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A7 ___B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明係關於用在粒子加速器與行波管之低速波結構， 其係由高溫超傳導體（H T S )與具有高Q値、高耦合阻抗及 高效率之電介質材料所製成。 發明背景 用於產生尚能量帶電粒子束之粒子加速器係用在基礎物 理研究及醫學用途，一加速器之關鍵組件爲低速波結構， 其提供放射韻率（rf)場所需之交互作用空間，以利作用於 帶電粒子而加速之，爲了累積加速效應，rf場之相位速度 需同步於粒子束速度，因此，一低速波結構之第一要件爲 其相位速度VP係頻率之函數（即蜂速波比率SWR二c/vp， . ’ 1 C爲自由空間中之光速爲了改善！^場與粒子之交互作用 ’ Γ f電場沿粒予束路徑方向需相當強，以產生強力做有效 之加速’因此，一低速波結構之第二要件爲一稱爲耦合阻 抗之變數Ze，其定義爲： 2Ρ _ (1) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Ρ爲低速波結構一段中之散失能量a 係沿粒子路徑之E場線性積分，L爲低速波結構之段長度 ’耦合阻Z。可表示爲： Z c = Q 〇 G ( 3 ) Q 〇爲結構之無負荷Q値，而G定義爲幾何因素： 本紙張尺度適财咖家縣（CNS > A4规格（210 x297/1釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) V2 4Pf〇P/〇 f。為共振器之共振頻率，而W〇爲共振器中在共振頻時 之儲能。 一 dc高壓V。可用於加速帶電粒子束至一初期之“射入，， 速度v，以進入低速波結構，V〇與v間之關係爲： (5) 其中v、七、m各爲粒子之速度、帶電量及質量，除非 使用極高之dc電壓，否則v應遠小於光速c，即低迷波比 率應遠大於低速波結構進入段之整體者，且應漸減以保持 同步於加速之粒子束。

’ I 低速波結構亦用於行波管（T W T S )中，相反於加速器 的是，TWT中之電子束減速以轉能至rf場做放大使用， 此交互作用亦需電子束速度v與rf場相位速度Vp間之同 步，不同的是在加速器例子中，v小於或大致等於Vp，而 在TWT例子中，v大於或大致等於Vp。 習用之低速波結構呈管狀且爲一般金屬製成，例如銅， 其沿縱向具有周期性結構，這些結構亦可視爲一列耦合之 共振穴，相位速度與耦合阻抗可藉改變共振穴之尺寸或改 變穴間搞合而調整之。這些習用低速波結構之主要問題在 於低稱合阻抗Ζ ε ’此因其Q値低，低Z。造成低效率，必 需利用增加輸入rf功率及使用較長之低速波結構補償之 ’而二種方法皆花費不貲。有一種解決該問題之方式爲使 〜------- -I__ ______ 溫超傳導體（如鈮（Nb)或鉛（Pb)以替代以往用 本紙浪又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公| (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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G -5- 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 __ B7 五、發明説明（3 ) 於製成低速波結構之一般金屬，此LTS低速波結構具有極 高之Q値例如高達1〇9 ’可大爲增加及因而改善致率· 惟，LTS結構需在接近液體氦之溫度下（4.2 4)操作，將 大幅地令整體結構複雜化及增高成本，除了 一些特定例子 外，大部份加速器在此溫度下之操作成本皆無法確定。 本發明克服上述問題時係利用一 Η T S /介質低速波結構 在接近液體氮之溫度下（77。1<)操作’而有極高之q値，其 提供一可調整之低速波比率，適用於加速器與TWTs，可 改善其效率及縮短低速波結構之長度，使加速器較爲精巧 〇 相同讓與之併案〇7/788〇63琴;於^9”年u月5日提 出之美國專利申請案中敘述一 HTS /介質TEoin(i與 n-l，2，·.·）模式共振器，其中所示之多具丁£〇11模式 HTS/介質共振器具有高達3χ1〇6之高q値及在〖時 —具有高達3χ104瓦之功率處理能力，此實驗資料証實薄膜 g 料 HTS 如 YBaCuO、TIBaCaCuO ^介質材料如 gJ^X^-Al2Q3^,皆可在微波頻率下取得極高之q値， ，严用於高功率之用途上。唯，此T E模式之共振器沿縱向 並無E場，但E場爲低速波結構所需用於對帶電粒子束做 文互作用者。本發明克服此問題時係利用一由串列Τ μ或 ΕΜ模式HTS/介質共振器構成之HTS/介質結構，如下圖 la-lb所示，其具有一低速波結構所需之所有特徵，依本 發明所示之結構大爲增加加速器之效率及令其更精巧。 圖式簡單説明 ----— ____-6-_ 本紙張尺度適财關家鮮（⑽）A4· ( 21QX297公釐） —--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝.

.1T -泉 -iw B7 五、發明説明（4 ) 圖la-lb係本發明一 HTS/介質周期性低速波結構之— 實例示意圖，圖la説明該周期性結構之端視，而圖lb説明 該周期性結構之縱向截面，結構之單段長度係以L表示。 圖2 a - 2 b係圖1 a - 1 b所示低速波周期性結構中之介質 環’細部結構示意圖，圖2a説明介質環之端視，而圖讪 說明介質Ϊ衣之縱向截面ΰ 圖3 a - 3 c係圖1 a _ 1 b低速波結構中之H T s塗裝碟片2 ' 3細部結構示意圖，圖3 a説明積存於基材薄片或碟片2 或3上之超傳導體膜頂視或前視，圈3b説明碟片2之戴面 ，而圖3 c説明碟片3之截面。 圖4a-4b係一管形介質低速波.結構芝示意圖，圖4 &説 明其端視，而圖4 b説明其縱截面。1 圖5a-5b係圖表説明圖4a_4b所示管形介質低速波結 構之散佈特徵，圖5a説明ΤΜ0ί模式之相位速度爲頻率之 函數。 圖6係k—對0之圖表，説明標示爲γ ( k _々曲線）之圖 la-lb所示本發明周期性HTS/介質低速波結構模 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 式之大致散佈曲線，以及標示爲X之圖4 a _ 4 b所示結構之 大致散佈曲線。 圖7 a - 7 b係本發明一 H T s /介質假周期性低速波結構實 例疋7F意圖，圖7 a說明該假周期性低速波結構實例之示 意圖’圖7 a説明該假周期性結構之端視，而圖7 b説明該 假周期性結構之縱向截面。 圖8a_8b係一 HTS塗裝碟片具有二個未塗裝HTS膜以 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公簸) ： A7、發明説明（ B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 :爲輕合機構之環形區之示意圖，圏8a説明碟片之頂或 前視，而圖8b説明碟片之縱向截面。 圖9a-9b係- HTS塗裝碟片具有四個未塗裝HTs膜以 ^爲辑合機構之對魅之示，圖9a説明碟片之頂或 則視，而圖9b説明碟片之縱向截面。 、圖1〇a_1〇W系一 HTS/介質低速波結構在-具有零配件 、外封閉件殼體内之實例示意圖，圖…説明縱向截面圈 ，圖10b係一分解圖，説明低速波結構對封閉件殼體之連 接詳細情形。 發明概述 本發明大致提供一種用於加速器或TWts之HTS /介質 周期性或假周期性低速波結構，由於在冰溫下Η τ s薄膜之 極低表面阻Rs及所用介質材料气藍寶石（從_八丨2〇3)之極 高眞實Q値，因此本發明之HTS /介質低速波結構具有極 高之値及極高之耦合阻抗。易言之，使用此一低速波結構 之加速器或TWTs整體效率即大爲改善，此外，低速波結 構之整體長度可遠短於習用者，有助於進一步減少加速器 與TWTs之初期與操作費用。 本發明提供一種周期性低速波結構，包含： (a) 多數之相鄰段，各該段包含一介質環，介質環具有 一中心孔以接觸一直徑大於該環者之碟片，碟片具有一中 心孔且於其一或二側上塗裝高溫超傳導薄膜，該相鄰段定 位而對齊該中心孔·， (b) 裝置，用於相鄰段間之耦合； -8- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} .裝 -53 k

經濟部中央樣準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（6 ) (C)裝置，用於調制相位速度；及 (d ) —外封閉件’具有對齊於該中心孔之粒子束入口與 出口孔’以及不同放射頻率之入口與出口孔。 散佈曲線與低速波結構之相位速度因而可調整，同時可 調整耦合機構，但爲了理想 則二者皆需一些交換與創 新設計。 本發明另包含一種假周期性低速波結構，包含： (a) 多數之相鄰段，各該段包含—介質環，介質環具有 —中心孔以接觸一直徑較大之碟片，碟片具有—中心孔且 於其一或二侧上塗裝高溫超傳導薄膜，該相鄰段定位而對 齊該中心孔，而相鄰段之該環利用調整直徑之大小而持續 増加長度，以利保持操作模式之共振頻率較爲恆定； (b) 裝置，用於相鄰段間之耦合； (c) 裝置，用於調制相位速度；及 一 （d) 一外封閉件’具有對齊於該中心孔之粒子束入口與 出口孔，以及不同放射頻率之入口與出口孔。 此一周期性-假周期性結構沿帶電粒子束路徑提供一改 變之相位速度，以利於沿帶電粒子穿過結構之整個路徑而 在粒予束與rf場間改善其間之交互作用，並因而増加效率 〇 本發明另包含-種結合上述周期性低速波結構或假周期 性低速波結構之帶電粒子加速器或行波管。 發明詳細説明 本發明係提供-種用於帶電粒子加速器與行波管而增加 i紙張尺娜】爛家標率（叫Α4&格（21()χ 297Ί ~-_____---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 、-|1 A7 B7 五、發明説明（ 效率且減少長度之低速波結構，其可改善功能表現且同時 減低成本，此加速器有助於研究應用上及醫學領域，以利 用多種放射方式治療疾病。 低速波結構之基本功能在於對rf場提供一交互作用之 空間及對帶電粒子束做能量交換，能量交換之效率主要係 由二項因素決L⑴rf場與粒子束速度之同步，（2)沿粒 子束路徑之電場（E場）強度。同步需要低速波之相位速度 大致等於粒.子束之速度，在醫學用途上，高能粒子加速器 初段中或低能加速器巾之非相關粒予束f要較大之低速 波比率SWR。本發明提供-種HTS/介質周期性或假周期 性結構，以達成較大且可調整之SWR，依程式（3)所示， 説明E場強度相對於能量關係之耦各阻抗可由q値、 及幾何因素G之乘積表示，本發明可提供極高之q❶及合 理之G ’以取得極高之Ζ。而增加效率。 行進於均勻電介質中之電磁波具有Vp = c/( ε 之相 位速度，其小於光速C(當ε 一丄時），因此，此圖4a_4b 所示之介質管可做爲一低速波結構，圖5a説明圖4a_4b 所示低速結構之k - 0關係，即分散曲線，圖5 b則説明丁 Μ 〇 1 模式之相位速度爲頻率之函數，Vp具有c/( ε r)1,2低°限 。藍寶石爲本發明實施中之理想介質材料，此因其具有適 當之介質常數（在ΤΜ模式沿c軸線傳播時ε r=i丨〇且在 液體氮溫度下有1 〇 7級數之極高Q値，以性質、成本及取 得性之立場來看，藍寶石係做爲此低速波結構之理想材料 ，但主要問題在於低速波比宜爲3.4而小於（ε ) 1 / 2，對 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -10- A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 之 介質環與HTS碟片在圖lb中交替 周期性結構，一段或周期包含一介質環接觸一 HTS塗裝

五、發明説明（8

大多數加速器特別是在初級時顯得不足，當然，ε r値遠 高於藍寶石者之介質材料亦有，但其q値在此用途上即使 爲冷;東溫度時仍太低D 本發明解決低速波値之問題係利用將Η T S碟片以載件 方式放入結構中，以構成一周期性結構（如圖1 a - 1 b ，以 下説明）或假周期性結構（如圖7.a - 7 b ，以下説明），置入 HTS碟片不僅會增加低速波値，亦可利用改變結構之體型 而調整配合低速波値之要求。本發明之低速波結構具有接 近於藍寶石實際Q値之極高q値及可在接近於液氮溫度下 操作之數赶功率操作能力，此低速波結構大爲增進加速度 效率’並縮短其全部長度以節省能量灰加速器成本，行波 管亦因使用此低速波結構而獲益。1 本發明周期性與假周期性結構之適當操作模式爲TM或 EM模式，其在交互作用空間中具有一縱向E場，供“場 與帶電粒子束在此交換能量，本發明之結構中，TM或em 模式在介質環與HTS塗裝碟片之對齊中心孔區域中具有 一縱向E場，用於本發明結構中之較佳操作模式爲TM” 與 ΕΜ01 〇 周期性結搛 圈la-lb説明本發明HTS/介質周期性低速波結構之一 實例’ ® la説明其端而® i b説明其縱向截面，此實例中 低速波結構包^枚士質環1及7枚HTS塗裳之碰片1 ' 3 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 Μ Μ Β7 發明説明（9 J 介質環之中心孔對齊而形成—帶 :子束仃徑’亦可做爲粒子束與“場交互作用之區域。 構加速器之例子中，本發明HTS介質周期性或假周期性結 含《段數係依供給至加速器所需之粒子束能量及 能量而定’最少需要三個介質環與四枚HTS塗裝碟 ’以構成本發明之結構，但最妤有"個以上之段數。 說明介質環之結構，圖2a説明其端面而圖以 ,二其縱向截面，介質環體！備有孔5，以做…… ’介質環爲具有高ε i與極低切線方向損失ta“ 〈介質材料所製成，高U値爲較大低迷波値“，而極低 爲極高之Q値所需，最理想之介質材料爲單結晶之 寶石（“·Α丨2(〕3)，藍寶石爲非等向性介質材料，其沿玨 墙b轴線之ε 一 b = 9.3 ’而沿e轴線之ε6，、二 疋縱向對齊，以保持低速波結構所需之方位對稱，純 (6 監寶石在冷冰溫度下具有極低之ta“，由程式可得： tan d = aT4 75 T 爲溫度 K，a = 3 5\·ιλ·7/ι<γ4.75,λ· 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 8 ^χ1° /Κ 在 77i^un d 在 10·7 j 之間’此即適用於此用途上，爲了減少 ， =寶石環對以下數項應有緊密之公差：。軸線方：谓介質 裱4與孔5之同中心度及環體4二端面間 * ^ ^ ^ 卜仃度，所有 至學表面品質。 ' 丨/ 一般而言，製成本發明介質環4 介 7；廿。 T竹亚不限於藍 t石’其他天然或人造之介質材料凡是具有 數（尤/、要ε r大於1 〇 )與極低切線方向損失 、t .尤其要t a η 本紙張尺度適用中( CNS )从胁（21^X297公慶 ----__ A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 -13- 五、發明説明（10 β小於1 0 · 7 )者皆可用。 圖1 a - 1 b所不义特殊周期性低速波結構包4 HTS薄膜塗裝碟片2與二牧端薄膜塗裝故内 3 & - 3 b况明碟片2、3之細部結構，圖3 a揭示嵘 圖 之前視，圖3b、3c各揭示磲片2、3之截面”：或3 、31>所示，内HTS塗裝碟片2包含-在中心凝有二3； 孔9孓基材7，積存於基材7兩側上只牙 片2。薄膜”央設有-未覆有碟形區8於碟 基材7上之孔9直徑，此 —-~——登且通常粒子走、 位很小’未塗裝區8不僅供粒子束通4，其亦對广 片2之二個段提供^聯結機構，區8之直徑需大^於磲 供所需之聯結。如圖3…c所示’端碟片3之結= 於内碟片2者，具有一僅在基材7 — ^ 需hts塗裝。 因此不 僅在單側具有HTS塗裝之碟片3亦可做爲本發明 波結構中之内碟片’此例中單HTSM6之二側皆曝露〜 場’結果rf電流亦出現在膜6之二惻上，因此，碟片3可 處理之rf功率小於HTS雙側塗裝之碟片2，且較不 於内部位置。 適用於碟片2或3之H T s材料具有高臨界溫度丁。、低 表面阻力Rs及高臨界電流密度仄，此種材料包括但不限 定的有 2 本紙張纽適财國國) A4^ (2ωχ297公着）. 裝-- f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ’玎------^------------ A7 B7 五、發明説明（11 ) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 Ί TIPt?SrCaCuQ(1212 及 ΰ23)及 B i S r C a C 事實上 ’任意材料凡是具有Te大於90K、Rs小於5χΐ〇.4故姆 /平方（在10GHz及操作溫度下大於1χ1〇6安培/平 方公分（在操作溫度與頻率下），皆可用於製成本發明 HTS/介質低速波結構中之碟片2、3。 適用於碟片2或3之基材爲格子狀配合於所用HTS膜之 材料？或是格子狀配合於所用Η T S膜且使用緩衝層如 Ce02之材料，此種材料包括LaAi〇3、NdGa〇3、Mg〇 、藍寶石及釔穩定之氧化锆（γ S Z )。 本發明之HTS /介質周期性低速波結構如圖lb所示 之實例，其具有高耦合阻抗z。及可調整之低迷波比率，圖 6説明其散布曲線γ在k、自由空間‘傳播係數對々、結構 内傳播係數之圖中情形，圖5 a、5 b分別説明圖4之習知 操負何管狀介質低速波結構之k - /?曲線與相位迷度對頻 率曲線之圖示’比較圖5a及圖6可知，HTS塗裝碟片之 周期性負荷將k-冷曲線向下推且令其在沿々轴線呈周期 性’在操作頻率fQ = k()C/(2 π)處，kQ之水平直線相交實 線k-々曲線於a點，在此頻率之HTS/介質周期性低速波 結構具有以下低速波比率： SWR=^ 〇/k〇 = cot θ 〇 (7) 爲了比較起見’圖4無負荷管狀介質低迷波結構在圖5a 中之k-々曲線亦示於圖6中且以X表示，在相同之操作頻 率％ = π )處，k。之直線相交k-々曲線於a，點，相 -14 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS) A4規格（210x297公瘦） f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- -=-° A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（！2 當於較小之S W R，： S W R ’ = 0/k0 = c o t V 〇 (8) 因爲θ 。，此外，本發明HTS /介質低速波結構之 k - 曲線可經調整而配合於加速器要求之低速波比，例如 藉由保持相同之操作頻率“及減少段之長度L，在点 /L之π模式Ρ點與a點可在k = k。時沿直線移向右，θ。即減 少且低速波比率增加。 圖la-lb-所示之六段式周期性結構僅爲本發明HTS/介 質低速波結構之一實例，段數並不限於6個，其可依加速 器設計要求而爲任意數目。 假周期性結構 圖7 a - 7 b揭示本發明η T S /介質‘周期性低速波結構之 一實例，其中圖7a説明一端視而圖7b説明縱向截面，此 特殊例子中則爲六段式假周期性結構，其包含不同尺寸之 六個介質環la-lf，環la-lf之結構相同於圖^、2b所 示者，其亦包含五枚具有相同於圖3a-3b所示結構之内 HTS塗裝碟2，及一枚具有相同於圖3a-3c所示結構之端 HTS塗裝碟片3，圖la、lb周期性結構與圖7a、7b 假周期性結構間之差異在於後者具有可改變尺寸之段。沿 粒子束傳播方向由左至右可見段之長度L持續増加，而介 質環外徑經調整（減小）以保持各段之操作模式共振頻率較 爲值定’較爲怪定在此係指± 1%，長度L之變化即單慣 性漸進式之變化。如圖6所示及如上所述，行經假周期性 結構之rf電磁波係以改變之相位速度由左向右，相位速度 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（l3 ) 在左方較慢而右方較快，此因當頻率恆定時，相位速度Vp 即隨段長度L增加而増加◊依此，當—帶電粒子束以略小 於左方相位速度Vp之初射入速度v自左進入假周期性結構 時’由於交互作用於rf場及能量增益，其即沿傳播方向朝 右方增加速度’低速波相位速度之增加配合於帶電粒子束 速度之增加，以令其保持同步，使圖7所示之假周期性結 構較圖1所示之周期性結構更有效率。 圖7 a - 7 b-所示之六段式假周期性結構係本發明η T s /介 質低速波結構之一實例，段數不限於六個，其可依加速器 設計之要求而爲任意數目。 其他配置方式亦可行，例如圖1 a - 1 b所示之周期性結構 群可用於構成一複合式低速波結構，其中位於粒子束進入 端之群具有較小之vp ’而在粒子束出口端之群具有較大之 vp ’而其間之群具有自入口朝向出口之中間漸增之Vp。 耦合機構 正常狀況下低速波結構係由一 rf源進給，其通過一導波 件而到達帶電粒子束射入之第一段，電磁低速波沿結構之 縱向傳播，且經過相鄰段間之耦合機構，以圏la_lb及圖

7a-7b所示之結構而言，圖3a-3c所示之辑合機構係hts 塗裝碟片2或3中心處未塗裝HTS膜6之碟形區8，請注 意圖3a-3c中未塗裝HTS膜6之碟形區8大於基材7上之 開口 9，其原因爲開口 9之尺寸係由帶電粒子束之截面尺 寸決定，其應大得足以供粒子束通過而不阻礙，但無HTS 塗裝之碟形區8尺寸係依rf耦合要求而定，其通常大於開 -16- 本紙張尺度適用中國國家標孪（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -β

經濟部中央橾準局員工消費合作杜印製 A7 _____ B7 五、發明説明（l4 ) 口 9者’未塗装碟形區8之尺寸不僅決定交叉搞合，其亦 決定k - /?曲線、低速波比率及耦合阻抗z c。一般而言， 較大之未塗裝碟形區8具有較強之交叉核合，較小之低迷 波比率及較小之耦合阻抗Z e，爲了滿足加速器之所有要求 ’需有一特定之解決方式以決定未塗裝碟形區8之尺寸， 當未塗裝碟形區8爲圖3a所示之環形時，其尺寸之增加會 k间較強之搞合’以傳播波至次一段，但亦造成較小之低 速波比率及較小之耗合阻抗。 欲避免此方式，本發明亦包含用於交叉搞合之交變裝置 ，圖8a-8b説明一 HTS塗裝碟2a之實例，其以一同中心 之耦合環12代替圖la-lb及7 a-7b所示結構中之内碟2 圖8a説明一前視而圖gb説明一截面，同中心核合環I〗 係未塗裝HTS膜6a碟片之環形區，其積存於基材7&之 兩侧，該環12之不同處在碟片2&之所有元件皆相同於前 —述之碟片2，若以碟片2a代表圖la_lb及圖7a_7b所示 結構中之碟片2,則交叉耦合可由未塗裝區8a與未塗裝環 12 一者達成，此給予各別調整散佈曲線與搞合阻抗ζ。之 彈性，例如Z c主要係由區8 a之尺寸決定，以即定尺寸之 區8珏而s，散佈曲線與低速波比率可藉改變環I〗之位置 與寬度而加以調整。 圖9a-9b説明另一内HTS碟片2b之實例，其中圖“ 係一則視而圖9 b係一截面，此特殊例子中另—耦合係由 四個積存於基材71)上且未塗裝HTSM6b之對稱:形區 14構成，若碟片2b用於代替圖及圖？a_7b所示結 本紙張尺度適用規格(_;χ 29知----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 、1Τ '泉 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（！5 構中之碟片2，則中段耦合可由未塗裝碟形區8b與未塗 裝碟形區14二者達成，此亦提供各別調整散钸曲線與耦 合阻抗Z e之彈性，例如Z ^主要係由區8 b之尺寸決定，以 即定尺寸之區8b而言，散佈曲線與低速波比率可藉改變 未塗裝碟形區14之位置與尺寸而加以調整。圖9a-9b僅 表示一耦合實例，耦合未塗裝區之數量與形狀並不限於圖 9a-9]>所示之特定實例’事實上任一組具有不同形狀與位 置之未塗裝碟形區皆可接受，只要保持方位對稱即可。 教閉件 使用於加速器輿行波管時，本發明之HTS/介質低速波 結構包含圖1 a - 1 b及圖7 a - 7 b所示之次總成組件1、2、 3 ，其包裝於一具有特殊零配件之封閉件中，封閉件之功 能在固定低速波結構之次總成，以提供一眞空密封及對 HTS膜之冷卻提供一熱路徑。 零配件包含：rf輸入與輸出孔、調制機構及帶電粒子源 與集收器之接頭，圈l〇a_10b説明本發明一組合後之低速 波結構實例，圖1 0 a係一縱截面而圖i 〇 b係分解圖，説明 Η 丁 S塗裝碟片與封閉件間之連接詳細情形。

圖10a中，特殊之八段式周期性HTS/介質低速波結構 包含八枚介質2及二枚端HTS -係以類似於圖1之方式構成，周期性低速波 =構係由一含免盘^!及之金屬外殼固 疋。爲了對HTS膜提供一有效之熱路徑，外殼組件21、 22、22a係以金屬或金屬合金製成，而具有高導熱性， ---------I—— —裝------訂------^ ί - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經 濟 部 中 標 準 為 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明説明（I6 ) 例如無氧銅，其具有不同於HTS/介質次總成含有組件」 2、3者之熱膨脹係數（τ E c )。爲了取得結構之剛性， ，並於室溫至冷;東溫度循環期 間補償任何熱膨脹或收縮。 rf功率利用-導波件2 3如輸人孔而送人低速波結構， 則做爲rf輸出孔，^^^匕29、29a用 於保持外殼内之眞空及供“功種自 低速波結構㈣電粒切（时未*)之連接情形，其係帶 電粒子束進入低速波結構之入口，突緣2 5 a提供低速波結 構至帶電粒子集收器（圖中未示）之連接，其係帶電粒子束 之出口。 此例中有·調制桿11穿過殼體中之孔，而進入低 速波結構之各段中，調制样垂直於介質環，各桿貫穿入封 閉件之深度可經調整，調制样產生rf#之擾動，以改變相 *位速度。調制桿之功能爲對低速波結構之散体曲線做細調 ，以改善rf—波與帶電粒子束間之速度同步性，而達成最大 效率，調制捍可由具有高傳導性之導體製成，以利磁性調 制，或由具有高電介質係數與低切線方向損失之介質材料 製成，以利電子調制。 爲了機械硬度與熱效率，介質環1與11丁|5塗裝碟片2、 3需呈一體而做爲一次總成，介質環1與HTS塗裝碟片2 或3間之接觸可利用一些低rf損之黏膠而達成，例如非結 晶性之氟聚合物如鐵氟龍AF 〇金_屬環2^用作爲另一固定 機構，以強化次總成，並提供HTS碟片對封閉件之較佳熱 T紙張尺度適用中國規2ι〇χ2ϋ)~ --~~ -- (請先閲讀背面之注意事項再填介€本頁} .裝· 、1Τ Γ··4—------ 五、發明説明（Π ) 路徑’圖1〇b説明HTS碟片2、金屬環26與殼雜21間 ^連接情形分_，在HTS碟片2之邊緣處有 -^56 λ ’ 一墊片2 8置入金 圖10a_10b僅表示HTS介質結構之-實例，本發明並 不限於此m構，例如圖m0b中之周期性結構可代以— 假周期性結構，如圖7a-7b所示者m10b中所于 之低速波結構包圖3所示之内HTS碟片，其中交叉僅 利用未塗裝HTS膜6之碟形區8，其可代以圈8a_8^ K不同HTS塗裝碟片3a(具有核合環i2旬，或 9a-9b所示之HTS塗裝碟片31)(具有對稱未塗裝區Μ 耦合），段數亦不限於圖10a_1〇b所示之八段。 、rf輸入孔23與輸出孔24之導波方式可改爲同袖線方 方式，在使用一具以上rf源之加速器例子中，可用多輸 孔’且其係沿低速波結構之縱向而設於不同段上，此例 不同源之相位需適度調整以配合低速波結構中之相位 動。 本發明t周期性與假周期性結構利用盡量將長度縮短爲 二至三呎，而可精簡加速器及行波管，本發明之低速波結 構具有至少約爲習知結構者一百倍之極高Q値，且在操作 中有改善之效率。 本發明之另一項内容包含一改良之帶電粒子加速器及一 巧外形之改良行波管，其中改良處包依前所述結合使用 發明之周期性或假周期性低速波結構，加速器行波管可 裴 圖以 向入 中 移 精 本 爲 頁 訂 1----— ___ . 20- 本紙》適用中國國家標準（cns ) Α4規格（2獻297公着 A7 B7 五、發明説明（IS ) 習於此技者熟知之任意習用設計，所不同的是低速波結構 組件包含本發明之設計，此種加速器有利於研究與醫學應 用，特別有利於以多種放射型式治療患者之細胞組織。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 :'申請專利範團 1 —種周期性低速波結構，包含： (a )多數之相鄰段，各該段包含_务 N質環，介質環具有 —中心孔以接觸一直徑大於該環者 > 啟认 I疋碟片，碟片具有一 中心孔且於其-或二惻上塗裝高溫起傳導薄膜，該相鄭 段定位而對齊該中心孔； (b )裝置，用於相鄰段間之耦合； (c )裝置，用於調制相位速度；瓦 (d) —外封閉件’具有對齊於該中 τ、孔灰粒子束入口 與出口孔，以及不同放射頻率之入〇咖> 八口與出口孔。 2 · ~種假周期性低速波結構，包含： (a )多數心相鄰段’各該段包含―’心货# -* ( 1咸3衣’介質環具有 —中心孔以接觸一直徑較大之碟片， 味片具有一中心孔 且於其-或二惻上塗裝高溫超傳導薄膜，該相鄉段定位 而對齊該中心孔’而相鄰段之該環利用調整直徑之大小 而持續增加長度，以利保持操作模式 八 Λ <共振頻率較爲恆 疋； (b )裝置，用於相鄰段間之耦合； (〇裝置’用於調制相位速度；& (d ) —外封閉件，具有對齊於該， ., 丁、孔疋粒子束入口 興出口孔，以及不同放射頻率之A 〇匕， 1 V U/ j硬出口 。 3.根據申請專利範圍第1或2項之低 ° 反桔構，其中超偖实 膜具有一大於約9 Ο K之J c、一在1 Ψ 仕1 〇 G Η Ζ時小於約5 1 〇 4歐姆/平方之表面電阻R及—女 人於約1 X 1 〇 · 6安谇/, 平方公分之臨界電流密度J ε。 w 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----：---^---^丨裝------訂------^.,i (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡準局貝工消費合作社印裝

   六、申請專利範圍 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 4 .根據申請專利範圍第3項之低速波結構，其中超傳導膜 係選自以 YBaCuO(123) 、 TlBaCaCu〇(2212)、 TlBaCaC«〇(2223) 、 TlPbSrCaCuO(1212) 及 TIPbSrCaCu 0(1223)组成之族群中。 5 .根據申請專利範圍第3項之低速波結構，其申超傳導膜 係積存於該膜配合之格子狀碟片材料上，碟片材料自選 自LaAl〇3、NdGa〇3、Mg〇、藍寶石及釔穩定氧化銼 (\ S Z )組-成之族群中。 6 .根據申請專利範圍第1或2項之低速波結構，其中介質環 係一具有電介質係數大於i 0且切線方向損失小於i 0 -7 之材料。 7_根據申請專利範圍第6項之低速^結構，其中介質環係 藍寶石。 8 ·根據申請專利範圍第1或2項之低速波結構，其中耦合裝 一置包含碟片之至少一不連續區，其係於中心孔周惻以對 稱型式不塗裝高溫超傳導膜。 9 ·根據申請專利範圍第丨或2項之低速波結構，其中耦合裝 置包含碟片之至少一環形區，其係與中心孔同中心且不 塗I南溫超傳導膜。 10_根據申請專利範圍第1或2項之低速波結構，其中調制裝 置包含至少一調制桿，係穿過外封閉件中之一孔且垂直 於介質環，使桿之貫穿深度可調整。 11.根據申請專利範圍第1 〇項之低速波結構，其中—調制桿 呈現於結構之各段。 ______ - 23 - 本紙張磁用中國國家(210χ29·7·；^ ------- ------:----(I —------IT------^...,1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 根據申"青專利範圍第1或2項之低速波結構，其中用於放 射：貞参入口與出口 <入口與出口孔係眞空密封。 13.根據申請專利範團第1或2項之低速波結構，其中用於一 粒卞束心入口孔與出口孔係對齊於碟片中與環之中心孔 〇 14‘根據申請利專利範圍第1或2項之低速波結構，其中外封 閉件係金屬或金屬合金製成。 ， 15. —種結合申請專利範圍第1或2項低速波結構之帶電粒 子加速器。 16. —種結合申請專利範圍第1或2項低速波結構之行波管 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -裝. 、*! 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 •24· 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）