誘電体壁加速器

誘電体壁加速器（DWA）は、1990年代後半に設計され特許を取得した^{[1]コンパクトな線形}粒子加速器の概念であり、主に誘電体材料で作られたチューブ内を移動する電磁波を誘導することによって機能します。従来のディスクロード線形加速器システムとの主な概念的な違いは、追加の誘電体壁とカップラー構造にあります。^{[説明が必要]}

この概念の応用例としては、陽子線やイオン線を用いた体外放射線治療（EBRT）への応用が挙げられます。

外部交流電源は、導波管を使用して加速管に送信される電磁波を提供します。電源は、非常に短い時間だけオンにされます（パルス動作）。^[2]

電磁誘導により移動する電界が生成され、荷電粒子が加速されます。移動波は荷電粒子の位置と重なり、荷電粒子がチューブの真空チャネルを通過するときに内部で加速されます。^[2]チューブ内の電界は、陽子のすぐ前では負で、陽子のすぐ後ろでは正です。陽子は正に帯電しているため、負に向かって加速し、正からは離れて加速します。電源によってセクションの極性が切り替わり、通過する陽子と同期が保たれます。

加速管は、厚さわずか 250  μmの石英ガラスのシートで作られています。研磨後、シートは 0.5 μm のクロムと 2.5 μm の金でコーティングされます。シートは約 80 層に重ねられ、ろう付け炉で加熱されて融合します。その後、積層されたアセンブリは中空の円筒に機械加工されます。石英ガラスは純粋な透明な石英ガラスで、誘電体であるため、この装置は「誘電体壁加速器」と呼ばれています。

特許スケッチには、加速器の組み立てられたモジュールの 1 つのスケッチが示されています。モジュールの長さは約 3 cm で、ビームは上方向に移動します。誘電体壁は、アイテム番号 81 で示されています。誘電体壁は、 Blumleinと呼ばれるパルス形成デバイスに囲まれています。図 8A では、電源が Blumlein を充電しています。図 8B では、Blumlein を取り囲むシリコン カーバイド スイッチが閉じ、Blumlein の端がショートしています。Blumlein に蓄積されたエネルギーは、高電圧パルスとして誘電体壁に向かって流れます。

誘電体壁加速器は、サイズが小さく、コスト面で有利であり、遮蔽要件が少ないことから、放射線治療で現在使用されている陽子加速器に代わる可能性があります。

DWA ^{[3]は、現在の}陽子線治療システムの主な問題であるコストとサイズに対処します。希望する最終的なビームエネルギーによっては、従来の医療用加速器ソリューション（サイクロトロンと小型シンクロトロン）では大きなコスト要因とスペース要件が発生する可能性がありますが、DWAではこれを回避できます。DWAのコスト見積もりは約2,000万米ドルです。

DWAは100MV/m程度の加速度勾配に達すると予想されている。^[2]

このシステムは、核兵器を検査するためのDOE装置のスピンオフです。このシステムでは、高エネルギーのため、高勾配絶縁体などいくつかの新しい進歩が必要です。^[4]約4,000の 広いバンドギャップの光伝導スイッチが必要です。対称的なBlumlein、典型的な幅は1 mmです。

• 誘電体壁加速器 GJ Caporaso、Y.-J. Chen、SE Sampayan 2009 年 9 月 3 日、加速器科学技術レビュー
• 高勾配誘電体壁加速器ミューオン衝突型加速器設計ワークショップ、2008 年 12 月 8 日～12 日、トーマス ジェファーソン国立研究所
• 超高電流電子誘導加速器 Physics today [0031-9228] Kapetanakos, C 年:1985 巻:38 号:2 ページ:58
• 米国特許 7924121 分散のないラジアル伝送線路、2011 年 4 月 12 日