【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粒子直线加速，尤其涉及一种共真空单周期磁耦合加速结构和粒子加速装置。
技术介绍
1、单周期磁耦合加速结构与盘荷波导结构类似，均由一系列加速单元周期排列构成，但磁耦合加速结构单元之间的耦合由均匀分布在盘片外围的耦合孔而非束流孔实现，因此磁耦合加速单元可以由带鼻锥的盘片组成，从而使加速结构获得更高的有效分路阻抗，提高加速效率。该类型加速结构可以工作在π模形成驻波加速结构，也可以工作在其他模式（如5π/6模）形成行波加速结构。该加速结构的工作模式为，通过鼻锥之间的纵向电场对粒子进行加速，鼻锥的存在很大程度上提高了加速结构的渡越时间因子，由此该类型加速结构通常具有较高的加速梯度，可以实现加速器小型化。
2、目前，单周期磁耦合结构以其加速梯度高的优势成为强子治疗加速器、工业应用加速器等高能量段优选的加速结构，腔体同时提供高频密封和真空密封。真空密封需要在腔体单元之间及腔体上开有的各种端口（提取天线端口、真空泵口等）处进行钎焊，然而，焊接过程中的变形难以控制，这一形变会对单周期磁耦合加速结构的频率及电场分布造成很大的影响，而且腔体在抽真空后由于外界大气压力而导致的略微收缩也会对频率及电场分布造成一定的影响。
3、现有单周期磁耦合加速结构一般通过在每个加速腔的外围设置若干个可拉可压的调谐器，通过调谐器进行调谐补偿，然而，因为每个加速腔的频率漂移在腔体焊接后无法直接测量得到，导致无法精确确定每个加速腔的调谐量，调谐过程非常复杂。另外，调谐器的调谐范围有限，稍微调谐过度就会导致腔体破裂，导致整个加速结构被破坏
技术实现思路
1、本专利技术的第一方面提供一种共真空单周期磁耦合加速结构，用以解决现有技术中加速结构调谐困难的缺陷，通过采用“真空分离”的技术，打破了焊接的限制，可以直接修正频率和轴向电场，不需要额外设置调谐器进行调谐补偿，避免了调谐困难的问题，也规避了调谐造成腔体破裂的风险。
2、本专利技术的第二方面提供一种粒子加速装置。
3、本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述共真空单周期磁耦合加速结构位于真空腔室内，所述共真空单周期磁耦合加速结构包括：
4、第一端盖，具有第一束流孔；
5、第二端盖，与所述第一端盖相对设置，所述第二端盖具有与所述第一束流孔同轴的第二束流孔；
6、功率耦合组件，一侧与所述第一端盖可拆卸连接，另一侧与所述第二端盖可拆卸连接，所述第一端盖与所述第二端盖之间形成的区域适于通过所述功率耦合组件与所述真空腔室连通；
7、加速件，可拆卸地设于所述第一端盖与所述功率耦合组件之间和所述第二端盖与所述功率耦合组件之间中的至少一者，所述加速件包括第一盘片和第一外环，所述第一外环套设于所述第一盘片，所述第一外环凸出于所述第一盘片朝向所述第一端盖的一面，所述第一盘片设有与所述第一束流孔同轴的第三束流孔。
8、根据本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述第一盘片还包括至少一个第一耦合孔，所述第一耦合孔与所述第三束流孔间隔设置；
9、在设有多个所述第一耦合孔的情况下，多个所述第一耦合孔围绕所述第三束流孔均匀间隔设置。
10、根据本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述第一盘片还包括鼻锥，所述鼻锥设于所述第三束流孔。
11、根据本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述第一外环还包括冷却管路，所述冷却管路的进口端和出口端设于所述第一外环背离所述第一盘片的一面。
12、根据本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述第一端盖与所述第一外环之间、所述第二端盖与所述第一外环之间、所述第一外环与相邻所述第一外环之间和所述第一外环与所述功率耦合组件之间中的至少一者设置有密封介质。
13、根据本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述密封介质包括银丝、铟丝和高频弹簧中的至少一种。
14、根据本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述功率耦合组件包括：
15、耦合单元，包括第二盘片、第二外环、第二耦合孔和与所述第一束流孔同轴设置的第四束流孔，所述第二外环套设于所述第二盘片，所述第二外环凸出于所述第二盘片朝向所述第一端盖的一面，所述第二外环的一侧与所述第一端盖可拆卸连接，另一侧与所述第二端盖可拆卸连接；所述第二耦合孔和所述第四束流孔间隔设于所述第二盘片；
16、耦合波导，一端与所述第二外环连接，另一端与功率源连通，所述耦合波导用于功率馈入；
17、波导部件，与所述耦合波导沿所述耦合单元的轴线对称设置于所述耦合单元的两侧，所述波导部件用于连通所述第一端盖与所述第二端盖之间形成的区域和所述真空腔室。
18、根据本专利技术第一方面提供的共真空单周期磁耦合加速结构，所述波导部件包括波导本体、栅格和取样环，所述栅格和所述取样环间隔设于所述波导本体，所述栅格用于连通所述第一端盖与所述第二端盖之间形成的区域和所述真空腔室。
19、本专利技术第二方面提供的粒子加速装置，包括功率源、真空泵、真空腔室和前述任一项所述的共真空单周期磁耦合加速结构；
20、所述真空腔室与所述真空泵连通，所述共真空单周期磁耦合加速结构设于所述真空腔室内；所述功率源与所述功率耦合组件连通，用于为所述共真空单周期磁耦合加速结构提供功率。
21、根据本专利技术提供的粒子加速装置，还包括取样组件，所述取样组件与所述功率耦合组件连接，所述取样组件用于功率取样。
22、本专利技术提供的共真空单周期磁耦合加速结构，通过真空腔室为共真空单周期磁耦合加速结构营造真空环境，通过功率耦合组件连通真空腔室和共真空单周期磁耦合加速结构的内部空间，这样，在设计共真空单周期磁耦合加速结构时，高频密封与真空密封分开进行，外部真空腔室的密封方案可仅从超高真空的密封需求出发而不用担心真空腔室的变形；共真空单周期磁耦合加速结构的高频密封则只需考虑高频密封的性能，而不用担心真空泄露的问题，可以使得共真空单周期磁耦合加速结构同时具有良好的高真空性和高频密封性。第一端盖、第二端盖、加速件和功率耦合组件之间不再需要进行焊接工作，免去了为保证真空环境所需要的繁杂焊接，简化了共真空单周期磁耦合加速结构的焊接工艺路线，避免了焊接过程中引入的不确定变形，从而可以同时实现高真空、高精度。另外，还可以避免因为焊接而导致第一端盖、第二端盖和加速件产生的焊接变形，从而避免焊接变形对第一束流孔、第二束流孔和第三束流孔之间同轴度的影响，同时还可降低共真空单周期磁耦合加速结构的制造难度和装配难度。
23、另外，通过设置第一端盖、第二端盖、加速件和功率耦合组件几者之间可拆卸连接，这样，在装配过程中，一方面，可以便于实时调整第一端盖、第二端盖、加速件和功率耦合组件几者之间的相对位置，进而实现对第一束流孔、第二束流孔和第三束流孔之间同轴度的调整；另一方面，还可以方便加速件的增减替换，便于后期维护修理。
【技术保护点】
1.一种共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述共真空单周期磁耦合加速结构（10）位于真空腔室（20）内，所述共真空单周期磁耦合加速结构（10）包括：
2.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一盘片（410）还包括至少一个第一耦合孔（430），所述第一耦合孔（430）与所述第三束流孔（440）间隔设置；
3.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一盘片（410）还包括鼻锥（450），所述鼻锥（450）设于所述第三束流孔（440）。
4.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一外环（420）还包括冷却管路（500），所述冷却管路（500）的进口端（510）和出口端（520）设于所述第一外环（420）背离所述第一盘片（410）的一面。
5.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一端盖（100）与所述第一外环（420）之间、所述第二端盖（200）与所述第一外环（420）之间、所述第一外环（420）与相邻所述第一外环（420
6.根据权利要求5所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述密封介质包括银丝、铟丝和高频弹簧中的至少一种。
7.根据权利要求1至6任一项所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述功率耦合组件（300）包括：
8.根据权利要求7所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述波导部件（330）包括波导本体（331）、栅格（332）和取样环（333），所述栅格（332）和所述取样环（333）间隔设于所述波导本体（331），所述栅格（332）用于连通所述第一端盖（100）与所述第二端盖（200）之间形成的区域和所述真空腔室（20）。
9.一种粒子加速装置，其特征在于，包括功率源、真空泵、真空腔室（20）和权利要求1至8任一项所述的共真空单周期磁耦合加速结构（10）；
10.根据权利要求9所述的粒子加速装置，其特征在于，还包括取样组件，所述取样组件与所述功率耦合组件（300）连接，所述取样组件用于功率取样。
...【技术特征摘要】
1.一种共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述共真空单周期磁耦合加速结构（10）位于真空腔室（20）内，所述共真空单周期磁耦合加速结构（10）包括：
2.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一盘片（410）还包括至少一个第一耦合孔（430），所述第一耦合孔（430）与所述第三束流孔（440）间隔设置；
3.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一盘片（410）还包括鼻锥（450），所述鼻锥（450）设于所述第三束流孔（440）。
4.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一外环（420）还包括冷却管路（500），所述冷却管路（500）的进口端（510）和出口端（520）设于所述第一外环（420）背离所述第一盘片（410）的一面。
5.根据权利要求1所述的共真空单周期磁耦合加速结构，其特征在于，所述第一端盖（100）与所述第一外环（420）之间、所述第二端盖（200）与所述第一外环（420）之间、所述第一外环（420）与相邻所述第一外环（...
【专利技术属性】
技术研发人员：何源，秦伟，黄玉璐，窦为平，金晓凤，王志军，张周礼，施龙波，高郑，郭玉辉，张军辉，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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