist, und das Bezugszei
chen 63 bezeichnet dünne Platten (dünner Plattenbe
reich), die aus leitendem Plattenmaterial bestehen,
das dünner ist als die Trennplatte 51, und das Fen
ster 52 für den Durchgang der Strahlen im mittleren
Bereich aufweisen. Durch Befestigen der dünnen Trenn
platte 63 an dem geöffneten Bereich der Trennplatte
51 mit Hilfe von Schrauben oder dergleichen wird der
dünne Plattenbereich realisiert.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
gibt es keine besondere Beschreibung über die Bezie
hung zwischen dem Abstand zwischen der Trennplatte
und der Elektrode und dem nahesten Abstand zwischen
benachbarten Elektroden, wenn jedoch der erstere un
gefähr gleich oder größer als der letztere ist, kann
bei einem gesplitteten koaxialen linearen Radiofre
quenzbeschleuniger eine Vorrichtung mit geringen
Strahlverlusten hergestellt werden, ohne daß ein Pro
blem hinsichtlich der Entladungsgrenze auftritt.
Um bei einem Radiofrequenzbeschleuniger die Beschleu
nigungswirkung so hoch wie möglich zu machen und um
schwerere Ionen durch die gleiche Betriebsfrequenz zu
beschleunigen, muß die Intensität des elektrischen
Feldes so lange wie möglich hochgemacht werden. Daher
ist bei einem derartigen Beschleuniger die Entla
dungsgrenze der Elektroden ein wesentlicher Parame
ter. Fig. 33 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Bereichs um den oberen Teil der Elektroden herum.
Die vier Gestalten der Querschnitte der Elektroden
sind symmetrisch im mittleren Bereich der Zelle (in
dem Zwischenbereich zwischen dem oberen und dem unte
ren Teil der Wellenform), und die Radien r₀ der Krüm
mungen sind im allgemeinen gleich dem Abstand von der
Strahlachse zu dem oberen Bereich oder der Spitze der
Elektrode. In diesem Fall beträgt der Abstand zwi
schen benachbarten Elektroden g = 0,827r₀, der der
naheste über eine Zelle ist. Somit ist die Intensität
des elektrischen Feldes an der Oberfläche jeder Elek
trode ein Maximum. Wenn sie als parallele Platten
betrachtet werden, ist die Intensität des elektri
schen an der Oberfläche jeder Elektrode E = 1,207
V₀/r₀, wobei V₀ die Spannung zwischen den Elektroden
ist. Entsprechend einer zweidimensionalen numerischen
Berechnung für die konstanten Querschnitte nach Fig.
34 ist die maximale Intensität des elektrischen Fel
des E = 1,36 V₀/r₀. Im Falle eine dreidimensionalen
Berechnung, die die Wellung berücksichtigt, ist sie
leicht größer, abhängig von dem Parameter der Zelle.
Andererseits ist bei dem gesplitteten koaxialen li
nearen Radiofrequenz-Beschleuniger ein Paar von Elek
troden mit der Trennplatte verbunden. Daher ist die
Potentialdifferenz zwischen dem anderen Paar der
Elektroden und der Trennplatte V₀. Es ist wünschens
wert, daß daß Intervall so kurz wie möglich ist, al
lerdings wird, wenn es zu klein ist, die Entladungs
grenze dadurch bestimmt. Daher ist das kürzeste In
tervall wünschenswert, bei dem die Entladung nicht
auftritt. Die sich gegenüberliegenden Stirnflächen
der Elektrode und der Trennplatte werden als ungefähr
parallele Platten angesehen, obwohl sie von der Ver
arbeitung des Winkels der Elektroden abhängen. Wenn
daher das Intervall oder der Abstand in der Weise
gewählt wird, daß es bzw. er ungefähr gleich oder
leicht größer als das Intervall bzw. der Abstand zwi
schen den benachbarten Elektroden ist, dort wo sie am
nahesten sind, wie oben erwähnt, ist das Intervall
bzw. der Abstand wirksam, da es bzw. er eine leicht
größere Grenze (margin) aufweist.
Dieses Ausführungsbeispiel 17 entspricht dem drei
zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 17 wur
de die Erklärung für den Fall eines gesplitteten koa
xialen linearen Radiofrequenz-Beschleunigers gegeben,
aber bei einem linearen Radiofrequenz-Beschleuniger
mit 4 Flügeln ist es ausreichend, den Abstand zwi
schen der Trennplatte und der Elektrode ungefähr
gleich oder leicht größer als den Abstand zwischen
benachbarten Elektroden zu machen, dort wo sie am
nahesten liegen. Das bedeutet, daß bei einem Radio
frequenz-Beschleuniger mit 4 Flügeln die 4 Elektroden
(die oberen Bereiche oder Spitzenbereiche der Flügel)
getrennt von der Trennplatte sind, wobei die Trenn
platte auf Erdpotential liegt und die 4 Elektroden
die Potentialdifferenz von +V₀/2 und -V₀/2 in bezug
auf die Trennplatte aufweisen. Wenn somit im Unter
schied zu dem gesplitteten koaxialen linearen Radio
frequenz-Beschleuniger nach dem Ausführungsbeispiel
17 der Abstand zwischen der Trennplatte und der Elek
trode in der Weise gewählt wird, daß er ungefähr
gleich oder leicht größer als die Hälfte des Abstan
des zwischen den benachbarten oder angrenzenden (ad
jacent) Elektroden ist, wo sie am nahesten liegen,
wie oben erwähnt, ist der Abstand wirksam, da er eine
leicht größere Grenze (margin) aufweist. Durch diese
Anordnung kann bei einem linearen Radiofrequenz-Be
schleuniger mit 4 Flügeln eine Vorrichtung ohne das
Problem der Entladungsgrenze und mit geringen Strahl
verlusten realisiert werden.
Dieses Ausführungsbeispiel 18 entspricht dem vier
zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Aus der vorhergehenden Beschreibung wird es offen
sichtlich, daß es entsprechend dem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung Strahlen mit unterschiedlichen
Energien wirksam von der Beschleunigungskammer emit
tiert werden können, ohne den Leistungswirkungsgrad
abzusenken, indem ein Beschleunigungshohlraum im Sin
ne der Hochfrequenz in zwei Hohlräume durch eine Ebe
ne senkrecht zur Richtung der Achse der Strahlen auf
geteilt wird und indem der Pegel der Radiofrequenz
leistung in dem strahlabwärts gelegenen Beschleuni
gungshohlraum niedriger gemacht wird als der Pegel
der Radiofrequenzleistung in dem strahlaufwärts gele
genen Beschleunigungshohlraum.
Entsprechend dem zweiten Aspekt der vorliegenden Er
findung können die Radiofrequenzleistungsverluste in
den zwei Beschleunigungshohlräumen ungefähr gleich
gemacht werden, indem das Verhältnis der Längen des
strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraums und
des strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraums
in Richtung des Strahles 1 : 1 gemacht wird, wodurch
zwei Hochfrequenz-Leistungsverstärker mit derselben
Spezifikation hergestellt werden können.
Entsprechend dem dritten Aspekt der vorliegenden Er
findung können die Pegel der Radiofrequenzleistung,
bei der die Separatrix verschwunden ist, ungefähr für
alle Zellen in dem strahlabwärts gelegenen Beschleu
nigungshohlraum gleich gemacht werden, indem die Syn
chronisierphase in dem strahlabwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum durch die Elektroden konstant
gemacht wird, wodurch die gestreute Energie der emit
tierten Strahlen klein gemacht werden kann, so daß
die Elektrodenparameter leicht bestimmt werden kön
nen.
Entsprechend dem vierten Aspekt der vorliegenden Er
findung ist das erste Radiofrequenzsystem ein selbst
erregtes System und das zweite Radiofrequenzsystem
ein getrennt erregtes System, das durch eine durch
die Resonanzfrequenz in dem strahlaufwärts gelegenen
Beschleunigungshohlraum bestimmte Frequenz betrieben
wird, wodurch, selbst wenn die Resonanzfrequenz sich
in dem getrennt erregten System aufgrund von Tempera
turänderungen und dergleichen ändert, die von einer
Signalerzeugungseinheit erzeugte Frequenz abhängig
von der Änderung der Resonanzfrequenz geändert wird,
so daß nur der eine der zwei geteilten Beschleuni
gungshohlräume ein Frequenzabstimmsystem aufweisen
kann, das die Resonanzfrequenz des Beschleunigungs
hohlraums so hält, daß sie gleich der Ausgangsfre
quenz der Signalerzeugungseinheit ist, wodurch die
Kosten verringert und die Zuverlässigkeit der Vor
richtung verbessert werden kann.
Entsprechend dem fünften Aspekt der vorliegenden Er
findung können die Leistungsverluste durch Abschnei
den und Trennen der Elektroden in dem Beschleuni
gungshohlraum durch eine im wesentlichen senkrecht zu
der Strahlenrichtung stehenden Ebene und durch Vor
sehen einer Trennplatte eines Leiters zwischen den
abgeschnittenen und getrennten Elektroden in dem Be
schleunigungshohlraum durch die Trennplatte minimiert
werden.
Entsprechend dem sechsten Aspekt der vorliegenden
Erfindung können durch Vorsehen von Löchern in der
Trennplatte, durch die die Radiofrequenzleistung
nicht hindurchgehen kann, die getrennten Hohlräume
als ein Hohlraum im Sinne des Vakuums angesehen wer
den, so daß nur eine Abzugseinheit vorgesehen werden
muß. Wenn die Löcher als Langlöcher ausgebildet wer
den und radial in der Trennplatte angeordnet werden,
kann der Leistungsverlust an der Trennplatte verrin
gert werden.
Entsprechend dem siebten Aspekt der vorliegenden Er
findung ist es durch Vorsehen eines verzweigten Vaku
umleiters, der mit der strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungskammer und der strahlabwärts gelegenen
Beschleunigungskammer verbunden ist, nicht notwendig,
ein Loch für den Vakuumabzug in der Trennplatte vor
zusehen, so daß der Leistungsverlust an der Trenn
platte reduziert werden kann.
Entsprechend dem achten Aspekt der vorliegenden Er
findung kann der Strahl in den strahlabwärts gelege
nen Beschleunigungshohlraum mit der Phase des von dem
strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
emittierten Strahls eingegeben werden, indem die Län
ge zwischen den abgeschnittenen und getrennten Elek
troden zu einem geradzahligen Vielfachen der Länge
einer Zelle gemacht wird, so daß die Einstellung bzw.
Anpassung zwischen den Radiofrequenzphasen der zwei
Beschleunigungshohlräumen nicht notwendig ist.
Entsprechend dem neunten Aspekt der vorliegenden Er
findung kann durch Vorsehen von Phaseneinstellmitteln
die Phase der Radiofrequenzleistung in dem strahlauf
wärts gelegenen Beschleunigungshohlraum und die Phase
der Radiofrequenzleistung in dem strahlabwärts gele
genen Beschleunigungshohlraum relativ geändert wer
den, so daß der Abstand zwischen den abgeschnittenen
und getrennten Elektroden willkürlich gewählt werden
kann, wodurch der Strahlverlust an der Stelle, an der
die Elektroden geschnitten und getrennt sind, mini
miert werden kann.
Entsprechend dem zehnten Aspekt der vorliegenden Er
findung kann die Beziehung zwischen der Unabhängig
keit der zwei Beschleunigungshohlräume im Sinne der
Radiofrequenz und dem Strahlverlust an der Stelle, an
der die Elektroden geschnitten oder getrennt sind,
optimiert werden, indem die Abmessung des Fensters
für den Durchgang der Strahlen der Trennplatte unge
fähr gleich zu der Abmessung der minimalen Strahlöff
nung der Zellen, wie oben erwähnt, gemacht wird.
Entsprechend dem elften Aspekt der vorliegenden Er
findung kann das elektrische Streufeld an der Stelle,
an der die Elektroden geschnitten und getrennt sind,
minimiert werden, indem als Stelle, an dem die Elek
troden geschnitten und getrennt sind, die Stelle der
Spitzen (oberer Teil) oder der Böden (unterer Teil)
gewählt werden, so daß der Einfluß des elektrischen
Streufeldes auf den Strahl minimiert werden kann.
Entsprechend dem zwölften Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann der Abstand zwischen den geschnittenen
und getrennten Elektroden ohne Verschlechterung der
mechanischen Festigkeit der Trennplatte minimiert
werden, indem die Dicke der Trennplatte an der Peri
pherie des Fensters für den Durchgang von Strahlen
dünn gemacht wird.
Entsprechend dem dreizehnten Aspekt der vorliegenden
Erfindung können die Strahlverluste reduziert werden,
indem der Abstand zwischen der Trennplatte und jeder
Elektrode gleich oder größer als der minimale Abstand
zwischen benachbarten Elektroden gemacht wird.
Entsprechend dem vierzehnten Aspekt der vorliegenden
Erfindung können die Strahlverluste bei einem linea
ren Radiofrequenz-Beschleuniger mit 4 Flügeln ohne
ein Problem einer Entladungsgrenze reduziert werden,
indem der Abstand zwischen der Trennplatte und jeder
Elektrode gleich oder größer als der minimale Abstand
zwischen benachbarten Elektroden gemacht wird.
Claims (14)
1. Vierpoliger linearer Radiofrequenz-Beschleuniger
variabler Energie mit einem Beschleunigungshohl
raum (1) mit darin vorgesehenen Elektroden (2)
zum Fokussieren und Beschleunigen von geladenen
Teilchen durch ein zwischen den Elektroden er
zeugtes vierpoliges elektrisches Radiofrequenz-
Feld,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Beschleunigungshohlraum (1) durch eine
im wesentlichen senkrecht zur Strahlrichtung der
geladenen Teilchen stehenden Ebene und im Sinne
der Radiofrequenz in einen strahlaufwärts gele
genen und einen strahlabwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum (31, 32) geteilt ist und
daß der Pegel der Radiofrequenzleistung in dem
strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
(32) im Vergleich zu dem Pegel der Radiofre
quenzleistung des strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraums (31) niedriger gemacht
wird.
2. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Längen
zwischen dem strahlaufwärts und dem strahlab
wärts gelegenen Beschleunigungshohlraum (31, 32)
1 : 1 beträgt.
3. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) in der
Weise aufgebaut sind, daß die Synchronisierphase
in dem strahlabwärts gelegenen Beschleunigungs
hohlraum (32) konstant gehalten wird.
4. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein erstes Radiofrequenzsy
stem (34, 35) zur Lieferung einer Radiofrequenz
leistung zu dem strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum (31) und ein zweites Ra
diofrequenzsystem (34, 35) zur Lieferung einer
Radiofrequenzleistung zu dem strahlabwärts gele
genen Beschleunigungshohlraum (32) vorgesehen
sind, wobei das erste Radiofrequenzsystem ein
selbsterregtes System und das zweite Radiofre
quenzsystem ein getrennt erregtes System ist,
das von einer durch eine Resonanzfrequenz in dem
strahlaufwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
(31) bestimmten Frequenz betrieben wird.
5. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) in dem
Beschleunigungshohlraum (1) geschnitten und
durch die im wesentlichen senkrecht zur Strahl
richtung liegenden Ebene getrennt sind und daß
weiterhin eine Trennplatte (51) zwischen den
geschnittenen und getrennten Elektroden vorgese
hen ist, wobei die Trennplatte (51) aus einem
Leiter mit einem den Strahl durchlassenden Fen
ster (52) hergestellt ist und den Querschnitt
des Beschleunigungshohlraums (1) abdeckt.
6. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennplatte (51) mit
Löchern (53) versehen ist, wobei jedes Loch (53)
so kleine Abmessungen hat, daß die Radiofre
quenzleistung nicht durch die Löcher hindurch
gehen kann.
7. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Vakuumauslaßkanal (55)
vorgesehen ist, wobei der strahlaufwärts und der
strahlabwärts gelegenen Beschleunigungshohlraum
(31, 32) jeweils Auslaßöffnungen aufweist und der
Vakuumauslaßkanal (55) mit den Auslaßöffnungen
verbunden ist.
8. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge zwischen den ge
schnittenen und getrennten Elektroden (2) ein
geradzahliges Vielfaches der Länge einer Zelle
in dem Beschleunigungshohlraum (1) beträgt, wo
bei die Länge dieser einen Zelle der Abstand
ist, durch den die Phase der Radiofrequenzlei
stung um π geändert wird.
9. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß Phaseneinstellmittel zur
relativen Änderung der Phase der Radiofrequenz
leistung in dem strahlaufwärts gelegenen Be
schleunigungshohlraum (31) und in dem strahlab
wärts gelegenen Beschleunigungshohlraum vorgese
hen sind.
10. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennplatte (51) mit
einem den Strahl durchlassenden Fenster (52)
versehen ist, das eine Abmessung aufweist, die
im wesentlichen gleich der Abmessung der minima
len Strahlöffnung von Zellen vor und nach der
Trennstelle ist, an der die Elektroden geschnit
ten und getrennt sind.
11. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden Wellenelek
troden mit Wellenerhebungen und Wellentälern
(tops and bottoms) sind, wobei die Position, bei
der die Elektroden geschnitten und getrennt
sind, die Position eines der Wellenerhebungen
oder Wellentäler ist.
12. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Peripherie des den
Strahl durchlassenden Fensters (52) der Trenn
platte (51) ein dünner Plattenbereich ausgeformt
ist, in der die Dicke der Trennplatte (51) dünn
gemacht ist.
13. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der
Trennplatte (51) und jeder der Elektroden (2)
gleich oder größer als der minimale Abstand zwi
schen benachbarten Elektroden ist.
14. Linearer Beschleuniger nach Anspruch 5, der als
linearer Radiofrequenz-Beschleuniger mit 4 Flü
geln ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand zwischen der Trennplatte und
jeder der Elektroden gleich oder größer als die
Hälfte des minimalen Abstandes zwischen benach
barten Elektroden ist.
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