專利名稱：直流電壓-高壓源和粒子加速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種直流電壓-高壓源和ー種粒子加速器，所述粒子加速器具有由同心設(shè)置的電極組成的電容器堆。
背景技術(shù)：
存在很多需要高的直流電壓的應(yīng)用。ー種應(yīng)用例如是粒子加速器，其中將帶電的粒子加速到高能量。除了對(duì)于基礎(chǔ)研究的意義之外，粒子加速器還在醫(yī)學(xué)中以及對(duì)于很多エ業(yè)用途具有越來(lái)越重要的意義。迄今為了制造在MV范圍中的粒子束而使用線性加速器和回旋加速器，它們大多是非常復(fù)雜且昂貴的設(shè)備。 已知粒子加速器的ー種形式是具有直流電壓-高壓源的所謂靜電粒子加速器。在此向待加速的粒子施加靜態(tài)電場(chǎng)。已知例如借助多重前后連接(級(jí)聯(lián))的Greinacher電路通過(guò)對(duì)交流電壓的加倍和整流產(chǎn)生高直流電壓并且由此提供強(qiáng)電場(chǎng)的級(jí)聯(lián)加速器(也稱為Cockcroft-Walton加速器)。由此提供強(qiáng)的電場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于說(shuō)明ー種直流電壓-高壓源，其在具有緊湊的結(jié)構(gòu)的同時(shí)可以特別穩(wěn)定地運(yùn)行并且同時(shí)提供高的電勢(shì)差。本發(fā)明此外還基于以下任務(wù)，即說(shuō)明一種用于對(duì)帶電粒子進(jìn)行加速的加速器，該加速器在具有緊湊的結(jié)構(gòu)的同時(shí)可以特別穩(wěn)定地運(yùn)行并且同時(shí)允許高的可達(dá)粒子能量。本發(fā)明通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。有利的擴(kuò)展在從屬權(quán)利要求的特征中。
本發(fā)明的用于提供直流電壓的直流電壓-高壓源具有電容器堆，具有-能夠處于第一電勢(shì)的第一電極，-與第一電極同心設(shè)置并且處于不同于第一電勢(shì)的第二電勢(shì)的第二電極，使得能在第一電極和第二電極之間構(gòu)成電勢(shì)差，-至少ー個(gè)中間電極，所述中間電極在第一電極和第二電極之間同心地設(shè)置，并且可以處于介于第一電勢(shì)和第二電勢(shì)之間的中間電勢(shì)。該直流電壓-高壓源還具有用于對(duì)電容器堆充電的開關(guān)設(shè)備，利用該開關(guān)設(shè)備將電容器堆的電極一也就是第一電極、第二電極以及中間電極一連接起來(lái)。所述開關(guān)設(shè)備構(gòu)成為使得在該開關(guān)設(shè)備運(yùn)行時(shí)將電容器堆的相互同心設(shè)置的電極置于逐漸増大的電勢(shì)級(jí)。電容器堆的開關(guān)設(shè)備包括電子管。本發(fā)明所基于的認(rèn)識(shí)是，對(duì)直流電壓-高壓源進(jìn)行盡可能有效的充電。這通過(guò)具有尤其是可以構(gòu)成為ニ極管的電子管的開關(guān)設(shè)備來(lái)完成。與諸如半導(dǎo)體ニ極管的半導(dǎo)體器件相比較，其帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是，在電容器堆的通過(guò)電子管連接的電極之間由于電子管的結(jié)構(gòu)而不存在會(huì)帶來(lái)?yè)舸┪ｋU(xiǎn)的物理連接。此外，電子管對(duì)電流起限制作用并且相對(duì)于電流過(guò)載或電壓過(guò)載來(lái)說(shuō)是魯棒的。一個(gè)或多個(gè)電子管尤其是可以構(gòu)成為可控制的電子管。該控制例如可以熱的或光學(xué)攝影地進(jìn)行。電子管陰極可以構(gòu)成為熱電子發(fā)射器，具有例如用于控制到電子管中的電流的加熱裝置，尤其是射線加熱裝置。電子管陰極還可以構(gòu)成為光電陰極。后者允許通過(guò)對(duì)照射光進(jìn)行調(diào)制，例如通過(guò)激光射線允許對(duì)每個(gè)電子管中的電流進(jìn)行控制并由此對(duì)充電電流進(jìn)行控制。通過(guò)這種方式可以間接地控制可達(dá)到的高壓。高壓源可以靈活地充電和匹配。直流電壓-高壓源利用其同心設(shè)置的電極作為電容器堆的結(jié)構(gòu)而具有特別有利和節(jié)省空間的形式，其同時(shí)使得可以對(duì)高壓電極進(jìn)行有效的屏蔽或絕緣。電容器堆尤其是可以包括多個(gè)同心設(shè)置的中間電極，這些中間電極通過(guò)開關(guān)設(shè)備 連接，使得在開關(guān)設(shè)備運(yùn)行時(shí)中間電極被置于介于第一電勢(shì)和第二電勢(shì)之間的逐漸增大的電勢(shì)級(jí)序列上。電容器堆的電極的電勢(shì)級(jí)序列根據(jù)其同心布置的順序而逐漸増大。通過(guò)具有電子管的開關(guān)設(shè)備可以用泵交流電壓對(duì)電容器堆的電極充電。泵交流電壓的幅度相對(duì)于可達(dá)到的高壓可以比較小。直流電壓-高壓源的電極的同心布置總的來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)。為了有利地利用絕緣體積，也就是在內(nèi)部電極和外部電極之間的體積，將ー個(gè)或多個(gè)同心的中間電極置于合適的電勢(shì)上。電勢(shì)級(jí)連續(xù)地增大并且可以被選擇為，使得在整個(gè)絕緣體積的內(nèi)部產(chǎn)生最大程度均勻的場(chǎng)強(qiáng)。此外，所設(shè)置的中間電極提高擊穿場(chǎng)強(qiáng)極限，從而可以比沒有中間電極時(shí)產(chǎn)生更高的直流電壓。其基礎(chǔ)是，真空中的擊穿場(chǎng)強(qiáng)大致與電極距離的平方根成反比。通過(guò)所實(shí)施的用于使直流電壓-高壓源內(nèi)部的電場(chǎng)更均勻的中間電極，有益于同時(shí)有利地提高可能的、可達(dá)到的場(chǎng)強(qiáng)。在一種實(shí)施方式中，直流電壓-高壓源的至少一部分可以具有真空。該真空可以被用于形成運(yùn)行電子管所需要的真空，從而電子管是沒有真空活塞的。電容器堆的電極例如可以通過(guò)真空絕緣而相互絕緣。在絕緣體積中可以存在高真空。使用絕緣材料存在以下缺點(diǎn)，即這些材料在通過(guò)直流電場(chǎng)施加負(fù)荷的情況下易于發(fā)生內(nèi)部電荷的擁塞一所述內(nèi)部電荷尤其是通過(guò)在加速器運(yùn)行時(shí)的離子化射線引發(fā)。擁塞的、遷移的電荷在所有物理絕緣體中引發(fā)強(qiáng)的非均勻電場(chǎng)強(qiáng)，該強(qiáng)的非均勻電場(chǎng)強(qiáng)接著導(dǎo)致?lián)舸O限被局部超過(guò)并且由此導(dǎo)致火花通道的構(gòu)成。通過(guò)高真空的絕緣避免了這樣的缺點(diǎn)。由此可在穩(wěn)定運(yùn)行中利用的電場(chǎng)強(qiáng)可以被増大。由此該裝置基本上一除了例如電極的懸掛件的少許部件之外一沒有絕緣體材料。開關(guān)設(shè)備的一部分或所有電子管可以設(shè)置在該真空絕緣中，使得電子管可以構(gòu)成為沒有自己的真空套。通過(guò)電容器堆的電極的真空絕緣，附加地實(shí)現(xiàn)了高壓電極的節(jié)省空間和魯棒的絕緣。在此，高壓電極可以是在同心布置中最靠?jī)?nèi)的電極，而最外面的電極例如可以是接地電極。直流電壓-高壓源也可以例如具有射線管，沿著該射線管可以對(duì)帶電的粒子加速?？梢钥紤]位于射線管的真空用于無(wú)真空活塞地構(gòu)成電子管。如果這種直流電壓-高壓源例如用于產(chǎn)生諸如電子、離子、基本粒子-或一般來(lái)說(shuō)帶電粒子-的粒子的射線，可以在緊湊的結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)MV范圍中的粒子能量。在ー種有利的實(shí)施方式中，開關(guān)設(shè)備包括高壓級(jí)聯(lián)，尤其是Greinacher級(jí)聯(lián)或Cockcroft-Walton級(jí)聯(lián)。利用這種設(shè)備可以借助比較小的交流電壓對(duì)電容器堆的電極、也就是第一電極、第二電極以及中間電極進(jìn)行充電以產(chǎn)生直流電壓。該實(shí)施方式基于產(chǎn)生高壓的想法,例如通過(guò)Greinacher整流器級(jí)聯(lián)所實(shí)現(xiàn)的。在所采用的加速器中，電勢(shì)能用于轉(zhuǎn)換粒子的動(dòng)能，其方法是在粒子源和加速距離的末端之間施加高的電勢(shì)。在ー種實(shí)施變型中，電容器堆通過(guò)穿過(guò)電極延伸的縫隙分為兩個(gè)相互分離的電容器鏈。通過(guò)將電容器堆的同心電極分為兩個(gè)相互分離的電容器鏈，可以有利地將兩個(gè)電容器鏈用于形成諸如Greinacher或Cockcroft-Walton級(jí)聯(lián)的級(jí)聯(lián)開關(guān)設(shè)備。在此,姆個(gè)電容器鏈?zhǔn)签`種自身相互同心設(shè)置的(子)電極的裝置。
在將電極堆形成為球殼堆的情況下，例如可以通過(guò)沿著赤道的截面進(jìn)行所述分離，該截面然后導(dǎo)致兩個(gè)半球堆。電子管可以將兩個(gè)電容器鏈相互連接，使得電容器鏈不具有物理接觸。電容器鏈的各個(gè)電容器可以在這種電路中分別被充電到用于對(duì)高壓源充電的初級(jí)輸入交流電壓的峰到峰電壓，從而通過(guò)簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)上述電勢(shì)平衡、均勻的電場(chǎng)分布以及由此實(shí)現(xiàn)絕緣距離的最佳利用。按照有利的方式，包括高壓級(jí)聯(lián)的開關(guān)設(shè)備可以將兩個(gè)相互分離的電容器鏈相互連接，并且尤其是設(shè)置在所述縫隙中。用于高壓級(jí)聯(lián)的輸入交流電壓可以施加在電容器鏈的兩個(gè)最外面的電極之間，因?yàn)槔缈梢詮耐獠拷咏@兩個(gè)電極。然后整流器電路的ニ極管鏈可以被設(shè)置到赤道縫隙中以及由此按照節(jié)省空間的方式設(shè)置。電容器堆的電極可以被形成為，使得這些電極位于橢圓表面上，尤其是位于球表面上，或者位于圓柱體表面上。這些形狀在物理上是有利的。特別有利的是如在空心球或球形電容器情況下那樣選擇電極的形狀。例如與在圓柱體情況下類似的形狀也是可行的，但是最后ー種通常具有不太均勻的電場(chǎng)分布。殼狀的電勢(shì)電極的很小的電感允許應(yīng)用高的運(yùn)行頻率，從而盡管各個(gè)電容器的電容相對(duì)很小，電壓降在電流消耗時(shí)也是有限的。本發(fā)明的用于對(duì)帶電粒子進(jìn)行加速的加速器包括本發(fā)明的直流電壓-高壓源，其中存在加速通道，其通過(guò)到電容器堆的電極中的開ロ形成，從而可以通過(guò)加速通道對(duì)帶電粒子進(jìn)行加速。加速電勢(shì)可以在第一電極和第二電極之間構(gòu)成。尤其是在通過(guò)真空來(lái)對(duì)高壓電極絕緣的加速器中，使用真空還具有以下優(yōu)點(diǎn)，SP無(wú)需設(shè)置自身的射線管，該射線管本身至少部分地具有絕緣表面。在此也避免了沿著絕緣表面出現(xiàn)壁放電的關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)榧铀偻ǖ垃F(xiàn)在不需要具有絕緣表面。


借助附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施例，但是并不限于此。在此圖I示出現(xiàn)有技術(shù)已知的Greinacher電路的示意圖，圖2示出具有處于中心的粒子源的直流電壓-高壓源的截面的示意圖，圖3示出構(gòu)成為串聯(lián)式加速器的直流電壓-高壓源的截面的示意圖，
圖4示出具有圓柱形設(shè)置的電極堆的電極結(jié)構(gòu)的示意圖，圖5示出根據(jù)圖2的直流電壓-高壓源的截面的示意圖，其中電極距離朝著中心逐漸減小，圖6示出構(gòu)成為無(wú)真空活塞的電子管的開關(guān)設(shè)備的ニ極管的圖示，圖7示出顯示充電過(guò)程與泵周期的依賴關(guān)系的圖，以及圖8示出電極末端的有利的克希霍夫形式 。相同的部件在附圖中具有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)在圖I的連接圖中說(shuō)明根據(jù)Greinacher電路構(gòu)建的高壓級(jí)聯(lián)9的原理。在輸入端11施加交流電壓U。第一半波通過(guò)ニ極管13將電容器15充電到電壓U。在該交流電壓的接下來(lái)的半波中，來(lái)自電容器13的電壓U與輸入端11處的電壓U相加，從而現(xiàn)在電容器17通過(guò)ニ極管19被充電到電壓2U。該過(guò)程在接下來(lái)的ニ極管和電容器中重復(fù)，從而在圖I所繪制的電路中在輸出端21處總共達(dá)到電壓6U。圖2還清楚地示出如何通過(guò)所示出的電路分別由第一電容器組23形成第一電容器鏈，由第二電容器組25形成第二電容器鏈。圖2示出具有中心電極37、外部電極39和一系列中間電極33的高壓源31的示意截面，所述中間電極通過(guò)高壓級(jí)聯(lián)35 (其原理曾在圖I中闡述過(guò))連接并且可以通過(guò)該高壓級(jí)聯(lián)35充電。電極39，37，33構(gòu)成為空心球形并且相互同心地設(shè)置?？梢允┘拥淖畲箅妶?chǎng)強(qiáng)與電極的曲率成比例。因此球殼幾何形狀是特別有利的。在中心設(shè)置高壓電極37，最外面的電極39可以是接地電極。通過(guò)赤道截面47將電極37，39，33分為兩個(gè)通過(guò)縫隙相互分離的半球堆。第一半球堆形成第一電容器鏈41，第ニ半球堆形成第二電容器鏈43。在此在最外面的電極半殼39’，39”上分別施加交流電壓源45的電壓U。用于形成電路的ニ極管49設(shè)置在半空心球的大圓的范圍中，也就是在相應(yīng)的空心球的赤道截面47中。ニ極管49形成兩個(gè)電容器鏈41，43之間的橫向連接，所述兩個(gè)電容器鏈與圖I的兩個(gè)電容器組23，25相應(yīng)。在這里所示的高壓源31中，通過(guò)第二電容器鏈43弓丨導(dǎo)加速通道51，該加速通道從例如位于內(nèi)部的粒子源52出發(fā)并使得可以提取粒子流。帶電粒子的粒子流由空心球形的高壓電極37施加高的加速電壓。高壓源31或粒子加速器具有以下優(yōu)點(diǎn)，即高壓發(fā)生器和粒子加速器相互集成，因?yàn)橛纱怂须姌O和中間電極可以放置在盡可能小的體積中。為了使高壓電極37絕緣，通過(guò)真空絕緣來(lái)對(duì)整個(gè)電極裝置絕緣。尤其是由此可以產(chǎn)生高壓電極37的特別高的電壓，這導(dǎo)致特別高的粒子能量。但是原則上也可以考慮借助固體或液體的絕緣物質(zhì)來(lái)使高壓電極絕緣。使用真空作為絕緣體并且使用數(shù)量極為Icm的中間電極距離使得可以實(shí)現(xiàn)值超過(guò)20MV/m的電場(chǎng)強(qiáng)。此外使用真空具有以下優(yōu)點(diǎn)，即加速器在運(yùn)行期間不需要低載，因?yàn)樵诩铀僦谐霈F(xiàn)的射線可能在絕緣體材料中產(chǎn)生問(wèn)題。這允許更小和更緊湊的機(jī)器結(jié)構(gòu)。
圖3示出圖2所示的高壓源向串聯(lián)式加速器61的擴(kuò)展。出于獲得概貌的緣故，圖2的開關(guān)設(shè)備35未示出，但是在圖3所示的高壓源中是相同的。在這里所示的示例中，第一電容器鏈41也具有通過(guò)電極33，37，39引導(dǎo)的加速通道53。在中心高壓電極37的內(nèi)部，代替粒子源而設(shè)置碳膜55以用于剝離電荷。然后在高壓源61的外部產(chǎn)生帶負(fù)電的離子，沿著加速通道53通過(guò)第一電容器鏈41加速到中心高壓電極37，在穿過(guò)碳膜55時(shí)被轉(zhuǎn)換為帶正電的離子，并且接著通過(guò)第二電容器鏈43的加速通道51進(jìn)ー步加速并且再次從高壓源31逸出。最外面的球殼39可以最大程度地保持閉合，從而接管接地外殼的功能。于是直接位于最外面的球殼下面的半球殼可以是LC振蕩回路的電容并且是開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)連接的一部分。 這種串聯(lián)式加速器使用帶負(fù)電的粒子。帶負(fù)電的粒子通過(guò)第一加速距離53從外部電極39朝著中心高壓電極37加速。在中心高壓電極37處進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)換過(guò)程。這例如可以通過(guò)膜55來(lái)進(jìn)行，通過(guò)膜55傳導(dǎo)帶負(fù)電的粒子并且借助膜55執(zhí)行所謂的電荷剝離。所產(chǎn)生的帶正電的粒子通過(guò)第二加速距離51從高壓電極37又朝著外部電極39繼續(xù)加速。在此，電荷轉(zhuǎn)換還可以按照以下方式進(jìn)行，即出現(xiàn)帶多重正電的粒子，例如C4+，這些粒子通過(guò)第二加速距離51被特別強(qiáng)地加速。串聯(lián)式加速器的一種實(shí)施方式規(guī)定，產(chǎn)生強(qiáng)度為ImA并且能量為20MeV的質(zhì)子射線。為此從11_微粒源向第一加速器距離53中導(dǎo)入連續(xù)的粒子流，并且加速到中心的+IOMV電極。這些微粒到達(dá)碳電荷剝離器，由此除去兩個(gè)電極的質(zhì)子。Greinacher級(jí)聯(lián)的負(fù)載流因此是微粒射線流的兩倍。當(dāng)質(zhì)子通過(guò)第二加速距離53從加速器逸出時(shí)，質(zhì)子獲得另外的IOMeV能量。為了進(jìn)行這種加速，加速器可以具有IOMV的高壓源，該高壓源具有N=50級(jí)，也就是總共100個(gè)ニ極管和電容器。在內(nèi)部半徑r=0. 05m以及存在擊穿場(chǎng)強(qiáng)為20MV/m的真空絕緣的情況下，外部半徑為O. 55m。在每ー個(gè)半球中都存在50個(gè)間隔，其中相鄰球殼之間的距離為1cm。較小數(shù)量的級(jí)減小了充電周期的數(shù)量和有效的內(nèi)部源阻杭，但是提高了對(duì)泵充電電壓的要求。設(shè)置在赤道縫隙中的將兩個(gè)半球堆相互連接的ニ極管例如可以設(shè)置為螺旋形的圖案?？傠娙莞鶕?jù)方程(3.4)是74pF，所存儲(chǔ)的能量是3. 7kJ。2mA的充電電流需要大約IOOkHz的運(yùn)行頻率。如果采用碳膜來(lái)剝離電荷，則可以采用膜厚度tた15…30μ g/cm2的膜。該厚度是微粒透明度與電荷剝離效率之間的良好折中。碳剝離膜的壽命可以用Tftjil = kfoil女(UA)/(Z2I)來(lái)估計(jì)，其中I是射線流，A是射線的點(diǎn)面積，U是微粒能量，Z是微粒質(zhì)量。所蒸鍍的膜具有kM1 ^ I. lC/Vm2的值。通過(guò)分解こ烯借助輝光放電制造的碳膜具有取決于厚度的壽命常數(shù)kfoil た(O. 44t-0. 60)C/Vm2，其中厚度以 μ g/cm2 來(lái)說(shuō)明。在射線直徑為Icm并且射線流強(qiáng)度為ImA的情況下，在此壽命預(yù)計(jì)有10…50天。如果增大有效透射的面積，例如通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤的掃描或通過(guò)具有線性帶結(jié)構(gòu)的膜來(lái)實(shí)現(xiàn)，則可以達(dá)到更長(zhǎng)的壽命。圖4圖解ー種電極形式，其中空心圓柱體形狀的電極33，37，39相互同心設(shè)置。通過(guò)ー個(gè)縫隙將電極堆分成相互分離的兩個(gè)電容器鏈，它們可以與類似圖2構(gòu)建的開關(guān)設(shè)備連接。圖5示出圖2所示的高壓源的擴(kuò)展，其中電極39，37，33的距離朝著中心逐漸減小。如下面闡述的，通過(guò)這種設(shè)計(jì)可以補(bǔ)償施加在外部電極39上的泵交流電壓朝著中心的減小，從而盡管如此在相鄰的電極對(duì)之間占主導(dǎo)的仍是基本上相同的場(chǎng)強(qiáng)。由此可以沿著加速通道51達(dá)到最大程度恒定的場(chǎng)強(qiáng)。逐漸減小的電極距離也可以應(yīng)用于根據(jù)圖3和圖4的設(shè)計(jì)。圖6示出開關(guān)設(shè)備的ニ極管的設(shè)計(jì)。為了獲得概貌的緣故，同心設(shè)置的、半球殼形 的電極39,37，33僅示意性示出。ニ極管在此作為電子管63示出，具有陰極65和相対的陽(yáng)極67。由于開關(guān)設(shè)備設(shè)置在真空絕緣中，因此取消了電子管的真空套，否則該真空套是運(yùn)行電子所需要的。陰極可以構(gòu)成為熱電子發(fā)射器，例如具有通過(guò)赤道縫隙的射線加熱裝置，或者構(gòu)成為光電陰極。后一種允許通過(guò)例如用激光射線對(duì)照射光進(jìn)行調(diào)制來(lái)對(duì)每個(gè)ニ極管中的電流進(jìn)行控制。因此，可以控制充電電流以及由此間接控制高壓。下面對(duì)高壓源的部件或粒子加速器進(jìn)行詳細(xì)的講述。球形電容器該裝置遵循圖I所示的原理，即高壓電極設(shè)置在加速器的內(nèi)部并且同心的接地電極設(shè)置在加速器的外側(cè)。具有內(nèi)部半徑r和外部半徑R的球電容器具有電容
y RC — 4ir#ci ——— .( I, I)
it — r于是半徑P情況下的場(chǎng)強(qiáng)是E = 7:■■■■■........X U 3·2)
(R - r) P2'該場(chǎng)強(qiáng)取決于半徑的平方并且由此朝著內(nèi)部電極逐漸增強(qiáng)。在內(nèi)部電極面積P=r的情況下達(dá)到最大值E = .............U(3.3)
Γ\￡€ _ Ff從耐擊穿強(qiáng)度的方面來(lái)看這是不利的。假設(shè)的球形的具有均勻電場(chǎng)的電容器具有電容
「 I 一/ ^ 和,·尺+·# 2￡ = 4 ITfu-—-— .{!W通過(guò)在級(jí)聯(lián)加速器中插入Greinacher級(jí)聯(lián)的電容器的電極作為處于清楚定義的電勢(shì)的中間電極，場(chǎng)強(qiáng)分布關(guān)于半徑被線性平衡，因?yàn)閷?duì)于薄壁的空心球來(lái)說(shuō)電場(chǎng)強(qiáng)大約等于具有最小最大場(chǎng)強(qiáng)的扁平情況E tJ— · ；15)
(Λ - r)兩個(gè)相鄰中間電極的電容是Ck = 4ma --■■■"—■■· ·(3.6]
」η - “ - η-
半球形的電極和相同的電極距離d=(R_r)/N導(dǎo)致rk=r+kd以及導(dǎo)致電極電容
權(quán)利要求
1.一種用于提供直流電壓的直流電壓-高壓源(31)，具有 電容器堆，該電容器堆具有 -能夠被置于第一電勢(shì)的第一電極(37)， -與第一電極(37)同心設(shè)置并且能夠被置于不同于第一電勢(shì)的第二電勢(shì)的第二電極(39)，以及 -至少一個(gè)中間電極(33)，所述中間電極在第一電極(37)和第二電極(39)之間同心地設(shè)置，并且能夠被置于介于第一電勢(shì)和第二電勢(shì)之間的中間電勢(shì)， 用于對(duì)電容器堆充電的開關(guān)設(shè)備(35)，利用該開關(guān)設(shè)備將電容器堆的電極(33，37，39)連接起來(lái)，并且該開關(guān)設(shè)備構(gòu)成為使得在該開關(guān)設(shè)備(35)運(yùn)行時(shí)將電容器堆的相互同心設(shè)置的電極(33，37，39)置于逐漸增大的電勢(shì)級(jí)， 其中電容器堆的開關(guān)設(shè)備(35)包括電子管(63)，尤其是可控的電子管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流電壓-高壓源(31)，其中電子管(63)構(gòu)成為二極管(49)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的直流電壓-高壓源(31)，其中直流電壓-高壓源(31)的至少一部分具有真空，該真空形成運(yùn)行電子管(63)所需要的真空，從而電子管(63)是沒有真空活塞的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電壓-高壓源(31)，其中電容器堆的電極(33，37，39)通過(guò)所述真空相互絕緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的直流電壓-高壓源(31)，其中電容器堆包括多個(gè)相互同心設(shè)置的中間電極(33)，這些中間電極通過(guò)開關(guān)設(shè)備(35)相互連接，使得在開關(guān)設(shè)備(35)運(yùn)行時(shí)能夠?qū)⒅虚g電極(33)置于逐漸增大的電勢(shì)級(jí)序列上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的直流電壓-高壓源(31)，其中開關(guān)設(shè)備包括高壓級(jí)聯(lián)(35),尤其是 Greinacher 級(jí)聯(lián)或 Cockcroft-Walton 級(jí)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的直流電壓-高壓源(31)，其中電容器堆通過(guò)穿過(guò)電極(33，37，39)延伸的縫隙(47)分為兩個(gè)相互分離的電容器鏈(41，43)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流電壓-高壓源(31)，其中開關(guān)設(shè)備包括將兩個(gè)相互分離的電容器鏈(41，43)相互連接并且尤其是設(shè)置在所述縫隙(47)中的高壓級(jí)聯(lián)(35)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流電壓-高壓源(31)，其中高壓級(jí)聯(lián)(35)是Greinacher級(jí)聯(lián)或 Cockcroft-Walton 級(jí)聯(lián)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的直流電壓-高壓源(31)，其中電容器堆的電極(33，37，39)被形成為，使得這些電極位于橢圓表面上，尤其是位于球表面上，或者位于圓柱體表面上。
11.一種用于對(duì)帶電粒子進(jìn)行加速的加速器，包括根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的直流電壓-高壓源(31)， 其中存在加速通道(51 )，其通過(guò)到電容器堆的電極(33，37，39)中的開口形成，從而能夠通過(guò)加速通道(51)對(duì)帶電粒子進(jìn)行加速。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于提供直流電壓的直流電壓-高壓源，具有電容器堆，具有能夠被置于第一電勢(shì)的第一電極(37)，與第一電極(37)同心設(shè)置并且處于不同于第一電勢(shì)的第二電勢(shì)的第二電極(39)，以及至少一個(gè)中間電極(33)，所述中間電極在第一電極(37)和第二電極(39)之間同心地設(shè)置，并且能夠被置于介于第一電勢(shì)和第二電勢(shì)之間的中間電勢(shì)，用于對(duì)電容器堆充電的開關(guān)設(shè)備(35)，利用該開關(guān)設(shè)備將電容器堆的電極(33,37,39)連接起來(lái)，并且該開關(guān)設(shè)備構(gòu)成為使得在該開關(guān)設(shè)備(35)運(yùn)行時(shí)將電容器堆的相互同心設(shè)置的電極(33,37,39)置于逐漸增大的電勢(shì)級(jí)，其中電容器堆的開關(guān)設(shè)備(35)包括電子管(63)，尤其是可控電子管。此外，本發(fā)明涉及一種具有這種直流電壓-高壓源的粒子加速器。
文檔編號(hào)H05H5/04GK102823332SQ201180016653
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者O.海德 申請(qǐng)人:西門子公司