加速器(五)调制器

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[文章编号] 1672-8270(2023)10-0220-04 [中图分类号] R812 [文献标识码] BStructural principle and maintenance case analysis of medical linear accelerator/QI Liang, DENG Wei, LI Yu-hui//China Medical Equipment,2023,20(10):220-223.[Abstract] Medical linear accelerators are structurally divided into microwave systems, pulse modulators, accelerating tubes, radiation and control systems, etc., and can be divided into traveling wave accelerators and standing wave accelerators according to different acceleration modes. In the process of fault treatment, the correlation between structural functions and fault symptoms is conducive to the investigation and analysis of the cause of the fault. Faults in multi-leaf collimator (MLC), beam output and temperature control are common in medical linear accelerators. By analyzing the structural principles of medical linear accelerators, the maintenance strategy of the common fault was discussed. The fault sources were determined from the perspectives of structural hardware faults and software system problems. Troubleshooting methods were formulated to solve the faults. Medical engineering technical support personnel should be familiar with the principle of equipment structure and carry out preventive maintenance management. Equipment operators should strengthen daily maintenance to improve the clinical operation quality of medical linear accelerators.[Key words] Accelerator; Microwave system; Accelerating tube; Multi-leaf collimator (MLC); Fault analysis[First-author's address] Department of Medical Equipment, Shandong Cancer Hospital and Institute, Jinan 250117, China.[摘要] 医用直线加速器从结构上分为微波系统、脉冲调制器、加速管、辐射及控制系统等，并按加速方式不同分为行波加速器和驻波加速器。

电子直线加速器中的脉冲调制技术研究脉冲调制技术是电子直线加速器中一项关键技术，用于控制脉冲电流的幅值、时间宽度和重复频率。

它在放射治疗、微细加工和粒子物理实验中起着重要作用。

本文将围绕电子直线加速器中的脉冲调制技术展开研究。

首先，我们来了解一下电子直线加速器的工作原理。

电子直线加速器是一种利用电场加速电子束的装置。

它主要由电子枪、加速管道和能量调制器组成。

电子枪产生电子束，然后通过连续的高频电场加速电子束，使其达到所需的能量。

而脉冲调制技术则用于调节脉冲电流的属性，以满足实验或治疗的需求。

在电子直线加速器中，脉冲调制技术主要包括脉冲的幅值调节、时间宽度调节和重复频率调节。

下面我们将分别介绍这三个方面的研究进展。

首先是脉冲幅值调节。

脉冲幅值调节是指调节脉冲电流的幅值大小。

为了满足不同的应用需求，研究人员采用了多种方法来实现脉冲幅值调节。

其中一种常见的方法是采用开关电路来改变脉冲电流的通断状态，从而达到调节幅值的目的。

另一种方法是利用功率放大器来放大电流信号，并通过调节放大器的增益来改变脉冲幅值。

近年来，随着电子元器件的发展和芯片技术的进步，研究人员设计出了更加高效和精确的脉冲幅值调节方法，提高了电子直线加速器的性能和稳定性。

其次是脉冲时间宽度调节。

脉冲时间宽度调节是指调节脉冲电流的持续时间。

在电子直线加速器中，脉冲时间宽度的调节对于粒子加速和束流切割等应用具有重要意义。

过去，研究人员主要通过改变电子枪中的脉冲源的参数来调节脉冲时间宽度。

然而，这种方法具有操作复杂、调节范围有限等问题。

近年来，采用压控脉冲变信号发生器可以更加灵活地调节脉冲时间宽度，并且可以实现更高的准确度和稳定性。

此外，光纤脉冲压缩技术的应用也为脉冲时间宽度的调节提供了一种新的思路。

最后是脉冲重复频率调节。

脉冲重复频率调节是指调节脉冲电流的重复周期。

在某些应用场景下，需要对脉冲电流的重复频率进行快速调节。

为实现这一目标，研究人员提出了多种方法，如采用可编程逻辑器件控制脉冲发生器的工作频率，利用数字信号处理器实时调节脉冲重复频率等。

直线加速器的原理直线加速器（Linac）是一种粒子加速器，利用电磁场将带电粒子加速到高速度。

其原理是利用电场的力作用在带电粒子上，使其受到加速，然后在电磁场的引导下沿着一条直线路径加速，最终达到所需的特定速度。

直线加速器主要由四部分组成：加速腔、驱动器、电源和调制器。

加速腔是加速带电粒子的装置，驱动器是产生高频电磁场的装置，电源提供能量给驱动器，调制器调节能量输出的时间和强度，以控制加速的速度和粒子束的时间结构。

在直线加速器中，带电粒子会被放置在加速腔中，该腔可以产生高频电磁场，使粒子受到加速。

当粒子进入加速腔时，电磁场会将粒子加速到一个高速度，然后使其继续沿直线加速，直至达到所需的速度。

加速腔内部有一组周期性电场和磁场，它们会相互作用来推动带电粒子。

当带电粒子通过加速腔时，它们会与电场和磁场交互作用，因此被加速到更高的速度。

驱动器是产生高频电磁场的关键部件，该电磁场与粒子相互作用，从而产生加速。

电磁场的生成通常是通过使用射频（RF）电源来实现的。

射频波通过一系列组成加速腔的结构，并在其中形成高频电磁场。

这个电磁场在加速腔中反复交替变化，这就是高频场。

然后带电粒子通过加速腔中的高频电磁场，并被加速到更高的速度。

电源是供能给驱动器的设备，负责提供所需的能量。

在直线加速器中，电源的能量输入必须与加速器的设计速度和加速器的设计结构匹配。

通常，发射电极（gun）输入一个简单的恒流（常量），以便产生增加速度的初始加速。

然后，射频能量加到加速腔的结构中。

例如，当加速器需要达到1MeV时，就需要一个1 MeV 电源，并且它需要将电能传输给射频驱动器。

调制器是能量调节的装置，用于调整射频功率以控制粒子束的时间结构。

调制器会修改电源中的射频能量输出，从而产生所需的能量波形，以确保电磁场在各个特定时序将被正常地传递到加速腔中。

调制器通常使用一些简单的电子器件，例如晶体管、二极管和电容器，这些器件能频繁地改变电流和电压，以产生所需的时间波形。