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加速器原理介绍演示教学

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加速器原理 配套课件

加速器原理 配套课件

一、什么是加速器？
● 加速器全名为“荷电粒子加速器”，是使带电粒子在真空中受磁场力控制、 电场力加速而达到高能量的一种装置。
如图所示，电视机及计算机 显示器就是一小型的加速器。
●加速器应称为“粒子加能器” 但“加速器”的名称早已为人们 普遍接受，故一直被沿用。
● 加速器技术是核技术的 一个重要分支。
3）回旋加速器 ● 1958年—1959年，清华大学2.5MeV电子回旋加速器出束。 ● 1958年：原子能研究所自苏联引进了磁极直径1.2m回旋加速器。60年代
初，先后由北京重型电机厂、上海先锋厂仿制了1.2m、1.5m回旋加速器。 ● 20世纪70年代末至80年代初，由一机部自动化所（即现北京机械工业自
动化研究所）与清华大学、国家计量局合作研制了25MeV电子回旋加速器
§1.1 加速器及其发展历史
三、加速器发展历史
4、加速器技术在中国的发展
4）电子直线加速器 ● 1964年，科学院高能所30MeV电子直线加速器建成。 ● 1974年—1975年初，北京（北京医疗器械研究所、清华大学）、上海
（上海医疗器械厂、高能所）各自研制的10MeV医用电子行波直线加速器 相继成功出束。1977年，上述加速器通过鉴定后，北京医疗器械研究所、 上海医疗器械厂、南京电子管厂、四川东风电机厂、四机部十二所开始小 批量生产或研制医用和工业用电子行波直线加速器
加速器原理 配套课件
目录
第一章 绪 论 第二章 粒子源与束流品质 第三章 倍压加速器 第四章 高压静电加速器 第五章 回旋加速器 第六章 电子感应加速器 第七章 自动稳相准共振加速器基础 第八章 回旋型准共振加速器 第九章 环型准共振加速器
加速器原 理
第一章：绪 论
§1.1 加速器及其发展历史
加速器原理 第三章 倍压加速器

加速器原理 第三章 倍压加速器

沿轴的磁场分布如图所示。其 束流光学特性，可按以下方法处 理。每一个磁场分布峰可近似处理 为一个薄透镜，每一个独立的磁场 分布峰可用Glaser 模型近似描述
§3.5 离子束传输的聚焦元件
局完全击穿）。 （2）防止表面爬电（绝缘环要足够长）。 （3）防止电子负载现象。 （4）尽量采用屏蔽措施（保护陶瓷环）。 （5）加速管的束流聚焦性形能。
加速管实例
s
c s
§3.5 离子束传输的聚焦元件
概述 为了保证将加速的束流传输到 本节讨论常用的一些聚焦
靶上，必须应用电场、磁场或 元件及其聚焦性能。
§3.2、倍压电源
1、倍压原理
倍压电源由一个升压变压器和多级的由高 压电容和整流二极管组成的多级倍压线路组 成。电路如图所示。
C1、C2 Cn 为主电容（相等）。
C1、C2 Cn 为辅助电容（相等）。
升压变压器将交变电压 升到几十千伏以上。
以单极倍压线路为例 分析倍压原理。
多级倍压线路
§3.2、倍压电源
VC1 ~ 2Va
§3.2、倍压电源
对N级倍压线路，经过 n 个 周期，主电容柱端（直流柱）最高 是空载电压为：
2NVa 辅助电容柱端（交流柱）空载电 压：
2(N-1)Va-Va sin (wt)
§3.2、倍压电源
2、负载电流对倍压线路输出 电压的影响
前面已得到空载理想状态下，主 电容柱端可达到2NVa高压，实际倍 压线路总要给加速器供电，即有一定 的负载。
的改进途径
3）倍压线路的改进办法
2）电压波动的限制
#不能用减小负载电流 i 的办法来降低
V 和 V
由：
V
i
N (N 1)
fuC 4
加速器原理-第2章

加速器原理-第2章


分子态变成原子态称离解。 分于或原子太变成分子离子或原子离子称为 电离。 电离的逆过程，称为复合。复合现象主要是 发生在放电室壁附近，并与壁的材料有关。金 属的复合系数高于绝缘材料，因此有些离子源 的放电室用石英或优质玻璃制成。复合现象对 工作状态影响不大的离子源，放电室仍由金属 制成。

（3）引出系统 引出系统的要求是: 能引出强的束流或具有高的引出效率； 引出的束流具有优良的品质； 具有适当的气阻。（放电室内是低真空，气 压为0.1～10Pa。加速管内则须保持高真空， 气压低于10-3Pa ）
加速器原理
教师：刘晓辉
成都理工大学 核技术与自动化工程学院
第2章 带电粒子源
粒子源（particle source）是产生带电粒子束 的装置。 粒子源与加速器两者是相辅相成的。加速 器的发展对粒子源不断提出新的要求，而粒子 源技术的每个重大突破和发展又促进了加速器 的发展与革新。 粒子源的水平决定加速器的流强、发射度、 粒子种类。
2.离子源的工作原理及主要组成部分 离子源由供气系统、放电室、引出系统及聚焦 电极组成。
（1）供气系统：由管道及阀门组成。将需要 的气体充入放电室，气压一般为10～10-1pa。 充入相关的气体。 氢气——质子，氦气——α粒子 （2）放电室：充入的气体在放电室中电离， 形成等离子体。按形成等离子体的不同方式。 离子源分成不同的种类。但无论哪一种电离方 式，在等离子体形成的过程中都是自由电子起 着主要的作用。来自发射或场致发射的电子以 及空间的自由电子，受到电场加速而具有一定 的动能。它们与气体分子碰撞将导致分子的离 解和电离。
放电原理：从阴极发射出的电子在阴极和对阴 极之间往返的运动同时，又受到轴向磁场的约 束，使电子沿轴线做螺旋运动。从而增加了与 气体分子发生电离碰撞的概率。
《加速器》(课件)

《加速器》(课件)


◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 3.对于同一回旋加速 器，其粒子回旋的最大半 径是相同的，所以最大速 度必须满足
qBR vm m
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 4.因为狭缝极小，故 电场运动时间可以忽略.
t总 t 磁
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 4.因为狭缝极小，故 电场运动时间可以忽略.
t总 t 磁
1 mv 2 m m 2 t磁 n qB qU qB 1 m (qBR) m 2 m qU qB
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 1.带电粒子每经电场加 速一次，回旋半径就增大一 次，每次增加的动能为 Ek=qu， 粒子每经过一个周 期，被电场加速两次。 2.交变电场周期等于粒 子在磁场中的运动时间，即 2m T电 = T磁 qB
2.(多选)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度 为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时 间可忽略，它们接在电压为U、频率为的交流电源上，若A处粒 子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是( ) A.若只增大交流电压U，则质子获得的 最大动能增大 B.若只增大交流电压U，则质子在回旋 加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度B增大，交流电频率必 须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率， 该回旋加速器也能用于加速粒子
2.(多选)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度 为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时 间可忽略，它们接在电压为U、频率为的交流电源上，若A处粒 子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是( BC ) A.若只增大交流电压U，则质子获得的 最大动能增大 B.若只增大交流电压U，则质子在回旋 加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度B增大，交流电频率必 须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率， 该回旋加速器也能用于加速粒子
加速器原理-普通电子回旋加速器

加速器原理-普通电子回旋加速器


L c
(电子速度很快达到光速),
ks
一般
取1，也就是相邻两圈所用时间差为一个高频周期，
所以：
L c Tr
得出： (DN DN1) cTr r
即
D r
如果高频信号波长为10cm，则电子相邻轨道间 的跨距为3.2cm。可见：
1.电子回旋加速器中电子的轨道间距大，电子引出 效率高。
2.电子轨道间距只与高频场的波长有关，减小波长 就可以缩短轨道间的跨距，提高利用率。目前大 多数电子回旋加速器选用波长为10cm，也有的用 波长为3cm,5cm的高频信号源。
以使电子每次加速的能量增益大大提高。为此，需要
把轨道磁铁分为两半，增加放置多腔谐振腔的直线段，
这就是跑道式电子回旋加速器的基本思想。
3）如果能缩短电子轨道间的跨距，也可以提 高磁铁的利用率。
电子回旋加速器中电子轨道跨距为：
D DN DN1
轨道长度差用L 表示则：
L (DN DN1)
时间差约等于
TsN=[ks1+(N-1)⊿ks] Tr
2.谐振加速条件：电子每次进入谐振腔时，高频电场 的相位为一不变常数。
第一圈电子的回旋周期：
Ts1
Ks1Tr
2 s1
ec2 B
2
ec 2 B
(
0
Wi
Ws1)
第N圈电子的回旋周期：
TsN
KsNTr
[ks1 (N
1)ks ]Tr
2 sN
ec2 B
每一圈回旋周期的增加量：
3.当高频场的波长选定后，电子轨道间的跨距即为 定值，改变加速器的轨道磁感应强度，就可以从 同一个位置引出不同能量的电子。
普通电子回旋加速器用单个谐振腔加速电子。电子每 转一圈加速一次，受谐振腔能建立起来的最高场强的 限制，电子每次加速的能量增益仅有1—2个静止能量。 要把电子加速到几十MeV，需要转几十圈。随着圈数 的增多，电子流强度下降。更重要的是，当圈数过多 时，可能发生共振而失去稳定性。此外，由于每次加 速电子的能量增益不能太高，轨道磁感强度就很低， 因而磁铁半径加大。这将引起磁铁体积增大使其造价 提高。所以，普通电子回旋加速器一般只能把电子加 速到20—40MeV。
加速器原理-第5章

加速器原理-第5章

2 1/ 2
假定离子的始发相位φi=0，而进入减速之前φf的极值 为φf=π/2，则
Wm
2qeVa m0c
2

一般情况下加速电压的幅值在200kV左右，此时上式 给出的质子的最高能量Wm仅11MeV左右。如果再考 虑磁场降落的因素， Wm就更低了。
上式也可倒过来写成达到某种能量所需的阈电压
W Vm 2qe m0c 2
磁体——产生直流磁场； 高频电压发生器——提供加速电场；
中国第一台回旋加速器
3. 电磁场的聚焦
电隙的轴向电焦聚 ：“变速聚焦” 和“相位聚焦” 如果不计离子通过电隙时相位发生的变化，那么 情况就和直流透镜时的一样，不论是加速的或是减速 的离子，总的效应总是聚焦的。聚焦的强度则决定于 离子速度的相对变化。这样的机制称为“变速聚焦”。 离子穿过电场时的相位变化，在电场处于随时间下 降的状态下（余旋波的0°～180 °）通过电隙的那些 离子，不论是处于加速状态或是减速状态，他们受到 的聚焦力都大于散焦力，因此总的作用都是聚焦的。 反之，对于那些在电场上升状态下通过的离子，总的 作用都是散焦的 。这样的机制称作“相位聚焦”，其 强度与离子的相位有关。显然这样的聚焦是交变电场 所特有的。
W A
加速粒子的轨道形状： 对某一定种类的加速粒子，在既定的磁场 B中加速， 其动能正比于运动半径的平方：
W C r2
故可求得，半径的相对增量和能量的相对增量半之间的 关系为: r 1 W r 2 W 在回旋加速器中每回旋一圈，加速两次的动能增量为：
W 2qVa cos
d d dN W b(r ) 2 dW dN dW qeVa cos m0c
于是
eqVaLeabharlann fi
加速器原理介绍 ppt课件

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五、微波传输系统
加速器原理介绍
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元 件等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
加速器原理介绍
——原理及各系统介绍
2014年1月
一、基本概念
加速器原理介绍
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电
场力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
加速器原理介绍
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防 止打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
一、电子枪
加速器原理介绍
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器 的设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发 射束流连续可调，最大束流为1A 。
加速器原理介绍课件

加速器原理介绍课件

电子直线加速器的应用范围很广，目前，主要用于医疗器械和卫生用品的辐 照消毒灭菌、食品辐照保鲜、粮食灭虫、进出口食品检验检疫、中成药灭菌、抗 生素降解、环境保护、半导体器件改性、化工新产品开发等。
3
第二节 电子加速器及分类
二、基本结构
电子加速器主要包括：电子枪、加速结构、导向聚焦系统、束流输运系 统和高频功率源或高压电源五个基本部分。如下图所示：
加速器真空系统要求离子泵必须每天24小时不间断工作，即使加速器未 正常出束也要求如此。供电时必须考虑到这一点。
工作真空度应高于5×10-6Pa。
14
电子直线加速器系统
七、恒温系统
恒温系统由恒温和水冷系统组成。恒温水工作温度要求38℃±0.5℃，总 流量5.5吨/小时。水冷系统采用循环蒸馏水进行冷却。
12
电子直线加速器系统
五、微波传输系统
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元件 等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
16
电子直线加速器系统
九、电气控制系统
电气控制系统由PLC和AIC组成。 加速器程序控制是将加速器的各分系统（如聚焦电源、电子枪、加速管、 调制器、速调管、微波系统、充气系统、恒温系统、真空系统以及束下扫描 装置等）有机地联系起来，按照一定的程序提供电源和控制信号，使加速器 能够按照预设的过程，借助运行键自动产生加速器能量、束流、扫描宽度及 自动开启、关闭高压；并对加速器的运行过程进行监测。 电气控制系统采用模块化设计，逻辑清楚、性能稳定可靠、易于维护。
高中物理回旋加速器原理ppt

高中物理回旋加速器原理ppt


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福利特权
开通VIP后可在VIP福利专区定期领取多种福利礼券。
（2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间 的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒 直径的匀强电场，加速就是在这个区域完成的.
（3）交变电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝 时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加 一个与T=2πm/qB相同的交变电压
1.D形金属扁盒的主要作用是什么？ 2.在加速区有没有磁场？对带电粒子加速有没有 影响？ 3.粒子所买的VIP时长期间，下载特权不清零。
加速器原理-同步加速器

加速器原理-同步加速器

300qr0
脉冲工作：数秒一次到每秒几十次
有一定初始能量的电子 (一般大于10~15MeV)从 注入器注入到真空室。 主导磁场随时间周期地 变化着，当电子注入时， 主导磁场值比较低，随 着电子不断加速，主导 磁场的值同步增加。
同步加速器的主导磁场需要调变，因此它是脉冲式工作的
2. 圆形轨道加速条件与调频规律

M

x0 x0
(s) '(s)

cos x

cos
2
N
x
1
cos z

cos
2 z
N
1
N是加速器周期聚焦单元的单元数
1.主导磁场畸变导致闭轨畸变
某一处主导磁场发生一小
畸变量 B

x0 x0
(s) '(s)


M

x0 x0
(s) '(s)
高能电子同步加速器常用
b、束流的积累 增强器和储存环
增强器实际上是一台同步加速器，它的作用 在于将从直线加速器或别的加速器来的带电粒 子加速到一定的能量，使能量，束流时间结构 等参数与下一台加速器相匹配，同时使束流强 度与品质得到改善。
储存环，重要的不只是注入，而且要积累 带电粒子,不断让具有较高能量的粒子注入并 进行积累，最后得到高亮度束流。
T3
Two gases of different temperatures T1 an T2 tend to an equilibrium temperature T3
electron
beam kT=1/2mv 2
ion beam
2 kT=1/2MV
As the electron beam is 1/2 continuously renewed, the V=v(m/M) ion beam temperature tends
加速器原理-回旋加速器

加速器原理-回旋加速器


则
202
Vth

2
938 .3

670
KV
不可能实现
除了提高压来增加能量上限之外，另一个途径
是延长离子滑相的“路程”，用以提高离子穿越
加速电场次数。
加大滑相范围
Wm
2 0qeVa h
(sin f
sin i )
i : 0 / 2 使滑相由增加一倍，能量上限增加40%。但轴向散焦。
c 2r 2m
高频电压 : VD Va cos(2fd t )
每通过一次加速缝，离子 能量增量为:
W qeVa cos
谐振加速器的普遍条件可写成 Tc kTd
式中k为等于或大于1的奇整数(k=1,3,5……)。为什么？
二、基本组成部分 1.产生直流磁场的磁体 2.D形盒高频电压发生器 3.离子注入系统与引出系统 4.真空系统和供电控制系统 三、主要问题 1.横向聚焦力 2.滑相问题 3.运动的稳定性（非理想粒子的丢失问题） 4.中心区、注入、引出 5.磁铁、高频
磁场强度沿半径与离子能量同步增长：等时性回 旋加速器，n<0 轴向不稳定！（托马斯加速器）
第六章 回旋加速器
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 经典回旋加速器 稳相加速器 等时性回旋加速器 离在中心区和引出区的运动 高频与磁铁系统 回旋加速器的发展概况和实例
第一节
前言
劳伦斯（wrence）于1930年提出了回旋加速器的建议。 他设想用磁场使带电粒子沿圆弧轨道旋转，多次反复地通过高频加 速电场，甚至达到高能量。按照劳伦斯的原理建造了一批所谓经典 的回旋加速器 ，最大的几台可产生44MeV的α 粒子或22MeV的质子。 由于相对论引起的矛盾和限制，经典加速器的能量难以超过每核子 二十几兆电子伏的范围。回旋加速器所达到的能量超过了当时其他 加速器的能量。回旋加速器创造的加速方式奠定了人们日后发展各 种高能粒子加速器的基础。

直线加速器系统讲义PPT课件

1. 脉冲功率（ PM ）
P MU MIM
2. 调制器的效率( M )
M P 出 P 入
3. 重复频率( f M )
fM 1TM
7
4. 脉冲波形
用于表示脉冲波形常用的三个参数
1）脉冲前沿 : 从稳定值的5%上升到90%所用的时间。
2）脉冲后沿 c : 从稳定值的90%下降到5%所用的时间。
5
四 简单工作原理 • 直流高压电源通过充电电感向传输线充电，当充到两倍
的电源电压后，处于等待状态。 • 当有一低压脉冲加到开关管（闸流管）的栅极上时，开
关管则导通。 • 传输线通过开关管向负载放电。 • 负载上得到一高压脉冲，其宽度由传输线长度决定。
6
§1.2 脉冲调制器的技术要求
一 基本参数
4
§1.1 引言
一 脉冲调制器的定义
凡是能够将一种信号的电压变化（或某种信息变化）去
改变振荡参数的设备叫调制器。脉冲调制器就是用脉冲的 电压去改变微波源的振荡幅度。
二 脉冲调制器在加速器中的应用
在使用微波电场加速带电粒子的加速器中的微波源大 多是脉冲工作的。
三 脉冲调制器的作用
负责提供给微波源（磁控管、速调管）一定振幅、一 定包络宽度、一定重复周期、功率为一定大小的高压脉 冲。
I l ----调制器的输出电流
14
Rl
ul il
1 Kul1
2
3.电子枪
1) 非线性阻抗。 2)相应于磁控管是高阻(在工作点附近 约几百K ）。
因此，在设计调制器时，不考虑电子枪的负 载对调制器的影响。
15
§1.3 线型脉冲调制器的基本电路
2
充电隔离元件
5
储能元件

电子直线加速器的工作原理课件

加速电压
加速管中的微波电场通常由微波源 产生，并由速调管进行调谐，以实 现高效加速。
微波传输与能量耦合
微波源
微波源产生微波能量，并通过微 波传输系统将其传输到加速管中
。
能量耦合
微波能量通过耦合结构传输到加 速管中，为电子束提供加速能量
。
传输效率
为了提高加速效率，需要确保微 波传输系统和能量耦合结构的稳
环保问题
电子直线加速器在运行过程中会产生一定的噪音和热量，需要采取相应的环保措 施，减少对周围环境的影响。
THANKS
感谢观看
作用而获得能量。
加速管通常采用高电压、高频率 的电源，以实现电子的高效加速
。
加速管的长度和直径根据加速电 子的能量和束流强度而定，一般 采用金属材料或复合材料制造。
微波功率源
微波功率源是电子直线加速器 的能源部分，其作用是将电能 转换为微波能，为加速管提供 能量。
微波功率源通常采用磁控管或 速调管等微波器件，其工作频 率根据加速电子的能量而定。
微波功率源的输出功率和稳定 性对加速器的性能和稳定性有 重要影响。
真空系统
真空系统的作用是提供高真空环境，以减少电子与气体分子的碰撞损失，提高加速 效率。
真空系统通常包括真空泵、真空测量系统和真空容器等部分。
真空度要求根据加速电子的能量和束流强度而定，一般要求达到10^-6 Torr或更低 。
控制系统
束流品质
束流强度
束流强度是指单位时间内通过加速器 的电子数量。高束流强度能够提供更 强的电子束，适用于需要大剂量电子 束的应用，如放射治疗和放射成像。
束流纯度
束流纯度是指电子束中特定能量或特 定质量电子的比例。高纯度电子束能 够提高实验或应用的精度和效果。

电子直线加速器的工作原理 ppt课件


ppt课件
12
行波加速原理的核心是电子速度和行波相速之 间必须满足同步条件： v(z) vp(z) (2-3)
电子在行波电场作用下，速度不断增加，要求
行波电场的传播速度也同步增加，以对电子施 加有效的作用。显然，若同步条件遭到破坏， 电场就不能对电子施加有效的加速，如果电子 落入减速相位，电子还会受到减速。
其初始速度v(0)就很难保证做到和设计加工好的加速管的初始相速度 绝对相等,另一方面从电子枪注入到加速管的电子，器注入时刻是有先后 的，不可能注入到同一相位上。此时无论是电子比波快还是电子跟不上波，
电子相对于波的相位就存在滑动，我们称之为“滑相”，这种滑相也就 被称为相运动。

将相运动控制在允许的范围内，使电子在这相位范围内往返地滑动，
所以式（2-9）也常常表示 成：
v
(z)
p

（2-10）
ppt课件
19
由式2-10，我们可以改变盘荷波导的尺寸，特别是皱
折深度（b-a）可以控制行波电场传播速度
，
使之v与p 电(z子) 速度 v(z) 同步，从而实现行波加速。
如图2-11，用海浪和冲浪运动员来形象比喻行波电场
和电子。
根据狭义相对论，电子速度V和动能满足下列
关系
v c
1 (
m0 c 2
2
)
W m0 c2
（2-4）。
式中 m0c2为电子静止能量0.511MeV，W为电子动
能，c为光速，
e
v
c
ppt课件
13
根据式（2-4），电子速度约为v=0.17~0.37c;当加速 到1~2MeV时，电子速度就达到v=0.94~0.98c ，如前

加速器原理 第七章 自动稳相准共振加速器基础


必然有： s Ze coss 0件
3、圆形轨道准共振加速器 的加速条件
4）讨论：
例二：等时性回旋加速器 ——磁场空间调变式加速器。
同步粒子回旋周期和共振加速条件：
2 (t)
Ts ZeC 2 B(r) kTrf
k 常数
k 0
2、概念
1）同步粒子： 假设被加速的粒子能量及能量增长完全一致，每加速一
圈所有粒子的相移就完全一致，这样可以通过对加速电场 频率或磁场按一定规律调变，使之与这些特定的粒子保持 严格的同步。这样这些粒子的加速相位就可以始终落在同 一特定的相位上，使共振加速得以持续地进行。这些粒子 称为同步粒子。同步粒子的相位称为平衡相位（ s ）。
1、共同特点
1）用高频电场进行加速 2）对某些参数（如频率）采取一定的形式的调变，使同步
粒子满足共振加速的条件，加速相位保持不变（ s -同 步粒子加速相位） 3）在一定范围内偏离 s 的非同步粒子都能递循自动稳相 原理，在加速过程中其相位围绕 s 作相震荡运动，并逐 渐趋于 s 。
§7.1自动稳相式准共振加速器的共同特点
变化磁场产生的涡旋电场来加速粒子。受电子的辐射能损及 最高磁场的限制，最高电子能量：～300MeV
都属于中低能加速器。
前言
2、自动稳相原理的提出
在一定加速电压下的多次共振加速是提高能量的重要途径，但由于受相 对论效应造成加速相位移动的影响，回旋加速器所能达到的最高能量受到限制。
在回旋加速器和电子感应加速器的基础上，1944～1945年，前苏联 Β.И.韦克斯勒和美国E.M.麦克（E.M.Mcmnlan）各自提出了自动稳相原 理，给出自动稳相准共振加速器的基本模式。
vs Ls
Trf
1 k

加速器原理课件

型盘旋加速器 • MV成像：电子直线加速器
The Era of RF Linear Accelerators
☺ The first linear electron accelerator was installed at Hammersmith Hospital, England, in 1952, (8MeV)
• 减少束流横向丧失的措施： • 外加纵向聚焦磁场〔即外加聚焦线圈〕 • 充分利用驻波加速腔的电透镜聚X用 • 电子束负角注入技术：最正确负注入角-2°～
电子直线加速器的工作特性
• 主要输入参数〔工作参数〕：微波功率，微波 频率，〔束流负载〕
• 主要输出参数〔性能参数〕：束流能量，输出 辐射强度
p 模工作的驻波 腔链场分布的示 意图
向前行波和向后行 波合成驻波的示 意图
驻波加速结构与行波加速结构相比， 在能量 增益方面的好处
• 驻波加速结构中可利用的微波 功率可有所提高。
• 在行波结构中，终端的微波功 率的消耗在终端汲取负载上；
• 在驻波结构中，由于终端短路 剩余功率全部反射， 只要相 位适宜，屡次反射的功率可对
多腔磁控管的根本构造
不同的阳极及其振荡系统
•能量输出装置
磁钢
•调频机构 •冷却
多腔磁控管的根本工作原理
几个重要概念：
•临界状态 •π型振荡 •同步条件
r m0v eH
2np (n 0,1,2,......) N
t (m 1)T (m 0,1,2,......) 2
•电子群聚 •脉冲工作
V V
2Q
2 L
f
fo
2
式中 Q L - 外观品质因数
6000
(2-166)

加速器讲义

7mw23mev23mev作用将电子注占据的相宽在纵向的压缩它发生在加速器的前面部分这时电子的能量不高整个加速管的能量发散基本上决定于群聚器输出电子注的相位宽度加速器的工作方式电子在这个脉冲宽度中可以看成是连续发射注入群聚腔的在经过预群聚腔的相位会聚之后大多数电子会聚到090范围内再经过群聚腔继续汇聚在群聚腔的出口集中相位在2045附近在通过主加速管段时逐步滑相最后在主加速管出口时会集在波峰之后的一个小相位附近在一个脉冲中微波场振荡达到几千次电子枪连续发射的电子流通过整个加速管后就形成了几千块电子注从加速管末端射出微波的定义微波一般是指电磁波谱中介于普通无线电波与红外线之间的波段波长在11000mm之间是无线电波rf中波长最短的波段微波频率段的划分频率段频率ghz波长cm中心频率ghz0391557691931301553901937730039062077485456201090482893810903600280824003600460008073480460056000705500056001000005038000医用电子直线加速器一般采用的是s波段少数采用x波段或l波段医用加速器的rf功率源类型磁控管magnetron和速调管klystron通常低能机用磁控管高能机用速调管磁控管的特点磁控管本身能够振荡并通过自动频率控制afc系统调整磁控管的频率调节杆的位置使磁控管的工作频率与加速管的固有频率一致结构一般由部分组成
C形臂X刀
专门用于立体 定向放射外科 及立体定向放 射治疗的装置， 解决加速器非 共面弧形照射 需要多角度旋 转，摆位精度 和重复性很难 满足需要
C形臂X刀的结构特点
旋转机架和常规医用电子直线加速器一样，绕Y 轴旋转。C形臂装在旋转机架上的导轨内，可绕U 轴旋转60º 而构成相互垂直二轴旋转系统 患者精密摆位后，治疗床在治疗过程中始终不动， 提高了治疗等中心精度 机架旋转角φ≤±195º ，C形臂旋转角ψ=0~60º， 从而使患者头部86.5%的立体角范围内可获得治疗 照射 X射线能量可任选4MV或6MV。本机选用了较长的 卧式加速管结构和270º 偏转装置，以降低机架高 度 照射头对侧的C形臂端，装有小型活动挡束板，降 低了对机房的屏蔽要求
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电子直线加速器系统
五、微波传输系统
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元 件等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
电子直线加速器基础培训
——原理及各系统介绍
2014年1月
一、基本概念
电子加速器及分类
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电
场力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
四、微波功率源
电子直线加速器系统
微波功率源由固态源、速调管和调制器组成。固态源提供给速调管微波 信号。调制器给速调管提供灯丝电流和高压脉冲，同时供给电子枪所需的60KV的脉冲高压。速调管是一种周期性的调制电子注的速度来实现振荡或放 大功能的微波电子管，它放大来自固态源的微波信号（脉冲功率大于100W） 至脉冲功率3.5MW以上。三者之间的结构关系见下图所示：
注意事项：
1）阴极不允许长期暴露在大气中 2）电子枪工作于温度限制状态
电子直线加速器系统
一、电子枪
1、20KW电子枪主要参数指标
参数名称
符号
标称值
最大值
说明
阳极电压（脉冲)Va脉 Nhomakorabea宽度τ
工作比
D
50KV 16μs 1.0%
55KV
钛泵电压
VTi
4.5KV
5KV
2、注意事项
a）管内不能含有氟（F2）、氯（Cl2）、氧 （O2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫 （SO2）和水蒸汽（H2O）等对阴极有害的气体，即使是较低的压强也会引起阴极中毒 ，轻微的中毒也会引起束流的不稳定。
电子直线加速器的应用范围很广，目前，主要用于医疗器械和卫生用品的辐 照消毒灭菌、食品辐照保鲜、粮食灭虫、进出口食品检验检疫、中成药灭菌、抗 生素降解、环境保护、半导体器件改性、化工新产品开发等。
第二节 电子加速器及分类
二、基本结构
电子加速器主要包括：电子枪、加速结构、导向聚焦系统、束流输运系 统和高频功率源或高压电源五个基本部分。如下图所示：
六、真空系统
电子直线加速器系统
真空系统由电子枪、加速管（包括输入、输出耦合器）、束流输出系统 （包括输出X、Y导向，束流感应圈，漂移管）、扫描窗、离子泵及软波导、 抽空管道和超高真空阀门组成。
真空系统能够保障加速器电子枪电子的正常发射、加速器束流的正常传 输，确保加速腔体与微波部件在高功率微波信号作用下不被击穿。
b）整机电源系统中要有阴极发射电流的监测装置，随时判断电子枪的阴极发射是否 正常，这对故障的分析和判断极为有利。
c）整机电源系统要具备在发生打火以及钛泵电流过流时，高压能自动切断的功能。
d）在工作状态下，严禁阴极暴露大气，否则会造成电子枪的永久性损坏。
二、加速管
第五节 电子直线加速器系统
海维加速器采用精心设计的盘荷波导加速管，采用行波加速原理，利用 射频场加速电子。 主要参数：
加速器真空系统要求离子泵必须每天24小时不间断工作，即使加速器未 正常出束也要求如此。供电时必须考虑到这一点。
工作真空度应高于5×10-6Pa。
电子直线加速器系统
七、恒温系统
恒温系统由恒温和水冷系统组成。恒温水工作温度要求38℃±0.5℃， 总流量5.5吨/小时。水冷系统采用循环蒸馏水进行冷却。
恒温系统供给定量恒温循环蒸馏水使加速管恒温，并冷却加速器主要发 热部件，确保加速器达到额定的技术指标，使之长期稳定安全可靠地工作。
一、基本概念
电子直线加速器及原理
C:/Users/lenovo/Desktop/1.gif是电子加速器中的一种类型，它是
带电粒子在高频电场加速下，沿直线轨道传输的加速器装置。电子直线加速器是 利用微波加速电子，电子能量一般都较高（＞5MeV），输出功率在几千瓦到几 十千瓦。由于辐照安全的限制，工业辐照电子直线加速器的最高能量一般定为 10MeV。
电子直线加速器系统
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防 止打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
电子直线加速器系统
九、电气控制系统
电气控制系统由PLC和AIC组成。 加速器程序控制是将加速器的各分系统（如聚焦电源、电子枪、加速管 、调制器、速调管、微波系统、充气系统、恒温系统、真空系统以及束下扫 描装置等）有机地联系起来，按照一定的程序提供电源和控制信号，使加速 器能够按照预设的过程，借助运行键自动产生加速器能量、束流、扫描宽度 及自动开启、关闭高压；并对加速器的运行过程进行监测。 电气控制系统采用模块化设计，逻辑清楚、性能稳定可靠、易于维护。
束流导向与 聚焦系统
电子枪
注入分析 输运系统
加速结构
后输运分析 系统
靶室
高真空设备
束流检测 诊断设备
供电与稳定 控制设备
操作台 控制
加速器主体
束下传输系统
调制器
一、电子枪
电子直线加速器系统
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器 的设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发 射束流连续可调，最大束流为1A 。
（1）频率：S波段，2856MHZ （2）相速：射频场中恒定相位沿加速结构轴线传输的速度 （3）工作模式：每周期（每腔）2π/3模式
电子直线加速器系统
三、束流传输系统
束流传输系统由聚焦线圈和束流输出系统两部分组成。聚焦线圈用来克服 加速管中径向电场和空间电荷的散焦力以得到良好的束流特性。输出系统包括 输出导向、束流感应圈及漂移管，输出导向用于引导加速后的电子准确地进入 束流测量感应圈和扫描系统，束流感应圈用来检测加速器输出脉冲束流。 加速器束流传输系统的结构如下：