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粒子加速器

阅读：1074发布：2020-05-11

IPRDB可以提供粒子加速器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种粒子加速器(1)，其包括至少一个一级回旋加速器(10)；和一个围绕着该一级回旋加速器的二级回旋加速器(20)，用来加速由该一级回旋加速器发出的粒子。，下面是粒子加速器专利的具体信息内容。

1.粒子加速器(1)，其特征在于包括至少

一个一级回旋加速器(10)，

一个二级回旋加速器(20)，其围绕在该一级回旋加速器的外围，用于 加速该一级回旋加速器产生的粒子。

2.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器(10) 是紧凑型回旋加速器。

3.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该二级回旋加速器(20) 是分离扇型回旋加速器。

4.根据项权利要求1所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器(10) 和该二级回旋加速器(20)都是等时性的。

5.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器加速 的粒子束流中有分子离子。

6.根据权利要求5所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器加速 的粒子是由离子H2 +组成。

7.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于具有一个剥离器(24)， 该一级回旋加速器发出的粒子束流穿过该剥离器才能生成由该二级回旋加 速器加速的粒子束流。

8.根据权利要求7所述的加速器，其特征在于，该剥离器(24)处于 该二级回旋加速器(20)的内部。

9.根据权利要求7或8所述的加速器，其特征在于，该剥离器(24) 内具有一层薄碳箔。

10.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该二级回旋加速器加速 的粒子由质子H+组成。

11.根据权利要求7所述的加速器，其特征在于具有一个控制装置(30)， 该控制装置对该剥离器(24)发出的电流强度进行测量，并依照该电流来调 节一调节器(18)，以改变该一级回旋加速器引出的粒子束流的强度。

12.根据权利要求11所述的加速器，其特征在于该调节器(18)有至 少一个高频聚束装置，该高频聚束装置在重组该一级回旋加速器注入的粒子 时起作用。

13.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器(10) 与一轴向注入线(16)连接。

14.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器(10) 设计为使加速粒子在该一级回旋加速器内旋转10至30圈。

15.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器加速 的粒子束流飞离该一级回旋加速器时无须穿过该剥离器。

16.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于该一级回旋加速器(10) 是超导的。

说明书全文

技术领域

本发明涉及粒子加速器，尤其是那些发出高能量粒子，束流强度相当大 的加速器，比如，高于或者等于5mA，但也不仅限于这些。

背景技术

1994年4月28日至5月5日在比利时召开的研讨会之后，通过在 CERN Accelerator School，Cyclotrons，Linacs and Their Applications，Geneva 96(日内瓦96，CERN加速器学校，回旋加速器、直线加速器和它们的应 用)发表的文章“放射治疗中的回旋加速器”(CYCLOTRONS IN RADIOTHERAPY)，我们获知加速器上有两个并列置放的回旋加速器，一 级回旋加速器用来加速离子H-，二级回旋加速器，又被称为“增强器”，在 一级回旋加速器生成的中性粒子H0束流穿过电子剥离器(éplucheur)后，二 级回旋加速器用来加速质子H+。这样的加速器相当复杂，结构庞大。

发明内容

本发明是一种新型的粒子加速器，包括至少
一个一级回旋加速器；
一个二级回旋加速器，其围绕在该一级回旋加速器的外围，用于加速该 一级回旋加速器产生的粒子。
本发明可以具有性能可靠的加速器的优点，能产生高能量粒子密集束 流。鉴于两个回旋加速器的安装位置相互环绕，设备体积由此缩小，而且简 化了一级回旋加速器加速后带电粒子注入到二级回旋加速器的过程。尤其是 一级和二级回旋加速器的子午面明显是共面的，这样使得被加速的粒子飞离 一级回旋加速器注入到二级回旋加速器之前不必做垂直偏转，从而可以节省 掉磁性偏转电极和/或者静电偏转电极，并能在激活设备时减少损失和风险。 最后，两个回旋加速器之间的运动轨道可以相当短，减轻了空间电荷的问题。
一级回旋加速器是紧凑型的，与那种分离扇型相反。二级回旋加速器是 分离扇型回旋加速器。
所谓“紧凑型回旋加速器”，应该理解为该加速器上有至少一个环行线 圈连接到它的磁体上。所谓“分离扇型回旋加速器”，应该理解为有多个独 立的磁场区域。可以参看前面列举的已经发表的文章，其内容作为参考在这 里被提及。
一级回旋加速器可以是超导体，也可以不是。
根据发明的现状，一级和二级回旋加速器加速的粒子束流中的粒子性质 不同。
这样，在一个应用的实例中，一级回旋加速器加速的束流中有分子离子， 诸如，离子H2 +或者H3 +。加速器有一个剥离器，二级回旋加速器通过剥离器 截获一级回旋加速器引出的粒子束流，并加速该束流。二级回旋加速器加速 的束流可由质子H+组成。
所谓的“剥离器”，也叫做“分离器”，是一个粒子束流能够通过的箔 片装置。这个箔片是由能够“截获”某些粒子元素的物质制成，比如，可以 阻拦电子e-，而让其他成分通过。剥离器中可以有一层薄薄的碳箔。
在本发明的一种实施方式中，剥离器是电子剥离器，它可以截获一级回 旋加速器发出的束流中属于分子离子的电子，从而形成二级回旋加速器加速 的束流中的质子H+。
在本发明的一个应用实例中，剥离器处于二级回旋加速器的内部，在磁 场区域的间隙中。
加速器还有一条轴向注入线，它一方面与离子源连接，例如，离子源 H2 +或者H3 +，另一方面，它又与一级回旋加速器连接。
根据发明的现状，加速器有一个控制装置，用来测量和操控剥离器发出 的电流强度。一个调节器(l’accélérateur)可以按照该电流和给定值的数据 来改变一级回旋加速器加速的粒子束流的强度。
调节器至少有一个高频聚束装置，也叫做“群聚器”，用于重组一级回 旋加速器的注入粒子，这个聚束装置属于前面已经提及的轴向注入线。
一级加速器的设计，使得加速粒子在飞离一级加速器之前要旋转10至 30圈左右，这样粒子在一级回旋加速器中旋转的圈数可以相当的少，使得 粒子不同轨道之间的间隙相当大，能够相当容易地在最后的轨道上引出束 流。这样，一级回旋加速器加速的粒子束流可以无须经过剥离器就飞离一级 回旋加速器。
本发明还涉及加速器的一种用途，可以利用前面阐述的加速器对加速器 驱动的系统提供能量，被称作“加速器驱动核能系统(ADS)”，主要设备 有：
一个能量放大器，
一个次临界核反应堆，或者
一个核废料嬗变器(transmuteur)。
认真阅读下述的详细说明，参看并非用于进行限定的使用实例和附图之 后，将会对本发明有更深刻的了解。

附图说明

图1是本发明使用实例的轴向剖面部分的示意图；
图2单独表示一级回旋加速器带局部剖面部分的透视示意图；
图3是二级回旋加速器俯视部分的示意图；以及
图4表示调整加速器引出束流强度的接线图。

具体实施方式

图1表示加速器1有一级回旋加速器10和围绕在外面的二级回旋加速 器20，比如，二级与一级是同轴的，起到轴向加速器的作用。
一级回旋加速器10是紧凑型等时性回旋加速器，图2有单独的表示。 在阐明的实例中该回旋加速器是超导体，并在低温壳11内部至少有一个环 形线圈12，图2中示出了其局部剖面示意图。这个线圈12用来在一个封闭 的磁性结构里产生磁场，又叫做“磁轭”，该结构有极面，上有螺旋环绕区 13或者叫辐射区，它们是由磁场能够穿透的软磁材料用常用方法制成的。
谐振腔14同样以常用的方式安放在磁场区域13之间，从而在射频电磁 场的作用下加速粒子，例如，电磁场频率在70MHz之间。
一级回旋加速器10与离子源15相连，比如是分子离子源H2 +，它还和 轴向注入线16相连，这样可以引导离子源15发出的离子向回旋加速器的中 心区运动，在那里粒子将被加速，它们沿着一条明显的螺旋轨道运动。
二级回旋加速器20是分离扇等时性回旋加速器，它有多个磁场区域21， 与射频腔22交替放置，从而在两个磁性区域21之间加速粒子。
一段管道31连接两个回旋加速器10和20，在分析的实例中，管道和 加速器中同样都是真空的。
从磁的角度来看，每个区域21都是独立的，即，它们都有自己的方式 生成磁场，比如用线圈23。
电子剥离器24有碳箔薄层，比如，厚度在100nm左右，置于每个磁场 区域21之间的间隙中，紧靠其最内侧的径向端口。
该剥离器24能够从射入的束流中剥离出电子e-，这样在分析的实例中， 分子离子H2 +在经过剥离器24之后变成了质子束H+。
从电的角度看，剥离器24是绝缘的，这样可以读出收集的电流数值。 在图示的实例中，该电流由一个控制装置30测得，用以调节调节器18来改 变一级回旋加速器加速的粒子束流强度。控制装置30可以设计成按照给定 束流强度IC来调节调节器18，这样能够准确地调整二级回旋加速器加速的 粒子束流强度。
调节器18可以由轴向注入线16的任何高频聚束器的操纵装置组成。
加速器1的工作状况如下。轴向注入线16把离子源15发出的离子H2 + 注入到一级回旋加速器10，它们沿着一级回旋加速器10的子午面P被加速。 实例中表示，它们在旋转相当少的圈数后飞离一级回旋加速器，比如，大约 25圈，飞离一级回旋加速器的粒子束流H2 +强度在5mA之内，离子H2 +的能 量约为10至25MeV。
管道31使一级回旋加速器加速的粒子能够抵达二级回旋加速器，在那 里它们遇到剥离器24，并转变成质子H+，这些质子将在二级回旋加速器20 的子午面P内加速。由于质子H+的能量高于10MeV，二级回旋加速器20 可以释放出比如强度高于或者等于10mA的能量。离子H2 +通过剥离器24时 转变成质子H+，这样可以倍增束流的强度。
控制装置30可以调整二级回旋加速器发出的质子H+束流的强度，并且 根据给定值IC，把它维持在一个恒定的或者不恒定的数值上。该给定值IC可 以随时间变化。
根据发明，粒子加速器1可以有多种应用，尤其可以与能量放大器配合 使用，欧洲专利EP 0 725 967中已经举例说明，或者和嬗变器配合使用，国 际申请WO98/59347亦有记载。
本发明当然并非仅限定在所举例说明的实例中使用。
在不脱离本发明的范围，人们尤其可以使用非超导的回旋加速器对粒子 进行预加速。
离子源也可以不是H2 +，比如可以是H3 +或者H-。
在整个的说明中，包括权利要求在内，“有一个”的说法，应该理解为 “至少有一个”的含义，除非有特别的相反说明。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
一种电子加速器-专利编号CN101227791B 2020-05-13 741
粒子加速器-专利编号CN1310576C 2020-05-11 1073
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一种加速管-专利编号CN103068141A 2020-05-12 372
一种电子加速器-专利编号CN101227792A 2020-05-13 488
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粒子加速器-专利编号CN1631061A 2020-05-11 642
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一种电子加速器-专利编号CN101227792B 2020-05-13 467
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