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1、(10)申请公布号 CN 102484942 A (43)申请公布日 2012.05.30 C N 1 0 2 4 8 4 9 4 2 A *CN102484942A* (21)申请号 201080039102.4 (22)申请日 2010.07.23 102009039998.4 2009.09.03 DE H05H 7/02(2006.01) H05H 7/22(2006.01) (71)申请人西门子公司 地址德国慕尼黑 (72)发明人 O.海德 T.休斯 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 11105 代理人谢强 (54) 发明名称 在加速腔附近具有开关装置的粒子加速器 (57) 。
2、摘要 本发明涉及一种具有至少一个加速腔(1)和 供电装置(5)的粒子加速器。供电装置(5)与加 速腔(1)经由馈电线(6)相连接，从而可以经由 所述馈电线(6)以脉冲形式向该加速腔(1)输送 电能。加速腔(1)基于其被输送的电能产生电场 (E)，借助所述电场来加速带电的基本粒子(4)。 供电装置(5)具有直流电源(7)和开关装置(8)。 供电装置(5)被这样构造，使得由直流电源(7)所 提供的电能被电容地缓冲并且在相应地对开关装 置(8)进行控制的情况下向所述加速腔(1)输送 电能。开关装置(8)被布置在加速腔(1)附近，从 而所述开关装置(8)被暴露于粒子加速器至少在 运行时产生的电离辐射。。
3、直流电源(7)与开关装 置(8)经由第一电缆(11)相连接。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.03.02 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2010/060682 2010.07.23 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/026694 DE 2011.03.10 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种粒子加速器， -其中所述粒子加速器具有至少一个加速腔(1)， -其中所述粒子加速器具有供电装置。
4、(5)， -其中所述供电装置(5)与所述加速腔(1)经由馈电线(6)相连接，从而电能能够经由 所述馈电线(6)以脉冲形式被输送给该加速腔(1)， -其中所述加速腔(1)基于其被输送的电能产生电场(E)，借助所述电场(E)加速带电 的基本粒子(4)， -其中所述供电装置(5)具有直流电源(7)和开关装置(8)， -其中所述供电装置(5)被这样构造，使得由所述直流电源(7)提供的电能被电容地缓 冲并且在相应地控制所述开关装置(8)的情况下电能被输送给所述加速腔(1)， 其特征在于， 所述开关装置(8)被布置在所述加速腔(1)附近，从而该开关装置(8)被暴露于所述 粒子加速器至少在运行时产生的电离辐。
5、射，并且使得所述直流电源(7)与该开关装置(8) 经由第一电缆(11)相连接。 2.根据权利要求1所述的粒子加速器，其特征在于，所述直流电源(7)被布置在远离所 述加速腔(1)，从而该直流电源(7)不暴露于所述粒子加速器至少在运行时产生的电离辐 射。 3.根据权利要求1或2所述的粒子加速器，其特征在于，所述加速腔(1)被布置在加速 器空间(2)中，所述开关装置(8)同样被布置在所述加速器空间(2)中并且所述直流电源 (7)被布置在该加速器空间(2)之外。 4.根据权利要求1、2或3所述的粒子加速器，其特征在于，所述直流电源(7)被布置在 配电箱(10)中并且所述开关装置(8)被布置在所述配电箱。
6、(10)之外。 5.根据上述权利要求中任一项所述的粒子加速器，其特征在于，所述直流电源(7)与 所述开关装置(8)的距离(a1)比该开关装置(8)与所述加速腔(1)的距离(a2)更大。 6.根据上述权利要求中任一项所述的粒子加速器，其特征在于，电容缓冲至少部分地 通过所述第一电缆(11)被产生。 7.根据权利要求6所述的粒子加速器，其特征在于，存储电容装置(12)被布置在所述 直流电源(7)与第所述一电缆(11)之间。 8.根据权利要求7所述的粒子加速器，其特征在于，所述存储电容装置(12)被第一屏 蔽(14)环绕，借助所述屏蔽(14)使该存储电容装置(12)屏蔽了粒子加速器至少在运行时 产生。
7、的电离辐射。 9.根据权利要求6、7或8所述的粒子加速器，其特征在于，补偿电容装置(15)被布置 在所述开关装置(8)与所述第一电缆(11)之间。 10.根据权利要求9所述的粒子加速器，其特征在于，所述补偿电容装置(15)具有如下 的电容值：所述电容值仅为所述供电装置(5)的总的、产生电容缓冲的电容的一小部分。 11.根据上述权利要求中任一项所述的粒子加速器，其特征在于，所述供电装置(5)具 有用于控制所述开关装置(8)的控制单元(17)，所述控制单元(17)被布置在远离所述加速 腔(1)处并且该控制单元(17)与所述开关装置(8)的至少一个控制输入端(19)经由第二 电缆(18)连接。 权 。
8、利 要 求 书CN 102484942 A 2/2页 3 12.根据权利要求11所述的粒子加速器，其特征在于，所述控制单元(17)被布置在所 述直流电源(7)附近。 13.根据权利要求11或12所述的粒子加速器，其特征在于，所述控制单元(17)被第二 屏蔽(20)环绕，借助所述第二屏蔽(20)使该控制单元(17)屏蔽了所述粒子加速器至少在 运行时产生的电离辐射。 权 利 要 求 书CN 102484942 A 1/5页 4 在加速腔附近具有开关装置的粒子加速器 技术领域 0001 本发明涉及一种粒子加速器， 0002 -其中该粒子加速器具有至少一个加速腔(Beschleunigerzelle)。
9、， 0003 -其中该粒子加速器具有供电装置， 0004 -其中该供电装置与加速腔经由馈电线相连接，从而可以经由馈电线以脉冲形式 向加速腔输送电能， 0005 -其中该加速腔基于其被输送的电能产生电场，借助该电场来加速带电的基本粒 子， 0006 -其中该供电装置具有直流电源和开关装置， 0007 -其中该供电装置被这样构造，使得由直流电源提供的电能被电容地缓冲并且在 相应地对开关装置进行控制的情况下向加速腔输送电能。 背景技术 0008 这样的粒子加速器是公知的。 0009 在公知的粒子加速器中，直流电源通常被构造为由供电网馈电的整流器。整流器 从供电网中得到的功率相对小。其例如可以位于几个。
10、千瓦范围内。大部分时间不控制开关 装置。仅在短的脉冲时间期间这样控制开关装置，使得将电能向加速腔输送。在该短的(常 常是极短的)脉冲时间期间在馈电线中流过达到极大数值的功率，通常在几个或者甚至是 几十个兆瓦范围内。 0010 一方面为了在脉冲时间期间允许极高的能量流，而另一方面为了在位于脉冲时间 之间的时间(下面称为静止时间)期间需要来自供电网的明显更低的能量流入，供电装置 必须具有足够大的能量存储器，其电路技术地布置在直流电压源与开关装置之间。按照现 有技术，该能量存储器被构造为存储电容装置。存储电容装置的存储电容大部分被构造为 电解电容。 0011 加速腔至少在运行时产生电离辐射(X射线辐。
11、射、伽马辐射、中子辐射)。存储电容 装置灵敏地对这样的辐射产生反应。因此，必须保护其防止该辐射。按照现有技术，如下地 实现保护，即，将加速腔布置在被辐射技术地屏蔽的加速器空间中，从而保持由加速腔产生 的电离辐射限于加速器空间。按照现有技术，供电装置布置在配电箱中，所述配电箱就它而 言被布置在加速器空间之外。基于该构成，馈电线大多具有相当长的长度，常常为若干米。 相反，在直流电源与开关装置之间的距离相对小。 0012 远离加速腔布置供电装置具有不同的缺陷。最大的缺陷在于，由于馈电线的固有 电感连同最大可能的脉冲的能含量，而使最大可能的电流以及由此最大可能的功率受到限 制。但按照现有技术，远离加速。
12、腔布置供电装置需要视为强制，因为否则存在危险，使得由 加速腔产生的电离辐射在供电装置中触发反应，该反应会导致供电装置损坏甚至摧毁。 发明内容 说 明 书CN 102484942 A 2/5页 5 0013 本发明要解决的技术问题在于，这样构造一种本文开始部分所述类型的粒子加速 器，使得更高的脉冲功率成为可能，而不必接受损坏供电装置的危险。 0014 上述技术问题通过具有权利要求1的特征的粒子加速器来解决。按照本发明的粒 子加速器的优选实施方式是从属权利要求2至13的内容。 0015 按照本发明，本文开始部分所述类型的粒子加速器如下地扩展，即，开关装置布置 在加速腔附近，从而所述开关装置暴露于粒。
13、子加速器至少在运行时产生的电离辐射，并且 使得直流电源与开关装置经由第一电缆相连接。 0016 第一电缆通常是屏蔽电缆。尤其可以被构造为同轴电缆。 0017 基于按照本发明的实施方式尤其可能的是，直流电源远离加速腔布置，从而所述 直流电源不暴露于粒子加速器至少在运行时产生的电离辐射。加速腔例如可以布置在加速 器空间中，开关装置同样可以布置在加速器空间中并且直流电源可以布置在加速器空间之 外。替换或附加地，直流电源能布置在配电箱中并且开关装置能布置在该配电箱之外。通 过按照本发明的实施方式通常导致：直流电源与开关装置的距离比开关装置与加速腔的距 离更大。 0018 在按照本发明的粒子加速器中，与。
14、现有技术一样对由直流电源提供的电能进行电 容缓冲。但与现有技术不同，按照本发明电容缓冲可以至少部分地通过第一电缆产生。第 一电缆在供电装置的总的、电容缓冲产生的电容上占有的份额可以相当多。特别地，第一电 缆占有的份额可以大于百分之三十。同样，例如百分之五十或百分之七十的更大的份额也 是可能的。在个别情况中甚至可以达到将近百分之百的份额。 0019 如果仅第一电缆的电容不足够，则可以在直流电源与第一电缆之间布置存储电容 装置。存储电容装置与现有技术中一样地构造，但尺寸更小。如果存在存储电容装置，则其 优选地由第一屏蔽环绕，借助该屏蔽使存储电容装置屏蔽了粒子加速器至少在运行时产生 的电离辐射。 0。
15、020 通常(尽管不是强制的)在开关装置与第一电缆之间还布置补偿电容装置。但补 偿电容装置较少地用于电能缓冲而是更多地用于平滑。由于这个原因，补偿电容装置(如 果其存在的话)在所有情况下都具有如下的电容值：该电容值仅为供电装置的总的、产生 电容缓冲的电容的一小部分。此外，补偿电容装置通常不具有电解电容。 0021 必须借助相应的控制单元来控制开关装置。因此，供电装置具有用于控制开关装 置的控制单元。控制单元经常也灵敏地对电离辐射产生反应。因此优选地，控制单元被布 置在远离加速腔并且与开关装置的至少一个控制输入端经由第二电缆连接。控制单元例如 可以布置在直流电源附近。 0022 优选地，控制单元。
16、由第二屏蔽环绕，借助该第二屏蔽使控制单元屏蔽了粒子加速 器至少在运行时产生的电离辐射。第二屏蔽必要时可以与第一屏蔽相同。 附图说明 0023 其它优点和细节由下面结合附图对实施例的描述来给出。以原理图： 0024 图1示出了按照本发明的粒子加速器的基本原理， 0025 图2示出了开关装置的可能的实施方式，并且 0026 图3示出了图1的粒子加速器的供电装置的电路技术图以及附加的控制单元。 说 明 书CN 102484942 A 3/5页 6 具体实施方式 0027 按照图1，粒子加速器具有加速腔1。加速腔1布置在加速器空间2中。必要时可 以在加速器空间2中附加地布置其它加速腔，这些其它加速腔中。
17、的一个由图1中的虚线勾 画。加速器空间2在运行粒子加速器时被清空，也就是在其中笼罩着真空。此外，在加速器 空间2中还布置了粒子源3。在运行粒子加速器时粒子源3发射带电基本粒子4，例如质子、 电子或粒子。 0028 粒子加速器还具有供电装置5。供电装置5与加速腔1经由馈电线6相连。经由 馈电线6向加速腔1以脉冲形式输送电能。 0029 基于其被输送的电能，加速腔1产生电场E。借助该电场E将由粒子源3发射的基 本粒子4加速。 0030 按照图1，供电装置5具有直流电源7和开关装置8。直流电源7例如可以被构造 为整流器，该整流器由一般的供电网馈电。电的开关装置8可以根据需要构造。例如该开 关装置可以。
18、按照图2具有两个电的半导体功率开关9，从而借助开关装置8交替地将正或负 的脉冲输出到加速腔1。半导体功率开关9尤其可以被构造为场效应晶体管。 0031 供电装置5被这样构造，使得电容地缓冲由直流电源7提供的电能。在静止间歇 期间，也就是在不向加速腔1输送电能期间，由直流电源7给总电容充电。在相应地控制开 关装置8的情况下(例如基于相应的控制信号S)向加速单元1输送所缓冲的电能。 0032 直流电源7按照图1布置在加速器空间2之外。例如可以将直流电源7布置在配 电箱10中，该配电箱10本身被布置在加速器空间2之外。通过将直流电源7布置在加速 器空间2之外尤其可以实现将直流电源7远离加速腔1布置，。
19、从而所述直流电源不暴露于 粒子加速器在运行时发射的电离辐射。 0033 开关装置8布置在加速腔1附近。开关装置8暴露于粒子加速器在运行时发射的 电离辐射。例如开关装置8可以布置在加速器空间2中。替换地，开关装置8可以布置在 加速器空间2之外，例如布置在其外壁上。在将直流电源7布置在配电箱10中的情况下， 开关装置8通常布置在配电箱10之外。 0034 由于直流电源7和开关装置8的布置，直流电源7和开关装置8彼此远离。直流 电源7和开关装置8经由第一电缆11彼此相连。第一电缆11通常是屏蔽电缆。优选地， 相应于图1的图示该第一电缆被构造为同轴电缆。 0035 通过按照本发明的实施方式可以实现：直。
20、流电源7与开关装置8的距离a1(以及 由此第一电缆11的长度11)比开关装置8与加速腔1的距离a2(以及由此馈电线6的长 度12)更大。例如按照绝对大小，距离a1可以是大于五米，特别是大于十米。相反，距离a2 小于两米。按照相对大小，距离a1与距离a2的比例例如可以至少是21。距离a1、a2彼 此之间的比例甚至常常大于51或者大于101。类似的实施适用于长度11、12及其彼 此之间的比例。 0036 第一电缆11(特别是在作为同轴电缆的实施方式的情况下)作为分布式电容起作 用。因此，电能的电容缓冲至少部分地通过第一电缆11产生。在按照图1的实施方式中， 其中不存在其它电容装置，电容缓冲甚至仅通。
21、过第一电缆11产生。 0037 图3示出了图1的粒子加速器的供电装置5的可能的实施方式。图3的实施方式 说 明 书CN 102484942 A 4/5页 7 与图1的实施方式的区别在于，电容缓冲仅部分地，而不是完全地通过第一电缆11产生。例 如相应于图3的实施方式可以附加地存在存储电容装置12。按照图3存储电容装置12布 置在直流电源7与第一电缆11之间。该存储电容装置例如可以布置在其中也布置了直流 电源7的配电箱10中。 0038 存储电容装置12通常被构造为如按照现有技术的情况那样。特别地，其具有至少 一个电解电容13。 0039 相应于图3的图示，存储电容装置12优选地由第一屏蔽14环绕。
22、。借助第一屏蔽 14，使存储电容装置12屏蔽了粒子加速器至少在运行时产生的电离辐射。第一屏蔽14例 如可以(根据要屏蔽的电离辐射的类型)由铅、硼酸聚乙烯(borierte Polyethyle)或其 它适当的材料组成或者包含这些材料作为组成部分。 0040 存储电容装置12在供电装置5的产生电能的电容缓冲的总电容上占有的份额可 以根据需要来确定。其可以是百分之几，例如百分之五、百分之八或百分之十。其也可以更 大，例如是百分之二十、百分之三十或百分之四十。存储电容装置12在总电容上占有的份 额通常小于百分之五十。 0041 通常还存在补偿电容装置15。补偿电容装置15具有不被构造为电解电容的电容。
23、 16。按照图3，补偿电容装置15布置在第一电缆11与开关装置8之间。 0042 同样，补偿电容装置15在供电装置5的总电容上占有的份额也可以根据需要来确 定。补偿电容装置15通常具有仅是供电装置5的总电容的很小百分比的电容值。该百分 比通常最大为总电容的百分之二，例如仅为总电容的百分之一。即使是更小的份额也是可 能的。 0043 如已经提到的那样，必须向开关装置8输送控制信号S。为此目的，按照图3存在 控制单元17。控制单元17优选地是供电装置5的组成部分。控制单元17(类似于直流电 源7并且必要时也类似于存储电容装置12)远离加速腔1布置。相应于图3的图示，控制 单元17例如可以布置在直流。
24、电源7附近。特别地，其必要时可以布置在其中也布置了直流 电源7的配电箱10中。 0044 为了传送控制信号S，控制单元17经由第二电缆18与开关装置8的至少一个控制 输入端相连接。第二电缆18(类似于第一电缆11)优选地是屏蔽电缆。该第二电缆尤其可 以被构造为同轴电缆。 0045 根据个别情况可以要求，为控制单元17屏蔽粒子加速器在运行时发射的电离辐 射。如果要求这点，则为此目的按照图3控制单元17由第二屏蔽20环绕。可以类似于第 一屏蔽14来构造第二屏蔽20。 0046 控制单元17既在按照图1的粒子加速器的实施方式中也在按照图3的粒子加速 器的实施方式中存在。如果存在第一和第二屏蔽14、2。
25、0，则这两个屏蔽14、20必要时可以综 合为共同的屏蔽，其既环绕存储电容装置12也环绕控制单元17。 0047 本发明具有很多优点。特别是与现有技术相比能够以小开销来实现高的脉冲功率 以及更短的脉冲。 0048 上面的描述仅用于解释本发明。而本发明的保护范围应当仅通过所附的权利要求 来确定。 0049 附图标记清单 说 明 书CN 102484942 A 5/5页 8 0050 1 加速腔 0051 2 加速器空间 0052 3 粒子源 0053 4 基本粒子 0054 5 供电装置 0055 6 馈电线 0056 7 直流电源 0057 8 开关装置 0058 9 半导体功率开关 0059 10 配电箱 0060 11，18 电缆 0061 12，15 电容装置 0062 13，16 电容 0063 14，20 屏蔽 0064 17 控制单元 0065 a1，a2 距离 0066 E 电场 0067 11，12 长度 0068 S 控制信号 说 明 书CN 102484942 A 1/2页 9 图1 说 明 书 附 图CN 102484942 A 2/2页 10 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102484942 A 10 。