光学元件，包括透镜、偏转器、准直仪、过 滤器W及其它运样的元件。运些元件可W用于在进入加速器之前调节离子束；即，运些元件 可W用于控制进入加速器的离子的传播特征。注射器也可W包含预加速静电元件和/或磁 性元件，它们将带电粒子在进入加速器之前加速到选定的能量阔值。注射器的一个实例显 示在Iwa1:a，Y等。
[017引Qi)加速器
[0173] 可W用于将使用W上讨论的源产生的离子加速的一种加速器是Dynamitron? (可W从例如RadiationDynamicsInc.获得，其现为比利时Louvain-Ia-Neuve的IBA的单 位）DDynamitron?加速器1500的示意图显示于图6中并在W上进行了讨论。
[0174] 另一种可W用于将离子加速W处理纤维素或木质素纤维素基材料的加速器是 尬〇d〇't.r〇Il@加速器（可W从例如比利时Louvain-Ia-Neuve的IBA获得）。通常，I^iodotron 型加速器包括单个循环腔(recirculatingcavity)，被加速的离子经过该腔多趟。结果， 民hodotron?力贼器可W在相对较高的连续离子流条件下W连续模式操作。
[017引图12显示了Rhodotron*.加速器1700的示意图。加速器1700包括注射器1710,该 注射器将经加速的离子引入循环腔1720中。电场源1730位于腔1720的内室1740中，并产生 振荡径向电场。选择径向电场的振荡频率W匹配注射的电子通过循环腔1720-趟的渡越时 间。例如，当腔中的径向电场具有零幅度时将带正电的离子通过注射器1710注入腔1720中。 当离子向室1740传播时，室1740中的径向场的幅度提高到最大值，然后再次下降。径向场向 内指向室1740,离子被径向场加速。离子通过内室1740的壁中的孔，穿过腔1720的几何中 屯、，并通过内室1740的壁中的另一个孔穿出。当离子位于腔1720的入口时，腔1720内的电场 幅度已降低至零(或接近零）。当离子从内室1740出现时，腔1720中的电场幅度开始再次升 高，但是此时该电场沿径向朝外取向。在离子穿过腔1720的后半程过程中场大小再次达到 最大，然后开始减小。结果，当正离子完成通过腔1720的第一趟的后半程时再次被电场加 速。
[0176]在到达腔1720的壁后，腔1720中的电场的大小为零(或接近零），并且离子通过壁 中的开口并遭遇束偏转磁体1750之一。束偏转磁体基本上将离子的轨线反转，如图12中所 示，引导该离子通过室的壁中的另一个开口再次进入腔1720中。当离子再次进入腔1720中 时，其中的电场再次开始降低幅度，但是此时再次沿径向向内取向。离子通过腔1720的第二 趟W及随后的趟次遵循类似的方式，使得电场的取向始终匹配离子的运动方向，并且离子 在通过腔1720的每趟(W及每半趟)中被加速。
[01W]如图12所示，在通过腔1720六趟后，经加速的离子作为经加速的离子束1760的一 部分禪合出腔1720。经加速的离子束通过一个或多个静电和/或磁性粒子光学元件1770,该 元件包括透镜、准直仪、束偏转器、过滤器和其它光学元件。例如，在外部逻辑单元的控制 下，元件1770可W包括静电和/或磁性偏转器，该偏转器将经加速的束1760在垂直于束1760 的传播方向取向的二维平面区域中扫描。
[0178] 注射到腔1720中的离子在通过腔1720的每趟中被加速。因此，通常，为了获得具有 不同平均离子能量的经加速的束，加速器1700可W包括多于一个输出禪合。例如，在一些实 施方案中，可W改变一个或多个偏转磁体1750W使得到达磁体的一部分离子被禪合出加速 器1700,并且一部分离子被返回室1720。因此可W从加速器1700获得多个经加速的输出束， 每个束对应于与束中的离子通过腔1720的趟数相关的平均离子能量。
[0179] 加速器1700包括5个偏转磁体1750,并且注入腔1720中的离子通过该腔6趟。然而， 通常，加速器1700可W包括任意数量的偏转磁体，并且注入腔1720中的离子可W经历通过 该腔的任何相应的趟数。例如，在一些实施方案中，加速器1700可W包括至少6个偏转磁体， 并且离子可W通过该腔至少7趟(例如至少7个偏转磁体并通过该腔8趟，至少8个偏转磁体 并通过该腔9趟，至少9个偏转磁体并通过该腔10趟，至少10个偏转磁体并通过该腔11趟）。
[0180] 通常，由场源1730产生的电场向注射的电子提供约IMeV的单趟（single-cavity-pass) 增益。然而，通常，通过在腔 1720 中提供更高幅度的电场可W得到更高的单趟增益。例 如，在一些实施方案中，单趟增益为约1.2MeV或更高（例如1.3MeV或更高、1.4MeV或更高、 1.516￥或更高、1.616￥或更高、1.816￥或更高、2.016￥或更高、2.516￥或更高）。
[0181] 单趟增益也取决于注射的离子所带电荷的大小。例如，对于腔中相同的电场，带多 个电荷的离子将比带单个电荷的离子获得更高的单趟增益。结果，加速器1700的单趟增益 可W通过注入具有多个电荷的离子而进一步提高。
[0182] 在对加速器1700的W上说明中，将带正电的离子注入腔1720中。加速器1700也可 W加速带负电的离子。为此，注入带负电的离子，使得它们的轨线的方向与径向电场方向异 相。也就是说，注入带负电的离子，使得在通过腔1720的每个半程时每个离子的轨线方向与 径向电场的方向相反。要达到运一点，设及简单地调整将带负电的离子注入腔1720时的时 间。因此，加速器1700能够同时加速具有近似相同的质量但是具有相反电荷的离子。更一般 地说，加速器1700能够同时加速不同类型的带正电和带负电（W及单电荷和多电荷）的离 子，条件是离子通过腔1720的渡越时间比较相似。在一些实施方案中，加速器1700可W包括 多个输出禪合，提供具有类似或不同能量的不同类型的经加速离子束。
[0183] 也可W将其它类型的加速器用于加速离子W用于照射纤维素或木质素纤维素材 料。例如，在一些实施方案中，可W将离子在基于回旋加速器和/或同步加速器的加速器中 加速到相对较高的平均能量。运样的加速器的构造和操作是本领域公知的。作为另一个实 例，在一些实施方案中，可W使用潘宁(Penning)型离子源产生和/或加速离子，W用于处理 纤维素或木质素纤维素基材料。潘宁型源的设计在Prelec( 1997)第7.2.1节中讨论。
[0184] 多种类型的静电加速器和/或动态加速器通常也可W用于加速离子。静电加速器 通常包括保持在不同的DC电压下的多个静电透镜。通过选择施加到各个透镜元件上的合适 的电压值，可W将引入加速器中的离子加速到选定的最终能量。图13显示了为加速离子W 处理纤维素或木质素纤维素材料1835而配置的静电加速器1800的简化的示意图。加速器 1800包括产生离子并将离子引入离子柱1820中的离子源1810。离子柱1820包括多个静电透 镜1825,所述透镜将离子源1810产生的离子加速W产生离子束1815。向透镜1825施加DC电 压;透镜的电势在操作过程中保持近似恒定。通常，各个透镜中的电势是恒定的，并且离子 束1815的离子在各个透镜1825之间的间隙中被加速。离子柱1820还包括偏转透镜1830和准 直透镜1832。运两个透镜将离子束1815引导至纤维素或木质素纤维素材料1835上的选定位 置，并将离子束1815聚焦到纤维素或木质素纤维素材料上。
[0185]尽管图13显示了静电加速器的特定实施方案，但是很多其它变化方案也是可W的 并适合用于处理纤维素或木质素纤维素材料。例如，在一些实施方案中，可W将偏转透镜 1830和准直透镜1832沿着离子柱1820的相对位置交换。也可W在离子柱1820中存在另外的 静电透镜，并且离子柱1820可W进一步包括静磁光学元件。在某些实施方案中，在离子柱 1820中可W存在很多种附加元件，包括偏转器(例如四极、六极和/或八极偏转器），过滤元 件例如孔W从离子束1815中去除不期望的物质（例如中性物质和/或某些离子物质），提取 器(例如用于形成离子束1815的空间轮廓），W及其它静电和/或静磁元件。
[0186] 动态线性加速器一一经常称为LINACS-一也可W用于生成可用于处理纤维素或 木质素纤维素材料的离子束。通常，动态线性加速器包括具有一线性系列的射频腔的离子 柱，各个射频腔产生高强度的振荡射频(RF)场，将该场定时W与离子向离子柱中的注射和 传播相一致。作为实例，诸如速调管的设备可W用于在腔中产生RF场。通过使场的振荡与离 子的注入时间匹配，RF腔可W将离子加速到高能量而不必长时间保持峰值电势。结果， LINACS通常不具有与DC加速器相同的防护要求，并且通常在长度上更短。LINACS通常在 3G化（S频带，通常限于相对较低的功率)和IG化化频带，能够进行显著更高功率的运行）的 频率下运行。典型的LINACS具有2-4米的总长度。
[0187] 动态线性加速器1850(例如LINAC)的示意图显示在图14中。LINAC1850包括离子 源1810W及包含S个加速腔1860的离子柱1855、偏转器1865W及聚焦透镜1870。偏转器 1865和聚焦透镜1870用于在加速后将离子束1815操纵并聚焦到纤维素或木质素纤维素材 料1835上，如W上所讨论。加速腔1860由传导性材料例如铜形成，并充当经加速的离子的波 导。与各个腔I860相连的速调管1862产生在腔内将离子加速的动态RF场。将速调管1862各 自配置成产生运样的RF场:它们一起将离子束1815中的离子在入射到纤维素或木质素纤维 素材料1835上之前加速到选定的最终能量。
[0188] 如W上针对静电加速器所讨论，动态加速器1850的很多变化形式也是可W的，并 且可W用于产生用于处理纤维素或木质素纤维素材料的离子束。例如，在一些实施方案中， 在离子柱1855中也可W存在附加的静电透镜，并且离子柱1855可W进一步包括静磁光学元 件。在某些实施方案中，很多种附加的元件可W存在于离子柱1855中，包括偏转器(例如四 极、六极和/或八极偏转器）、过滤元件例如孔W从离子束1815中去除不期望的物质(例如中 性物质和/或某些离子物质）、提取器(例如用于形成离子束1815的空间轮廓），W及其它静 电和/或静磁元件。除了W上讨论的具体的静电加速器和动态加速器，其它合适的加速器系 统包括例如：可从日本NiSSinHighVol化ge获得的DC绝缘忍变压器（ICT)型系统，可从L3-PSD(美国）、LinacSystems(法国）、Mevex(加拿大）和MitsubishiHeavyIndushies(日 本)获得的S频带LINACS;可从IotronIndus化ies(加拿大）获得的L频带LINACS;W及可从 BudkerLaboratories(俄罗斯)获得的基于ILU的加速器。
[0189] 在一些实施方案中，基于vandeGraaff的加速器可W用于产生和/或加速随后用 于处理纤维素或木质素纤维素材料的离子。图15显示了vandeGraaff加速器1900的一个 实施方案，该加速器包括球形壳电极1902和绝缘带1906,该绝缘带在电极1902和加速器 1900的底部1904之间循环。在操作过程中，绝缘带1906沿着箭头1918所示的方向在滑轮 1910和1908上行进，并将电荷携带到电极1902中。电荷从带1906上去除并向电极1902转移， 使得电极1902上的电势的大小提高，直到电极1902通过火化放电（或者，直到充电电流被负 载电流平衡）。
[0190] 如图15所示，滑轮1910接地。在带1906-侧的一系列点或细线之间保持电晕放电。 配置线1914W保持加速器1900中的电晕放电。将线1914保持为正电势，W使得带1906截取 从线1914向滑轮1910移动的正离子。当带1906沿着箭头1918的方向移动时，被截取的电荷 被携带到电极1902中，在此它们被针尖1916从带1906上去除并转移到电极1902。结果，正电 荷在电极1902的表面上累积;运些电荷可W从电极1902的表面上放电并用于处理纤维素或 木质素纤维素材料。在一些实施方案中，可W配置加速器1900W通过在相对于接地滑轮 1910的负电势下操作线1914和针尖1916而提供带负电的离子。
[0191] 通常，可W配置加速器1900W提供用于处理纤维素或木质素纤维素材料的很多种 不同类型的正电荷和负电荷。电荷的示例性类型包括电子、质子、氨离子、碳离子、氧离子、 面素离子、金属离子和其它类型的离子。
[0192] 在某些实施方案中，可W使用串列式加速器(包括折叠式串列式加速器)来生成用 于处理纤维素或木质素纤维素材料的离子束。折叠式串列式加速器1950的一个实例显示在 图16中。加速器1950包括加速柱1954、电荷剥离器1956、束偏转器1958和离子源1952。
[0193] 在操作过程中，离子源1952产生带负电的离子束1960,该离子束被引到通过输入 口 1964进入加速器1950。通常，离子源1952可W是产生带负电的离子的任何类型的离子源。 例如，合适的离子源包括通过飽瓣射源的负离子源(SNICS)、RF电荷交换离子源或者环状空 间离子源(TORVIS)。上述示例性离子源中的每一个可W从例如化tionalElectrostatics Corporation(Middleton，WI)获得。
[0194] -旦在加速器1950中，束1960中的负离子被加速柱1954加速。通常，加速柱1954包 括多个加速元件例如静电透镜。为加速负离子而在柱1954中施加的电势差可W用多种类型 的设备产生。例如，在一些实施方案中（例如PelIetron⑥加速器），使用PelIetron液充 电设备产生电势。Pelletron?设备包括由多个金属(例如钢)链节或小球(pellet)形成 的带电带，所述链节或小球由绝缘连接体(例如由诸如尼龙的材料形成)桥接。在操作过程 中，带在一对滑轮之间循环，滑轮之一保持在接地电势。当带在接地滑轮和相对的滑轮(例 如末端滑轮)之间移动时，金属小球通过感应带正电。在到达末端滑轮后，将在带上累积的 正电荷去除，并且当小球离开末端滑轮并返回接地滑轮时带负电。
[0195] Pell:etron@?设备在柱1954中产生用于加速束1960的负离子的大的正电势。在 柱1954中发生加速后，束I960通过电荷剥离器1956。电荷剥离器1956可WW薄金属锥和/或 含有气体的管的形式实现，其例如将电子从负离子中剥离。带负电的离子从而转变成带正 电的离子，该带正电的离子从电荷剥离器1956中出现。改变出现的带正电的离子的轨线W 使得带正电的离子返回并通过加速柱1954,在柱中经历第二次加速，然后作为带正电离子 束1962从输出口 1966出现。然后可W将