Диэлектрический настенный ускоритель

Диэлектрический настенный ускоритель ( DWA ) представляет собой концепцию компактного линейного ускорителя частиц, разработанную и запатентованную. ^[1] в конце 1990-х годов это работает путем создания бегущей электромагнитной волны в трубке, которая изготовлена в основном из диэлектрического материала. Основное концептуальное отличие от обычного линейного ускорителя с дисковой нагрузкой заключается в дополнительной диэлектрической стенке и конструкции соединителя. ^{[ нужны разъяснения ]}

Возможные варианты использования этой концепции включают ее применение в дистанционной лучевой терапии (ДЛТ) с использованием протонов или ионов .

Операция

Внешний источник питания переменного тока обеспечивает электромагнитную волну, которая передается в ускорительную трубку с помощью волновода . Электропитание включается только на очень короткое время (импульсный режим). ^[2]

Электромагнитная индукция создает бегущее электрическое поле , которое ускоряет заряженные частицы. Бегущая волна перекрывается с положением заряженных частиц, что приводит к их ускорению внутри, когда они проходят через вакуумный канал трубки. ^[2] Поле внутри трубки отрицательное непосредственно перед протоном и положительное сразу за протоном. Поскольку протоны заряжены положительно, они ускоряются в сторону отрицательного и от положительного. Источник питания меняет полярность секций, поэтому они остаются синхронизированными с проходящим протоном.

Строительство

Трубка ускорителя изготовлена из листов плавленого кварца толщиной всего 250 мкм . После полировки листы покрывают хромом толщиной 0,5 мкм и золотом толщиной 2,5 мкм. Около 80 слоев листов укладываются вместе, а затем нагреваются в печи для пайки, где они сплавляются вместе. Затем из сложенной сборки изготавливают полый цилиндр. Плавленый кварц представляет собой чистое прозрачное кварцевое стекло, диэлектрик, поэтому машину называют «ускорителем диэлектрических стенок».

Эскиз одного из собранных модулей ускорителя приведен в эскизе патента. Длина модуля составляет около 3 см, и луч движется вверх. Диэлектрическая стенка обозначена номером 81. Она окружена устройством формирования импульсов, называемым Блюмляйном . На рисунке 8А блок питания заряжает Blumlein. На рисунке 8B переключатели из карбида кремния, окружающие наконечник Блюмляйна, закрываются, замыкая край Блюмляйна. Энергия, накопленная в Блюмляйне, устремляется к диэлектрической стенке в виде импульса высокого напряжения.

Использование в протонной терапии

Ускорители с диэлектрическими стенками могут заменить используемые в настоящее время ускорители протонов в лучевой терапии благодаря их меньшему размеру, ценовым преимуществам и меньшим требованиям к экранированию.

Преимущества и ограничения

DWA ^[3] решает основные проблемы существующих систем протонной терапии — стоимость и размер. В зависимости от желаемой конечной энергии луча традиционные медицинские ускорители ( циклотроны и небольшие синхротроны ) могут иметь большие затраты и требования к пространству, которые можно обойти с помощью DWA. Смета стоимости DWA составляет около 20 миллионов долларов США .

Ожидается, что DWA достигнут градиента ускорения около 100 МВ/м. ^[2]

Система представляет собой дочернюю версию устройства Министерства энергетики для проверки ядерного оружия. Эта система требует нескольких новых достижений из-за высоких энергий, например, изоляторов с высоким градиентом. ^[4] с широкой запрещенной зоной фотопроводящий переключатель Необходим , около 4000.Симметричный Blumlein , типичная ширина 1 мм.

Ссылки

^ патент США 5811944 , Сампаян, SE; Капорасо, Дж.Дж.; Кирби, ХК, « Усовершенствованный линейный ускоритель с диэлектрической стенкой », выпущено 22 сентября 1998 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Джерми Н. А. Мэтьюз (март 2009 г.). «Ускорители уменьшаются, чтобы удовлетворить растущий спрос на протонную терапию» . Физика сегодня . 62 (3): 22–24. Бибкод : 2009ФТ....62с..22М . дои : 10.1063/1.3099570 .
^ Дай, Жимин (2013). «Разработка ускорителя диэлектрических стенок» (PDF) . Материалы IPAC2013, Шанхай, Китай . стр. 3115–3117. ISBN 978-3-95450-122-9 .
^ Патент США 6331194 , Сампаян, Стивен, « Способ изготовления полого изоляционного цилиндра из плавленого кварца », выдан 18 декабря 2001 г.

Внешние ссылки

Ускоритель диэлектрических стенок Г.Дж. Капорасо, Ю.-Ж. Чен, С.Е. Сампаян, 3 сентября 2009 г., Обзоры науки и технологий ускорителей.
Семинар по проектированию мюонных коллайдеров с высокоградиентными диэлектрическими стенками , 8–12 декабря 2008 г., Национальная лаборатория Томаса Джефферсона
Сверхсильноточные ускорители электронной индукции Физика сегодня [0031-9228] Капетанакос, Калифорния, год: 1985, том: 38, вып.: 2, стр: 58
Патент США 7924121 «Радиальные линии передачи без дисперсии», 12 апреля 2011 г.

[patent-1] патент США 5811944 , Сампаян, SE; Капорасо, Дж.Дж.; Кирби, ХК, « Усовершенствованный линейный ускоритель с диэлектрической стенкой », выпущено 22 сентября 1998 г.

[physicstoday-2] Jump up to: ^а ^б ^с Джерми Н. А. Мэтьюз (март 2009 г.). «Ускорители уменьшаются, чтобы удовлетворить растущий спрос на протонную терапию» . Физика сегодня . 62 (3): 22–24. Бибкод : 2009ФТ....62с..22М . дои : 10.1063/1.3099570 .

[3] Дай, Жимин (2013). «Разработка ускорителя диэлектрических стенок» (PDF) . Материалы IPAC2013, Шанхай, Китай . стр. 3115–3117. ISBN 978-3-95450-122-9 .

[p6331194-4] Патент США 6331194 , Сампаян, Стивен, « Способ изготовления полого изоляционного цилиндра из плавленого кварца », выдан 18 декабря 2001 г.

[1]

[2]

[3]

[4]