專利名稱：針對將電感用于生成具有局部旋度的電場的加速器的診斷方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在同樣由 William Bertozzi> Stephen L·· Korbly 禾口 Robert J. Ledoux 在今天 白勺 禾1J 青“Methods and Systems forAccelerating Particles Using
Induction to Generate an Electric Field witha Localized Curl，，中描述了用于粒子身寸 束加速器的新型結(jié)構(gòu)。該申請通過引用結(jié)合到本文中。加速器可以具有形狀為環(huán)形或螺旋 管形并充當(dāng)加速器射束線(beamline)的真空室。射束線具有導(dǎo)電部分和充當(dāng)加速間隙的 不導(dǎo)電部分。存在于真空室的區(qū)域中的磁場控制真空室內(nèi)的射束運動。加速器具有兩個截 然不同的電磁場區(qū)域。一個在真空室/射束線內(nèi)部，其中，除磁引導(dǎo)場之外，只存在由不導(dǎo) 電加速間隙的區(qū)域中的加速電勢產(chǎn)生的那些場和由真空室/射束線的導(dǎo)電部分的內(nèi)壁上 的射束電荷感生的那些場。另一電磁場區(qū)域在真空室/射束線外面，其中，激勵(exciting) 電流沿著真空室/射束線的導(dǎo)電部分的外表面行進(jìn)。這兩個區(qū)域僅經(jīng)由不導(dǎo)電加速間隙耦 合。本公開講授用于監(jiān)視新型加速器中的射束和射束性能的方法和系統(tǒng)。這些方法和系統(tǒng) 中的某些還可以應(yīng)用于其它類型的加速器。
背景技術(shù)：
通常根據(jù)粒子加速器的基本概念將其分組成不同的類別1)諸如Van de Graaff加速器等使用恒靜電場的那些；2)諸如線性加速器等利用沿直線的射頻腔的那些；3)諸如電子感應(yīng)加速器(betatron)等使用由時變磁場感生的電場來使粒子加速 的那些；以及4)諸如回旋加速器、同步加速器、電子回旋加速器、跑道式電子回旋加速器或 Rhodotron 等使粒子束環(huán)流通過射頻腔而達(dá)到期望能量的環(huán)形加速器。已使用不同的名稱來描述這些類別所表示的思想及其表示的概念的不同組合，因 為已認(rèn)識到其在不同的應(yīng)用中是有利的。在諸如M. S. Livingston和J. P. Blewett在McGraw Hill Book Company, Inc. ，New York, 1962 中所著的"Particle Accelerators，，等關(guān)于力口 速器設(shè)計的書中進(jìn)行了許多討論。其全部應(yīng)用磁場和電場中的基本麥克斯韋場方程和粒子動力學(xué)來使粒子加速并形成加速射束。具有一定程度的復(fù)雜性的大部分粒子加速器需要用于監(jiān)視和控制其產(chǎn)生的射束 的方法和系統(tǒng)。常常將此類系統(tǒng)稱為診斷系統(tǒng)或簡稱為“診斷”。在本文中部分地描述 且在由 William Bertozzi, Stephen Ε· Korbly 和 Robert J. Ledoux 提交的共同待決申請 "Methods and Systemsfor Accelerating Particles Using Induction to Generate an Electric Fieldwith a Localized Curl”中更全面地描述的新型加速器的情況下，加速器 的特定特性引入對監(jiān)視和控制射束的過程的唯一要求。由于射束主要在除加速間隙處之外 的導(dǎo)電外殼內(nèi)部行進(jìn)，所以其不容易接近以進(jìn)行診斷測量。在這種情況下，監(jiān)視射束的傳統(tǒng) 方法包括使用位于射束軌道中的不同位置處的攔截射束止動件(stop)或能夠感測射束位 置和/或尺寸且能夠在真空室內(nèi)移動的探針。這些傳統(tǒng)技術(shù)要求用于活動探針的真空耦合 器(coupling)和/或饋通(feedthrough)。本文公開的是特別適合于新型加速器設(shè)計的技 術(shù)和裝置。這些技術(shù)和裝置中的某些還適合于供其它加速器類型使用。

發(fā)明內(nèi)容
類似于其它類別的加速器，在由William Bertozzi,Stephen Ε· Korbly 和 Robert J. Ledoux提交的共同待決申請"Methods and Systemsfor Accelerating Particles Using Induction to Generate an Electric Fieldwith a Localized Curl，，中公開的力口速器也 使用麥克斯韋方程的管限規(guī)則，但是在新型方法中，其不能等同于上列傳統(tǒng)粒子加速器組 的任何構(gòu)思或應(yīng)用。這種加速器的基本元件是1)磁芯，其可容納時變B場(B-field)；2)電源，其能夠提供適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鳌?)導(dǎo)電真空室，其圍繞磁芯的一部分并具有不導(dǎo)電間隙(non-conducting gap)； 以及4)磁引導(dǎo)場，其在粒子獲得能量時在穩(wěn)定軌道中在真空室的內(nèi)部周圍引導(dǎo)粒子。根據(jù)在由William Bertozzi,Stephen Ε· Korbly 和 Robert J. Ledoux 的共同待決 申請“Methods and Systems for Accelerating Particles UsingInduction to Generate an Electric Field with a Localized Curl”中詳細(xì)描述的方法和系統(tǒng)，可以使任何帶電 粒子加速，并且可以有寬極限(limit)內(nèi)的任何能量，只由用于電絕緣、電源能力、磁鐵等 的現(xiàn)有技術(shù)的實際極限施加所述極限。該方法以接近100%的高占空比實現(xiàn)大射束電流。 不需要對調(diào)諧腔體進(jìn)行饋送的射頻發(fā)電機(jī)。電壓源可以向射束提供能量。能量經(jīng)由耦合到 在間隙處擁有旋度(Curl)的電場被傳送給粒子。由于這種加速器的特性，監(jiān)視注入(injection)、捕捉、加速至最終射束能量和提 取的過程由于真空室的內(nèi)部和外部區(qū)域的電磁分離而是個挑戰(zhàn)。監(jiān)視射束的某些標(biāo)準(zhǔn)方式 是使用位于射束軌道的不同位置處的攔截射束止動件或能夠發(fā)送由電感(induction)或 射束攔截生成的信號的活動或固定射束探針。這些技術(shù)要求有用于固定和/或活動探針的 真空耦合。我們將此類方法包括在本文中作為公開內(nèi)容。為了避免射束的攔截，對于觀察 來自射束產(chǎn)生過程的相關(guān)階段的信號而言，優(yōu)選非攔截?fù)Q能(transducing)元件。因此，必 須導(dǎo)出各種信號以允許監(jiān)視射束的狀態(tài)。因此，本公開的目的是提供用于在示例性新型加 速器中注入、加速、傳播、和提取帶電粒子束的診斷、測量系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)，應(yīng)認(rèn)識到所公開的某些方法和裝置還可以具有更廣泛的應(yīng)用。


圖1示出系統(tǒng)的一個實施例，其舉例說明具有設(shè)置在供本文公開的某種診斷方法 和裝置使用的真空室的不導(dǎo)電間隙兩端的電源的加速器的細(xì)節(jié)；圖2示出圖1所示的實施例的近似等效電路；圖3A示出類似于圖1的系統(tǒng)并具有帶有矩形橫截面的真空室的系統(tǒng)的一個實施 例；圖3B示出圖3A的系統(tǒng)的一部分的橫截面圖，舉例說明本文公開的診斷方法和裝 置的實施例；圖4示出包括用于檢測電源引線中的電流的電流傳感器的另一實施例；圖5是用于實施例的電流傳感器的電路的示意圖；圖6是圖3A所示的系統(tǒng)的一部分的橫截面圖，示出采用同步輻射檢測的另一實施 例；圖7舉例說明采用外部電磁傳感器的另一實施例；圖8A示出與圖3A的系統(tǒng)類似的系統(tǒng)并舉例說明另一實施例；圖8B示出圖8A的系統(tǒng)的一部分的橫截面圖，舉例說明該圖的實施例的第一操作 位置的細(xì)節(jié)；以及圖8C示出圖8A的系統(tǒng)的一部分的橫截面，舉例說明該實施例的第二操作位置的 細(xì)節(jié)。
具體實施例方式本文公開的方法和裝置可以幫助診斷加速器的初始調(diào)諧期間、加速器的標(biāo)準(zhǔn)工作 期間的操作質(zhì)量，并且用于控制諸如能量、強(qiáng)度和時間結(jié)構(gòu)的期望射束參數(shù)。所公開的用于監(jiān)視射束的加速和射束的性質(zhì)的方法和裝置將耦合器用于經(jīng)由電 場和磁場帶電的粒子束、在腔體壁中流動的鏡像電流(image current)和在加速過程期間 發(fā)射的輻射。該方法和裝置可以適用于許多加速方法。本文的示例性公開是用于新型加速 器，該新型加速器經(jīng)由到在間隙處擁有旋度的電場的耦合器和在導(dǎo)電壁中流動的鏡像電荷 向粒子傳送能量，但該方法不單獨限于此類加速。它們更加普遍，并且其對其它加速器形式 的適用性將被本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識到并意圖涵蓋在本公開內(nèi)。為了監(jiān)視加速器的操作，可以使診斷元件與加速器及其電學(xué)和磁性特征的動態(tài)行 為以及被加速的粒子的性質(zhì)匹配。注入、捕捉和加速至最終射束能量的成功可能要求監(jiān)視 加速過程的多個階段處的射束參數(shù)。監(jiān)視方法可以指示該過程的不同階段期間的諸如能量 和強(qiáng)度等射束參數(shù)的質(zhì)量。因此，可以依照加速器本身的那些元件和其組件的性質(zhì)及其組 件的操作來設(shè)計診斷元件。圖1是供本文公開的診斷技術(shù)使用的示例性加速器的實施例的示意圖100。在由 William Bertozzi、 Stephen Ε· Korbly 和 Robert J. Ledou 的共同待決申請"Methods and Systems for Accelerating Particles UsingInduction to Generate an Electric Field with a Localized Curl”中公開了此加速器。真空室104充當(dāng)射束線并具有導(dǎo)電部分106和將稱為不導(dǎo)電間隙108的不導(dǎo)電部分。真空室104的橫截面通?？梢允枪軤畹?圓形 或矩形、或其它橫截面)，并且形狀可以是螺旋管形的，諸如所示的圓環(huán)形狀，或者可以具有 允許射束在內(nèi)部循環(huán)/環(huán)流通過的其它閉合路徑連接。剖面圖(cutaway) 114提供在真空 室104內(nèi)循環(huán)的帶電粒子束116的視圖。射束116是例如(但不限于)電子束，并具有例 如沿箭頭所指示的方向運動的一個或多個電子。剖面圖114僅僅是出于說明性的目的且不 表示真空室104中的實際開口。不導(dǎo)電間隙108具有間隙長度d 110。真空室104的導(dǎo)電 部分106具有壁厚度w 112。磁引導(dǎo)場134是B場并沿著閉合循環(huán)路徑引導(dǎo)射束116中的 射束粒子通過真空室104。磁引導(dǎo)場134僅僅被示意性地指示為單個通量線，但是應(yīng)認(rèn)識 到磁引導(dǎo)場可以是復(fù)雜的，可以由多個磁性元件(未示出)產(chǎn)生且可以通過真空室104的 多個或所有部分以有效地引導(dǎo)和/或集中射束116。真空室104圍繞絕緣芯子(induction core) 102的一部分。真空室104的導(dǎo)電部分106具有被不導(dǎo)電間隙108分隔開的兩個末端 118、120。用傳統(tǒng)真空密封技術(shù)來密封導(dǎo)電部分106和不導(dǎo)電部分108的末端118和120 之間的接合點(joint)。電引線128將末端118和120連接到電源122。電源122具有可 以是正端子且連接到末端120的第一端子124。電源122具有可以是負(fù)端子并連接到末端 118的第二端子126。電源122提供電壓V，其可以是時變電壓，并且可以以方波的形式或用 其它適當(dāng)波形周期性地振蕩并使極性反轉(zhuǎn)。作為理解實施例1中的加速器的操作的輔助，暫時考慮理想化情況，其中將真空 室104的導(dǎo)電部分106視為絕緣芯子102的一部分周圍的環(huán)形路徑中的全導(dǎo)體。暫時認(rèn)為 電源122是被表征為具有零輸入或輸出阻抗的理想化電壓源。當(dāng)將電源連接到真空室104 的導(dǎo)電部分106的末端118和120 (因此還跨越真空室104的不導(dǎo)電間隙108)時，由dlo/ dt = V/L給出的電流在導(dǎo)電部分106中流動，其中，由絕緣芯子102組分的磁性性質(zhì)和諸如 絕緣芯子102的橫截面積等電感的幾何方面來確定L，即由導(dǎo)電部分106形成的一圈電路 (one-turn circuit)的電感。由麥克斯韋方程施加的邊界條件要求通過導(dǎo)電部分106的電 流Io 130在真空室104的導(dǎo)電部分106的外表面上。在真空室104內(nèi)，除不導(dǎo)電間隙108 的區(qū)域之外，由于施加的電壓V或電流Io而不存在電場或磁場，其中，電場Ee由幾何結(jié)構(gòu) 給定為近似V/d，其中，d是不導(dǎo)電間隙108的間隙長度d 110。絕緣芯子102的作用是提 供耦合到電源122的有限電感性阻抗，用dlo/dt = V/L來限制電流Io 130。仍考慮理想化情況，將用qV的能量增益來使穿過(traverse)真空室104中的不 導(dǎo)電間隙108的帶電粒子(電荷q)加速。由適當(dāng)?shù)拇乓龑?dǎo)場134在真空室104內(nèi)部的絕 緣芯子102周圍引導(dǎo)此粒子。該粒子在真空室104中不經(jīng)歷減速場(retarding field), 因為除由粒子本身的電荷在壁上感生的那些之外，所有場(除下文所討論的靜磁引導(dǎo)場之 外)為零。隨著粒子在絕緣芯子102周圍行進(jìn)，其重新進(jìn)入并穿過真空室104中的不導(dǎo)電間 隙108，并且其能量再次增加增益qV。如果其進(jìn)行了 η個回路(或通過間隙的圈(turn))， 則其獲得總能量nqV。一個完整路徑中的E · dl的真空室104內(nèi)部周圍的路徑積分(path integral)是V。這里，E是真空室104中的電場且dl表示用于射束路徑的路徑長度微分 (differential)(使用粗體量來表示矢量)。E在導(dǎo)電部分106中是零且在不導(dǎo)電間隙108 中等于Ee。應(yīng)認(rèn)識到Ee是不導(dǎo)電間隙的區(qū)域中的位置的復(fù)函數(shù)，而不是如近似關(guān)系式Ee = V/d所暗示的常數(shù)。出于簡化討論的目的，在本文中未詳細(xì)地進(jìn)行描述。然而，無論此復(fù)雜 變化如何，大部分的場Ee位于不導(dǎo)電間隙的附近且一個完整路徑中的E · dl的路徑積分嚴(yán)格地為V。也就是說，此電場具有用于其矢量字符的旋度。其將此電場與閉合路徑周圍的 E-dl的積分為零的靜電場區(qū)別開。根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的技術(shù)，采用傳統(tǒng)方法 (未示出)向真空室104中注入和/或從真空室104提取射束116。因此，在此理想化情況下存在兩個截然不同的電磁場區(qū)域。一個在真空室104內(nèi) 部，其中，只存在由不導(dǎo)電間隙108的區(qū)域中的V所產(chǎn)生的那些場，由真空室104的導(dǎo)電部 分106的內(nèi)壁上的粒子電荷q所感生的那些場和組成磁引導(dǎo)場的那些場。其它場區(qū)在真空 室104的導(dǎo)電部分106外面，其中，來自dlo/dt = V/L的電流Io 130沿著導(dǎo)電部分106的 外表面行進(jìn)。這兩個區(qū)域僅經(jīng)由不導(dǎo)電間隙108耦合。仍考慮理想化情況，在真空室104的導(dǎo)電部分106的內(nèi)表面上感生的鏡像電荷形 成電流I1 132并沿著與射束116中的一個或多個粒子的路徑相同的方向沿內(nèi)表面行進(jìn)。電 流I1 132在幅值上等于一個或多個粒子的電荷的流速且符號相反。當(dāng)一個或多個粒子是 例如一個或多個電子時，此鏡像電荷是正的。當(dāng)射束116中的一個或多個粒子到達(dá)不導(dǎo)電 間隙108處的導(dǎo)電部分106的末端118時，其僅僅穿過真空室中的不導(dǎo)電間隙108并獲得 能量qV。然而，感生的鏡像電荷(及因此的電流I1 132)只好來到導(dǎo)電部分106的外表面。 在到達(dá)末端118處的外表面時，電流I1 132穿過電引線128并通過電源122，其具有理想的 零阻抗。因此，在本示例中，從鏡像電荷得到的電流I1 132流過電源122、電引線128，并在 末端120處進(jìn)入真空室104的導(dǎo)電部分106的內(nèi)壁，接近于具有電壓+V的不導(dǎo)電間隙108， 并在末端118處在導(dǎo)電部分106的內(nèi)壁處離開(在所述內(nèi)壁處電壓是零)，并返回到電源 122。鏡像電荷流提供流入電源中的等于射束116的電流的附加電流I1 132。鏡像電荷流 是鏡像電流。因此，電源提供功率以激勵絕緣芯子102，另外，其經(jīng)由與鏡像電荷或鏡像電流 的此耦合向射束116提供功率。到目前為止，在討論中，已將導(dǎo)電部分106視為沒有電阻性阻抗的理想情 況。在真實(非理想化)情況下，在本公開的工作示例性加速器中，必須考慮有限的電 阻。在關(guān)于電磁理論的許多論文中很好地處理這種情況。參照J(rèn).D.Jackson所著的書 ("ClassicalElectrodynamics", Third Edition, John Wiley & Sons，1999)，在多處論述 了本主題。特別地，在第5和8章中，其顯示有限的導(dǎo)電率的主要效果是使電流和場局限于 稱為“表皮厚度(skin thickness)”的表面的區(qū)域。這意味著在理想化全導(dǎo)體的表面處消 失的場現(xiàn)在穿透本工作加速器的真實導(dǎo)體，但隨著而消失，其中，χ是垂直于表面的距 離且δ是表皮厚度。δ的值取決于真空室104的導(dǎo)電部分106的電阻率和所考慮的外部 相關(guān)電磁場的頻率。例如，在對于銅而言的2. 5kHz下，δ約為1.3mm。通過保證導(dǎo)電部分 106的壁厚度w 112在相當(dāng)程度上大于δ，仍有效地對真空室的內(nèi)部和外部區(qū)域進(jìn)行電磁 解藕。然而，不導(dǎo)電間隙108仍促使鏡像電荷電流I1 132從電源122的+V側(cè)流入真空室 104的導(dǎo)電部分106的內(nèi)表面且鏡像電荷電流I1 132從導(dǎo)電部分106的內(nèi)表面流出到電源 122的低電位側(cè)。在真實情況下，電流I1 132和電流Io 130的流動的歐姆電阻在導(dǎo)電部分 106中不再是零(如在上文討論的理想情況下一樣)，但是可以在電流分布在如上所述的內(nèi) 表面和外表面的表皮厚度中的情況下使用流過具有電阻率P的介質(zhì)的電流的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式 來進(jìn)行評估。通常，對于諸如銅的良導(dǎo)體及對于幾何結(jié)構(gòu)和本文所考慮的頻率下的S值而 言，這些損耗與其它元件的功率消耗相比可能是低的。不能用標(biāo)準(zhǔn)固定電路參數(shù)來表示通過在不導(dǎo)電間隙108處經(jīng)由導(dǎo)電部分106的末
11端118、120流入真空室104的鏡像電荷實現(xiàn)的電源122到真空室104中的射束116的耦合。 然而，可以構(gòu)造等效電路以說明本文所述的功能性行為。這在圖2中示出。圖2是圖1所示的加速器的近似等效電路示意圖200。參照圖1和2，在示意圖 200中用符號L來表示由絕緣芯子102周圍的真空室104的導(dǎo)電部分106形成的一匝線圈 的電感。在示意圖200中用流過電阻Ro的電流Io來表示由于導(dǎo)電部分106的有限導(dǎo)電性 而引起的外表面電流Io 130的能量耗散。由等式1來決定此電流Io:V-LdI。/dt_I。R。= 0 (等式 1)用流過在示意圖200中用符號R1給出的電阻的電流I1來表示導(dǎo)電部分內(nèi)部的感 生鏡像電流I1 132的能量耗散。符號CBP表示射束116經(jīng)由導(dǎo)電部分106內(nèi)部的感生鏡像 電流I1 132到電源122的射束耦合。此感生鏡像電流由I1 = Ib給出，其中，Ib是由于射束 116而引起的真空室104內(nèi)部的環(huán)流(circulating)射束電流。由電源122通過不導(dǎo)電間 隙108經(jīng)由射束耦合CBP來提供鏡像電流I1 132。總電源122電流是I = Io+Ij = Io+IB (等式 2)因此，來自電源122的總電流是激勵絕緣芯子102中的磁通量的電流Io 130與由 于射束116而引起的電流Ib的和。電源122向絕緣芯子102中的磁場和射束116提供能 量。如果不存在射束116，則只提供磁能。由P = V(I0+IB)給出電源122所提供的功率。在 任何實際情況下，由于Ro和R1的耗散而引起的損耗與由于遲滯和內(nèi)部電流而引起的磁絕 緣芯子102中的耗散相比是小的，因此可以忽略歐姆損耗。RI中的耗散導(dǎo)致環(huán)流射束116 的能量增益的下降。通常，此減小比用于每個循環(huán)的qV射束能量增益小得多，并且除評估 最終粒子能量之外，在射束動力學(xué)方面再次可以忽略。再次參照圖1，示出上述加速器的一種示例性結(jié)構(gòu)。絕緣芯子102形成完整的磁 路。真空室104為射束116提供抽真空式區(qū)以繞著絕緣芯子102而環(huán)流。射束116被約束 所有射束軌道的磁引導(dǎo)場134引導(dǎo)至位于真空室104的界限(confine)內(nèi)。真空室104(雖 然不一定是圓形形狀)圍繞絕緣芯子102。電流Io 130在真空室104的導(dǎo)電部分106的外 表面上流動。不導(dǎo)電間隙108具有跨接在其而連接的電源122。電流Io 130和Ib =電流 I1 132流出電源122的第一端子124 (正端子)并流入電源122的第二端子126 (負(fù)端子)。 在圖1中，電源122如上文所討論的那樣在其端子124、126兩端提供電壓V，并且第一端子 125作為+的表征和第二端子126作為-的表征僅意味著當(dāng)V是正的時，+處于高于-端子 的電位。對于類似于與系統(tǒng)100的加速器(圖1)而言，監(jiān)視注入、捕捉、加速至最終射束能 量和提取的過程由于真空室的內(nèi)部和外部區(qū)域的電磁分離而是個挑戰(zhàn)。監(jiān)視射束的一種方 式是使用位于射束軌道的不同位置處的攔截射束止動件。這種技術(shù)要求采用真空密封耦合 器以便從外面操作真空室內(nèi)部的固定和活動探針。我們將此類方法包括在本文中作為公開 內(nèi)容。為了避免射束的攔截，可以采用非攔截?fù)Q能元件來觀察并轉(zhuǎn)送來自射束產(chǎn)生過程的 相關(guān)階段的信號。這些元件可以獲得磁感應(yīng)和電感應(yīng)信號且可以包括固定和活動真空密封 華禹合器。注入和捕捉的過程對于加速器的成功而言是關(guān)鍵的。例如，電子槍可以存在于 內(nèi)部半徑處且可以產(chǎn)生一束粒子，其(1)與電壓V到加速腔的不導(dǎo)電間隙的施加同步，并 且(2)其持續(xù)由當(dāng)前的應(yīng)用確定的持續(xù)時間。在一個實施例中，其可以是粒子的短突發(fā)(burst)，使得該突發(fā)在前沿(leading edge)完成真空室的一個回路之前已經(jīng)結(jié)束。在另 一實施例中，其可以是只要絕緣芯子從-Bc掃至+Bc就持續(xù)的粒子的長突發(fā)，其中，Bc是絕 緣芯子中的最大場；在某些情況下，可能期望Bc可以接近或達(dá)到芯飽和。用于注入和捕捉的關(guān)鍵時期可以包括注入射束的真空室的幾個至十幾個回路或 圈，使得如果已經(jīng)成功地流轉(zhuǎn)了(negotiate)那些回路，則認(rèn)為捕捉到射束；如果未實現(xiàn)此 數(shù)目的回路，則重要的將是理解注入射束已在哪里和何時丟失。當(dāng)捕捉到時，射束前進(jìn)而加速至全能量。然而，由于引導(dǎo)磁場的模式及其設(shè)計參數(shù) 的缺陷，射束的一部分或整個射束可能在其獲得最終能量的途中丟失。知道此丟失何時在 哪里發(fā)生對于診斷問題和進(jìn)行調(diào)整以緩解或修正該情況是必不可少的。全能量下的射束的提取還可能要求向射束施加特殊的磁和/或電信號以將其踢 出穩(wěn)定軌道而被提取系統(tǒng)捕捉。因此，具有確定射束已達(dá)到全能量的一個或多個信號同樣 重要。在加速器的例行操作期間，射束特性可能受到許多變量的影響，包括但不限于溫 度和電壓波動、環(huán)境變化和意外疏忽。具有用于在所有操作階段監(jiān)視和診斷射束特性的方法是重要的。本文公開了方法 和裝置，由此，來自非攔截和攔截?fù)Q能元件的信號允許確定加速器中的射束的各種屬性，諸 如1.)執(zhí)行的真空室的回路或圈的數(shù)目；2.)感興趣的每個位置處的射束的能量；3.)每個回路或圈和位置處的射束的強(qiáng)度；4.)射束繞著其平衡軌道的運動；5.)發(fā)生射束丟失的位置和時間；6.)空間電荷對射束強(qiáng)度和軌道運動的影響；7.)加速器的操作質(zhì)量和用于微擾的緩解策略的效果；以及8.)提取的射束的有效占空比。本文所述的實施例是用于在加速期間監(jiān)視帶電粒子的本文公開的技術(shù)的可能應(yīng) 用的示例。雖然在對幾種特定示例性加速器類型的應(yīng)用中講授了實施例，但應(yīng)認(rèn)識到其具 有更廣泛的適用性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到存在所公開的重要元件的擴(kuò)展、修改及其 它布置，其能夠?qū)崿F(xiàn)并且其意圖涵蓋在本公開的范圍內(nèi)。 在一個實施例中，換能元件由不攔截射束的導(dǎo)電電極組成，其位于粒子束路徑之 外的室中的不同位置處。此類示例性實施例在圖3A和3B中示出。圖3A是舉例說明除真空室304的橫截面為(例如但不限于)矩形之外在構(gòu)造和 操作上與圖1所示類似的示例性加速器的系統(tǒng)300的圖示300A。真空室304充當(dāng)射束線并 具有導(dǎo)電部分306和不導(dǎo)電部分(也稱為不導(dǎo)電間隙)308。真空室304的導(dǎo)電部分306具 有由被用作加速間隙的不導(dǎo)電間隙308分開的兩個末端318、320。用傳統(tǒng)真空密封技術(shù)來 密封導(dǎo)電部分306與不導(dǎo)電間隙308的末端318和320之間的接合點。假想割平面330限 定沿如所指示的方向A-A的橫截面圖的位置，該方向A-A切割真空室304的導(dǎo)電部分306。 加速器具有電感芯子(inductive core) 102。圖3B是在沿著(圖3A的)方向A-A看的割平面330 (圖3A)截取的圖3A的系統(tǒng)300的一部分的橫截面圖300B，示出真空室304的導(dǎo)電部分306并示出圖3A未示出的附加細(xì)節(jié)。參照圖3B，真空室304的導(dǎo)電部分306圍起行進(jìn)到紙張的平面中且在此視圖中由 其橫斷面輪廓(例如，橢圓形)指示的射束316。一個或多個導(dǎo)電電極336被安裝在真空室 304的導(dǎo)電部分306內(nèi)。導(dǎo)電電極336通過傳統(tǒng)手段(未示出)與真空室304的導(dǎo)電部分 306的壁電隔離并通過室的壁提供有外部連接。導(dǎo)電電極336可以是多個且可以布置成規(guī) 則陣列(如所示)或可能期望的另一圖案，并且可以布置在射束316的一側(cè)或多側(cè)。每個 導(dǎo)電電極336具有用于連接的電引線。每個引線可以如對于導(dǎo)電部分306的頂部處的引線 所指示的那樣通過單引線密封饋通338穿過真空室304的導(dǎo)電部分306。在這種情況下，引 線342可以連接到用于監(jiān)視和分析由電引線342從導(dǎo)電電極336傳送的信號的儀器350。 或者，可以將引線捆成電纜340中并如針對在導(dǎo)電部分306的底部處的引線所指示的那樣 通過多引線密封饋通344穿過真空室304的導(dǎo)電部分306。在這種情況下，電纜340中的 引線還可以連接到用于監(jiān)視和分析來自導(dǎo)電電極336的信號的儀器350。(當(dāng)然，可以使用 單引線饋通、一個或多個多引線饋通、或其組合。)該儀器被設(shè)計為使得導(dǎo)電電極336每個 可以呈現(xiàn)對電流的高(相對于系統(tǒng)的其它導(dǎo)電路徑而言)電阻性阻抗。每個導(dǎo)電電極336 將從在附近通過的射束接收由鏡像電荷q產(chǎn)生的感生電壓力。此V1將根據(jù)電磁學(xué)的標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)則感生并將取決于電路的q、分布電容和阻抗。此V1呈現(xiàn)一定量的射束電荷已在特定時 間到達(dá)真空室304中的特定位置的信號。儀器350可以由為特定目的構(gòu)建的儀器組成和/ 或可以包括通用微處理系統(tǒng)。此診斷方案提供關(guān)于加速器性能的以下信息1.)持續(xù)時間比用于一圈的時間少的射束電荷脈沖將(根據(jù)電極位置和間距)作 為信號出現(xiàn)在經(jīng)由感生電荷耦合的一個或幾個導(dǎo)電電極336上。這些信號傳送信息以確定 射束316在其繞行真空室304時的位置，并且當(dāng)對脈沖進(jìn)行計數(shù)時，其可以確定已經(jīng)執(zhí)行的 圈(真空室304的回路)的數(shù)目和來自每圈的損耗。也可以確定射束繞平衡軌道的幅度振 蕩，和在每次通過真空室304的不導(dǎo)電間隙308處的加速區(qū)時使射束加速時的軌道位置的 變化。通過計數(shù)在襯墊上感生的信號中的脈沖數(shù)目，確定回路或圈的數(shù)目，因此，可以在任 何時間知道射束的能量，因為對于每圈而言，能量增益是qV(其中，粒子的電荷是q)。同樣 地，可以在射束316已達(dá)到全能量時對其進(jìn)行確定。還可以使用能量和導(dǎo)電電極336位置 的相關(guān)性作為診斷方法。如果射束在真空室304的某個區(qū)域中丟失，則可以通過連續(xù)圈的 信號的變化幅度來確定此位置，如射束丟失的開始可能的那樣。2.)如通過注入直至對于注入的第一批粒子而言達(dá)到全能量為止，射束脈沖可以 比在上述情況下長。在這種情況下，仍可以通過在導(dǎo)電電極336上感生的信號的時序和幅 度來監(jiān)視射束316通過加速過程的前進(jìn)。這允許在加速室充滿電荷的情況下監(jiān)視整個加速 過程。射束316將具有從注入直至提取的所有能量下的分量，并且不同的導(dǎo)電電極336將 具有從不同能量的射束分量感生的信號。這允許經(jīng)由真空室304中的空間電荷效應(yīng)和殘余 氣體中的離子生成對射束的不同分量的相互作用的效果進(jìn)行附加監(jiān)視。3.)射束脈沖可以長于加速至全能量所需的時間，以便實現(xiàn)較高的射束占空比。在 這種情況下，導(dǎo)電電極336上的信號將允許確定全占空比期間的操作質(zhì)量并將提供控制和 調(diào)整射束質(zhì)量的機(jī)會。
圖4是包括與圖1中的加速器類似的示例性加速器的系統(tǒng)400的圖示，其具有用 于檢測流入用于加速器的電源122的電流的電流傳感器的實施例。在圖4中，具有與圖1 中的那些項目相同的參考標(biāo)號的項目是具有相同功能的項目。換能元件可以測量從真空室 104的導(dǎo)電部分106流入電源122的電流。參照圖4，通過在將電源122連接到真空室的導(dǎo) 電部分106的末端118、120的任何一個電引線128中引入電流傳感器402，可以測量總電流 I = Io+IB(參見圖2所示的電路)。可以例如在連接點C和D處連接電流傳感器402。此 電流傳感器可以是電源122電引線128中的低阻抗電阻器；此電阻器兩端的電壓將指示通 過電引線128的電流。(具有適當(dāng)連接的電源122的內(nèi)電阻可以用于相同的目的。)可以 由電流傳感器402生成表示電流I的信號并由一個或多個電引線404將其發(fā)送到儀器406， 儀器406可以由為特定目的構(gòu)建的儀器組成和/或可以包括用于分析電流I和用于提取并 處理附加信息且用于進(jìn)行判定的通用微處理系統(tǒng)。圖5是用于另一電流傳感器實施例的替換電流傳感器402的電路的示意圖500。 現(xiàn)在參照圖4和5，在本實施例中，電流傳感器402是變壓器502，例如環(huán)形變壓器，其感測 由來自電源122的電流I引起的磁場。來自變壓器502的電壓取決于電引線128中的電流 I到電源122的時間變化率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道用于感測電流的其它方法且其意圖 包括在本公開內(nèi)?？蓮倪@些電流傳感器(傳統(tǒng)電阻性電流傳感器或變壓器502)之一獲得的信號可 以提供以下診斷性信息1.)持續(xù)時間比用于一圈的時間少的射束電荷脈沖對于射束的每轉(zhuǎn)(“圈”)而言 將作為電流脈沖出現(xiàn)在電源線中。通過計算這些脈沖的數(shù)目，可以確定成功地執(zhí)行的圈數(shù)。 將由所執(zhí)行的圈數(shù)給定射束能量。通過測量每個脈沖的積分電荷(integrated charge)，可 以確定每圈的射束損耗。對于短射束電荷脈沖，可以監(jiān)視注入過程、捕捉過程、加速過程和 提取的成功。如果存在射束損耗，則可以確定已執(zhí)行射束的圈數(shù)(和因此的射束能量)以 及發(fā)生損耗的射束位置。2.)可以在用于注入的第一批粒子實現(xiàn)最大能量所需的時間內(nèi)連續(xù)地注入射束。 在這種情況下，來自射束的電流隨著射束轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增大。由于射束而引起的電源線中 的電流隨著時間的推移而增大。通過監(jiān)視作為時間函數(shù)的電流，可以監(jiān)視每圈處、每個徑向 位置處和每種能量下的射束條件。3.)可以在大于實現(xiàn)最大能量所需的時間內(nèi)連續(xù)地注入射束。在這種情況下，來自 射束的電流隨著射束轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增大。電流在提取了全加速射束時(或例如在使用內(nèi)部 射束目標(biāo)時)停止增大。由于射束而引起的電源線中的電流隨著時間的推移而增大并達(dá)到 穩(wěn)定值。通過監(jiān)視作為時間函數(shù)的此電流，可以監(jiān)視每圈處和每種能量下的射束條件。確 定射束的有效占空比。4.)對于所有射束持續(xù)時間，從線內(nèi)電流到電源的信號將允許根據(jù)位置、時間和能 量來確定射束的條件，并且該相關(guān)性將允許確定來自導(dǎo)電電極336 (圖3B)的信號的上文所 討論的相同效果。圖6是在沿著(圖3A的)方向A-A看的割平面330 (圖3A)截取的圖3A的系統(tǒng) 300的一部分的橫截面圖600，示出真空室304的導(dǎo)電部分306。圖6示出另一實施例。參 照圖6，在本實施例中，通過在射束616中的粒子被磁引導(dǎo)場634(B場，非詳細(xì)僅示意性地指出)偏轉(zhuǎn)(deflect)時從其加速輻射出的能量來監(jiān)視射束，所述磁引導(dǎo)場634將射束運 動限制于真空室304內(nèi)。射束616正向紙張的平面中行進(jìn)，并且在本視圖中以其橫斷面輪 廓(例如，橢圓形)指示。由于通過在磁引導(dǎo)場634中的偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)的加速而引起的此輻射 稱為同步輻射。在小于約IOMeV的能量下，輻射在干擾粒子運動方面不具有非常大的效果。 然而，作為同步輻射而輻射的能量在診斷射束616的條件及其能量時有用。同步輻射的頻 率與真空室304的粒子軌道循環(huán)的頻率相關(guān)且同步輻射的強(qiáng)度取決于粒子加速。在多個出 版物禾口由 J. D. Jackson 所著的書("Classical Electrodynamics", Third Edition, John Wiley & Sons，1999)中涵蓋了此話題；本文的參考涵蓋本質(zhì)細(xì)節(jié)。通常，同步輻射采取可 以被真空室中不攔截射束的小環(huán)路或探針檢測到的高頻無線電波的形式。頻率取決于軌道 的幾何結(jié)構(gòu)及其有效半徑。以約Im的半徑為軌道的9MeV電子束的頻率通常低于1013Hz。 可以在真空室304的導(dǎo)電部分306內(nèi)安裝一個或多個同步輻射傳感器652A、652B、652C、和 652D (例如所識別的，但不用于限制)，其用于檢測射束616所發(fā)射的同步輻射。同步輻射 傳感器652A、652B、652C、和652D可以是例如環(huán)路或探針并具有分別用于連接到用于向其 發(fā)送信號的儀器650的電引線654A、654B、654C、和654D。電引線654A、654B、654C、和654D 分別通過密封電饋通電引線656A、656B、656C、和656D延伸到真空室304的導(dǎo)電部分306外 面。儀器650可以由為特定目的構(gòu)建的儀器組成和/或可以包括用于分析同步輻射信號并 用于提取和處理附加信息且用于進(jìn)行判定的通用微處理系統(tǒng)。那些同步輻射信號可以提供以下診斷信息1.)對于持續(xù)了少于一圈的時間的射束電荷脈沖而言，發(fā)射并在同步輻射傳感 器652A、652B、652C、和652D上被拾取的輻射將具有脈沖性質(zhì)并將與已進(jìn)行射束616的轉(zhuǎn) (圈)數(shù)相關(guān)。通過計算這些脈沖的數(shù)目，可以計算自注入起成功地執(zhí)行的圈數(shù)。由執(zhí)行的 圈數(shù)給出射束能量。通過測量每個脈沖的積分信號，可以確定每圈的射束損耗。每圈的信號強(qiáng)度和此信號在不同頻率下的強(qiáng)度將取決于射束能量和射束軌道的 半徑。因此，轉(zhuǎn)數(shù)與不同頻率下的信號強(qiáng)度的相關(guān)性提供關(guān)于不同半徑處和該電荷的能量 下的射束電荷的信息。對于短射束電荷脈沖，可以監(jiān)視注入過程、捕捉過程、加速過程和提 取的成功。如果存在射束616損耗，則可以確定在損耗之前已執(zhí)行射束的圈數(shù)(和因此的 發(fā)生損耗時的射束能量)以及發(fā)生損耗時的射束位置。2.)可以在用于注入的第一批粒子實現(xiàn)最大能量所需的時間內(nèi)連續(xù)地注入射束 616。在這種情況下，來自射束616的電流隨著射束轉(zhuǎn)數(shù)的增加和射束半徑范圍的增加而增 大。不同頻率下的信號強(qiáng)度和這些信號的時間發(fā)展提供處于不同能量下和不同位置處的射 束進(jìn)行的監(jiān)視。3.)可以在大于實現(xiàn)最大能量所需的時間內(nèi)連續(xù)地注入射束616。在這種情況下， 來自射束的電流隨著射束616的轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增大。射束電流Ib在提取全加速射束時停 止增大。由射束輻射的射頻信號因此隨著時間的推移而增大并達(dá)到穩(wěn)定值。通過監(jiān)視作為 頻率和時間函數(shù)的此信號模式，可以監(jiān)視每圈處和每種能量下的射束616的條件。確定射 束616的有效占空比。4.)對于所有射束持續(xù)時間而言，由射束616輻射的射頻信號將允許根據(jù)位置、時 間和能量來確定射束616的條件，并且該相關(guān)性將允許確定來自導(dǎo)電電極(圖3B)的信號 和位于活動探針(圖8A、8B、和8C)的信號檢測器的在本文其它地方所討論的相同效果。
圖7是舉例說明另一實施例的系統(tǒng)700的圖示。系統(tǒng)700的加速器類似于系統(tǒng)300 的加速器，并且在圖7中，具有與圖3A和3B中的那些相同的參考標(biāo)號的項目是具有相同功 能的相同項目。在圖7所示的實施例中，射束的監(jiān)視取決于源自射束并穿透真空室304的 不導(dǎo)電間隙308且被諸如作為示例示出的傳感器752和756的一個或多個外部傳感器感測 的磁場和電場。這些信號的強(qiáng)度詳細(xì)地說取決于系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。一個或多個外部傳感器 752和756可以通過一個或多個電纜754連接到儀器750。外部傳感器752可以是靜電傳 感器且可以具有用于接收感生電荷信號的一個或多個導(dǎo)電電極或?qū)щ婋姌O陣列，其類似于 上文所討論的圖3B的導(dǎo)電電極336。然而，用于此外部靜電傳感器752的一個或多個導(dǎo)電 電極不位于真空室304內(nèi)。從外部靜電傳感器752獲得的信號中的結(jié)果信息與由系統(tǒng)300 的真空室304內(nèi)部的導(dǎo)電電極提供的相同，不同的是外部靜電傳感器752的位置相對于方 位角而言不靈活且只能位于真空室304的不導(dǎo)電間隙308附近。不導(dǎo)電間隙308的壁可以 是非磁性電介質(zhì)材料。外部傳感器756是磁性傳感器且可以包括用于直接感測與射束電流 相關(guān)的磁信號的探針和/或環(huán)路，并且到磁場的耦合將類似于先前針對與以上電源線一起 使用的環(huán)形電流傳感器所描述的耦合，但該耦合是直接相對于存在的磁場。通過使用不同 徑向位置(未示出)處的多個外部磁性傳感器756，可以在不同的半徑處檢測射束電流。當(dāng) 如上所述(對于系統(tǒng)400)感測到電源電流時，這增加不可能的空間特異性(specificity)。 另外，該信息類似于從上述電源線中的電流導(dǎo)出的信息。儀器750可以由為特定目的構(gòu)建 的儀器組成和/或可以包括用于分析同步輻射信號并用于提取和處理附加信息且用于進(jìn) 行判定的通用微處理系統(tǒng)。圖8A是舉例說明包括在結(jié)構(gòu)和操作上與圖3A所示類似的示例性加速器的系統(tǒng) 800的圖示800A。圖8A中的具有也在圖3A中示出的參考標(biāo)號的項目是具有相同功能的相 同項目。圖8A、8B、和8C —起示出用于感測射束性質(zhì)的移動診斷裝置的實施例。圖8B和 8C分別是在穿過移動診斷元件的位置處的真空室的割平面截取的系統(tǒng)800的一部分的橫 截面圖800B和800C，其示出真空室304的導(dǎo)電部分306。參照圖8A和8B，真空室304的導(dǎo)電部分306圍起行進(jìn)到紙張的平面中(圖8B) 并由其橫截面形狀(在本示例中為橢圓形)指示的射束816。為方便起見，將沿著射束816 的橫截面橢圓的長軸的距離稱為徑向距離并將沿著射束816的橫截面橢圓的短軸的距離 稱為垂直距離。在本實施例中，可以在附著于活動探針的一個或多個活動電極(包括804、 820、822、824、826、和828)上檢測與上文結(jié)合圖3B所述的那些等效的信號。(請注意，在圖 8B中未示出824和826，因為其被執(zhí)行機(jī)構(gòu)(actuator)的軸隱藏。在圖8C中將其清楚地 示出。)執(zhí)行機(jī)構(gòu)802可以是用于對活動探針的軸804賦予旋轉(zhuǎn)運動810和直線運動812 的旋轉(zhuǎn)和直線運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)運動810可以是循環(huán)的且可以是逐步式或連續(xù)的。直線 運動812可以是往復(fù)的且可以是逐步式或連續(xù)的。旋轉(zhuǎn)運動使軸旋轉(zhuǎn)以便如例如圖8B和 8C所示地移動諸如820、822和824的電極。直線運動使諸如820、822和824的電極沿徑向 相對于真空室移位，亦即在圖8B和8C中向左或向右?？刂破?08控制活動探針的運動并 包括用于接收并處理從活動探針接收到的信號的儀器。診斷信號在電纜818上流到控制器 808并控制來自控制器808的信號流?？刂破?08可以是為特定目的構(gòu)建的和/或可以包 括通用控制系統(tǒng)，其可以包括微型計算機(jī)或其它計算機(jī)系統(tǒng)且可以與未示出的其它系統(tǒng)通 信。用允許傳動旋轉(zhuǎn)運動810和直線運動812兩者的傳統(tǒng)密封真空饋通806，通過真空室304的導(dǎo)電部分306的壁對軸804進(jìn)行饋送。真空饋通806可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所 周知的許多傳統(tǒng)手段中的任何一種，并且可以包括諸如但不限于波紋管、鐵磁流體密封、滑 動密封等組件。探針具有布置在附著于軸804的支撐體828上的導(dǎo)電電極820。圖8B示出 導(dǎo)電電極820，其在使得其攔截射束816的一部分以便在射束816的攔截部分處對射束電流 進(jìn)行采樣的位置上。執(zhí)行機(jī)構(gòu)802可以提供直線運動812以在不同位置處對射束816進(jìn)行 采樣?？梢酝ㄟ^使用直線運動812將導(dǎo)電電極820設(shè)置為在某些取向上攔截射束以測量各 種徑向距離處的電流。也可以測量不同徑向距離處的射束816的垂直尺寸。通過使用旋轉(zhuǎn) 運動810實現(xiàn)的軸804的旋轉(zhuǎn)，可以使得導(dǎo)電電極向射束816中延伸不同的垂直距離。如 圖8B所示，導(dǎo)電電極820攔截射束816的采樣部分的整個垂直范圍。旋轉(zhuǎn)至其它角度可以 通過沿垂直方向至少部分地穿透射束并通過根據(jù)旋轉(zhuǎn)運動810的角度測量被攔截射束電 流來實現(xiàn)射束的部分?jǐn)r截，可以由控制器808來確定任何給定徑向距離處的垂直射束電流 分布。圖8C示出活動探針，其在不同的位置上，使得旋轉(zhuǎn)運動810已使設(shè)備90相對于圖 8B所示的位置旋轉(zhuǎn)90度。在圖8C的位置上，導(dǎo)電電極820已旋轉(zhuǎn)至使其不攔截射束816 的任何部分的位置，同時，被支撐在支撐體(826)上的一個或多個導(dǎo)電電極(822、824)旋轉(zhuǎn) 至使得其位于沿垂直方向在射束816上面和下面的位置。(請注意，在圖8C中未示出828， 因為其被此視圖中的其它組件隱藏。其在圖8B中清楚地示出。)導(dǎo)電電極822和/或824 是相同的類型并充當(dāng)圖3B所示和上文所述的導(dǎo)電電極336。導(dǎo)電電極822和824每個可以 是單獨的電極，或者可以是導(dǎo)電電極陣列?？梢杂蓤?zhí)行機(jī)構(gòu)802使導(dǎo)電電極822和824沿 著直線運動812的方向移動以便在射束816的各種徑向距離處對在導(dǎo)電電極822和824中 感生的信號進(jìn)行采樣。通過使用圖8A、8B、和8C所述的活動探針，可以針對射束816的整個橫截面范圍對 其橫截面特性進(jìn)行采樣?；顒犹结樋梢钥煽氐剡M(jìn)行攔截或非攔截診斷。活動探針可以在某 些位置上是攔截射束的且在其它位置上是不攔截射束的。在一種示例性配置中已示出活動 探針，但是可以有且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到其它配置，并且其意圖被本公開涵蓋。在一 種替換配置中，該探針與圖8B相比可以在90度和180度兩者處的取向上是非攔截的，以便 感測兩個不同位置上的電感生信號。比較兩個位置上的感生應(yīng)信號允許根據(jù)位置來確定射 束的垂直位置和總電荷兩者。在這種情況下，還可以在當(dāng)攔截導(dǎo)電電極820旋轉(zhuǎn)到射束816 之外時移動至上下橫跨射束的兩個或更多絕緣非攔截導(dǎo)電電極822、824上檢測信號。將從 沿著活動探針的軸804的軸線位于不同位置處的電極導(dǎo)出這些不同的功能?？梢酝ㄟ^使用 安裝在移動到不同位置的活動探針上的電極進(jìn)行的此類測量來導(dǎo)出所有上述功能和信息。雖然已相對于所述方法和系統(tǒng)的特定實施例對其進(jìn)行了描述，但其不限于此。很 明顯，按照以上講授內(nèi)容，可以清楚許多修改和變更。雖然已參照所公開的系統(tǒng)和方法的示例性實施例進(jìn)行了特別顯示和描述，但本領(lǐng) 域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到在不脫離本公開的范圍的情況下可以對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)方面的 各種變更。應(yīng)認(rèn)識到本公開也能夠有在本公開的精神范圍內(nèi)的多種另外及其它實施例。本 領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到或能夠僅僅使用例行實驗進(jìn)行確定，許多例行實驗等效于本文具 體描述的示例性實施例。此類等價物意圖涵蓋在本公開的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的裝置，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，設(shè)置在真空室內(nèi)部的至少一個固定導(dǎo)電電極；b)對于每個固定導(dǎo)電電極，與之相連的引線；以及c)真空室的表面上的至少一個饋通；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)；其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分；其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，每個固定導(dǎo)電電極通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息收集器件進(jìn)行傳送；其中，每個引線通過饋通從真空室內(nèi)部延伸到外面；以及其中，每個固定導(dǎo)電電極在位置上是固定的，并且被設(shè)置為處于電磁地感測在真空室中的抽真空式區(qū)中環(huán)流的、并由施加在不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速的粒子束的位置上，并且被設(shè)置為不攔截粒子束。
2.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的裝置，包括a)電流傳感器；以及b)與之相連的引線； 其中，所述加速器包括 i)絕緣芯子； )真空室；以及iii)具有相關(guān)聯(lián)電引線的電源；其中，所述絕緣芯子形成完整的磁路；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)；其中，所述真空室圍繞所述絕緣芯子的一部分；其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，所述電源及相關(guān)聯(lián)電引線被設(shè)置為提供所述真空室的所述不導(dǎo)電間隙兩端的電壓；其中，所述電流傳感器被設(shè)置為感測從電源到真空室的導(dǎo)電部分的電引線中的電流;以及其中，所述電流傳感器被設(shè)置為基于通過與之相連的引線所感測的電流向設(shè)置在真空 室外面的信息收集器件傳送信號。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中，所述電流傳感器是電阻式電流傳感器。
4.權(quán)利要求2的裝置，其中，所述電流傳感器是被設(shè)置為圍繞從電源到真空室的導(dǎo)電 部分的電引線的一部分的至少一個線圈。
5.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的裝置，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，設(shè)置在真空室內(nèi)部的 至少一個同步輻射傳感器；b)對于每個同步輻射傳感器，與之相連的引線；以及c)真空室的表面上的至少一個饋通；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)； 其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分； 其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，每個同步輻射傳感器通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息收集器件 進(jìn)行傳送；其中，每個引線通過饋通從真空室內(nèi)部延伸到外面；其中，所述至少一個同步輻射傳感器在位置上是固定的，并且被設(shè)置為處于從在真空 室的抽真空式區(qū)中環(huán)流的、且被施加于不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速的粒子束接收同步輻射 的位置上，并且被設(shè)置為不攔截粒子束。
6.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的裝置，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，設(shè)置在真空室外面的 至少一個傳感器；以及b)對于每個傳感器，與之相連的引線； 其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)； 其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分； 其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙； 其中，所述傳感器被設(shè)置為接近于不導(dǎo)電間隙；其中，每個傳感器通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息收集器件進(jìn)行傳 送；以及其中，所述傳感器被設(shè)置為電磁地感測在真空室中的抽真空式區(qū)中環(huán)流的、并被施加 于不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速的粒子束。
7.權(quán)利要求6的裝置，其中，至少一個傳感器是靜電傳感器。
8.權(quán)利要求6的裝置，其中，至少一個傳感器是磁性傳感器。
9.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的裝置，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，設(shè)置在真空室外面的 至少一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)；b)對于每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與之相關(guān)聯(lián)并設(shè)置在真空室內(nèi)部的至少一個導(dǎo)電電極；c)對于每個導(dǎo)電電極，與之相連的引線；d)真空室的表面上的至少一個饋通；以及e)對于每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被設(shè)置為將真空室外面的執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接到與之相關(guān)聯(lián)的真空室 內(nèi)部的每個導(dǎo)電電極的軸和連接器件；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)； 其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分； 其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，每個導(dǎo)電電極通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息收集器件進(jìn)行傳送，其中，每個引線通過饋通從真空室內(nèi)部延伸到外面；以及其中，每個導(dǎo)電電極可借助于與之相連的軸的旋轉(zhuǎn)或橫向運動而活動，并且被設(shè)置為 可從其不攔截粒子束的第一位置移動到其攔截粒子束的第二位置，該粒子束在真空室中的抽真空式區(qū)中環(huán)流并被施加于不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速；以及其中，在第一位置和第二位置中的至少一個上，所述導(dǎo)電電極被設(shè)置為處于電磁地感 測粒子束的位置。
10.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的方法，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，在真空室內(nèi)部設(shè)置至 少一個固定導(dǎo)電電極；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)； 其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分； 其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，每個固定導(dǎo)電電極在位置上是固定的，并且被設(shè)置為處于電磁地感測在真空室 中的抽真空式區(qū)中環(huán)流的、并由施加在不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速的粒子束的位置上，并 且被設(shè)置為不攔截粒子束，b)對于每個固定導(dǎo)電電極，設(shè)置與之相連的引線；其中，每個固定導(dǎo)電電極被設(shè)置為通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息收 集器件進(jìn)行傳送；c)在真空室的表面上設(shè)置至少一個饋通；其中，每個引線通過饋通從真空室內(nèi)部延伸到外面；以及d)從所述固定導(dǎo)電電極中的至少一個通過與之相連的引線向信息收集器件發(fā)送包括 信息的信號，該信息是關(guān)于來自包含以下的組的至少一個射束特性射束已繞真空室穿過 的圈數(shù)；真空室的圓周周圍的射束的位置；真空室中的射束的徑向位置；真空室中的射束 的垂直位移；真空室中的射束軌道的位置；射束的能量；以及射束的損耗。
11.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的方法， 其中，所述加速器包括i)絕緣芯子； )真空室；以及iii)具有相關(guān)聯(lián)電引線的電源；其中，所述絕緣芯子形成完整的磁路；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)；其中，所述真空室圍繞所述絕緣芯子的一部分；其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，所述電源及相關(guān)聯(lián)電引線被設(shè)置為提供所述真空室的所述不導(dǎo)電間隙兩端的電 壓；該方法包括a)設(shè)置電流傳感器以感測從電源到真空室的導(dǎo)電部分的電引線中的電流；b)設(shè)置連接到電流傳感器的引線，其中，所述電流傳感器被設(shè)置為基于通過與之相連的引線所感測的電流向設(shè)置在真空 室外面的信息收集器件傳送信號；以及c)從電流傳感器通過與之相連的引線向信息收集器件傳送包括信息的信號，該信息是 關(guān)于來自包含以下的組的至少一個射束特性射束已繞真空室穿過的圈數(shù)；射束的能量； 以及射束的損耗。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，所述電流傳感器是電阻式電流傳感器。
13.權(quán)利要求11的方法，其中，所述電流傳感器是被設(shè)置為圍繞從電源到真空室的導(dǎo) 電部分的電引線的一部分的至少一個線圈。
14.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的方法，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，在真空室內(nèi)部設(shè)置至 少一個同步輻射傳感器；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)；其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分；其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，所述至少一個同步輻射傳感器在位置上是固定的，并且被設(shè)置為處于從在真空 室的抽真空式區(qū)中環(huán)流的、且被施加于不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速的粒子束接收同步輻射 的位置上，并且被設(shè)置為不攔截粒子束，b)對于每個同步輻射傳感器，設(shè)置與之相連的引線；其中，每個同步輻射傳感器被設(shè)置為通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息 收集器件進(jìn)行傳送，c)在真空室的表面上設(shè)置至少一個饋通；以及其中，每個引線通過饋通從真空室內(nèi)部延伸到外面；以及d)從所述同步輻射傳感器中的至少一個通過與之相連的引線向信息收集器件發(fā)送包 括信息的信號，該信息是關(guān)于來自包含以下的組的至少一個射束特性射束已繞真空室穿 過的圈數(shù)；真空室的圓周周圍的射束的位置；真空室中的射束的徑向位置；真空室中的射 束的垂直位移；真空室中的射束軌道的位置；射束的能量；以及射束的損耗。
15.一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的方法，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，在真空室外面設(shè)置至 少一個傳感器；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)；其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分；其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；其中，所述傳感器被設(shè)置為接近于不導(dǎo)電間隙；以及其中，所述傳感器被設(shè)置為電磁地感測在真空室中的抽真空式區(qū)中環(huán)流的、并被施加 于不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速的粒子束，b)對于每個傳感器，設(shè)置與之相連的引線；其中，每個傳感器被設(shè)置為通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息收集器件 進(jìn)行傳送，以及c)從所述傳感器中的至少一個通過與之相連的引線向信息收集器件發(fā)送包括信息的 信號，該信息是關(guān)于來自包含以下的組的至少一個射束特性射束已繞真空室穿過的圈數(shù)； 真空室的圓周周圍的射束的位置；真空室中的射束的徑向位置；真空室中的射束的垂直位 移；真空室中的射束軌道的位置；射束的能量；以及射束的損耗。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，至少一個傳感器是靜電傳感器。
17.權(quán)利要求15的方法，其中，至少一個傳感器是磁性傳感器。
18. 一種用于獲得關(guān)于在加速器中環(huán)流的粒子束的診斷信息的方法，包括a)對于包括加速器的一部分的真空室的圓周上的至少一個位置，在真空室外面設(shè)置至 少一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)；其中，所述真空室圍起抽真空式區(qū)；其中，所述真空室圍繞絕緣芯子的一部分；其中，所述真空室包括導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電間隙；b)對于每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在真空室內(nèi)部設(shè)置與之相關(guān)聯(lián)的至少一個導(dǎo)電電極；c)對于每個導(dǎo)電電極，設(shè)置與之相連的引線；其中，每個導(dǎo)電電極被設(shè)置為通過與之相連的引線向設(shè)置在真空室外面的信息收集器 件進(jìn)行傳送，d)在真空室的表面上設(shè)置至少一個饋通；以及其中，每個引線通過饋通從真空室內(nèi)部延伸到外面；e)對于每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)置軸和連接器件以將真空室外面的執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接到與之相關(guān) 聯(lián)的真空室內(nèi)部的每個導(dǎo)電電極；其中，每個導(dǎo)電電極可借助于與之相連的軸的旋轉(zhuǎn)或橫向運動而活動，并且被設(shè)置為 可從其不攔截粒子束的第一位置移動到其攔截粒子束的第二位置，該粒子束在真空室中的 抽真空式區(qū)中環(huán)流并被施加于不導(dǎo)電間隙兩端的電壓加速；以及其中，在第一位置和第二位置中的至少一個上，所述導(dǎo)電電極被設(shè)置為處于電磁地感 測粒子束的位置；以及f)從所述導(dǎo)電電極中的至少一個通過與之相連的引線向信息收集器件發(fā)送包括信息 的信號，該信息是關(guān)于來自包含以下的組的至少一個射束特性射束已繞真空室穿過的圈 數(shù)；真空室的圓周周圍的射束的位置；真空室中的射束的徑向位置；真空室中的射束的垂 直位移；真空室中的射束軌道的位置；射束的能量；以及射束的損耗。
全文摘要
本文描述了其中針對位置、電流和能量來監(jiān)視加速器中的封閉導(dǎo)電腔體中的帶電射束的方法和裝置。一種方法使用非攔截導(dǎo)電電極上的感應(yīng)電信號。另一種方法使用可以向射束中移動至不同的程度以在不同的徑向位置處監(jiān)視射束電流和垂直分布的攔截和移動式電極。還使用非攔截電極作為移動診斷探針的一部分以在不同的徑向位置處監(jiān)視射束的性質(zhì)。另一種方法使用到電源的引線中的電流，此電流的一部分等于射束電流。另一種方法使用來自射束的穿透導(dǎo)電腔的不導(dǎo)電部分的磁場和電場。另一種方法使用在通過引導(dǎo)射束的偏轉(zhuǎn)磁鐵實現(xiàn)的射束加速期間發(fā)射的輻射。
文檔編號H05H9/00GK101933404SQ200980101864
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者R·J·勒杜瓦, W·貝爾托奇 申請人:護(hù)照系統(tǒng)公司