專利名稱：帶電粒子生成器的制作方法
帶電粒子生成器本發(fā)明涉及包括多個帶電粒子束生成器単元的帶電粒子束生成器。特別地，本發(fā)明涉及用于生成高能、高電流質(zhì)子束的設(shè)備。帶電粒子束生成器是眾所周知的。他們通常包括可以提供想要的離子或帶電亞原子粒子的帶電粒子源。注入器用于從由源產(chǎn)生的帶電粒子形成帶電粒子束。使用加速器將帶電粒子加速到想要的能量，并將其經(jīng)由傳輸線傳輸?shù)侥繕?biāo)。加速器可以形成帶電粒子束，或可以接收已形成的帶電粒子束。以該方式處理許多不同類型的帶電粒子，從諸如電子和質(zhì)子的亞原子粒子到諸如在生物樣品分析中發(fā)現(xiàn)的重有機離子和如基本粒子(B+、Ga+)的光離子。由于改進的高能量、高電流的質(zhì)子束的源的需要的存在，因此質(zhì)子束是本發(fā)明特別感興趣的。雖然能夠生成高能量、高電流的質(zhì)子束，但是目前的努力已經(jīng)產(chǎn)生了受困于可靠性問題的設(shè)備。如果能夠提供一種設(shè)備，其能夠提供穩(wěn)定且可靠的高能量、高電流的質(zhì)子束，則很多技術(shù)領(lǐng)域?qū)闹惺芤妗?例如，將受益于這樣的質(zhì)子束的ー個應(yīng)用是加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆。加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆也已知為能量放大器，這是因為核反應(yīng)堆所產(chǎn)生的能量的一小部分被反饋回以給提供質(zhì)子束的粒子加速器供電。在傳統(tǒng)的能量生產(chǎn)核反應(yīng)堆中，裂變過程是至關(guān)重要的，從而裂變本身產(chǎn)生維持反應(yīng)所需的中子。按照定義，次臨界反應(yīng)需要中子的饋送以維持裂變過程。提供中子源的ー種方式是通過散裂。高能質(zhì)子束用于將質(zhì)子流傳輸?shù)酵ǔ０谌剂习糁械纳⒘涯繕?biāo)。散裂看到質(zhì)子撞擊目標(biāo)，使得目標(biāo)核彈出包括所需的中子流的顆粒。然而，裂變反應(yīng)敏感于質(zhì)子束的傳輸，從而甚至質(zhì)子束中短時間的缺失(dropout)也會破壞中子產(chǎn)生，這足以使裂變反應(yīng)停止。因此，目前的努力由于質(zhì)子束生成器的前述不可靠性而僅獲得了有限的成功。意識到的是，相對于傳統(tǒng)的產(chǎn)生能量的核反應(yīng)堆，可靠的加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆將提供許多好處。例如，可以使用核燃料的更大的選擇從而可以使用比鈾和钚更有利的燃料。有希望的候選者是釷。釷不是裂變材料，但它能產(chǎn)生裂變物質(zhì)從而能夠根據(jù)以下反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱炎?33U 232Th+n — 233Th — 233Pa+ β ニ233U+ β ^釷由于它相對于鈾(和钚)具有很多優(yōu)點而受到了很大關(guān)注，其優(yōu)點例如為I.在地殼中，釷的儲藏量是鈾的三倍。2.在地殼中發(fā)現(xiàn)的釷不要求像鈾那樣昂貴的濃縮方式。結(jié)果，可以使用純釷燃料棒，然后在發(fā)生散裂時將其轉(zhuǎn)換成釷/鈾混合物。3.釷的反應(yīng)方案幾乎不生產(chǎn)钚，因而使其成為不擴散核燃料源的好的候選者。4.產(chǎn)生的放射性廢料的存在時間很短，使得處置問題變得很容易。為與加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆一起使用而提出的粒子加速器能夠常采用若干傳統(tǒng)方案中的ー個。在一個示例中，源給注入器提供離子，并且注入器將負(fù)氫(H—)離子注入到直線加速器(Iinac)中。該直線加速器對離子進行加速，然后將離子注入到同步加速器中。在注入?yún)?，從每個IT離子剝離兩個電子以生產(chǎn)質(zhì)子。在同步加速器中，質(zhì)子能量被再次升高到想要的束能量。同步加速器也可以用于積累質(zhì)子以到達(dá)想要的束流。質(zhì)子然后被從同步加速器取出并且引導(dǎo)到反應(yīng)器，在反應(yīng)器處，質(zhì)子被擊入散裂靶中以產(chǎn)生將能夠產(chǎn)生裂變物質(zhì)的釷轉(zhuǎn)變?yōu)榱炎冣櫟闹凶印１景l(fā)明的目標(biāo)在于改進當(dāng)前加速器設(shè)計以產(chǎn)生可以產(chǎn)生可靠的高能、高電流粒子束的適合于與加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆一起使用的粒子加速器。在這種背景下，并且根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了ー種使用質(zhì)子束生成器生成復(fù)合質(zhì)子束的方法，該質(zhì)子束生成器包括η個質(zhì)子束生成器単元，其中η至少為2。在η個質(zhì)子束生成器単元中的每ー個質(zhì)子束生成器単元中，Η_源用于生成離子束，該離子被剝離為質(zhì)子并且質(zhì)子束被加速并且然后被引導(dǎo)到公共束線。因此η個質(zhì)子束在進入束線時被合并以形成復(fù)合質(zhì)子束。提供多個質(zhì)子束生成器單元增加了可靠性，即任何一個質(zhì)子束生成器単元的故障不會導(dǎo)致離子束的完全故障。此外，如下面更詳細(xì)地描述的，可以對剩余的質(zhì)子束生成器單元進行進一歩有利的修改以補償一個單元的失去。此外，本發(fā)明的布置允許使單個質(zhì)子束 生成器停止使用以進行維修等等，并且在該情況下仍然能夠提供復(fù)合束?？梢砸圆煌姆绞胶喜ⅵ莻€質(zhì)子束來形成復(fù)合質(zhì)子束。例如，該η個質(zhì)子束可以被脈沖化，從而它們包括由一個或多個質(zhì)子群組成的離散脈沖。這些質(zhì)子的脈沖可以以它們在同一時間到達(dá)散裂靶的方式合并到單個通道中?；蛘?，脈沖可以順序地合并在公共束線中以在時間上分離地到達(dá)靶。η個質(zhì)子束中的質(zhì)子脈沖可以具有基本上公共的重復(fù)頻率，即所有的質(zhì)子束具有隔開相同時間長度的質(zhì)子脈沖。質(zhì)子脈沖可以交織，從而復(fù)合質(zhì)子束中的質(zhì)子脈沖均等地隔開。以該方式，復(fù)合質(zhì)子束形成為具有是η個質(zhì)子束的重復(fù)頻率的η倍的重復(fù)頻率。η個質(zhì)子束中的每ー個質(zhì)子束可以具有基本上相同的束電流。如果η個質(zhì)子束生成器単元中的一個質(zhì)子束生成器単元停止產(chǎn)生質(zhì)子束，例如由于故障或由于停止以進行維修而停止產(chǎn)生質(zhì)子束，則本發(fā)明的方法可以進一歩包括以(η-1)/η的倍數(shù)增大剩余的η-1個質(zhì)子束中的質(zhì)子脈沖的重復(fù)頻率。以該方式，可以保持束流和復(fù)合質(zhì)子束的規(guī)律性，即沒有由于丟失質(zhì)子脈沖而產(chǎn)生“缺失”?；蛘撸摲椒赡苓M一歩包括以ηパη-I)的倍數(shù)增大剩余的η-1個質(zhì)子束中的束電流。同樣地，這雖然沒有彌補丟失的離子脈沖但是保持了束電流。當(dāng)然，可以使用這兩種技術(shù)的組合，即重復(fù)頻率的增大和束電流的増大。結(jié)果，優(yōu)選的是，使質(zhì)子束生成器単元對于正常方法中的工作來說是被高估的(over-rated),從而它們能夠在單元中的一個或多個沒有傳輸質(zhì)子束時更努力地エ作。例如，n+1個加速器可以同時工作，并且使用僅允許η個脈沖通過的斬波器。如果ー個機器不工作或者停止以進行維修，則不會產(chǎn)生可察覺的變化。質(zhì)子束生成器単元的數(shù)目取決于靶處的束功率需求?？梢灶A(yù)計的是，數(shù)目為范圍3到7中的數(shù)字。每個質(zhì)子束生成器単元的組成也可以改變。例如，可以使用多于ー個的離子源，例如可以包括備用離子源?？梢允褂酶鞣N手段來加速質(zhì)子束。直線加速器、回旋加速器、同步減速器和固定場交變梯度加速器(FFAG)都是可以使用的。也可以使用組合。例如，直線加速器可以用來加速H-離子束，并且在剝離之后，質(zhì)子束可以在諸如同步加速器或FFAG的環(huán)形加速器中進ー步加速。FFAG由于其運行速度和其可靠性而在目前受到青睞。
可以使用兩階段FFAG，例如在第一 FFAG中執(zhí)行ー個加速階段之后進行在第二FFAG中的又一加速階段。FFAG環(huán)能夠堆疊在彼此的頂部或者，如果半徑適當(dāng)?shù)夭煌?，則同心地進行布置。兩個FFAG的重復(fù)頻率可以不同。例如，較高的重復(fù)頻率可用于較低能量的FFAG以減少空間電荷效應(yīng)來自較低能量的FFAG的多個填充然后可用于利用質(zhì)子填充較高能量的FFAG。在考慮的實施方式中，使用負(fù)氫離子源來生成離子束，直線加速器加速該離子束，之后進行剝離并且在FFAG中進行進一歩的加速并且在更高能量的FFAG中進行再進ー步的加速。例如，直線加速器可以將H-束加速到大約40MeV，較低能量的FFAG可以將質(zhì)子束加速到大約200MeV，并且較高能量的FFAG可以將質(zhì)子束加速到大約lGeV?？蛇x地，質(zhì)子束電流可以為大約10/n mA以提供IOmA和1(MW的復(fù)合質(zhì)子束。、
本發(fā)明還擴展到在加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆中產(chǎn)生電力的方法。該方法包括根據(jù)上述方法中的任何ー個使用質(zhì)子束生成器來生成復(fù)合質(zhì)子束。該復(fù)合質(zhì)子束然后被引導(dǎo)到包含散裂靶、核燃料的反應(yīng)堆，從而質(zhì)子束撞擊散裂靶。散裂產(chǎn)生了行進到核燃料中的中子?？蛇x地，核燃料是釷，并且中子使得能夠產(chǎn)生分裂物質(zhì)的釷轉(zhuǎn)變?yōu)榱炎冣?。?yōu)選的是，反應(yīng)堆所產(chǎn)生的能量被反饋回以給離子束生成器供電。根據(jù)另ー個方面，本發(fā)明提供了一種用于生成復(fù)合質(zhì)子束并且將其傳輸?shù)桨械脑O(shè)備。該設(shè)備包括基本上彼此相同的η個質(zhì)子束生成器単元。η個質(zhì)子束生成器単元中的每個質(zhì)子束生成器単元包括用于生成に離子的負(fù)氫離子源。Η_直線加速器的初始階段可以將離子形成為束。可以從每個離子剝離兩個電子以產(chǎn)生質(zhì)子，并且質(zhì)子束可以然后被加速到其最終能量。該設(shè)備進ー步包括光學(xué)系統(tǒng)，其布置為接收來自η個質(zhì)子束生成器単元的η個質(zhì)子束，并將該η個質(zhì)子束合并以形成復(fù)合質(zhì)子束。合并技術(shù)是眾所周知的并且例如在CERN質(zhì)子同步加速助推器處已經(jīng)使用了很多年。η個質(zhì)子束生成器単元中的每個質(zhì)子束生成器単元的質(zhì)子加速器可以包括直線加速器、回旋加速器、同步加速器或FFAG?？蛇x地，可以使用環(huán)形加速器的線性對。FFAG是特別優(yōu)選的。優(yōu)選地，η個質(zhì)子束生成器単元中的每個質(zhì)子束生成器単元的!1_離子加速器包括直線加速器，其提供第一加速階段并且之后提供第二加速階段。也能夠通過ー對FFAG來提供第二加速階段。如上所述的設(shè)備還可以包括布置為實施上述方法中的任一個的控制器。本發(fā)明還擴展到加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆，其包括用于將質(zhì)子束提供到散裂靶的上述設(shè)備中的任ー個。散裂靶位于反應(yīng)堆堆芯內(nèi)并且鄰近于接收在散裂期間產(chǎn)生的中子的燃料。例如，散裂靶可以設(shè)置在燃料棒內(nèi)。將參考附圖
借助于示例描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的包括粒子加速器的靶和質(zhì)子束生成器的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的包括粒子加速器的加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆的示意圖；圖3是圖2的加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆的簡化透視圖；以及圖4是圖3的加速器單元中的一個的簡化透視圖。
本發(fā)明提供了一種質(zhì)子束生成器，其使用多個粒子加速器來生成并加速多個質(zhì)子束，該多個質(zhì)子束然后被使得一起形成復(fù)合質(zhì)子束。圖I示出了這樣的質(zhì)子束生成器10的示例，該質(zhì)子束生成器10在該示例中包括三個粒子加速器単元12。三個加速器単元12具有對應(yīng)的設(shè)計，并且產(chǎn)生大致相同的質(zhì)子束。如下地形成每個加速器単元12。通過諸如潘寧源或者電子回旋加速器諧振(ECR)源的離子源14來提供負(fù)氫離子。由離子源14生成的離子經(jīng)由低能量束傳輸系統(tǒng)(圖I中未示出)傳輸?shù)街本€加速器16。直線加速器用于加速離子，從而增大它們的能量和動量。準(zhǔn)直線(圖I中未示出)將加速后的離子束從直線加速器16轉(zhuǎn)移到環(huán)形加速器18 (在該實施方式中為FFAG)。在進入FFAG 18時，從每個負(fù)氫離子剝離兩個電子以產(chǎn)生質(zhì)子。質(zhì)子暫時地存儲在FFAG 18中，并且來自直線加速器16的進ー步的質(zhì)子積累作為質(zhì)子的脈沖。FFAG 18進一歩增大質(zhì)子的能量和動量。在該實施方式中，F(xiàn)FAG 18用于將質(zhì)子束的能量提高到想要 的最終值。每個FFAG 18內(nèi)的質(zhì)子的脈沖由適當(dāng)?shù)奶崛∠到y(tǒng)(未示出)提取并沿著束線向下發(fā)送到磁偏束器(kicker)系統(tǒng)20，該磁偏束器將質(zhì)子脈沖合并為單個流。磁偏束器系統(tǒng)20可以合并質(zhì)子脈沖以形成單個大的質(zhì)子脈沖，或者可以將質(zhì)子脈沖順序地合并為一列質(zhì)子脈沖?？梢酝ㄟ^在適合的時間從FFAG 18提取質(zhì)子脈沖從而這些質(zhì)子脈沖以適合的時間間隔到達(dá)合并磁偏束器系統(tǒng)20來形成適當(dāng)?shù)馗糸_的質(zhì)子脈沖列。以高重復(fù)頻率脈沖質(zhì)子的產(chǎn)生，從而產(chǎn)生幾乎連續(xù)的質(zhì)子脈沖束。通過磁偏束器系統(tǒng)20產(chǎn)生的復(fù)合質(zhì)子束被沿著又一束線向下發(fā)送到靶22。如將了解的是，靶22可采取多種形式。質(zhì)子束生成器10可連續(xù)運行，以將穩(wěn)定的質(zhì)子脈沖流提供到靶22。例如，一旦已經(jīng)從FFAG 18提取了質(zhì)子脈沖，則離子源14可以用于為直線加速器16提供又ー組被剝離、加速和用于填充FFAG 18的H—離子以形成下ー質(zhì)子脈沖等等。H—離子源14可以打開或關(guān)閉?；蛘?，離子源14可以保持開啟，但它產(chǎn)生的離子可以被選擇性地發(fā)送到FFAG 18或不發(fā)送到FFAG 18。例如，束斬波器可以用于在FFAG 18不被填充時將離子偏轉(zhuǎn)離開朝向直線加速器16的路徑。在又一布置方案中，離子源14和直線加速器16用于持續(xù)地為FFAG 18提供粒子，并定期提取FFAG 18中積累的質(zhì)子。圖2和3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的包括加速器復(fù)合體30的加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆。加速器復(fù)合體30用來生成和加速引導(dǎo)到反應(yīng)堆復(fù)合體60的質(zhì)子束。在該實施方式中，反應(yīng)堆復(fù)合體60的燃料是釷，其通過利用質(zhì)子束的適合的靶的散裂轉(zhuǎn)化為鈾。將在詳細(xì)描述加速器復(fù)合體30之后在下面描述反應(yīng)堆復(fù)合體60。在優(yōu)選實施方式中，加速器復(fù)合體30包括七個加速器単元32，但是為了簡便起見，在圖2和3中僅示出了單元32中的三個單元。圖4示出了加速器單元32中的ー個加速器単元的更詳細(xì)的視圖，將理解的是，加速器単元32共享共同的設(shè)計。每個加速器単元32如下所示。加速器単元32容納在針對加速器単元32產(chǎn)生的輻射提供適合的屏蔽的防護墻34內(nèi)。在一對離子源36中產(chǎn)生負(fù)氫離子。雖然兩個離子源36都持續(xù)運行，但是單個離子源36僅給注入器提供一次離子。如果需要的話，兩個離子源36都能夠用于給注入器提供離子。為每個加速器単元32提供兩個離子源36能夠防止ー個離子源36出現(xiàn)故障的情況下的中斷，并且還允許ー個或多個離子源36停止運行以進行維修。正在運行的離子源36持續(xù)運行以提供具有大約3mA的平均電流的穩(wěn)定的H_離子流。來自離子 源36的束線允許選擇來自離子源36中的一個或兩個的離子。在正常操作中，離子繼續(xù)到準(zhǔn)備用于加速的束的射頻四極(RFQ) 38。來自RFQ 38的11_離子通過束斬波器，該束斬波器在束中產(chǎn)生間隙或者可選地可以用于丟棄所有離子使得沒有離子發(fā)送到下游。直線加速器40將離子加速到適合于注入到FFAG 44中的能量。使用任何傳統(tǒng)的手段從每個離子剝離兩個電子。由此產(chǎn)生的質(zhì)子傳輸?shù)桨ī`對FFAG的兩級加速器42。較低能量的FFAG 44布置在較大半徑的較高能量的FFAG 46中。由于FFAG是眾所周知的，因此這里不進行詳細(xì)介紹。如果環(huán)具有不同半徑，則布局能夠看到束線從直線加速器40通過較高能量的FFAG 46下面以將離子引導(dǎo)到較低能量的FFAG 44中。質(zhì)子然后在較低能量的FFAG 44周圍加速以提供動量和能量的増大。質(zhì)子然后被經(jīng)由束線45轉(zhuǎn)移到較高能量的FFAG 46。質(zhì)子的能量隨著在第二 FFAG 46中循環(huán)而増大，并且質(zhì)子束的能量增大到其最終值lGeV。IGeV質(zhì)子束然后被從較高能量的FFAG 46沿著束線47引導(dǎo)到交織沿著束線47接收的質(zhì)子束的多路復(fù)用器50。在毫秒數(shù)量級的時間內(nèi)完成生成質(zhì)子、填充較高能量的FFAG46和提取質(zhì)子的每個循環(huán)。加速器復(fù)合體30在控制器52的控制下進行操作。可以提供單個控制器52來控制所有加速器単元32，或者每個加速器単元32可以有自己的專用控制器52。除了發(fā)出信號以實現(xiàn)對加速器單元32的控制之外，控制器52接收來自布置在加速器復(fù)合體30周圍的監(jiān)視器的信號。因此，可以形成反饋環(huán)路以優(yōu)化加速器復(fù)合體30的性能并且可以包括安全停止以例如響應(yīng)于檢測到的故障關(guān)掉離子源32或關(guān)閉加速器単元32中的ー個或所有。通過箭頭53表示控制器52的雙向通信。控制器52還協(xié)調(diào)從較高能量的FFAG 46提取質(zhì)子脈沖，從而質(zhì)子脈沖以所需的規(guī)律地隔開的間隔到達(dá)多路復(fù)用器50。下面，將提供更進一歩的細(xì)節(jié)。可以看出，多路復(fù)用器50位于反應(yīng)堆復(fù)合體60內(nèi)以靠近反應(yīng)堆堆芯62。由多路復(fù)用器50產(chǎn)生的交織的質(zhì)子束沿著束線55行進到反應(yīng)堆堆芯62。可以在反應(yīng)堆堆芯62的上游使用擴散器以擴散質(zhì)子束，從而減少傳輸?shù)桨械姆骞β拭芏?。反?yīng)器復(fù)合體60包含在保護墻64內(nèi)，并且反應(yīng)堆堆芯62可以進一歩被保護在圓頂66內(nèi)。由于用于釷燃料反應(yīng)堆的設(shè)計是已知的，因此反應(yīng)堆堆芯62可以是傳統(tǒng)的。例如，反應(yīng)堆堆芯62可以包含具有包封在釷層內(nèi)的諸如鉛或鉛-鉍共晶的散裂靶的內(nèi)核的棒，其中釷層將在反應(yīng)過程中燃燒以提供包括能夠產(chǎn)生分裂物質(zhì)的釷和裂變鈾的混合物，所有這些都包含在適當(dāng)?shù)木徍蛣┑陌鼘觾?nèi)。束線55在反應(yīng)堆復(fù)合體60操作并且產(chǎn)生電カ時始終將質(zhì)子束引導(dǎo)到棒內(nèi)的散裂靶桿。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，每隔若干毫秒的質(zhì)子脈沖的重復(fù)周期近似足以使裂變反應(yīng)不間斷的連續(xù)波。裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱使水變熱，并在熱交換器68中產(chǎn)生蒸汽。在熱交換器68中產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動連接到公共軸的汽輪70。軸的旋轉(zhuǎn)使得在發(fā)電機72中產(chǎn)生電力。由發(fā)電機72產(chǎn)生的電カ被提供到電網(wǎng)74。如將了解的，這是傳統(tǒng)的布置方案，并且因此將不進行詳細(xì)描述。
反應(yīng)器復(fù)合體60在控制器76的控制下進行操作。控制器76發(fā)送和接收信號(如圖2中的箭頭77所示)以確保反應(yīng)堆復(fù)合體60的安全操作。控制器52和76可以合并為ー個單元。另外，反應(yīng)堆堆芯62內(nèi)的傳感器將信號饋送到加速器復(fù)合體控制器62從而產(chǎn)生所要求的質(zhì)子束。在該實施方式中，反應(yīng)堆堆芯62的溫度被監(jiān)測并用作到控制器52的主反饋信號。因此，反應(yīng)堆堆芯溫度的變化用來調(diào)整由加速器復(fù)合體30傳輸?shù)馁|(zhì)子束的特性。例如，溫度増大可以表示裂變反應(yīng)的臨界増大，并且可以通過控制器52來命令質(zhì)子束流的對應(yīng)減少。通過發(fā)電機単元72產(chǎn)生的電カ的一小部分被饋送給為加速器復(fù)合體30提供功率的電源54。由于加速器復(fù)合體30必須處于運行中以提供質(zhì)子束來初始化反應(yīng)堆堆芯62中的反應(yīng)，因此電源54也具有到電網(wǎng)74的連接，從而在反應(yīng)堆復(fù)合體60產(chǎn)生電力之前可以傳輸所要求的功率。在該實施方式中，產(chǎn)生了包括重復(fù)周期為Ims的質(zhì)子脈沖流的質(zhì)子束，即質(zhì)子束具有每隔Ims的質(zhì)子脈沖以產(chǎn)生幾乎連續(xù)的波?？紤]加速器復(fù)合體32具有η個加速器單元32的一般情況，控制器52每隔n ms從任何特定的較高能量的FFAG 46提取質(zhì)子脈沖，并且在從ー個較高能量的FFAG 46提取之后并且在從下ー較高能量的FFAG 46提取之前停止Ims以實現(xiàn)想要的IkHz重復(fù)頻率。質(zhì)子束具有IOmA的電流和IGeV的能量，并且因此傳輸10麗的功率。為了實現(xiàn)IOmA的束電流，要求下述質(zhì)子流N總，
權(quán)利要求
1.ー種使用質(zhì)子束生成器生成復(fù)合質(zhì)子束的方法，所述質(zhì)子束生成器包括η個質(zhì)子束生成器単元，其中η至少為2， 所述方法包括在所述η個質(zhì)子束生成器単元中的每ー個質(zhì)子束生成器単元中，使用負(fù)氫離子源來生成負(fù)氫離子束，對所述負(fù)氫離子進行剝離以產(chǎn)生質(zhì)子束，加速所述質(zhì)子束并且將所述質(zhì)子束引導(dǎo)到公共點，并且 所述方法進ー步包括在所述公共點合并由所述η個質(zhì)子束生成器単元提供的所述η個質(zhì)子束以形成所述復(fù)合質(zhì)子束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述η個質(zhì)子束被脈沖化，并且合并所述η個質(zhì)子束使得質(zhì)子脈沖被交織。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述η個質(zhì)子束中的所述質(zhì)子脈沖具有基本上相同的重復(fù)頻率，并且所述質(zhì)子脈沖被交織為連續(xù)的質(zhì)子脈沖之間的間隔相等，從而提供具有所述η個質(zhì)子束的重復(fù)頻率的η倍的重復(fù)頻率的所述復(fù)合質(zhì)子束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，當(dāng)所述η個質(zhì)子束生成器単元中的一個質(zhì)子束生成器単元停止生成質(zhì)子束時，所述方法進ー步包括以ηパη-I)的倍數(shù)增大剩余的η-I個質(zhì)子束中的所述質(zhì)子脈沖的所述重復(fù)頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，所述方法包括將所述η個質(zhì)子束生成為具有基本上相等的束電流，并且其中，當(dāng)所述η個質(zhì)子束生成器単元中的一個質(zhì)子束生成器単元停止生成質(zhì)子束時，所述方法進ー步包括以ηパη-I)的倍數(shù)增大剩余的η-I個質(zhì)子束中的所述束電流。
6.ー種在加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆中產(chǎn)生電力的方法，所述方法包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法使用質(zhì)子束生成器來生成復(fù)合質(zhì)子束；將所述復(fù)合質(zhì)子束引導(dǎo)到包含散裂靶和核燃料的反應(yīng)堆，使得所述質(zhì)子束撞擊所述散裂靶，從而引起了行進到所述核燃料中的中子的散裂，確保的裂變用于生成電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述核燃料是釷，并且散裂中子使得所述釷轉(zhuǎn)變?yōu)榱炎冣櫋?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的方法，其中，由所述反應(yīng)堆生成的能量被饋送回以給所述質(zhì)子束生成器供電。
9.一種用于生成復(fù)合質(zhì)子束并且將所述復(fù)合質(zhì)子束傳輸?shù)桨械脑O(shè)備，所述設(shè)備包括相同的η個質(zhì)子束生成器単元，所述η個質(zhì)子束生成器単元中的每個質(zhì)子束生成器単元包括用于生成負(fù)氫離子的離子源、布置為剝離所述負(fù)氫離子以形成質(zhì)子束的剝離器、布置為加速所述質(zhì)子束的加速器，并且其中，所述設(shè)備被布置為合并所述η個質(zhì)子束以形成所述復(fù)合質(zhì)子束。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述η個質(zhì)子束生成器単元中的每個質(zhì)子束生成器単元的所述加速器包括直線加速器、回旋加速器、同步加速器或固定場交變梯度加速器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述η個質(zhì)子束生成器単元中的每個質(zhì)子束生成器単元的所述加速器包括環(huán)形加速器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一項所述的設(shè)備，其中，所述η個質(zhì)子束生成器単元中的每個質(zhì)子束生成器単元的所述加速器包括第一加速階段，該第一加速階段后跟著提供第ニ加速階段的環(huán)形加速器。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任一項所述的設(shè)備，所述設(shè)備進ー步包括布置為實施根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任一項所述的方法的控制器。
14.ー種加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆，所述加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆包括用于將質(zhì)子束提供到位于反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的散裂靶的根據(jù)權(quán)利要求9至13中的任一項所述的設(shè)備，所述反應(yīng)堆堆芯進ー步包括布置為接收在散裂過程中產(chǎn)生的中子的燃料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的反應(yīng)堆，其中，所述燃料包括釷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶電粒子束生成器，其包括多個帶電粒子束生成器單元。特別地，本發(fā)明涉及用于生成例如在加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆中使用的高能、高電流質(zhì)子束。本發(fā)明提供了一種使用包括多個質(zhì)子束生成器單元的質(zhì)子束生成器生成復(fù)合質(zhì)子束的方法。在每個單元中使用負(fù)氫離子源來生成負(fù)氫離子束。在每個單元中，負(fù)氫離子被剝離以產(chǎn)生質(zhì)子束，該質(zhì)子束被加速并且引導(dǎo)到公共點，在該公共點，質(zhì)子束被合并以形成復(fù)合質(zhì)子束。
文檔編號H05H7/06GK102668723SQ201080058295
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者B·穆拉托里, C·皮奧爾, N·布里斯, R·西文斯基, S·史密斯, 町田真嗣 申請人:科學(xué)技術(shù)設(shè)備委員會