用于粒子治疗中海龙治疗低能粒子紧凑型直线加速器的介质辅助加速结构

基于超低损耗陶瓷的介质辅助加速（DAA）结构正被研究作为传统盘荷铜腔的替代方案。该加速结构由带有膜片的介质盘在金属结构中周期性排列组成，工作于 TM$_{02}$-$\pi$ 模式。本文给出了一种用于低 β 粒子（如粒子治疗中所用的质子或碳离子）的 S 波段 DAA 结构的数值设计。研究了四种具有不同介电常数和损耗角的介质材料以及不同的粒子速度。通过优化，获得了一种将大部分射频功率集中在束流轴附近真空空间中的设计，从而显著降低了金属壁上的功率损耗。这使得能够在室温下制造出品质因数超过 100 000、分流阻抗超过 300 M$\Omega$/m 的腔体。在数值研究过程中，通过调整部分单元参数来改进设计优化，以同时提高分流阻抗并降低腔体某些位置的峰值电场，而峰值电场过高等可能导致其正常工作中的不稳定性。