(57)【要約】  導電性の外壁（１１１）を備え、この外壁（１１１）がその周囲に沿って拡がる空隙（１１４）を有する高周波共振装置（１１０）と、この高周波共振装置（１１０）の外壁（１１１）の外面（１１３）に配置され、特定の発生器周波数（ｆG）の高周波ビームを空隙（１１４）を介して高周波共振装置（１１０）の内部に入射させるための高周波発生器（１３１）を備えた入射装置（１１３）と、発生器（１３１）を外側に向かって遮蔽し外壁（１１１）の外面（１１３）にある空隙（１１４）を電気的に橋絡する遮蔽物（１３４）とを備え、遮蔽物（１３４）が発生器周波数（ｆG）に対して高いインピーダンスを有する共振器として形成される高周波装置（１００）が記載されている。【選択図】図３
2013539189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の外壁（１１１）を備え、この外壁（１１１）がその周囲に沿って拡がる空隙（１１４）を有する高周波共振装置（１１０）と、
この空隙（１１４）の範囲における高周波共振装置（１１０）の外壁（１１１）の外面（１１３）に配置され、特定の発生器周波数（ｆG）の高周波ビームを空隙（１１４）を介して高周波共振装置（１１０）の内部に入射させるための高周波発生器（１３１）を備えた入射装置（１３０）と、
高周波発生器（１３１）を外側に向かって遮蔽し外壁（１１１）の外面（１１３）にある空隙（１１４）を電気的に橋絡する遮蔽物（１３４）とを備え、
遮蔽物（１３４）が発生器周波数（ｆG）に対して高いインピーダンスを有する共振器として形成される高周波装置（１００）。
【請求項２】
遮蔽物（１３４）が発生器周波数（ｆG）とは異なる共振周波数（ｆR）に同調する請求項１記載の高周波装置（１００）。
【請求項３】
遮蔽物（１３４）が発生器周波数（ｆG）より上の共振周波数（ｆA）に同調する請求項１または２記載の高周波装置（１００）。
【請求項４】
遮蔽物（１３４）の容量特性および誘導特性が、遮蔽物（１３４）の発生器周波数（ｆG）において空隙（１１４）の範囲において電流波節点を有する立ちあがり電磁波を形成するように同調される請求項１から３の１つに記載の高周波装置（１００）。
【請求項５】
遮蔽物（１３４）の電気的線長が高周波発生器により作られた電磁波の波長λのほぼ4分の１に相当する請求項１から４の１つに記載の高周波装置（１００）。
【請求項６】
高周波共振装置（１１０）が高周波空洞として形成される請求項１から５の１つに記載の高周波装置（１００）。
【請求項７】
高周波共振装置（１１０）が導波路として形成される請求項１から５の１つに記載の高周波装置。
【請求項８】
高周波共振装置（１１０）が同軸導電結合として形成される請求項１から５の１つに記載の高周波装置。
【請求項９】
高周波発生器（１３１）が高周波共振装置（１１０）の周囲に沿って分布配置された複数のトランジスタモジュール（１３２）を有する請求項１から８の１つに記載の高周波装置。
【請求項１０】
空隙が高周波共振装置（１１０）の外壁（１１１）の相対向する２つのフランジ（１１７、１１８）により限定され、トランジスタモジュール（１３２）がそれぞれ両フランジ（１１７、１１８）内の切り欠き（１２４）に配置される請求項９記載の高周波装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の１つに記載の高周波装置（１００）を少なくとも１つ備えた粒子線加速器（２００）。
【請求項１２】
粒子線加速器（２００）が少なくとも２つの互いに直列に接続された高周波空洞（１００）を有する請求項１１記載の粒子線加速器（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外壁により限定された高周波空洞と、この外壁に配置され高周波発生器並びに遮蔽物を有する入射装置とを備えた高周波装置に関する。この場合高周波発生器は外壁に形成された空隙を介して電磁場を高周波空洞の内部に入射させる。この場合遮蔽物は共振的に形成され、発生器周波数において高いインピーダンスを有する。さらに本発明はこのような高周波装置を少なくとも１つ備えた粒子線加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電磁場用の共振器として用いられる高周波空洞は典型的には導電性の外壁を備えた中空体である。空洞の外側に配置された高周波発生器は高周波の電磁ビームを作り、これは空洞の外壁にある開口を介して空洞の内部に入射される。発生器により作られた電磁交流場によりなかんずく交流電流が誘起され、外壁の内側にある電流路に沿って伝播する。発生器周波数および空洞の波特性に依存して高周波空洞の内部には種々の共振モードが起こり得る。特に空洞の外部に高周波発生器を配置することにより外壁の外側においても電流が誘起され、これにより空洞内に入射されたパワー、したがって空洞の効率が減ぜられるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
それゆえ本発明の課題は、高周波空洞内への高周波ビームのできるだけ効率的な入射を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は請求項１に記載の高周波装置並びに請求項１１に記載の粒子線加速器により達成される。本発明のさらに有利な実施形態は従属請求項に提示されている。
【０００５】
本発明によれば高周波装置は導電性の外壁を備えた高周波共振装置を有し、この外壁はその周囲に沿って延びる空隙を有する。高周波装置はさらに、空隙の範囲内において高周波共振装置の外壁の外側に配置され所定の周波数の高周波ビームを空隙を介して高周波共振装置の内部に入射させるための高周波発生器と、この発生器を外側に向かって遮蔽し外壁の外側にある空隙を電気的に橋絡する遮蔽物とを有する。この遮蔽物は発生器の周波数に対して高インピーダンスを有する共振器として形成される。高インピーダンスにより少ない電流が遮蔽物を介して流れる。この場合遮蔽物を共振器として形成することは特に簡単に高インピーダンスを可能にし、これによって共振装置内への高周波ビームの極めて効率の良い入射を可能にする。遮蔽物により空洞外側への高周波電流は生じないので、高周波装置の取り扱いは総じてより安全になる。さらに地電位に保たれている高周波空洞はほかの装置との組合せが容易である。
【０００６】
一実施形態によれば、共振的に形成された遮蔽物は発生器周波数とは異なる共振周波数に同調させられる。これにより導波抵抗およびこれに伴い運転中の共振遮蔽物の動作を用途に応じて任意に調整することができる。
【０００７】
別の実施形態によれば、遮蔽物は発生器周波数より上の共振周波数に同調させられる。これにより発生器周波数において共振器として形成された遮蔽物において低いインピーダンスの共振モードが生じることが効率的に回避される。
【０００８】
さらに別の実施形態によれば、遮蔽物の容量特性および誘導特性は、遮蔽物内に発生器周波数において空隙の範囲に電流波節点を有する立ち上がり電磁波が形成される。これにより遮蔽物のできるだけ高い入口側のインピーダンスが達成される。
【０００９】
別の実施形態においては、遮蔽物の電気線長は発生器により作られた電磁波の波長のほぼ４分の１に相当する。この線長はこの場合における遮蔽物の同調が極めて簡単なので特に良好な実施形態を示す。
【００１０】
別の実施形態によれば、高周波共振装置は高周波空洞として形成される。高周波空洞はその高い品質のため共振電磁波の発生に特に好適である。
【００１１】
別の実施形態によれば、高周波共振装置は同軸導電結合として形成される。このような同軸導波路は特にフレキシブルに使用可能である。
【００１２】
別の実施形態においては、発生器は高周波共振装置の周囲に沿って分布配置された複数のトランジスタモジュールを有する。このようなトランジスタモジュールにより電磁場が直接共振装置で発生可能となる。これは電磁ビームの特に効率的な入射を可能にする。
【００１３】
別の実施形態においては、空隙が高周波共振装置の外壁の相対向する２つのフランジにより限定され、その際トランジスタモジュールはそれぞれ両フランジ内の切り欠きに配置される。このようなトランジスタモジュールの特殊な配置により共振装置内への交流電流の特に効率的な入射が可能になる。
【００１４】
さらに本発明によれば相応する少なくとも１つの高周波装置を備えた粒子線加速器が提供される。このような粒子線加速器により特に強い電磁場が作られる。
【００１５】
１つの実施形態では、粒子線加速器は互いに接続された複数の高周波空洞を有する。高周波空洞の接続により発生電磁場の強度は特に簡単に高めることができる。
【００１６】
本発明を以下に図面により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は高周波ビームを高周波空洞内に入射させるため空洞の周囲に沿って配置された入射装置を備えた円筒状の高周波空洞を概略的に示す。
【図２】図２は高周波ビームを高周波空洞内に入射させるため空洞の周囲に沿って配置された入射装置を備えた円筒状の高周波空洞を概略的に示す。
【図３】図３は入射装置の詳細を示す図１の高周波空洞の縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った高周波装置の横断面図である。
【図５】図５は高周波ビーム用の導波路として役立つ遮蔽物の概略モデル図である。
【図６】図６はλ／４導波路として形成された遮蔽物に沿って生じる電流強度と空隙の範囲内の電流波節点とを示す電流分布ダイアグラムである。
【図７】図７は同軸線として形成された高周波共振装置を備えた高周波装置を示す。
【図８】図８は複数の高周波空洞を結合して作った粒子線加速器を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明による高周波装置１００の側面図を示す。装置１００はこの場合金属製の外壁を備えた円筒状の高周波空洞１１０を有しており、これは特定の周波数の高周波ビーム用の共振装置として用いられる。高周波空洞１１０の周囲に沿って高周波パワーを高周波空洞１１０内に入射させるための入射装置１３０が配置される。
【００１９】
図２には図１の高周波装置１００が正面図で示されている。この場合入射装置１３０が高周波空洞１１０の全周に沿って延びているのが明示されている。用途によっては入射装置１３０は高周波空洞１１０の周囲の一部のみに延びるようにすることもできる。さらに複数のこの種の装置を周囲の一部のみに、すなわち断片的に延びている入射装置１３０を高周波空洞１００の周囲に沿って配置することもできる。
【００２０】
入射装置１３０は以下において断面図により詳細に説明する。このため図３は図１に示した本発明による高周波装置１００の縦断面図、図４は横断面図を示す。
【００２１】
図３に示すように、高周波空洞１１０の金属製外壁１１１は入射装置１３０の範囲に高周波空洞１１０の周囲に沿って延びる空隙１１４を有する。空隙１１４は外壁１１１を以下の例において第１と第２の壁部分１１５、１１６に分割する。空隙１１４内には非導電性材料から成る絶縁リング１２０が配置される。リング状の絶縁体１２０は同時に真空パッキンを形成する。両壁部分１１５、１１６の端部はそれぞれフランジ１１７、１１８として形成される。
【００２２】
空洞外壁１１１の外面１１３に配置された入射装置１３０は空隙１１４の範囲に配置された発生器１３１並びにこの発生器を完全に覆う金属製の遮蔽物（シールド）１３４を有する。特定の周波数ｆGの周波数ビームの発生用に形成された発生器１３１はこの場合好適には周囲に沿って分配配置された複数のトランジスタモジュール１３２を有する。個々のトランジスタモジュール１３２は両フランジ１１７、１１８における特殊な切り欠きに配置され、それゆえ外壁１１１のフランジと直接接している。このような配置により、一方では高周波ビームの入射面が比較的大きくなり、他方では高周波ビームの発生がパワーを必要とするところで直接行われるのでより高い高周波ビームが得られる。
【００２３】
図３に示すようにトランジスタモジュール１３２は接続導線１３３により図示しない直流電源もしくは制御装置と接続される。作動時にはモジュール１３２の固体トランジスタは電磁交流場を発生し、外壁１１１に沿って拡がる交流電流を誘起する。高周波のため交流電流はこの場合単に外壁１１１の内面および外面上の比較的薄い縁層において生じる。誘起された交流電流をできるだけ多く高周波空洞１１０の内面１１２に沿って拡がるようにするために、空洞１１０の外面１１３におけるＲＦ路のインピーダンスをできるだけ大きく形成することが行われる。これは特別に形成された遮蔽物１３４と、高周波空洞１１０の共振周波数における高いインピーダンスを形成する空隙１１４とにより達成される。たとえばリブ付きの遮蔽物の利用は空洞１１０の外面１１３におけるＲＦ路の高いインピーダンスを生じるので、電流は内側に流れることを強制される。
【００２４】
外壁１１１の外面１１３に沿う高周波電流の伝播を阻止するために、遮蔽物１３４は外壁１１１と電気的に接続される。図３に示すように金属製遮蔽物１３４はこの場合空隙１１４を電気的に橋絡し、これにより両壁部分１１５、１１６間を短絡する。誘起された交流電流は外壁１１１の縁層にのみ生じ、金属製の外壁１１１の内側範囲はほぼ電流および場がないので、遮蔽物により生じた短絡により空洞外壁１１１の外面１１３に沿って伝播する交流電流のみが影響を受ける。したがって空洞外壁１１１の外面１１３に誘起される電流は遮蔽物１３４を形成する板金１３６、１３７、１３８の内側１３５に沿って伝播し、遮蔽物１３４の外側の空洞外壁１１１は実質的に電流および電圧のない状態になる。高周波空洞１１０の内部への高周波電流の入射を最適化するために、遮蔽物１３４は共振的に形成される。このため入射装置１３０の導波特性は、遮蔽物１３４の内部に伝播する交流電流が空隙１１４の範囲でできるだけ高いインピーダンスを生じるように調整される。
【００２５】
図４は図３に示した高周波空洞１００のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断面図である。この図から明らかなように、空洞１１０の外壁１１１の周囲に沿って配置されたトランジスタモジュール１３２はフランジ１１７、１１８の相応する切り欠き中に収容されている。
【００２６】
図５は遮蔽物１３４の極端に簡略化した等価回路図を示す。この場合遮蔽物１３４は短絡された導波線とみなされる。この場合左側の両端子１３１，１３７は空隙範囲における高周波ビームの給電点に相当する。上側および下側の線部分３０２、３０６はこれに対し遮蔽物１３４の内側１３５に沿うここでは交流電流のほぼ対称的な電流路に相当する。この場合上側の線部分３０２は主として遮蔽物１３４の左側の側壁１３６、遮蔽物１３４内に配置された第１の外壁部分１１５の部分並びに遮蔽物の上側の蓋壁１３７の部分により形成される。これと同様にここに示した等価回路図３００における下側の線部分３０６は遮蔽物１３４の右側の側壁１３６、遮蔽物１３４の下側に配置された第２の外壁部分１１６の部分並びに遮蔽物１３４の上側蓋壁１３７の部分によって形成される。容量Ｃは主として入射装置１３０の容量特性によって規定され、これはたとえば銅から形成される遮蔽物１３４の幾何学的形状並びに遮蔽物１３４により包含される空間容積の材料特性に依存する。これに対し等価回路図に示されたインダクタンスＬはとりわけ電気導線の長さに依存し、これはたとえば導線の幾何学的長さのような種々の要因に依存する。全インダクタンスは電流により踏波される道程の個々の部分のインダクタンスにより規定される。図５にさらに破線３０４で示すように、図示の等価回路図３００は出口側で短絡されている。なぜなら以下の場合では対称的な両線路は遮蔽物１３４の蓋部材１３８を介して電気的に互いに接続されているからである。この場合短絡線の電気的線長と発生器１３１で作られる高周波ビームの波長λとの比は、Ｕ字状線の容量、インダクタンスまたは振動回路がどのようなものであるかを決定する。電気線長が遮蔽物１３４の内側に進む電流波の波長λの４分の１である特殊な場合には、回路は共振波長λ、λ／３、λ／５等を有する並列振動回路を形成する。波長λの４分の１に整合された遮蔽物１３４では電磁波の電流成分に対してしたがって空隙１１４の範囲における電流波節点が生じる。共振時には遮蔽物により形成される入力インピーダンスは無限に向かうので、発生器により散逸された高周波パワーはほぼ完全に出来るだけ低いインピーダンスを有する高周波空洞内に入射する。遮蔽物の線長はしかし最適λ／４に整合してはならない。用途によっては、遮蔽物によって形成された振動回路の入力インピーダンスが高周波空洞の入力インピーダンスよりもはっきりと高く落ちるだけで十分である。この場合にも誘起電流は主として外壁１１１の内面１１２に伝播するであろう。したがって高周波空洞内への高周波パワーの最適な入射が達成される。
【００２７】
図６は遮蔽物１３４によって形成されたλ／４線に沿う電流経過を明示する。これから明らかなように、電流の強さは線の入口（ｘ0）では最小、出口（ｘ1）では最大となるようにサイン状に経過する。
【００２８】
ここに示した本発明の構想は原理的にはすべての高周波空洞並びにたとえば同軸線やRe-Entrant-Cavityのようなほかの共振導波路構造にも適用できる。たとえば図７は、前に高周波空洞と関連して示した入射装置１３０が同軸導電結合における電気エネルギーの入射に用いられる高周波装置を示す。図７に示すように発生器１３１並びにこの発生器を取り囲む遮蔽物１３４は同軸結合１１０の外側導体１１１の外周に沿って延在している。ここに示された断面図には同軸結合にとって典型的な内側導体１２０も示されている。
【００２９】
より高い高周波パワーを達成するには、図１から図４に示した高周波空洞を複数直列に接続すればよい。図８はこのため全部で４つの高周波空洞の直列回路１００を示す。このようにして形成された装置２００は以下の実施例では粒子線加速器として用いられる。個々の空洞１１０はこの場合別々に制御される。このため４つの高周波空洞１００の入射装置１３０は別々の線を介して共通の制御もしくは給電装置２１０に接続される。壁電流は空洞壁の内側に沿ってのみ伝播するので、互いに接続された空洞１１０は外側でＲＦ技術的に互いに減結合される。それゆえこれらは直列接続にも拘わらず互いに無関係に制御される。
【００３０】
本発明は個々に示した実施形態に限定されない。むしろ本発明の構想は、壁電流が内側に入射されかつ外側に対して遮蔽されるようなどのような適宜のＲＦ構造にも応用される。
【符号の説明】
【００３１】
１００      高周波装置
１１０      高周波空洞（高周波共振装置）
１１１      外壁
１１４      空隙
１３０      入射装置
１３１      高周波発生器
１３２      トランジスタモジュール
１３４      遮蔽物
２００      粒子線加速器
【図１】
2013539189.tif 000003
【図２】
2013539189.tif 000004
【図３】
2013539189.tif 000005
【図４】
2013539189.tif 000006
【図５】
2013539189.tif 000007
【図６】
2013539189.tif 000008
【図７】
2013539189.tif 000009
【図８】
2013539189.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月9日(2013.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の外壁（１１１）を備え、この外壁（１１１）がその周囲に沿って拡がる空隙（１１４）を有する高周波共振装置（１１０）と、
この空隙（１１４）の範囲における高周波共振装置（１１０）の外壁（１１１）の外面（１１３）に配置され、特定の発生器周波数（ｆG）の高周波ビームを空隙（１１４）を介して高周波共振装置（１１０）の内部に入射させるための高周波発生器（１３１）を備えた入射装置（１３０）と、
高周波発生器（１３１）を外側に向かって遮蔽し外壁（１１１）の外面（１１３）にある空隙（１１４）を電気的に橋絡する遮蔽物（１３４）とを備え、
遮蔽物（１３４）が発生器周波数（ｆG）に対して高いインピーダンスを有する共振器として形成される高周波装置。
【請求項２】
遮蔽物（１３４）が発生器周波数（ｆG）とは異なる共振周波数（ｆR）に同調する請求項１記載の高周波装置。
【請求項３】
遮蔽物（１３４）が発生器周波数（ｆG）より上の共振周波数（ｆA）に同調する請求項１または２記載の高周波装置。
【請求項４】
遮蔽物（１３４）の容量特性および誘導特性が、遮蔽物（１３４）の発生器周波数（ｆG）において空隙（１１４）の範囲において電流波節点を有する立ちあがり電磁波を形成するように同調される請求項１から３の１つに記載の高周波装置。
【請求項５】
遮蔽物（１３４）の電気的線長が高周波発生器により作られた電磁波の波長λの４分の１に相当する請求項１から４の１つに記載の高周波装置。
【請求項６】
高周波共振装置（１１０）が高周波空洞として形成される請求項１から５の１つに記載の高周波装置。
【請求項７】
高周波共振装置（１１０）が導波路として形成される請求項１から５の１つに記載の高周波装置。
【請求項８】
高周波共振装置（１１０）が同軸導電結合として形成される請求項１から５の１つに記載の高周波装置。
【請求項９】
高周波発生器（１３１）が高周波共振装置（１１０）の周囲に沿って分布配置された複数のトランジスタモジュール（１３２）を有する請求項１から８の１つに記載の高周波装置。
【請求項１０】
空隙が高周波共振装置（１１０）の外壁（１１１）の相対向する２つのフランジ（１１７、１１８）により形成され、トランジスタモジュール（１３２）がそれぞれ両フランジ（１１７、１１８）内の切り欠き（１２４）に配置される請求項９記載の高周波装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の１つに記載の高周波装置（１００）を少なくとも１つ備えた粒子線加速器。
【請求項１２】
粒子線加速器（２００）が少なくとも２つの互いに直列に接続された高周波空洞（１１０）を有する請求項１１記載の粒子線加速器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外壁により限定された高周波空洞と、この外壁に配置され高周波発生器並びに遮蔽物を有する入射装置とを備えた高周波装置に関する。この場合高周波発生器は外壁に形成された空隙を介して電磁場を高周波空洞の内部に入射させる。この場合遮蔽物は共振的に形成され、発生器周波数において高いインピーダンスを有する。さらに本発明はこのような高周波装置を少なくとも１つ備えた粒子線加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電磁場用の共振器として用いられる高周波空洞は典型的には導電性の外壁を備えた中空体である。空洞の外側に配置された高周波発生器は高周波の電磁ビームを作り、これは空洞の外壁にある開口を介して空洞の内部に入射される。発生器により作られた電磁交流場によりなかんずく交流電流が誘起され、外壁の内側にある電流路に沿って伝播する。発生器周波数および空洞の波特性に依存して高周波空洞の内部には種々の共振モードが起こり得る。特に空洞の外部に高周波発生器を配置することにより外壁の外側においても電流が誘起され、これにより空洞内に入射されたパワー、したがって空洞の効率が減ぜられるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
それゆえ本発明の課題は、高周波空洞内への高周波ビームのできるだけ効率的な入射を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、本発明によれば、導電性の外壁を備え、この外壁がその周囲に沿って拡がる空隙を有する高周波共振装置と、この空隙の範囲における高周波共振装置の外壁の外面に配置され、特定の発生器周波数の高周波ビームを空隙を介して高周波共振装置の内部に入射させるための高周波発生器を備えた入射装置と、
高周波発生器を外側に向かって遮蔽し外壁の外面にある空隙を電気的に橋絡する遮蔽物とを備え、遮蔽物が発生器周波数に対して高いインピーダンスを有する共振器として形成される高周波装置によって解決される（請求項１）。
さらに、前記課題は、本発明によれば、本発明に係る高周波装置を少なくとも１つ備えた粒子線加速器によっても解決される（請求項１１）。
高周波装置に関する本発明のさらに有利な実施形態は次の通りである。
・遮蔽物が発生器周波数とは異なる共振周波数に同調する（請求項２）。
・遮蔽物が発生器周波数より上の共振周波数に同調する（請求項３）。
・遮蔽物の容量特性および誘導特性が、遮蔽物の発生器周波数において空隙の範囲において電流波節点を有する立ちあがり電磁波を形成するように同調される（請求項４）。
・遮蔽物の電気的線長が高周波発生器により作られた電磁波の波長λのほぼ4分の１に相当する（請求項５）。
・高周波共振装置が高周波空洞として形成される（請求項６）。
・高周波共振装置が導波路として形成される（請求項７）。
・高周波共振装置が同軸導電結合として形成される（請求項８）。
・高周波発生器が高周波共振装置の周囲に沿って分布配置された複数のトランジスタモジュールを有する（請求項９）。
・空隙が高周波共振装置の外壁の相対向する２つのフランジにより形成され、トランジスタモジュールがそれぞれ両フランジ内の切り欠きに配置される（請求項１０）。
粒子線加速器に関する本発明のさらに有利な実施形態は次の通りである。
・粒子線加速器が少なくとも２つの互いに直列に接続された高周波空洞を有する（請求項１２）。
【０００５】
本発明によれば高周波装置は導電性の外壁を備えた高周波共振装置を有し、この外壁はその周囲に沿って延びる空隙を有する。高周波装置はさらに、空隙の範囲内において高周波共振装置の外壁の外側に配置され所定の周波数の高周波ビームを空隙を介して高周波共振装置の内部に入射させるための高周波発生器と、この発生器を外側に向かって遮蔽し外壁の外側にある空隙を電気的に橋絡する遮蔽物とを有する。この遮蔽物は発生器の周波数に対して高インピーダンスを有する共振器として形成される。高インピーダンスにより少ない電流が遮蔽物を介して流れる。この場合遮蔽物を共振器として形成することは特に簡単に高インピーダンスを可能にし、これによって共振装置内への高周波ビームの極めて効率の良い入射を可能にする。遮蔽物により空洞外側への高周波電流は生じないので、高周波装置の取り扱いは総じてより安全になる。さらに地電位に保たれている高周波空洞はほかの装置との組合せが容易である。
【０００６】
一実施形態によれば、共振的に形成された遮蔽物は発生器周波数とは異なる共振周波数に同調させられる。これにより導波抵抗およびこれに伴い運転中の共振遮蔽物の動作を用途に応じて任意に調整することができる。
【０００７】
別の実施形態によれば、遮蔽物は発生器周波数より上の共振周波数に同調させられる。これにより発生器周波数において共振器として形成された遮蔽物において低いインピーダンスの共振モードが生じることが効率的に回避される。
【０００８】
さらに別の実施形態によれば、遮蔽物の容量特性および誘導特性は、遮蔽物内に発生器周波数において空隙の範囲に電流波節点を有する立ち上がり電磁波が形成される。これにより遮蔽物のできるだけ高い入口側のインピーダンスが達成される。
【０００９】
別の実施形態においては、遮蔽物の電気線長は発生器により作られた電磁波の波長のほぼ４分の１に相当する。この線長はこの場合における遮蔽物の同調が極めて簡単なので特に良好な実施形態を示す。
【００１０】
別の実施形態によれば、高周波共振装置は高周波空洞として形成される。高周波空洞はその高い品質のため共振電磁波の発生に特に好適である。
【００１１】
別の実施形態によれば、高周波共振装置は同軸導電結合として形成される。このような同軸導波路は特にフレキシブルに使用可能である。
【００１２】
別の実施形態においては、発生器は高周波共振装置の周囲に沿って分布配置された複数のトランジスタモジュールを有する。このようなトランジスタモジュールにより電磁場が直接共振装置で発生可能となる。これは電磁ビームの特に効率的な入射を可能にする。
【００１３】
別の実施形態においては、空隙が高周波共振装置の外壁の相対向する２つのフランジにより限定され、その際トランジスタモジュールはそれぞれ両フランジ内の切り欠きに配置される。このようなトランジスタモジュールの特殊な配置により共振装置内への交流電流の特に効率的な入射が可能になる。
【００１４】
さらに本発明によれば相応する少なくとも１つの高周波装置を備えた粒子線加速器が提供される。このような粒子線加速器により特に強い電磁場が作られる。
【００１５】
１つの実施形態では、粒子線加速器は互いに接続された複数の高周波空洞を有する。高周波空洞の接続により発生電磁場の強度は特に簡単に高めることができる。
【００１６】
本発明を以下に図面により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は高周波ビームを高周波空洞内に入射させるため空洞の周囲に沿って配置された入射装置を備えた円筒状の高周波空洞を概略的に示す。
【図２】図２は高周波ビームを高周波空洞内に入射させるため空洞の周囲に沿って配置された入射装置を備えた円筒状の高周波空洞を概略的に示す。
【図３】図３は入射装置の詳細を示す図１の高周波空洞の縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った高周波装置の横断面図である。
【図５】図５は高周波ビーム用の導波路として役立つ遮蔽物の概略モデル図である。
【図６】図６はλ／４導波路として形成された遮蔽物に沿って生じる電流強度と空隙の範囲内の電流波節点とを示す電流分布ダイアグラムである。
【図７】図７は同軸線として形成された高周波共振装置を備えた高周波装置を示す。
【図８】図８は複数の高周波空洞を結合して作った粒子線加速器を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明による高周波装置１００の側面図を示す。装置１００はこの場合金属製の外壁を備えた円筒状の高周波空洞１１０を有しており、この高周波空洞１１０は特定の周波数の高周波ビーム用の共振装置として用いられる。高周波空洞１１０の周囲に沿って高周波パワーを高周波空洞１１０内に入射させるための入射装置１３０が配置される。
【００１９】
図２には図１の高周波装置１００が正面図で示されている。この場合入射装置１３０が高周波空洞１１０の全周に沿って延びているのが明示されている。用途によっては入射装置１３０は高周波空洞１１０の周囲の一部のみに延びるようにすることもできる。さらに複数のこの種の装置を周囲の一部のみに、すなわち断片的に延びている入射装置１３０を高周波空洞１００の周囲に沿って配置することもできる。
【００２０】
入射装置１３０は以下において断面図により詳細に説明する。このため図３は図１に示した本発明による高周波装置１００の縦断面図、図４は横断面図を示す。
【００２１】
図３に示すように、高周波空洞１１０の金属製外壁１１１は入射装置１３０の範囲に高周波空洞１１０の周囲に沿って延びる空隙１１４を有する。空隙１１４は外壁１１１を以下の例において第１の壁部分１１５と第２の壁部分１１６に分割する。空隙１１４内には非導電性材料から成る絶縁リング１２０が配置される。リング状の絶縁体１２０は同時に真空パッキンを形成する。両壁部分１１５、１１６の端部はそれぞれフランジ１１７、１１８として形成される。
【００２２】
空洞外壁１１１の外面１１３に配置された入射装置１３０は空隙１１４の範囲に配置された発生器１３１並びにこの発生器を完全に覆う金属製の遮蔽物（シールド）１３４を有する。特定の周波数ｆGの周波数ビームの発生用に形成された発生器１３１はこの場合好適には周囲に沿って分配配置された複数のトランジスタモジュール１３２を有する。個々のトランジスタモジュール１３２は両フランジ１１７、１１８における特殊な切り欠きに配置され、それゆえ外壁１１１のフランジと直接接している。このような配置により、一方では高周波ビームの入射面が比較的大きくなり、他方では高周波ビームの発生がパワーを必要とするところで直接行われるのでより高い高周波ビームが得られる。
【００２３】
図３に示すようにトランジスタモジュール１３２は接続導線１３３により図示しない直流電源もしくは制御装置と接続される。作動時にはモジュール１３２の固体トランジスタは電磁交流場を発生し、外壁１１１に沿って拡がる交流電流を誘起する。高周波のため交流電流はこの場合単に外壁１１１の内面および外面上の比較的薄い縁層において生じる。誘起された交流電流をできるだけ多く高周波空洞１１０の内面１１２に沿って拡がるようにするために、空洞１１０の外面１１３におけるＲＦ路のインピーダンスをできるだけ大きく形成することが行われる。これは特別に形成された遮蔽物１３４と、高周波空洞１１０の共振周波数における高いインピーダンスを形成する空隙１１４とにより達成される。たとえばリブ付きの遮蔽物の利用は空洞１１０の外面１１３におけるＲＦ路の高いインピーダンスを生じるので、電流は内側に流れることを強制される。
【００２４】
外壁１１１の外面１１３に沿う高周波電流の伝播を阻止するために、遮蔽物１３４は外壁１１１と電気的に接続される。図３に示すように金属製遮蔽物１３４はこの場合空隙１１４を電気的に橋絡し、これにより両壁部分１１５、１１６間を短絡する。誘起された交流電流は外壁１１１の縁層にのみ生じ、金属製の外壁１１１の内側範囲はほぼ電流および場がないので、遮蔽物により生じた短絡により空洞外壁１１１の外面１１３に沿って伝播する交流電流のみが影響を受ける。したがって空洞外壁１１１の外面１１３に誘起される電流は遮蔽物１３４を形成する板金１３６、１３７、１３８の内側１３５に沿って伝播し、遮蔽物１３４の外側の空洞外壁１１１は実質的に電流および電圧のない状態になる。高周波空洞１１０の内部への高周波電流の入射を最適化するために、遮蔽物１３４は共振的に形成される。このため入射装置１３０の導波特性は、遮蔽物１３４の内部に伝播する交流電流が空隙１１４の範囲でできるだけ高いインピーダンスを生じるように調整される。
【００２５】
図４は図３に示した高周波空洞１００のＶＩ−ＶＩ線に沿う横断面図である。この図から明らかなように、空洞１１０の外壁１１１の周囲に沿って配置されたトランジスタモジュール１３２はフランジ１１７、１１８の相応する切り欠き１２４中に収容されている。
【００２６】
図５は遮蔽物１３４の極端に簡略化した等価回路図を示す。この場合遮蔽物１３４は短絡された導波線とみなされる。この場合左側の両端子３０１，３０７は空隙範囲における高周波ビームの給電点に相当する。上側および下側の線部分３０２、３０６はこれに対し遮蔽物１３４の内側１３５に沿うここでは交流電流のほぼ対称的な電流路に相当する。この場合上側の線部分３０２は主として遮蔽物１３４の左側の側壁１３６、遮蔽物１３４内に配置された第１の外壁部分１１５の部分並びに遮蔽物の上側の蓋壁１３７の部分により形成される。これと同様にここに示した等価回路図３００における下側の線部分３０６は遮蔽物１３４の右側の側壁１３６、遮蔽物１３４の下側に配置された第２の外壁部分１１６の部分並びに遮蔽物１３４の上側蓋壁１３７の部分によって形成される。容量Ｃは主として入射装置１３０の容量特性によって規定され、これはたとえば銅から形成される遮蔽物１３４の幾何学的形状並びに遮蔽物１３４により包含される空間容積の材料特性に依存する。これに対し等価回路図に示されたインダクタンスＬはとりわけ電気導線の長さに依存し、これはたとえば導線の幾何学的長さのような種々の要因に依存する。全インダクタンスは電流により踏波される道程の個々の部分のインダクタンスにより規定される。図５にさらに破線３０４で示すように、図示の等価回路図３００は出口側で短絡されている。なぜなら以下の場合では対称的な両線路は遮蔽物１３４の蓋部材１３８を介して電気的に互いに接続されているからである。この場合短絡線の電気的線長と発生器１３１で作られる高周波ビームの波長λとの比は、Ｕ字状線の容量、インダクタンスまたは振動回路がどのようなものであるかを決定する。電気線長が遮蔽物１３４の内側に進む電流波の波長λの４分の１である特殊な場合には、回路は共振波長λ、λ／３、λ／５等を有する並列振動回路を形成する。波長λの４分の１に整合された遮蔽物１３４では電磁波の電流成分に対してしたがって空隙１１４の範囲における電流波節点が生じる。共振時には遮蔽物により形成される入力インピーダンスは無限に向かうので、発生器により散逸された高周波パワーはほぼ完全に出来るだけ低いインピーダンスを有する高周波空洞内に入射する。遮蔽物の線長はしかし最適λ／４に整合してはならない。用途によっては、遮蔽物によって形成された振動回路の入力インピーダンスが高周波空洞の入力インピーダンスよりもはっきりと高く落ちるだけで十分である。この場合にも誘起電流は主として外壁１１１の内面１１２に伝播するであろう。したがって高周波空洞内への高周波パワーの最適な入射が達成される。
【００２７】
図６は遮蔽物１３４によって形成されたλ／４線に沿う電流経過を明示する。これから明らかなように、電流の強さは線の入口（ｘ0）では最小、出口（ｘ1）では最大となるようにサイン状に経過する。
【００２８】
ここに示した本発明の構想は原理的にはすべての高周波空洞並びにたとえば同軸線やRe-Entrant-Cavityのようなほかの共振導波路構造にも適用できる。たとえば図７は、前に高周波空洞と関連して示した入射装置１３０が同軸導電結合における電気エネルギーの入射に用いられる高周波装置を示す。図７に示すように発生器１３１並びにこの発生器を取り囲む遮蔽物１３４は同軸結合１１０の外側導体１１１の外周に沿って延在している。ここに示された断面図には同軸結合にとって典型的な内側導体１２０も示されている。
【００２９】
より高い高周波パワーを達成するには、図１から図４に示した高周波空洞を複数直列に接続すればよい。図８はこのため全部で４つの高周波空洞の直列回路１００を示す。このようにして形成された装置２００は以下の実施例では粒子線加速器として用いられる。個々の空洞１１０はこの場合別々に制御される。このため４つの高周波空洞１００の入射装置１３０は別々の線を介して共通の制御もしくは給電装置２１０に接続される。壁電流は空洞壁の内側に沿ってのみ伝播するので、互いに接続された空洞１１０は外側でＲＦ技術的に互いに減結合される。それゆえこれらは直列接続にも拘わらず互いに無関係に制御される。
【００３０】
本発明は個々に示した実施形態に限定されない。むしろ本発明の構想は、壁電流が内側に入射されかつ外側に対して遮蔽されるようなどのような適宜のＲＦ構造にも応用される。
【符号の説明】
【００３１】
１００      高周波装置
１１０      高周波空洞（高周波共振装置）
１１１      外壁
１１４      空隙
１３０      入射装置
１３１      高周波発生器
１３２      トランジスタモジュール
１３４      遮蔽物
２００      粒子線加速器
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2013539189.tif 000011
【国際調査報告】
2013539189.tif 000012
2013539189.tif 000013
2013539189.tif 000014
2013539189.tif 000015
2013539189.tif 000016
2013539189.tif 000017