阅读说明：本技术 一种同步粒子加速方法与装置 (Synchronous particle acceleration method and device ) 是由 晁阳 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种同步粒子加速方法与装置,涉及粒子加速技术领域。本发明包括安装基座、加速器外壳和微波源,安装基座为立方体结构,安装基座一表面设置有安装槽,加速器外壳装嵌在安装槽内部,加速器外壳为空腔结构,微波源装嵌在加速器外壳一表面,加速器外壳内部安装有若干加速模块,加速器外壳内部还安装有功分器,功分器与微波源之间电性连接,微波源通过功分器与所有加速模块之间电性连接,加速模块包括移相器、放大器和加速腔。本发明采用分布式加速腔代替传统同步加速器中的单一加速腔,能够有效降低对单一微波源功率需求,单磁场体积和整体系统体积。同时,各个加速腔电场相位可灵活精确调节,能偶显著提升系统设计灵活性和加速器效率。(The invention discloses a synchronous particle acceleration method and device, and relates to the technical field of particle acceleration. The accelerator comprises a mounting base, an accelerator shell and a microwave source, wherein the mounting base is of a cubic structure, a mounting groove is formed in one surface of the mounting base, the accelerator shell is embedded in the mounting groove and is of a cavity structure, the microwave source is embedded in one surface of the accelerator shell, a plurality of acceleration modules are installed in the accelerator shell, a power divider is also installed in the accelerator shell, the power divider is electrically connected with the microwave source, the microwave source is electrically connected with all the acceleration modules through the power divider, and the acceleration modules comprise phase shifters, amplifiers and acceleration cavities. The distributed accelerating cavity is adopted to replace a single accelerating cavity in the traditional synchrotron, so that the power requirement of a single microwave source, the single magnetic field volume and the whole system volume can be effectively reduced. Meanwhile, the electric field phase of each accelerating cavity can be flexibly and accurately adjusted, and the design flexibility of the system and the efficiency of the accelerator can be obviously improved.)

一种同步粒子加速方法与装置

技术领域

本发明属于粒子加速技术领域，特别是涉及一种同步粒子加速方法与装置。

背景技术

直线加速器通常是指利用高频电磁场进行加速，同时被加速粒子的运动轨迹为直线的加速器。高频直线加速器简称直线加速器，是指用沿直线轨道分布的高频电场加速带电粒子的装置。

按被加速粒子的种类，可分为电子直线加速器、质子直线加速器、重离子直线加速器和超导直线加速器等，直线加速器的雏形概念最早是由英国科学家G.Ising在1924年提出，1924年他在一篇名为《产生高压极隧射线方法原理》的文章中提出了一个直线加速器的设计图样。根据G.Ising的文章，直线加速器由一个直的真空管道和一系列的带孔的金属漂移管组成。粒子的加速是通过相邻的漂移管之间的脉冲电场完成的，电场和粒子的同步是由电压源和相应的漂移管之间的传输线长度的时间延迟来实现。

传统的直线加速器采用直线加速的方法实现粒子加速，将带点粒子加速到较高能量需要较大的长度。同步加速器采用环形循环加速的方法实现粒子的循环加速，能够有效提升系统的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同步粒子加速方法与装置，解决现有的微波源功率需求较大的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种同步粒子加速装置，包括安装基座、加速器外壳和微波源，所述安装基座为立方体结构，所述安装基座一表面设置有安装槽，所述加速器外壳装嵌在安装槽内部，所述加速器外壳为空腔结构，所述微波源装嵌在加速器外壳一表面，所述加速器外壳内部安装有若干加速模块，所述加速器外壳内部还安装有功分器，将微波源产生的微波信号分为n路，所述功分器与微波源之间电性连接，所述微波源通过功分器与所有加速模块之间电性连接，所述加速模块包括移相器、放大器和加速腔。

进一步地，所述移相器与放大器之间电性连接，所述放大器与加速腔之间电性连接，所述若干加速腔呈圆周阵列，能够有效降低对单一微波源功率需求，方便带电粒子的偏转。

进一步地，所述加速腔两两之间设置有磁场，所述加速器外壳一表面设置有通孔，所述通孔内部通过多个磁场形成磁场控制区域。

进一步地，所述加速器外壳一表面一侧装嵌有照明灯，所述加速器外壳一表面另一侧也装嵌有照明灯，方便后期使用时照明。

一种同步粒子加速方法，包括以下步骤：

步骤一：由微波源产生的微波信号经过功分器分为n路，功分后的n路微波信号分别经过n个移相器进行相位调节；

步骤二：相位调节后的微波信号经过放大器进行放大后馈入到对应的加速腔中，建立起加速电场；

步骤三：带电粒子具体加速过程为：带电粒子首先经过第一加速腔进行加速，然后通过第一磁场进行偏转；

步骤四：偏转后的带电粒子进入下一级加速腔继续加速，此过程从第一级到第n级依次进行；

步骤五：带电粒子在第n级加速腔加速后经过第n级偏转磁场重新输入到第一级加速腔，再次进行一次加速循环；

步骤六：每次加速循环开始各级偏转磁场依据粒子能量重新调整磁场大小，以保证粒子偏转半径保持一致。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用分布式加速腔代替传统同步加速器中的单一加速腔，能够有效降低对单一微波源功率需求，单磁场体积和整体系统体积。同时，各个加速腔电场相位可灵活精确调节，能偶显著提升系统设计灵活性和加速器效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种同步粒子加速装置的结构示意图；

图2为本发明一种同步粒子加速装置的后视结构示意图；

图3为本发明一种同步粒子加速装置的前视结构示意图；

图4为本发明一种同步粒子加速装置的右视结构示意图；

图5为本发明中加速器外壳的内部结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、安装基座；2、安装槽；3、加速器外壳；4、微波源；5、照明灯；6、通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

请参阅图1-5所示，本发明为一种同步粒子加速装置，包括安装基座1、加速器外壳3和微波源4，安装基座1为立方体结构，安装基座1一表面设置有安装槽2，加速器外壳3装嵌在安装槽2内部，加速器外壳3为空腔结构，微波源4装嵌在加速器外壳3一表面，加速器外壳3内部安装有若干加速模块，加速器外壳3内部还安装有功分器，将微波源4产生的微波信号分为n路，功分器与微波源4之间电性连接，微波源4通过功分器与所有加速模块之间电性连接，所述加速模块包括移相器、放大器和加速腔。

加速腔两两之间设置有磁场，加速器外壳3一表面设置有通孔6，通孔6内部通过多个磁场形成磁场控制区域。

加速器外壳3一表面一侧装嵌有照明灯5，加速器外壳3一表面另一侧也装嵌有照明灯5，方便后期使用时照明。

移相器与放大器之间电性连接，放大器与加速腔之间电性连接，若干加速腔呈圆周阵列，能够有效降低对单一微波源4功率需求，方便带电粒子的偏转。

实施例二：

一种同步粒子加速方法，包括以下步骤：

步骤一：由微波源4产生的微波信号经过功分器分为n路，功分后的n路微波信号分别经过n个移相器进行相位调节；

步骤二：相位调节后的微波信号经过放大器进行放大后馈入到对应的加速腔中，建立起加速电场；

步骤三：带电粒子具体加速过程为：带电粒子首先经过第一加速腔进行加速，然后通过第一磁场进行偏转；

步骤四：偏转后的带电粒子进入下一级加速腔继续加速，此过程从第一级到第n级依次进行；

步骤五：带电粒子在第n级加速腔加速后经过第n级偏转磁场重新输入到第一级加速腔，再次进行一次加速循环；

步骤六：每次加速循环开始各级偏转磁场依据粒子能量重新调整磁场大小，以保证粒子偏转半径保持一致。

请参阅图1-5所示，本发明为一种同步粒子加速装置，其使用方法为：由微波源4产生的微波信号经过功分器分为n路，功分后的n路微波信号分别经过n个移相器进行相位调节，相位调节后的微波信号经过放大器进行放大后馈入到对应的加速腔中，建立起加速电场，采用分布式加速腔代替传统同步加速器中的单一加速腔，能够有效降低对单一微波源功率需求，单磁场体积和整体系统体积。同时，各个加速腔电场相位可灵活精确调节，能偶显著提升系统设计灵活性和加速器效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。