[发明专利]一种重入式中间注入加速器

说明书

本发明涉及一种加速器。该加速器包括真空射频加速腔、带电粒子注入器、偏转磁铁、束流管道，其中所述束流管道绕着所述真空射频加速腔设置且两端分别接入所述真空射频加速腔中，所述带电粒子注入器设置在真空射频加速腔外侧的中部，将带电粒子形成的束流沿着垂直于真空射频加速腔轴线的方向注入带电粒子，带电粒子束流在偏转磁铁的作用下，沿着束流管道形成的路线在真空射频加速腔中做分段式蛇形运动或螺旋运动。本发明解决了横向磁场对束团的横向散束问题。

技术领域

本发明涉及一种带电粒子加速器，更特别地涉及一种从中间注入的加速器。

背景技术

加速器是一种复杂的高新技术装置，被广泛应用于科学研究、工农业生产、医疗卫生、国防军事、环境保护、公共安全等领域。电子加速器的种类很多，包括静电高压加速器、电子直线加速器、电子感应加速器等。在工业辐照领域，对高能大功率电子辐照加速器的电子束功率提出了越来越高的需求，传统的电子直线加速器受射频功率源及散热等问题的限制，束流功率难以再提高。为此国内外提出了一些重入式的高功率电子加速器，其加速腔的谐振频率为百MHz左右，其中包括梅花瓣(Rhodotron)加速器和蛇形(Ridgetron)加速器等。

相对于梅花瓣加速器，蛇形加速器的加速腔可以做的更长，虽然其加速腔的Q值没有梅花瓣加速器的高，但束流重入加速腔的次数可以高于梅花瓣加速器，因而可以获得相比于梅花瓣加速器更高的射频能量利用效率。蛇形加速器的加速腔采用圆柱腔内插两个电极板，在腔内形成H₁₁₀模式的电磁场。该模式电磁场在两个电极板的间隙内所建立的谐振电磁场，除了电极板的对称中心位置，其它位置都有相对于电子运动方向的磁场横向分量，并且越是远离电极板的对称中心位置，磁场横向分量越大，如图3所示，其中横向磁场的方向垂直于电子运动方向和电极板平面，腔体和电极板的中心的横轴坐标值为0。而一般的蛇形加速器的束流是从电极板的一端注入的，其磁场的横向分量是最大的。同时，横向磁场是时变磁场，不同时刻进入加速间隙的束流所感受到的磁场是随时改变的，这就导致束团横向散束。由于束流第一次注入加速腔所感受到的横向磁场最大，束团的散束效应最大。而束团的横向散束会导致其后的束流损失，引起束流传输效率的降低和腔体的发热，导致加速器运行的不稳定。与此类似，现有的螺旋加速器也存在上述问题。

为了解决束团的横向散束问题，日本研究者提出在第一次注入加速的电极板间隙插入电极头，减小加速间隙的距离，缩短横向磁场作用束流的时间，减弱横向磁场的幅值。之后的注入加速，由于束流能量的提高和横向磁场的降低，对束团的散束效用就可以忽略，因而可以采用较大的加速间隙。电极头的插入与缩短电极板之间的间隙的效果是相同的，但这会导致腔体的品质因数Q和加速的分路阻抗的降低，从而降低射频能量的转换效率等不利影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种加速器。

具体地，根据本发明的一种重入式中间注入加速器，其特征在于，其包括真空射频加速腔、带电粒子注入器、偏转磁铁、束流管道，其中所述束流管道绕着所述真空射频加速腔设置且两端分别接入所述真空射频加速腔中，所述带电粒子注入器设置在真空射频加速腔外侧中部，将带电粒子形成的束流沿着垂直于真空射频加速腔轴线的方向注入带电粒子，带电粒子束流在偏转磁铁的作用下，沿着束流管道形成的路线在真空射频加速腔中做分段式蛇形运动或螺旋运动。

优选地，采用两种偏转磁铁，分别是偏转总角度为180的偏转磁铁以及偏转总角度为90度的偏转磁铁。

优选地，其中所述真空射频加速腔为密闭的柱型腔，可以在其内获得粒子传输与加速运动所需要的真空环境。