(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体材料からなる筒状の中空体である高周波共振空洞（２００；以下、これを本発明の属する技術分野における慣例に従い、簡略化して単に「空洞（２００）」と表記する）を備えた高周波共振器（１００）であって、
前記空洞（２００）が、第１の筒状部分（２１０）と、第２の筒状部分（２２０）と、前記第１の筒状部分（２１０）および前記第２の筒状部分（２２０）を接続する誘電体リング（２３０）とを含み、
前記第１の筒状部分（２１０）の内面（２４０）が、導電性の第１の内部被膜（３１０）を有し、前記第２の筒状部分（２２０）の内面（２４０）が、導電性の第２の内部被膜（３２０）を有し、
前記第１の筒状部分（２１０）と前記誘電体リング（２３０）との間に、導電性の第１の封入被膜（３１５）が配置され、前記第２の筒状部分（２２０）と前記誘電体リング（２３０）との間に、導電性の第２の封入被膜（３２５）が配置されており、
前記第１の封入被膜（３１５）が、前記第１の内部被膜（３１０）と導電接続され、前記第２の封入被膜（３２５）が、前記第２の内部被膜（３２０）と導電接続されており、かつ
当該高周波共振器（１００）が、前記第１の封入被膜（３１５）と前記第２の封入被膜（３２５）との間に高周波電圧を印加するために設けられた装置（５００）を含む
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項２】
請求項１記載の高周波共振器（１００）において、
前記第１の封入被膜（３１５）および前記第２の封入被膜（３２５）の少なくとも一つが、リング状に形成されている
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項３】
請求項１記載の高周波共振器（１００）において、
前記第１の封入被膜（３１５）および前記第２の封入被膜（３２５）の少なくとも一つが、多数の導電性の接触ピンとして形成されている
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項４】
請求項１から３の１つに記載の高周波共振器（１００）において、
前記誘電体リング（２３０）は、その半径方向が前記筒状の空洞（２００）の軸（長手）方向（２０１）に対して垂直に向くように配置されている
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項５】
請求項４記載の高周波共振器（１００）において、
前記誘電体リング（２３０）が、前記筒状の空洞（２００）の軸（長手）方向（２０１）全長における中心位置に配置されている
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項６】
請求項１から５の１つに記載の高周波共振器（１００）において、
前記装置（５００）が、固体パワートランジスタを含む
ことを特徴とする高周波共振器（１００）。
【請求項７】
請求項６記載の高周波共振器（１００）において、
前記装置（５００）が、前記誘電体リング（２３０）の領域において前記空洞（２００）の外周を取り囲んで配置された多数の固体パワートランジスタを含む
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項８】
請求項１から７の１つに記載の高周波共振器（１００）において、
前記誘電体材料が、ガラス又はセラミックスである
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項９】
請求項１から８の１つに記載の高周波共振器（１００）において、
前記空洞（２００）が、円筒形状を有する
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項１０】
請求項１から９の１つに記載の高周波共振器（１００）において、
前記空洞（２００）が、当該空洞（２００）の周辺に比べて低減された気圧に排気されるように構成されている
ことを特徴とする高周波共振器。
【請求項１１】
荷電粒子を加速するための粒子加速器であって、
請求項１から１０の１つに記載の高周波共振器（１００）を有する
ことを特徴とする粒子加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１による高周波共振器、ならびに、請求項１１による荷電粒子を加速するための粒子加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波共振器においては、高周波電磁振動が励起される。高周波共振器は、空洞共振器とも呼ばれる。高周波共振器は、例えば荷電粒子を加速するための粒子加速器に用いられる。
【０００３】
高周波共振器において、高周波電磁振動を励起するために、例えばクライストロン又はテトロードによって高周波出力を発生させ、その出力をケーブル又は導波管により高周波共振器へ伝送し、そこで放射窓又は高周波アンテナを介して高周波共振器に投入することは、公知である。勿論、この種の励起では、極めて高い高周波出力を得ることはできない。
【０００４】
特許文献１から、導電壁と多数の固体トランジスタとを有する高周波共振器であって、それらの固体トランジスタが高周波共振器の導電壁に高周波の電流の流れを誘導することにより高周波共振器内に高周波電磁振動を励起するように設けられている高周波共振器が、公知となっている。その電流の流れの励起は、高周波共振器の導電壁の周に沿って環状に設けられている電気絶縁性のスリットを跨いで高周波電圧を印加することによって、行われる。
【０００５】
荷電粒子を加速するための粒子加速器における高周波共振器の使用は、その高周波共振器を極めて低い圧力に排気することを必要とする。高周波共振器の導電性の壁における、それとは異なる誘電体材料が詰められた電気絶縁性のスリットの封止は、厄介で費用が掛かるものであるということが見出された。特に、導電性材料と絶縁性材料とでの異なった熱膨張に因って、気密漏れが生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０６０６８７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、より良好に排気可能な高周波共振器を提供することにある。この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴事項を有する高周波共振器によって解決される。本発明の他の課題は、より良好に排気可能な高周波共振器を有する粒子加速器を提供することにある。この課題は、請求項１１の特徴事項を有する粒子加速器によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項に示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による高周波共振器は、誘電体材料からなる筒状の中空体である高周波共振空洞（これを本願では、本願発明が属する技術分野である高周波共振器の分野および加速器の分野における用語使用の慣例に従い、簡略化して単に「空洞」と呼称する）を有する。その空洞は、第１の筒状部分と、第２の筒状部分と、第１および第２の筒状部分を接続する誘電体リングとを含んでいる。第１の筒状部分の内面は、導電性の内部被膜を有している。第２の筒状部分は、導電性の第２の内部被膜を有する。第１の筒状部分と誘電体リングとの間には、導電性の第１の封入被膜が配置されている。第２の筒状部分と誘電体リングとの間には、導電性の第２の封入被膜が配置されている。第１の封入被膜は、第１の内部被膜に導電接続されている。第２の封入被膜は、第２の内部被膜に導電接続されている。高周波共振器は、第１の封入被膜と第２の封入被膜との間に高周波電圧を印加するために設けられた装置を含んでいる。有利なことに、この高周波共振器の空洞は、同時に真空容器、絶縁体および導電性被膜の担持体として利用される。これにより、有利なことに、この高周波共振器の空洞は簡易に排気が可能であり、かつ、封止が難しい開口部および継ぎ目を必要としない。特に、大面積の金属−セラミックス接合部を放逐することができるので、それらの熱膨張率の相違に起因した問題を解消することが可能となる。
【０００９】
この高周波共振器の一実施形態では、第１の封入被膜および／又は第２の封入被膜がリング状に形成されている。有利なことに、その外周全体を介して高周波共振器に高周波出力を投入することができ、そのことが格別に高い励起出力を可能にする。
【００１０】
この高周波共振器の代替実施形態では、第１の封入被膜および／又は第２の封入被膜が多数の導電性の接触ピンとして形成されている。有利なことに、この実施形態においても、高周波出力を外周の複数個所で高周波共振器に投入することができ、そのことが高い励起出力を可能にする。この実施形態の他の利点は、大面積の金属−セラミックス接合部が必要でなく、それによって空洞を格別に確実に封止することができる。
【００１１】
誘電体リングは、空洞の縦方向（長手方向もしくは軸方向）に対して垂直に向けられていることが望ましい。有利なことに、高周波共振器の鏡面対称性および回転対称性がもたらされ、それらの対称性によって、対称振動モードが可能となる。
【００１２】
誘電体リングは、空洞におけるその縦方向の中心に配置されていることも同様に望ましい。これにより、有利なことに、空洞の格別に対称な構成がもたらされる。
【００１３】
この高周波共振器の好ましい実施形態では、前記装置が固体パワートランジスタを含む。有利なことに、固体パワートランジスタにより、高周波共振器に投入される高周波出力を投入位置近くにおいて発生させることができる。さらに、有利なことに、固体パワートランジスタに非常に高い高周波出力を切り換えることが可能となり、それにより、高周波共振器への極めて高い高周波出力の投入が可能となる。
【００１４】
高周波共振器の格別に好ましい実施形態では、前述の装置が、誘電体リングの領域において空洞の外周を取り囲んで配置された多数の固体パワートランジスタを含む。有利なことに、多数の固体パワートランジスタを設けることによって高周波共振器における格別に高い高周波出力が可能となる。
【００１５】
高周波共振器の好ましい実施形態では、誘電体材料が、ガラス又はセラミックスである。有利なことに、ガラスおよびセラミックスは、真空容器としての使用に適した機械的な特性を有する。
【００１６】
空洞は、円筒形状を有するものとすることが望ましい。有利なことに、円筒状に形成された空洞は、荷電粒子の加速に適した振動モードの励起を可能にする。
【００１７】
空洞は、その空洞の外部に比べて低減された気圧に排気されるように構成されていることが好ましい。この高周波共振器は、有利なことに、荷電粒子の加速のために使用することができる。
【００１８】
本発明による、荷電粒子を加速するための粒子加速器は、上述のような高周波共振器を有する。有利なことに、その高周波共振器は、粒子加速器において低圧に排気することが可能であり、かつ、封止が困難な継ぎ目を持っていない。
【００１９】
本発明の上述の特性、特徴および利点ならびにこれらを達成する方法を更に明確にするために、以下において図面を参照しながら実施例ついて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高周波共振器の断面図を示す図である。
【図２】高周波共振器の壁部分の断面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、高周波共振器１００を極めて概略化して示したものである。高周波共振器１００では、高周波の電磁振動モードを励起することができる。この高周波共振器１００は、例えば粒子加速器において荷電粒子の加速のために使用可能である。
【００２２】
高周波共振器１００は、中空筒状に形成された空洞２００を含む。図１では、空洞２００は、その図１の平面にて切断された状態で、表示されている。すなわち、図１には、空洞２００の背後の半分だけが示されている。
【００２３】
空洞２００は、第１の部分２１０と第２の部分２２０とからなる。各部分２１０，２２０は同様の中空筒状に形成され、それぞれ一方の端面が開いている。部分２１０，２２０の開いた端面は、リング２３０を介して互いに結合されて、中空筒状の空洞２００を成している。中空筒状に形成された空洞２００は、当該空洞２００の縦方向（即ち、長手方向もしくは軸方向；以下同様）２０１と半径方向２０２とを規定し、半径方向２０２は、縦方向２０１に対して垂直に向いている。
【００２４】
空洞２００の第１の部分２１０は、空洞２００の円板状の第１の頂面２６０を含む。空洞２００の第２の部分２２０は、空洞２００の同様に円板状の第２の頂面２７０を含む。第１の頂面２６０および第２の頂面２７０は、代替実施形態においては、円板状とは異なった形状としてもよい。それら第１の頂面２６０および第２の頂面２７０は、例えば四角形又は楕円形に形成することができる。
【００２５】
第１の頂面２６０および第２の頂面２７０は、それぞれ空洞２００の縦方向２０１に対して垂直に向けられている。それら第１の頂面２６０および第２の頂面２７０は、空洞２００の側面２８０を介して互いに結合されている。側面２８０は、第１の部分２１０と、リング２３０と、第２の部分２２０とによって、空洞２００を構成している。側面２８０は、空洞２００の縦方向２０１に対して平行に向けられている。リング２３０は、第１の頂面２６０と第２の頂面２７０との間の中心位置に配置されていることが好ましい。リング２３０は、縦方向において、空洞２００の全長に比べて狭幅であることが好ましい。
【００２６】
空洞２００は、内部空間２９０を含んでいる。空洞２００は、内部空間２９０に面している内面２４０と、内部空間２９０の外側に向いている外面２５０とを有している。
【００２７】
空洞２００の第１の部分２１０、空洞２００の第２の部分２２０、および空洞２００のリング２３０は、それぞれ電気絶縁性の誘電体材料からなる。第１の部分２１０、第２の部分２２０およびリング２３０は、ガラス又はセラミックスからなるものとすることが好ましい。有利なことに、ガラス材料およびセラミックス材料は、空洞２００の内部空間２９０と空洞２００の外部との間の高い圧力差に耐えるのに十分な堅固さを有する。
【００２８】
空洞２００の第１の部分２１０の内面２４０には、導電性の第１の内部被膜３１０が配置されている。空洞２００の第２の部分２２０の内面２４０には、導電性の第２の内部被膜３２０が配置されている。第１の内部被膜３１０および第２の内部被膜３２０は、例えば金属からなるものとすることが好ましい。リング２３０の内面２４０には、導電性の被膜が設けられていない。これにより、空洞２００のリング２３０の領域に内部間隙３３０が生じ、その内部間隙３３０によって、第１の内部被膜３１０が、第２の内部被膜３２０から電気的に絶縁される。
【００２９】
図２は、リング２３０および内部間隙３３０の領域における空洞２００の側面２８０の断面を示す。
【００３０】
空洞２００の第１の部分２１０とリング２３０との間に、導電性の第１の封入被膜３１５が設けられている。リング２３０と空洞２００の第２の部分２２０との間に、導電性の第２の封入被膜３２５が設けられている。第１の封入被膜３１５および第２の封入被膜３２５は、例えば金属からなるものとすることが好ましい。第１の封入被膜３１５および第２の封入被膜３２５は、第１の内部被膜３１０および第２の内部被膜３２０と同じ金属からなるものとすることが好ましい。第１の封入被膜３１５は、第１の内部被膜３１０と導電接続されている。第２の封入被膜３２５は、第２の内部被膜３２０と導電接続されている。第１の封入被膜３１５は、空洞２００の内面２４０と外面２５０との間に延在している。同様に、第２の封入被膜３２５は、空洞２００の内面２４０と外面２５０との間に延在している。
【００３１】
一実施形態では、第１の封入被膜３１５および第２の封入被膜３２５が、それぞれ空洞２００の内面２４０と外面２５０との間に延びている１つ又は複数の接触ピンを含む。複数の接触ピンが設けられている場合には、それらの接触ピンは、空洞２００の周りの側面２８０の周方向に分散していることが好ましい。この実施形態は、封入被膜３１５，３２５の材料と、空洞２００の部分２１０，２２０およびリング２３０の材料との間に、僅かな小さい接触面しか生じないという利点を持つ。このようにすることにより、空洞２００の第１の部分２１０とリング２３０との間の領域ならびにリング２３０と空洞２００の第２の部分との間の領域を、簡単に封止することができる。特に、封入被膜３１５，３２５の導電材料と、部分２１０，２２０およびリング２３０の絶縁材料との、異なった熱膨張率が空洞２００の封止の損傷を招くことがなくなる。
【００３２】
代替実施形態では、第１の封入被膜３１５も第２の封入被膜３２５も、空洞２００の全体の側面２８０を取り巻くリングとして構成される。この実施形態は、有利なことに、空洞２００の側面２８０の外周全体に沿った空洞２００内への高周波出力の投入を可能にする。空洞２００の第１の部分２１０と空洞２００のリング２３０との間において、第１の封入被膜３１５が単に縦方向２０１に薄い膜として形成されているに過ぎないので、この実施形態でも、第１の封入被膜３１５の材料と空洞２００の第１の部分２１０およびリング２３０の材料とでの異なった熱膨張率に起因した問題が生じることはない。このことは、第２の封入被膜３２５についても、相応に当て嵌まる。
【００３３】
空洞２００は、封止が困難な継ぎ目、および、特に大面積の金属−セラミックス接合部を有していない。これにより、空洞２００は、少ない費用で以て、空洞２００の周辺の気圧に比べて低減された圧力に排気することが可能なものとなっている。空洞２００の排気のために、空洞２００が１つ又は複数の適切なフランジを有するとよい。さらに、空洞２００の第１の頂面２６０および第２の頂面２７０が適切な開口又は窓を有するとよい。これらの開口又は窓を通して、荷電粒子ビームが空洞２００の内部空間２９０の中に達し、そして空洞２００の内部空間２９０からその外部へと出て行くことが可能となる。
【００３４】
第１の封入被膜３１５と第２の封入被膜３２５との間に電圧を印加するために、空洞２００の外面２５０において、第１の封入被膜３１５および第２の封入被膜３２５の電気接触が行われるとよい。この電圧印加のために、高周波共振器１００は、図１および図２に概略的にのみ示されている駆動装置５００を有している。駆動装置５００は、高周波電磁出力を高周波共振器１００の空洞２００に投入するために設けられている。そのために、駆動装置５００は、第１の封入被膜３１５と第２の封入被膜３２５との間に、従って第１の内部被膜３１０と第２の内部被膜３２０との間に、高周波交流電圧を印加するように構成されている。この駆動装置５００は、好ましくは固体パワートランジスタ又はその他の固体スイッチを有する。この駆動装置５００は、空洞２００の側面２８０の外面２５０を取り巻いてリング状に配置された多数の固体パワートランジスタを、空洞２００のリング２３０の領域において有するようにすることが、特に好ましい。
【００３５】
駆動装置５００によって高周波交流電圧が第１の内部被膜３１０と第２の内部被膜３２０との間に印加されると、第１の内部被膜３１０および第２の内部被膜３２０に高周波電流が励起される。駆動装置５００によって第１の内部被膜３１０と第２の内部被膜３２０との間に印加される交流電圧の周波数が高周波共振器１００の共振周波数に相当する場合には、内部被膜３１０，３２０内に誘導される電流の流れが、空洞２００の内部空間内に、共振高周波振動モードの励起を生じさせる。これにより、駆動装置５００は、共振高周波振動を空洞２００の内部に励起して増幅するための高周波電磁出力を、高周波共振器１００の空洞２００内へと容量的に投入することを可能にする。
【００３６】
有利なことに、高周波共振器１００の空洞２００は、真空容器として用いられると共に、本来の共振器を構成する導電性の内部被膜３１０，３２０のための担持体として用いられる。
【００３７】
本発明を好ましい実施例によってその細部まで詳しく図解して説明したが、本発明は、それらの開示された実施例のみには限定されない。それらに基づいて、当業者は、本発明の保護範囲を逸脱することなく、異なった変形例を導き出すことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１００        高周波共振器
２００        空洞
２０１        縦方向
２０２        半径方向
２１０        第１の部分
２２０        第２の部分
２３０        リング
２４０        内面
２５０        外面
２６０        第１の頂面
２７０        第２の頂面
２８０        側面
２９０        内部空間
３１０        第１の内部被膜
３１５        第１の封入被膜
３２０        第２の内部被膜
３２５        第２の封入被膜
３３０        内部間隙
５００        駆動装置
【図１】
0005840783.tif 000002
【図２】
0005840783.tif 000003