(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波加速空洞であって、
チャンバと、
前記チャンバを封止し内側（１９）および外側（１７）を有する導電性壁（１５）と、
前記チャンバの周囲の前記壁（１５）の周縁に沿って配置されている多数のソリッドステートスイッチ（２９）を備えたスイッチ機構と、
を具備し、
前記ソリッドステートスイッチ（２９）が、前記スイッチ機構が導通状態になった時に前記導電性壁（１５）に高周波電流が誘導されるように、前記導電性壁（１５）に接続されており、その結果、高周波電力が当該高周波加速空洞（１１）の前記チャンバ内に結合される、高周波加速空洞において、
前記導電性壁（１５）の前記外側（１７）において、当該高周波加速空洞（１１）の周縁に沿って、前記壁（１５）内に結合された前記高周波電流が前記壁（１５）の前記外側（１７）において阻止されるように、前記壁（１５）の前記外側（１７）に沿った高周波電流の伝播経路のインピーダンスを上昇させる遮蔽装置（３３、３７、３９、４１）があり、
前記遮蔽装置の少なくとも一部が、前記導電性壁（１５）の前記外側（１７）の凹部内に埋め込まれていることを特徴とする高周波加速空洞。
【請求項２】
前記導電性壁（１５）が、第１部（２１）と前記第１部（２１）から絶縁されている第２部（２３）とを備え、前記遮蔽装置（３３、３７、３９、４１）が、第１の部分および第２の部分を備え、前記第１の部分が前記導電性壁（１５）の前記第１部（２１）に配置され、前記第２の部分が前記導電性壁の前記第２部（２３）に配置されている、請求項１に記載の高周波加速空洞。
【請求項３】
前記導電性壁（１５）の前記第１部（２１）と前記第２部（２３）との間の絶縁体（２７）が真空シールである、請求項２に記載の高周波加速空洞。
【請求項４】
前記遮蔽装置がフェライトリング（３３）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高周波加速空洞。
【請求項５】
前記遮蔽装置がλ／４分岐ライン（３７、３９、４１）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高周波加速空洞。
【請求項６】
λ／４分岐ライン（３７、３９、４１）が、前記導電性壁（１５）の前記凹部によって形成されている、請求項１に記載の高周波加速空洞。
【請求項７】
前記凹部が誘電体（３９）で充填されている、請求項６に記載の高周波加速空洞。
【請求項８】
前記λ／４分岐ラインが折り返されている、請求項６または７に記載の高周波加速空洞。
【請求項９】
前記ソリッドステートスイッチ（２９）が、前記外側（１７）の接続点で前記導電性壁（１５）の前記外側（１７）に接続されている保護ケージ（３５）によって封止されており、それにより、前記遮蔽装置（３３、３７、３９、４１）が、前記接続点と、前記高周波電流が前記ソリッドステートスイッチ（２９）によって前記壁（１５）内に結合されている位置との間にある、請求項１〜８のいずれか一項に記載の高周波加速空洞。
【請求項１０】
前記遮蔽装置（３３、３７、３９、４１）の少なくとも一部が、前記導電性壁（１５）の前記外側（１７）に取り付けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の高周波加速空洞。
【請求項１１】
高周波加速空洞であって、
チャンバと、
前記チャンバを封止し内側（１９）および外側（１７）を有する導電性壁（１５）と、
前記チャンバの周囲の前記壁（１５）の周縁に沿って配置されている多数のソリッドステートスイッチ（２９）を備えたスイッチ機構と、
を具備し、
前記ソリッドステートスイッチ（２９）が、前記スイッチ機構が導通状態になった時に前記導電性壁（１５）に高周波電流が誘導されるように、前記導電性壁（１５）に接続されており、その結果、高周波電力が当該高周波加速空洞（１１）の前記チャンバ内に結合される、高周波加速空洞において、
前記導電性壁（１５）の前記外側（１７）において、当該高周波加速空洞（１１）の周縁に沿って、前記壁（１５）内に結合された前記高周波電流が前記壁（１５）の前記外側（１７）において阻止されるように、前記壁（１５）の前記外側（１７）に沿った高周波電流の伝播経路のインピーダンスを上昇させる遮蔽装置（４３）があり、
前記遮蔽装置が、前記ソリッドステートスイッチ（２９）を封止しかつ内側（４３）にリブが付けられている、導電性保護ケージ（３５）によって形成されている高周波加速空洞。
【請求項１２】
特に粒子を加速させる高周波共振器（１１）として形成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の高周波加速空洞。
【請求項１３】
互いに独立して制御することができる、請求項１２に記載の複数の高周波加速空洞（１１、…１１’’’）を具備する加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部で電磁場を発生させるためにその内部に高周波電力を結合することができる高周波加速空洞に関する。本発明はさらに、こうした高周波加速空洞を備える加速器に関する。こうした加速器またはこうした高周波加速空洞は、従来、荷電粒子を加速させるために使用されている。
【背景技術】
【０００２】
高周波電力を高周波加速空洞内に結合することにより高周波共振するように励振することができる高周波加速空洞が知られている。しかしながら、高周波電力自体、たとえばクライストロンを用いて、高周波加速空洞からある距離を置いて生成され、導波管により高周波加速空洞内に移送される。別法として、アンテナまたは誘導結合器によって、高周波電力を空洞内に結合することができる。
【０００３】
米国特許第５，４９７，０５０号は、高周波加速空洞内に高周波電力を結合する異なる構造体を開示している。これは、高周波加速空洞の導電性壁内に組み込まれる、多数のソリッドステートパワートランジスタを使用して行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，４９７，０５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、確実に動作させることができかつ他の機器とともに安全に使用することができる、高周波加速空洞を提供することである。さらに本発明の目的は、柔軟な駆動を可能にする、こうした高周波加速空洞を備えた加速器を提供することである。
【０００６】
本発明の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。本発明の有利な洗練を、従属請求項の特徴に見ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による高周波加速空洞は、
チャンバと、
チャンバを封止し内側および外側を有する導電性壁と、
チャンバの周囲の壁の周縁に沿って配置されている多数のソリッドステートスイッチを備えたスイッチ機構と、
を備え、
ソリッドステートスイッチは、スイッチ機構が導通状態になった時に導電性壁に高周波電流が誘導されるように、導電性壁に接続されており、その結果、高周波電力が高周波加速空洞のチャンバ内に結合され、
導電性壁の外側において、高周波加速空洞の周縁に沿って、壁内に結合された高周波電流が壁の外側において阻止されるように、壁の外側に沿った高周波電流の伝播経路のインピーダンスを上昇させる遮蔽装置がある。
【０００８】
本発明は、米国特許第５，４９７，０５０号に提示されているような加速器構造が、高周波電力を高周波加速空洞内に結合するのに有利であるという発見に基づいている。高周波電力を結合することができる領域は、トランジスタが周縁全体にわたって延在しているため、単に一か所のみに入力結合を備えている構造と比較して大きくなる。さらに、結合される高周波電力は、損失が回避されるように、高周波加速空洞に近接して生成される。
【０００９】
しかしながら、この構造は問題がある可能性があることがさらに分かっている。特に、高周波加速空洞の壁内に結合されている高周波電力は、導電性壁の外側に強度の高周波電流を発生させる。これらの高周波電流は、高出力要求がある時に動作中の問題となる。
【００１０】
ここでは遮蔽装置が設けられており、それによって導電性壁の外側のインピーダンスが上昇することにより、本来は外壁の伝播経路に沿って伝播する高周波電流が、著しく減少し、最良の場合、さらには完全に抑制される。導電性壁の外側のインピーダンス上昇の効果として、ソリッドステートスイッチの導電性壁との直接接続によって誘導される高周波電流が、導電性壁の内側に主にまたは完全に伝播する。
【００１１】
この結果として多数の利点が達成される。高周波電流が壁の外側を、かつトランジスタの周囲の任意に設けられている保護ケージを伝播しないことにより、本来は電力の可用性を低減し、たとえば高周波帯域を遮断するために動作の妨げとなる、壁から外側の電磁放射の放出が回避される。
【００１２】
ここでは、導電性壁の外側を接地電位に設定することができ、それにより、高周波加速空洞を、より容易に他の機器に接続または結合し、それとともに使用することができる。接地電位の導電性壁の外側は、動作中の安全性を向上させる。
【００１３】
導電性壁は、通常、第１部と第１部から絶縁されている第２部とを備えている。遮蔽装置は、第１の部分および第２の部分を備え、第１の部分は導電性壁の第１部に割り当てられ、第２の部分は導電性壁の第２部に割り当てられている。ソリッドステートトランジスタを含むスイッチ機構は、導電性壁の第１部と第２部との間のスロットを介して高周波電力を供給する。導電性壁の第１部と第２部との間の絶縁体は、同時に真空シールの機能を果たすことができる。
【００１４】
遮蔽装置は、種々の方法でインピーダンスの上昇を達成することができる。たとえば、遮蔽装置は、リブ付き導電性構造、フェライトリングおよび／またはλ／４分岐ラインを含むことができる。
【００１５】
有利には、導電性壁は外側に凹部を備え、その中に、遮蔽装置が少なくとも部分的に埋め込まれている。
【００１６】
特に、λ／４分岐ラインを、導電性壁の凹部によって形成することができる。このように、インピーダンスの上昇を達成するために、追加の材料は不要である。凹部を誘電体で充填することにより、分岐ラインを高周波電流の周波数に一致させることが可能になる。分岐ラインを、分岐ラインがたとえば螺旋のように折り返された場合に小型に配置することができる。
【００１７】
ソリッドステートスイッチを、導電性壁の外側に接続されている導電性保護ケージによってさらに封止することができる。これにより、ソリッドステートスイッチを電磁放射から遮蔽することができる。保護ケージが導電性壁に接続される箇所を、遮蔽装置が、この箇所と、高周波電流がソリッドステートスイッチによって導電性壁に結合される位置との間にあるように、選択することができる。このように、高周波電流が外側を流れることができる導電性壁の部分は、保護ケージの内側にある。
【００１８】
遮蔽装置は、必ずしも導電性壁の凹部に配置されなくてもよい。遮蔽装置は、導電性壁の外側に全体的または部分的に取り付けられてもよい。
【００１９】
遮蔽装置を、ソリッドステートスイッチを封止し導電性壁に接続されている導電性保護ケージによって形成してもよい。保護ケージは、導電性壁の第１部および第２部の両方に接続されている。保護ケージの内側のインピーダンスを上昇させるリブがなく、保護ケージのさらなる遮蔽装置等のさらなる手段がない場合、保護ケージは、導電性壁の第１部と第２部との間に短絡を構成する。しかしながら、リブにより、これを防止する高周波帯域でのインピーダンス上昇が達成される。さらに、壁の外側の高周波電流の抑制は、導電性保護ケージによって達成され、それは、導電性壁の外側の高周波電流の伝播が、保護ケージの導電性壁との接触箇所によって防止されるためである。
【００２０】
高周波加速空洞を、特に粒子を加速させるために用いることができる高周波共振器として形成することができる。特に、複数のこうした高周波共振器を直列に接続し、特に互いに独立して駆動することができる。
【００２１】
高周波加速空洞の外側を高周波電流が流れないことにより、複数のこれらの高周波加速空洞を直列に接続して、加速器ユニットを形成することができる。そして、互いに結合されているにも関らず、高周波加速空洞は、高周波帯域において互いから減結合される。結合は、単に直流成分（ＤＣ成分）に関連する。さらに、高周波減結合により、個々の高周波加速空洞を互いに独立して駆動することができ、それにより、加速器を、より柔軟に動作させ、達成されるべきそれぞれに望まれる加速度により柔軟に適合させることができる。高周波加速空洞が高周波帯域において互いに結合されていることにより、１つの高周波加速空洞を制御することが隣接する高周波加速空洞の高周波電磁場に同時に影響を与える加速器の場合より、適合が柔軟である。
【００２２】
しかしながら、本発明による、高周波電力の入力結合のためかつ外部環境から遮蔽するための構造を、他の高周波加速空洞で使用してもよく、たとえば高周波加速空洞を、同軸電線として形成し、またはリエントラント型共振器構造に配置してもよい。
【００２３】
従属請求項の特徴による有利な改良を含む本発明の例示的な実施形態について、以下の図面を用いてより詳細に説明するが、それに限定はしない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】高周波電力の入力結合のために入力結合装置が周縁に沿って配置されている円筒状高周波加速空洞の概略図である。
【図２】高周波電力の入力結合のために入力結合装置が周縁に沿って配置されている円筒状高周波加速空洞の概略図である。
【図３】フェライトリングとして形成された遮蔽装置を備えた、入力結合装置の詳細な表現を含む、高周波加速空洞の縦断面図である。
【図４】図３に示す高周波加速空洞の線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面図である。
【図５】λ／４分岐ラインとして形成された遮蔽装置を表すために、高周波加速空洞の壁の縦断面の一部の拡大を示す図である。
【図６】図５に示すλ／４分岐ラインの異なる実施形態を示す図である。
【図７】図５に示すλ／４分岐ラインの異なる実施形態を示す図である。
【図８】遮蔽装置として、パワートランジスタの周囲に配置されかつ内部リブを備えた保護ケージが使用されている、高周波加速空洞の縦端面図である。
【図９】同軸ラインとして形成された高周波加速空洞を示す図である。
【図１０】図１および図２に示すような多数の高周波加速空洞が連続して配置された加速器ユニットを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、高周波加速空洞１１の側面図を示す。高周波電力を高周波加速空洞１１内に結合する入力結合装置１３が、高周波加速空洞１１の外周に配置されている。図２は、図１に示す高周波加速空洞１１の正面図を示す。
【００２６】
入力結合装置１３については、図１および図２に示す高周波加速空洞１１の図３の縦断面および図４の横断面によって、より詳細に示す。
【００２７】
図３は、高周波加速空洞１１の縦断面を示す。入力結合装置１３が配置されている領域には、高周波加速空洞１１の１つの壁側のみが表されている。互いに絶縁されている第１部２１および第２部２３を備えた、導電性壁１５が示されている。環状絶縁体２７が、同時に真空シールを形成している。導電性壁１５は、高周波加速空洞１１の中空空間に面している内側１９と、外側に面している外側１７とを有している。高周波電力用の入力結合装置１３は、外側１７に位置している。入力結合装置１３は、多数のソリッドステートトランジスタ２９を備えており、それらのトランジスタは、導電性壁１５の第１部２１及び第２部２３によって形成されているスロット状フランジ２５と直接接触している。ソリッドステートトランジスタ２９は、電源ライン３１を介してＤＣ電流源（ここでは図示せず）に接続されている。導通状態になると、ソリッドステートトランジスタ２９は、導電性壁１５に高周波電流を誘導し、高周波電流は導電性壁１５に沿って伝播する。導電性壁の内側１９に沿った伝播が望ましい。これを達成するために、遮蔽装置が設けられており、本明細書に示す場合では、導電性壁１５の凹部に組み込まれている。本明細書に示す例示的な実施形態では、凹部はフェライトリング３３によって充填されている。遮蔽装置すなわちフェライトリング３３は、導電性壁１５の第１部２１と第２部２３との両方に位置している。フェライトリング３３は、導電性壁１５の外側のインピーダンスを上昇させ、それにより、外側１７に沿った高周波電流の伝播が防止され、内側１９上に向けられる。
【００２８】
さらに、ソリッドステートトランジスタ２９とフランジ２５の入力結合点とは、たとえば銅からなる金属保護ケージ３５によって電磁放射に対して外部から保護されている。保護ケージ３５は、伝播している高周波電流に対して遮蔽装置によってすでに保護されている外側１７の箇所において、導電性壁１５と接触する。
【００２９】
図４は、図３の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面を示す。外部保護ケージ３５と、いくつかのソリッドステートトランジスタ２９と、フランジ２５との接触点を形成する導電性壁１５の部分とが示されている。
【００３０】
図３では、遮蔽装置は、高周波加速空洞の周縁に沿って延在するフェライトリング３３として示されている。さらなる実施形態を、以下の図５〜図９によって示す。
【００３１】
図５は、フェライトリング３３が位置している図３の箇所に対応する箇所における、導電性壁１５の縦断面を示す。導電性壁１５に、λ／４分岐ラインを形成するような形状である凹部３７が組み込まれている。λ／４分岐ラインは、壁１５の外側１７に沿った高周波電流の伝播がλ／４分岐ラインによって防止されるように、高周波加速空洞の動作周波数に同調している。図６により、凹部に誘電体３９を充填してもよく、または図７により、折り返しもよい（折返し４１）。λ／４分岐ラインを、両方の方法によって小型に適応させることができる。
【００３２】
図８は、遮蔽装置のさらなる構成を示す。本明細書に示す場合では、遮蔽装置は、特別な方法で保護ケージ３５を形成することによって製造され、保護ケージ３５は、導電性壁１５と接触し、ソリッドステートトランジスタ２９を封止する。保護ケージ３５は、その内側に多数のリブ４３を有している。これらのリブ４３によって、高周波電流が注入箇所から導電性壁１５の外側１７に沿って保護ケージ２９を超えるまで伝播するのを防止するように、保護ケージ２９の内側に沿って導電性壁１５の外側１７から通じている経路のインピーダンスが上昇する。
【００３３】
図９は、同軸導電性接続４７として形成されている高周波加速空洞を示す。高周波電力を、外部導体に配置された入力結合装置１３を通して同軸接続内に供給することができる。同軸接続４７の外部導体またはその外側は、伝播する高周波電流に対して遮蔽装置によって保護されている。
【００３４】
図１０は加速器ユニットを示し、それに沿って、たとえば図１および図２に示すような多数の高周波加速空洞１１、…１１’’’が連続して配置されている。高周波電流は、高周波加速空洞１１、…１１’’’の内側のみを伝播するため、高周波加速空洞１１、…１１’’’は、高周波帯域において互いにから減結合され、したがって、制御装置４５によって個々に駆動されることが可能であり、そのため、高周波加速空洞１１、…１１’’’を所望の加速度まで柔軟に同調させることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１１  高周波加速空洞
１３  入力結合装置
１５  導電性壁
１７  外側
１９  内側
２１  第１部
２３  第２部
２５  フランジ
２７  絶縁体
２９  ソリッドステートスイッチ
２９  ソリッドステートトランジスタ
３１  電源ライン
３３  フェライトリング
３５  保護ケージ
３７  凹部
３９  誘電体
４１  折返し
４３  リブ
４５  制御装置
４７  同軸接続
【図１】
0005567143.tif 000002
【図２】
0005567143.tif 000003
【図３】
0005567143.tif 000004
【図４】
0005567143.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005567143.tif 000007
【図７】
0005567143.tif 000008
【図８】
0005567143.tif 000009
【図９】
0005567143.tif 000010
【図１０】
0005567143.tif 000011