WO2011061026A1 - Hf-kavität sowie beschleuniger mit einer derartigen hf-kavität - Google Patents

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WO2011061026A1
WO2011061026A1 PCT/EP2010/065595 EP2010065595W WO2011061026A1 WO 2011061026 A1 WO2011061026 A1 WO 2011061026A1 EP 2010065595 W EP2010065595 W EP 2010065595W WO 2011061026 A1 WO2011061026 A1 WO 2011061026A1
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wall
conductive wall
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conductive
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PCT/EP2010/065595
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Arnd Baurichter
Oliver Heid
Timothy Hughes
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/14—Vacuum chambers
    • H05H7/18—Cavities; Resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/22—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes

Definitions

  • the invention relates to an RF cavity, in which RF power for generating an electromagnetic field in the interior of the RF cavity can be coupled. Furthermore, the invention relates to an accelerator with such an RF cavity. Such accelerators or such HF
  • Cavities are commonly used to accelerate charged particles.
  • RF cavities are known that can be excited to RF resonance by coupling RF power into the RF cavity.
  • the RF power in turn, is generated remotely from the RF cavity, for example, using a klystron, and transported to the RF cavity by means of a waveguide.
  • US 5,497,050 discloses another structure for coupling RF power into an RF cavity. This is done via a plurality of solid-state power transistors, which are integrated in a conductive wall of the RF cavity.
  • the RF cavity according to the invention comprises
  • a suffering wall surrounding the chamber which has an inner side and an outer side
  • a switching arrangement having a plurality of solid-state switches arranged along a circumference of the wall around the chamber
  • solid state switches are in communication with the conductive wall such that upon activation of the switching device
  • RF currents are induced in the conductive wall, whereby RF power is coupled into the chamber of the RF cavity, wherein on the outside of the conductive wall along a circumference of the RF cavity, a shielding device is provided, which has the impedance of a propagation path increased from RF currents along the outside of the wall, so that the coupled-in into the wall RF currents are suppresses on the outer side of the wall un ⁇ .
  • the invention is based on the realization that a is advantageous Be ⁇ locher inconvenience, as is described in US 5,497,050, in order to couple high RF services in a RF cavity.
  • the area over which the RF power can be injected is larger in comparison to structures with a coupling only in one place, since the transistors extend over the entire circumference.
  • the generation of the RF power to be injected takes place in the immediate vicinity of the RF cavity, whereby losses are avoided.
  • this structure can be also ⁇ table.
  • the RF power coupled into the wall of the RF cavity generates strong RF currents on the outside of the conductive wall. These high-frequency currents represent a problem during operation when the power requirement is high.
  • a shielding device is provided, with which the impedance is increased at the outer side of the conductive wall, reduce the RF currents that would otherwise ent ⁇ long spread of a propagation path to the outer wall, visible and at best, even completely suppressed .
  • the impedance increase on the outside of the conductive wall causes the RF currents, which are introduced via the direct connection of the solid-state switch with the conductive wall, to spread predominantly or entirely to the inside of the conductive wall.
  • the outside of the conductive wall can now be set at ground potential so that the RF cavity can be more easily connected or coupled with other devices and used together.
  • An outside of the conductive wall at ground potential increases safety during operation.
  • the shielding comprises a first part and a second part, the first part being associated with the first Ab ⁇ section of the conductive wall and the second part the second part of the conductive wall.
  • the solid state transistor switching circuitry provides the RF power through a slot between the first portion and the second portion of the conductive wall.
  • the insulation between the first portion and the second portion of the conductive wall can simultaneously perform the function of a vacuum seal.
  • the shielding device can realize the impedance increase in various ways.
  • the shielding device may comprise a ribbed conductive structure, a ferrite ring and / or ⁇ / 4 stub.
  • the conductive wall on the outside has a recess into which the shielding device is at least partially recessed.
  • a ⁇ / 4 stub can be formed by the recess in the conductive wall. In this way, no additional material is necessary to achieve the impedance increase. Filling the recess with a dielectric makes it possible to adapt the stub line to the frequency of the HF currents.
  • the stub can be arranged in a space-saving manner, when the stub is folded in, for example in the manner of a spiral.
  • the solid state switches may additionally be surrounded by a conductive protective cage which communicates with the outside of the conductive wall. This makes it possible to shield the solid ⁇ body switch of electromagnetic radiation.
  • the location where the guard cage communicates with the conductive wall may be selected such that the shielding device is between that location and the location where the RF currents are coupled from the solid state switches to the conductive wall. In this way, the part of the conductive wall at which RF currents can flow on the outside is inside the protective cage.
  • the shielding device should not be placed in an off ⁇ saving the conductive wall inevitably. It can also be wholly or partially applied to the outside of the conductive wall.
  • the shielding device can also be formed by the conductive protective cage surrounding the solid state switches and which communicates with the conductive wall.
  • the protective cage communicates with both the first and second portions of the conductive wall. Without ribs for impedance increase on the inside of the protective cage, the protective cage would constitute a short circuit between the first section and the second section of the conductive wall without further measures, such as a further shielding device from the protective cage.
  • the ribs however, an impedance increase in the RF range is achieved, which prevents this.
  • suppression of the RF currents is achieved on the outside of the wall through the conductive protective cage, as an off ⁇ spread the RF currents is suppressed at the outside of the conductive wall through the contact points of the protective cage with the conductive wall.
  • the RF cavity can be an RF resonator, which can be used in particular to accelerate particles.
  • a plurality of such RF resonators can be connected in series and, in particular, controlled independently of one another.
  • HF cavities Because no HF currents flow on the outside of the HF cavity, several of these HF cavities can be connected one after the other to form an accelerator unit.
  • the RF cavities are then decoupled from each other in the high frequency range despite coupling.
  • the coupling refers only to a direct current component (DC component).
  • DC component direct current component
  • the adaptation is more flexible than with an accelerator, in which the RF cavities are coupled together in the RF range, so that the control of one RF cavity simultaneously influences the RF fields in the adjacent RF cavity.
  • the structure according to the invention for coupling RF power and shielding with respect to the outside world can also be used with other RF cavities, for example, the RF cavity can be designed as a coaxial electrical line or arranged in a re-entrant resonator structure.
  • FIG. 2 shows a schematic overview of a cylindrical RF cavity with a coupling device arranged along its circumference for coupling RF power
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through an RF cavity with detail ⁇ lierterer representation of the coupling device, which comprises a designed as a ferrite shielding device,
  • FIG. 4 shows a cross section through the RF cavity shown in FIG. 3 along the line III-III, FIG.
  • FIG. 5 shows an enlargement of a part of a longitudinal section through a wall of an HF cavity to illustrate a shielding device designed as a ⁇ / 4 stub
  • FIG. 6 and FIG. 7 each show another embodiment of the ⁇ / 4 stub shown in FIG. 5,
  • FIG. 8 shows a longitudinal section through an HF cavity, in which the protective cage with inner ribs arranged around the power transistors serves as the shielding device
  • FIG. 9 shows an HF cavity designed as a coaxial line.
  • FIG. 1 shows a Seitansicht an RF cavity 11.
  • a coupling device 13 arranged for coupling RF power, the RF cavity 11.
  • FIG. 2 shows a front view of the HF cavity 11 shown in FIG. 1. The coupling device 13 will be described with reference to the longitudinal section in FIG. 3 and the cross section in FIG. 4 through the RF cavity 11 shown in FIG. 1 and FIG shown in more detail.
  • Fig. 3 shows a longitudinal section 11.
  • ⁇ provided Dar by the RF cavity is merely a wall side of the RF cavity 11 in the region in which the coupling device 13 is located.
  • Shown is a conductive wall 15 having a first portion 21 and a second portion 23 which are isolated from each other.
  • the annular insulation 27 simultaneously forms a vacuum seal.
  • the conductive wall 15 has an inner surface 19 which is directed into the cavity of the RF cavity 11, and an outwardly Au ⁇ chseite 17.
  • On the outer side 17 is the on ⁇ coupling device 13 for RF power.
  • This comprises a plurality of solid-state transistors 29, which are in direct contact with a slot-like flange 25, which is formed by the first portion 21 and the second portion 23 of the lei ⁇ border wall 15.
  • the solid-state transistors 29 are connected via leads 31 to a DC power source, not shown here.
  • the solid-state transistors 29 in the conductive wall 15 induce RF currents propagating along the conductive wall 15.
  • Wanted is a propagation along the inside 19 of the conductive wall.
  • a shielding device is provided which, in the case shown here, is incorporated in a recess of the conductive wall 15.
  • the recesses are filled in the embodiment shown here with a ferrite ring 33.
  • the shielding device or the ferrite ring 33 is located both in the first portion 21 of the conductive wall 15 and in the second portion 23.
  • the ferrite ring 33 increases the impedance on the outer side 17 of the electrically conductive wall 15, whereby a spread of HF currents along the outside 17 is prevented and is directed to the inside 19.
  • the solid-state transistors 29 and the coupling point on the flange 25 are protected by a metallic protective cage 35, for example made of copper, from external electromagnetic radiation.
  • the protective cage 35 contacts the electrically conductive wall 15 at a location on the outside 17, which is already protected by the shielding device from propagating RF currents.
  • Fig. 4 shows a cross section along the line IV - IV in Fig. 3. To see the outer protective cage 35, some solid-state transistors 29 and the contact point with the flange 25 forming part of the conductive wall 15th
  • the shielding device is shown as a ferrite ring 33 extending along the periphery of the RF cavity. Further embodiments are shown with reference to the following FIGS. 5 to 9.
  • Fig. 5 shows a longitudinal section of the conductive wall 15, at a position which corresponds in Fig. 3 to the point at which the ferrite ring 33 is located.
  • a recess 37 is incorporated, which is shaped so that it forms a ⁇ / 4 -Stichtechnisch.
  • the ⁇ / 4 stub is tuned to the operating frequency of the RF cavity 11 such that propagation of RF currents along the outside 17 of the wall 15 is prevented by the ⁇ / 4 stub.
  • the recess can be filled with a dielectric 39 according to FIG. 6, or else folded inwardly as shown in FIG. 7 (convolution 41).
  • Fig. 8 shows a further embodiment of the shielding device.
  • the shielding device is realized in that the protective cage 35, the conductive Contacted wall 15 and the solid state transistors 29 surrounds, is formed in a special way.
  • Guard cage 35 has on its inside a plurality of ribs 43. On the basis of these ribs 43, the impedance of the path, which leads from the outside 17 of the conductive wall 15 along the inside of the protective cage 29, and thereby prevents HF currents along the outside 17 of the wall 15 from the injection site on the protective cage 29th would spread out.
  • FIG. 9 shows an RF cavity, which is designed as a coaxial conductive connection 47.
  • RF power can be fed into the coaxial connection via the coupling device 13 arranged on the outer conductor.
  • FIG. 10 shows an accelerator unit, along which a plurality of RF cavities 11... II 1 ' 1 , as shown, for example, in FIG. 1 in FIG. 2, are arranged one behind the other. Since HF currents propagate only on the inside of the HF cavities 11... II 1 ' 1 , the HF cavities 11... 11''' are decoupled from one another in the high-frequency range and can therefore be individually controlled by a control device 45 can be controlled, whereby a flexible tuning of the RF cavities 11 ... 11 1 1 1 can be achieved to a desired acceleration.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine HF-Kavität, wobei die HF-Kavität eine Kammer, eine die Kammer umgebende leitende Wand (15), welche eine Innenseite (19) und eine Außenseite (17) aufweist, und eine Schaltanordnung mit einer Vielzahl von Festkörperschaltern (29), welche entlang eines Umfanges der Wand (15) um die Kammer angeordnet sind, umfasst, wobei die Festkörperschalter (29) mit der leitenden Wand (15) derart in Verbindung stehen, dass bei Aktivierung der Schaltanordnung HF-Ströme in der leitenden Wand (15) induziert werden, wodurch HF-Leistung in die Kammer der HF-Kavität (11) eingekoppelt wird, wobei an der Außenseite (17) der leitenden Wand (15) entlang eines Umfangs der HF-Kavität (11) eine Abschirmvorrichtung (33, 37, 39, 41, 43) vorhanden ist, welche die Impedanz eines Ausbreitungspfades von HF-Strömen entlang der Außenseite (17) der Wand (15) erhöht, sodass die in die Wand (15) eingekoppelten HF-Ströme an der Außenseite (17) der Wand (15) unterdrückt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Beschleuniger mit einer derartigen HF-Kavität.

Description

Beschreibung
HF-Kavität sowie Beschleuniger mit einer derartigen HF- Kavität
Die Erfindung betrifft eine HF-Kavität, in welcher HF- Leistung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes im Inneren der HF-Kavität eingekoppelt werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Beschleuniger mit einer derarti- gen HF-Kavität. Derartige Beschleuniger bzw. derartige HF-
Kavitäten werden üblicherweise zur Beschleunigung von geladenen Teilchen verwendet.
Es sind HF-Kavitäten bekannt, die zur HF-Resonanz angeregt werden können, indem HF-Leistung in die HF-Kavität eingekoppelt wird. Die HF-Leistung ihrerseits wird jedoch entfernt von der HF-Kavität erzeugt, beispielsweise mithilfe eines Klystrons, und zu der HF-Kavität mithilfe eines Wellenleiters transportiert. Alternativ ist es möglich, die HF-Leistung mithilfe einer Antenne oder eines induktiven Kopplers in die Kavität einzukoppeln .
Die US 5,497,050 offenbart einen anderen Aufbau um HF- Leistung in eine HF-Kavität einzukoppeln. Dies geschieht über eine Vielzahl von Festkörper-Leistungstransistoren, die in einer leitenden Wand der HF-Kavität integriert sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine HF-Kavität bereitzu¬ stellen, welche sicher betrieben werden kann und welche mit anderen Geräten auf sichere Weise zusammen eingesetzt werden kann. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung einen Beschleuniger mit einer derartigen HF-Kavität anzugeben, der eine flexible Ansteuerung erlaubt. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche . Die erfindungsgemäße HF-Kavität umfasst
eine Kammer,
eine die Kammer umgebende leidende Wand, welche eine Innen- seite und eine Außenseite aufweist, und
eine Schaltanordnung mit einer Vielzahl von Festkörperschaltern, welche entlang eines Umfanges der Wand um die Kammer angeordnet sind,
wobei die Festkörperschalter mit der leitenden Wand derart in Verbindung stehen, dass bei Aktivierung der Schaltanordnung
HF-Ströme in der leitenden Wand induziert werden, wodurch HF- Leistung in die Kammer der HF-Kavität eingekoppelt wird, wobei an der Außenseite der leitenden Wand entlang eines Um- fangs der HF-Kavität eine Abschirmvorrichtung vorhanden ist, welche die Impedanz eines Ausbreitungspfades von HF-Strömen entlang der Außenseite der Wand erhöht, sodass die in die Wand eingekoppelten HF-Ströme an der Außenseite der Wand un¬ terdrückt werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Be¬ schleunigeraufbau, wie er in der US 5,497,050 geschildert ist, vorteilhaft ist, um hohe HF-Leistungen in eine HF- Kavität einzukoppeln . Die Fläche, über die die HF-Leistung eingekoppelt werden kann, ist im Vergleich zu Aufbauten mit einer Einkopplung lediglich an einer Stelle größer, da sich die Transistoren über den gesamten Umfang erstrecken. Zudem geschieht die Erzeugung der einzukoppelnden HF-Leistung in unmittelbarer Nähe der HF-Kavität, wodurch Verluste vermieden werden .
Weiterhin wurde jedoch erkannt, dass dieser Aufbau problema¬ tisch sein kann. Insbesondere erzeugt die HF-Leistung, die in die Wand der HF-Kavität eingekoppelt wird, an der Außenseite der leitenden Wand starke HF-Ströme. Diese HF-Ströme stellen bei hoher Leistungsanforderung ein Problem während des Betriebs dar. Dadurch, dass nun eine Abschirmvorrichtung vorgesehen ist, mit der die Impedanz an der Außenseite der leitenden Wand erhöht wird, reduzieren sich die HF-Ströme, die sich sonst ent¬ lang eines Ausbreitungspfades an der Außenwand ausbreiten würden, deutlich und werden bestenfalls sogar vollständig unterdrückt. Die Impedanzerhöhung an der Außenseite der leitenden Wand hat zur Folge, dass sich die HF-Ströme, die über die direkte Verbindung der Festkörperschalterm mit der leitenden Wand eingeleitet werden, vornehmlich oder zur Gänze an der Innenseite der leitenden Wand ausbreiten.
Hierdurch wird eine Reihe von Vorteilen erzielt. Da sich an der Außenseite der Wand und an einem eventuell vorhandenen Schutzkäfig um die Transistoren keine HF-Ströme ausbreiten, wird eine Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung von der Wand nach außen vermieden, die ansonsten die Verfügbarkeit der Leistung verringern würde und zum Beispiel aufgrund einer Unterbrechung von Hochfrequenz-Banden den Betrieb stören würde .
Die Außenseite der leitenden Wand kann nun auf Erdpotenzial gesetzt werden, so dass die HF-Kavität einfacher mit anderen Geräten verbunden bzw. gekoppelt und zusammen eingesetzt werden kann. Eine Außenseite der leitenden Wand auf Erdpotenzial erhöht die Sicherheit während des Betriebs.
Üblicherweise umfasst die leitende Wand einen ersten Ab¬ schnitt und einen von dem ersten Abschnitt isolierten zweiten Abschnitt. Die Abschirmvorrichtung umfasst einen ersten Teil und einen zweiten Teil, wobei der erste Teil dem ersten Ab¬ schnitt der leitenden Wand zugeordnet ist und der zweite Teil dem zweiten Teil der leitenden Wand. Die Schaltanordnungen mit den Festkörpertransistoren stellt die HF-Leistung über einen Schlitz zwischen den ersten Abschnitt mit den zweiten Abschnitt der leitenden Wand bereit. Die Isolierung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der leitenden Wand kann gleichzeitig die Funktion einer Vakuumdichtung übernehmen . Die Abschirmvorrichtung kann auf verschiedene Weisen die Impedanzerhöhung realisieren. So kann die Abschirmvorrichtung eine gerippte leitende Struktur, einen Ferritring und/oder λ/4-Stichleitung umfassen.
In vorteilhafter Weise weist die leitende Wand an der Außenseite eine Aussparung auf, in welche die Abschirmvorrichtung zumindest teilweise versenkt ist.
Insbesondere kann durch die Aussparung in der leitenden Wand eine λ/4-Stichleitung gebildet werden. Auf diese Weise ist kein zusätzliches Material notwendig, um die Impedanzerhöhung zu erreichen. Eine Füllung der Aussparung mit einem Die- lektrikum ermöglicht eine Anpassung der Stichleitung an die Frequenz der HF-Ströme. Die Stichleitung kann in Platz sparender Weise angeordnet werden, wenn die Stichleitung in sich gefaltet ist, zum Beispiel nach Art einer Spirale. Die Festkörperschalter können zusätzlich von einem leitenden Schutzkäfig umgeben sein, der mit der Außenseite der leitenden Wand in Verbindung steht. Hierdurch gelingt es, die Fest¬ körperschalter von elektromagnetischer Strahlung abzuschirmen. Die Stelle, an der der Schutzkäfig mit der leitenden Wand in Verbindung steht, kann derart gewählt sein, dass die Abschirmvorrichtung zwischen dieser Stelle und dem Ort, an dem die Einkopplung der HF-Ströme von den Festkörperschaltern in die leitende Wand erfolgt, liegt. Auf diese Weise befindet sich der Teil der leitenden Wand, an der HF-Ströme an der Au- ßenseite fließen können, innerhalb des Schutzkäfigs.
Die Abschirmvorrichtung muss nicht zwangsläufig in einer Aus¬ sparung der leitenden Wand angeordnet werden. Sie kann auch ganz oder teilweise auf der Außenseite der leitenden Wand aufgebracht sein.
Die Abschirmvorrichtung kann auch durch den leitenden Schutzkäfig gebildet werden, der die Festkörperschalter umgibt und der mit der leitenden Wand in Verbindung steht. Der Schutzkäfig steht sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Abschnitt der leitenden Wand in Verbindung. Ohne Rippen zur Impedanzerhöhung an der Innenseite des Schutzkäfigs würde der Schutzkäfig ohne weitere Maßnahmen wie eine vom Schutzkäfig weitere Abschirmvorrichtung einen Kurzschluss zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der leitenden Wand darstellen. Durch die Rippen wird allerdings eine Impedanzerhöhung im HF-Bereich erreicht, die dies verhindert. Zudem wird durch den leitenden Schutzkäfig eine Unterdrückung der HF-Ströme an der Außenseite der Wand erreicht, da eine Aus¬ breitung der HF-Ströme an der Außenseite der leitenden Wand durch die Kontaktstellen des Schutzkäfigs mit der leitenden Wand unterbunden wird.
Die HF-Kavität kann als HF-Resonator sein, welcher insbesondere zur Beschleunigung von Teilchen ausgebildet eingesetzt werden kann. Insbesondere können mehrere derartige HF- Resonatoren hintereinander geschaltet sein und insbesondere unabhängig voneinander angesteuert werden.
Dadurch, dass an der Außenseite der HF-Kavität keine HF- Ströme fließen, können mehrerer dieser HF-Kavitäten hintereinander zu einer Beschleunigereinheit geschaltet werden. Die HF-Kavitäten sind dann trotz Kopplung untereinander im Hochfrequenzbereich voneinander entkoppelt. Die Kopplung bezieht sich lediglich auf einen Gleichstromanteil (DC-Anteil) . Auf¬ grund der HF-Entkopplung ist es dann aber möglich, die einzelnen HF-Kavitäten unabhängig voneinander anzusteuern, wo- durch der Beschleuniger flexibler betrieben werden kann und flexibler an die jeweiligen zu erreichende gewünschte Be¬ schleunigung angepasst werden kann. Die Anpassung ist flexibler als bei einem Beschleuniger, bei dem die HF-Kavitäten im HF-Bereich miteinander gekoppelt sind, so dass die Steuerung einer HF-Kavität gleichzeitig die HF-Felder in den benachbarten HF-Kavität beeinflusst. Der erfindungsgemäße Aufbau zur Einkopplung von HF-Leistung und Abschirmung gegenüber der Außenwelt kann jedoch auch bei anderen HF-Kavitäten eingesetzt werden, zum Beispiel kann die HF-Kavität als koaxiale elektrische Leitung ausgebildet sein, oder in einer Re-Entrant-Resonatorstruktur angeordnet sein.
Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden anhand der Folgendenzeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
Fig. 1 und Fig. 2 einen schematischen Überblick über eine zylinderförmige HF-Kavität mit einer entlang ihres Umfangs an¬ geordnete Einkoppelvorrichtung zur Einkopplung von HF- Leistung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine HF-Kavität mit detail¬ lierterer Darstellung der Einkoppelvorrichtung, welche eine als Ferritring ausgebildete Abschirmvorrichtung umfasst,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte HF- Kavität entlang der Linie III-III,
Fig. 5 einen Vergrößerung eines Teils eines Längsschnitts durch eine Wand einer HF-Kavität zur Darstellung einer als λ/4-Stichleitung ausgebildeten Abschirmvorrichtung,
Fig. 6 und Fig. 7 jeweils eine andere Ausführung der in Fig. 5 gezeigten λ/4-Stichleitung,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine HF-Kavität, in welcher der um die Leistungstransistoren angeordnete Schutzkäfig mit inneren Rippen als Abschirmvorrichtung dient, Fig. 9 eine als koaxiale Leitung ausgebildete HF-Kavität.
Fig. 1 zeigt eine Seitansicht einer HF-Kavität 11. Um den äu¬ ßeren Umfang der HF-Kavität 11 ist eine Einkoppelvorrichtung 13 zur Einkopplung von HF-Leistung die HF-Kavität 11 angeordnet. Fig. 2 zeigt eine Frontansicht der in Fig. 1 gezeigten HF-Kavität 11. Die Einkoppelvorrichtung 13 wird anhand des Längsschnitts in Fig. 3 und des Querschnitts in Fig. 4 durch die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte HF-Kavität 11 detaillierter dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die HF-Kavität 11. Dar¬ gestellt ist lediglich eine Wandseite der HF-Kavität 11 in dem Bereich, in dem sich die Einkoppelvorrichtung 13 befindet. Zu sehen ist eine leitende Wand 15, welche einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 23 aufweist, die voneinander isoliert sind. Die ringförmige Isolierung 27 bil- det gleichzeitig eine Vakuumdichtung. Die leitende Wand 15 weist eine Innenseite 19 auf, welche in den Hohlraum der HF- Kavität 11 gerichtet ist, und eine nach außen gerichtete Au¬ ßenseite 17 auf. An der Außenseite 17 befindet sich die Ein¬ koppelvorrichtung 13 für HF-Leistung. Diese umfasst eine Vielzahl von Festkörper-Transistoren 29, welche in direktem Kontakt mit einem schlitzartigen Flansch 25 stehen, der von dem ersten Abschnitt 21 und dem zweiten Abschnitt 23 der lei¬ tenden Wand 15 gebildet wird. Die Festkörper-Transistoren 29 sind über Zuleitungen 31 mit einer hier nicht gezeigten DC- Stromquelle verbunden. Bei Aktivierung induzieren die Festkörper-Transistoren 29 in der leitenden Wand 15 HF-Ströme, die sich entlang der leitenden Wand 15 ausbreiten. Gewünscht ist eine Ausbreitung entlang der Innenseite 19 der leitenden Wand. Um dies zu erreichen, ist eine Abschirmvorrichtung vor- gesehen, welche in dem hier gezeigten Fall in eine Aussparung der leitenden Wand 15 eingearbeitet ist. Die Aussparungen sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Ferritring 33 gefüllt. Die Abschirmvorrichtung bzw. der Ferritring 33 befindet sich sowohl in dem ersten Abschnitt 21 der leitenden Wand 15 als auch in dem zweiten Abschnitt 23. Der Ferritring 33 erhöht die Impedanz an der Außenseite 17 der elektrisch leitenden Wand 15, wodurch eine Ausbreitung von HF-Strömen entlang der Außenseite 17 unterbunden wird und auf die Innenseite 19 geleitet wird.
Zusätzlich sind die Festkörper-Transistoren 29 und die Ein- koppelstelle am Flansch 25 durch einen metallischen Schutzkäfig 35, beispielsweise aus Kupfer, vor elektromagnetischer Strahlung von außen geschützt. Der Schutzkäfig 35 kontaktiert die elektrisch leitende Wand 15 an einer Stelle an der Außenseite 17, welche bereits durch die Abschirmvorrichtung vor von sich ausbreitenden HF-Strömen geschützt ist.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt gemäß der Linie IV -- IV in Fig. 3. Zu sehen sind der äußere Schutzkäfig 35, einige Festkörper-Transistoren 29 sowie die Kontaktstelle mit der den Flansch 25 bildenden Teil der leitenden Wand 15.
In Fig. 3 ist die Abschirmvorrichtung als ein Ferritring 33 gezeigt, der sich entlang des Umfangs der HF-Kavität erstreckt. Weitere Ausführungsformen werden anhand der folgen- den Fig. 5 bis Fig. 9 gezeigt.
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt der leitenden Wand 15, an einer Stelle, welche in Fig. 3 derjenigen Stelle entspricht, an der sich der Ferritring 33 befindet. In die leitenden Wand 15 ist eine Aussparung 37 eingearbeitet, welche derart geformt ist, dass sie eine λ/4 -Stichleitung bildet. Die λ/4- Stichleitung ist derart auf die Betriebsfrequenz der HF- Kavität 11 abgestimmt, dass durch die λ/4 -Stichleitung eine Ausbreitung von HF-Strömen entlang der Außenseite 17 der Wand 15 unterbunden wird. Die Aussparung kann gemäß Fig. 6 mit einem Dielektrikum 39 gefüllt sein, oder aber auch gemäß Fig. 7 in sich gefaltet sein (Faltung 41) . Durch beide Maßnahmen kann die λ/ -Stichleitung platzsparender untergebracht werden.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Abschirmvorrichtung. In dem hier gezeigten Fall wird die Abschirmvorrichtung dadurch realisiert, dass der Schutzkäfig 35, der die leitende Wand 15 kontaktiert und die Festkörper-Transistoren 29 umgibt, in spezieller Art und Weise ausgebildet ist. Der
Schutzkäfig 35 weist an seiner Innenseite eine Vielzahl von Rippen 43 auf. Anhand dieser Rippen 43 vergrößert sich die Impedanz des Pfades, der von der Außenseite 17 der leitenden Wand 15 entlang der Innenseite des Schutzkäfigs 29 führt und verhindert dadurch, dass sich HF-Ströme entlang der Außenseite 17 der Wand 15 von der Injektionsstelle über den Schutzkäfig 29 hinaus ausbreiten würden.
Fig. 9 zeigt eine HF-Kavität, welche als koaxiale leitende Verbindung 47 ausgebildet ist. Über die am Außenleiter angeordnete Einkoppelvorrichtung 13 kann HF-Leistung in die koaxiale Verbindung eingespeist werden. Durch die Abschirmvor- richtung ist der Außenleiter der koaxialen Verbindung 47 bzw. dessen Außenseite von vor sich ausbreitenden HF-Strömen geschützt .
Fig. 10 zeigt eine Beschleunigereinheit, entlang derer eine Vielzahl von HF-Kavitäten 11 ... II1'1, wie sie beispielsweise in Fig. 1 in Fig. 2 gezeigt sind, hintereinander angeordnet sind. Da sich HF-Ströme lediglich an der Innenseite der HF- Kavitäten 11 ... II1'1 ausbreiten, sind die HF-Kavitäten 11 ... 11 ' ' ' im Hochfrequenzbereich voneinander entkoppelt und kön- nen demzufolge von einer Steuervorrichtung 45 individuell angesteuert werden, wodurch sich eine flexible Abstimmung der HF-Kavitäten 11 ... 111 1 1 auf eine gewünschte Beschleunigung erreichen lässt.
Bezugs zeichenliste
11 HF-Kavität
13 Einkoppelvorrichtung
15 leitende Wand
17 Außenseite
19 Innenseite
21 erster Abschnitt
23 zweiter Abschnitt
25 Flansch
27 Isolierring
29 Festkörperschalter
29 Festkörper-Transistor
31 Zuleitung
33 Vertreterinnen
35 Schutzkäfig
37 Aussparung
39 Dielektrikum
41 Faltung
43 Rippe
45 Steuervorrichtung 47 koaxiale Verbindung

Claims

Patentansprüche
1. HF-Kavität umfassend
eine Kammer
eine die Kammer umgebende leidende Wand (15), welche eine In¬ nenseite (19) und eine Außenseite (17) aufweist, und
eine Schaltanordnung mit einer Vielzahl von Festkörperschaltern (29), welche entlang eines Umfanges der Wand (15) um die Kammer angeordnet sind,
wobei die Festkörperschalter (29) mit der leitenden Wand (15) derart in Verbindung stehen, dass bei Aktivierung der Schaltanordnung HF-Ströme in der leitenden Wand (15) induziert werden, wodurch HF-Leistung in die Kammer der HF-Kavität (11) eingekoppelt wird,
dadurch gekennzeichnet dass
an der Außenseite (17) der leitenden Wand (15) entlang eines Umfangs der HF-Kavität (11) eine Abschirmvorrichtung (33, 37, 39, 41, 43) vorhanden ist, welche die Impedanz eines Ausbrei¬ tungspfades von HF-Strömen entlang der Außenseite (17) der Wand (15) erhöht, sodass die in die Wand (15) eingekoppelten HF-Ströme an der Außenseite (17) der Wand (15) unterdrückt werden .
2. HF-Kavität nach Anspruch 1, wobei
die leitende Wand (15) einen ersten Abschnitt (21) und einen von dem ersten Abschnitt (21) isolierten zweiten Abschnitt (23) umfasst, und dass die Abschirmvorrichtung (33, 37, 39, 41, 43) einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfasst, wobei der erste Teil an dem ersten Abschnitt (21) der leitenden Wand (15) angeordnet ist und der zweite Teil an dem zweiten Abschnitt (23) der leitenden Wand (15) .
3. HF-Kavität nach Anspruch 2, wobei
die Isolierung (27) zwischen dem ersten Abschnitt (21) und dem zweiten Abschnitt (23) der leitenden Wand (15) eine Vaku¬ umdichtung ist.
4. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ab¬ schirmvorrichtung eine gerippte leitende Struktur (43) um- fasst .
5. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ab¬ schirmvorrichtung einen Ferritring (33) umfasst.
6. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ab¬ schirmvorrichtung eine λ/4-Stichleitung (37, 39, 41) umfasst.
7. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
zumindest ein Teil der Abschirmvorrichtung in eine Aussparung an der Außenseite (17) der leitenden Wand (15) versenkt ist.
8. HF-Kavität nach Anspruch 7, wobei durch die Aussparung in der leitenden Wand (15) eine λ/4-Stichleitung (37, 39, 41) gebildet wird.
9. HF-Kavität nach Anspruch 8, wobei die Aussparung mit einem Dielektrikum (39) gefüllt ist,
10. HF-Kavität nach Anspruch 8 oder 9, wobei die λ/4- Stichleitung gefaltet ist.
11. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Festkörperschalter (29) von einem Schutzkäfig umgeben (35) sind, der mit Außenseite (17) der leitenden Wand (15) an ei¬ ner Stelle in Verbindung steht, sodass die Abschirmvorrichtung (33, 37, 39, 41, 43) zwischen der Stelle und dem Ort, an dem die Einkopplung der HF-Ströme von den Festkörperschaltern (29) in die Wand (15) stattfindet, liegt.
12. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zu¬ mindest ein Teil der Abschirmvorrichtung (33, 37, 39, 41, 43) auf der Außenseite (17) der leitenden Wand (15) aufgebracht ist .
13. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Abschirmvorrichtung von einem leitenden Schutzkäfig (35) gebildet wird, der die Festkörperschalter (29) umgibt und des¬ sen Innenseite (43) gerippt ausgebildet ist.
14. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die HF-Kavität als koaxiale elektrische Leitung (47) ausgebildet ist .
15. HF-Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die
HF-Kavität als HF-Resonator (11) insbesondere zur Beschleuni¬ gung von Teilchen ausgebildet ist.
16. Beschleuniger mit mehreren HF-Kavitäten (11 ... 11''') nach Anspruch 15, welche unabhängig voneinander steuerbar sind.
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