DE4405561A1 - Vierpoliger linearer Radiofrequenz-Beschleuniger variabler Energie - Google Patents

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 C_VV zwischen den Wellenelektroden 2 und der Kapazität C_VS 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 l_m die Länge des von den Streben 4 getrennten Abstandes, r_c den inneren Radius des zy­ lindrischen Hohlraums 1 und r_E 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 L_T 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 Φ_S), 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 (Φ_S) 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 Φ_S = 90° ist (aber die Partikel werden im Mittel nicht beschleunigt), und verschwindet, wenn Φ_S = 0° ist. Das heißt, wenn Φ_S = 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∝V₀TcosΦ_S

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 Φ_S 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 Φ_S 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 Φ_S unendlich mit 90°. Wenn jedoch die Elektrodenspannung abgesenkt wird, wird, da die "Separatrix" bei Φ_S = 0° verschwindet, die Situation, in der das Partikel nicht beschleunigt wird, nicht geändert, selbst wenn die Spannung unter die Spannung, bei der Φ_S = 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 (Φ_S beträgt zuerst 90° und wird graduell dem Endwert angenähert), und, nachdem Φ_S den Endwert erreicht, werden sie bei der Bedingung beschleunigt, bei der Φ_S konstant ist. Der Bereich, in dem Φ_S 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 Φ_S in Übereinstimmung mit der Änderung der Beschleunigungsspannung von dem geplanten Wert geändert wird. Wenn die Beschleuni­ gungsspannung angehoben wird, ändert sich Φ_S in Rich­ tung auf -90°, und wenn sie abgesenkt wird, ändert sich Φ_S 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.

Ausführungsbeispiel 1

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.

Φ_S 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 Φ_S 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 Φ_S =-25° durchgeführt wurde, Φ_S 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 Φ_S 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 Φ_S 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. V_n ist ein in bezug auf die Elektrodenspannung (beabsichtigter Wert) normier­ ter Wert, durch den die maximale Emissionsenergie erhalten werden kann, und V_n = 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 V_n 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 V_n 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 V_n = 1 durchgeführt. Fig. 16 zeigt, daß die Energieänderung längs der Strahlachse leicht ver­ ständlich ist.

Da in dem Ausführungsbeispiel 1 die Synchronisierpha­ se Φ_S 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.

Ausführungsbeispiel 2

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.

Ausführungsbeispiel 3

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 wird die Synchronisierphase Φ_S 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 Φ_S = -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 Φ_S graduell auf den endgültigen Wert in der strahl­ abwärts gelegenen Beschleunigungskammer 32 geändert wird. Wenn V_n 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.

Ausführungsbeispiel 4

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.

Ausführungsbeispiel 5

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.

Ausführungsbeispiel 6

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.

Ausführungsbeispiel 7

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.

Ausführungsbeispiel 8

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.

Ausführungsbeispiel 9

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.

Ausführungsbeispiel 10

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.

Ausführungsbeispiel 11

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.

Ausführungsbeispiel 12

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.

Ausführungsbeispiel 13

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.

Ausführungsbeispiel 14

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.

Ausführungsbeispiel 15

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.

Ausführungsbeispiel 16

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.

Ausführungsbeispiel 17

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.

Ausführungsbeispiel 18

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.