仪器原理
跑道式医用电子回旋加速器的原理
周鸾杰 宋传军２周宝林３
（１．哈尔滨医科大学附属第五医院黑龙江省大庆市 １６３３１１；２．大庆油田总医院
黑龙江省大庆市 １６３３１１；３．大庆市交通局黑龙江省大庆市 １６３３１１）
摘要 带电粒子加速器是核物理实验研究的重要工具．在恶性肿瘤的放射治疗中占有重要的地位 着重介绍了电子回
旋加速器原理．重点介绍了跑道式电子回旋加速器的工作原理．并对电子回旋加速器和电子直线加速器的特点进行了
比较。
关键字 电子回旋加速器原理；跑道式电子回旋加速器：同步谐振：电子注入
中图分类号：Ｒ１９７．３９ 文献标志码：Ｃ 文章编号：１００３—８８６８（２００７）１１－０Ｏ６４—０２
Ｍｅｄｉｃａｌ ｒｕｎｗａｙ ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ
ＺＨＯＵ Ｌｕａｎ－ｊｉｅ’。ＳＯＮＧ Ｃｈｕａｎ－ｉＭＲ 。ＺＨＯＵ Ｂａｏ—ｌｉｎ０
（１．Ｔｈｅ ５ｔｈ Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ ｔｏ Ｈａｒｂｉｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ １ ６３３１ １，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄａｑｉｎｇ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ
Ｇｅｎｅｒａｌ Ｈｏｓｐｉｔａｌ，Ｄａｑｉｎｇ １ ６３３１ １，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｄａｑｉｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｄａｑｉｎｇ １ ６３３１ １，
Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｈｙｓｉｃｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｓｔａｎｄｓ ｉｎ ａｎ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｕｍｏｒ
ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｍｅｄｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｍｅｄｉｃａｌ ｒｕｎｗａｙ ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ ｉｓ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｌｉｎｅａｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄ ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ；ｒｕｎｗａｙ ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
１ 医用电子回旋加速器原理
医用电子回旋加速器是一种利用直流磁场控制电子反复 穿过谐振加速腔或驻波加速管实现多次加速．最终达到所需 能量的电子加速设备 对于常规的单腔加速的圆形电子回旋 加速器．在直流均匀磁场的控制下．电子运动轨迹为近似相切 腔中心的一组由小到大的直径相差一固定值的圆 对于跑道式电子回旋加速器．电子轨迹是一组相切于驻 波腔链轴线的、由小到大的闭合跑道型曲线。这种电子加速器 也可以看作是一种电子多次折返通过加速管的特殊电子直线 加速器。 和所有利用交变电磁场进行多次加速的加速器一样．实 现电子多次回旋加速的基本条件是：必须满足同步谐振条件 和运动稳定性条件（相稳定及同步聚焦稳定）。 常规的圆形电子回旋加速器中．为使圆形轨道不至畸变 太大．加速腔厚度尺寸受限制，且只能使用单腔，每一圈的能 量增量较小 磁场只能取相对较低的值．如用３ ０００ ｍＨｚ微波 源．相应磁场强度约在０．２ Ｔ左右，磁铁尺度较大。提高微波频 率．虽可提高磁场值并减少相应尺寸。但增加了获得高功率微 波源的难度及造成结构上的困难Ⅲ 跑道型电子回旋加速器．加速装置位于无磁场的空间．有 较大扩展余地．每圈能量增量可以较高，相应磁场值就高。因 而可以得到高的能量．而尺寸较小，当然，分体磁铁边缘效应 的调整补偿会比较复杂 小型跑道型电子回旋加速器目相当于 把圆形电子回旋加速器从公共直径处分成２个半圆．中间拉 开了距离（ｄ）后组成，两端相当于２个弯转磁铁，中间为无磁 作者简介：周鸾杰，硕士，高级工程师，主要从事控制理？与控制工程方面 的研究工作；宋传军，高级工程师。 Ａ医疗卫生装备·２００７年１１月第２８卷第１１期 Ｕ。Ｔ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｊｏｕｒｎａｌ·Ｖｏ１．２８ ＮＯ．１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２ｏ０７ 场区．能放置由多个谐振腔组成的腔链．相当于一个小型驻波 电子直线加速器．每次通过可以获得几十ＭｅＶ的能量增量。
２医用跑道型电子回旋加速器原理
２．１ 同步谐振条件
７１ｌ：型＋一７ｒＤｌ：＾
Ｃ Ｃ
ＡＴ＝ｇＴｏ
＝ ＋ｇ（ｎ一１）】
多数情况下．经过一次加速的电子能量在２ ＭｅＶ以上．这
里认为电子速度等于光速 ·
能量增长关系： ＝ ＋ｇ（ｎ一１）一 】
两端圆弧形轨迹直径：Ｄ ＝ ＋ｇ（ｎ一１）一 】
相邻轨迹直线段的间距：△Ｄ＝
２＿２相运动
对于小型跑道式电子回旋加速器．尽管在直线加速器段
内．电子以光速运动认为没有相运动．但跑道型轨道问仍存在
相振荡．其振荡形式与圆形电子回旋加速器中的情况相似。其
相运动的差分方程：
２ 【 盟．１】
对小的相振荡．经线性化同样可求得。
这里有一点须说明．电子经过加速段的时间可能长达几
个高频周期，因此式中涉及的相位 ， 均是指经过折合的、
是穿过加速段中心处的等效相位和平衡相位。
２．３电子注入及弓ｌ出
仪器原理一
电子由外置电子枪经磁偏转注入到加速段．第一圈上谐
振电子能量关系有：
占 ：占０坩
ｇ
＋ ｌ：（ 一 ）‘ｌ
式中，ｓ
为电子枪注入动能，通常在几十ｋｅＶ，△ｓ 为电子枪将
电子注入加速结构第一次加速获得的能量
需要注意的是：电子枪注入的电子速度远低于光速，以后
电子再次注入加速段时．则都已接近光速 这２种情况对加速
结构的要求不同．为保证电子枪注入达到一定的俘获效率．而
又能兼顾到以后电子以光速多次通过加速段时．同样能满足
加速要求。加速腔结构必须经过优化。此外注入用的偏转磁场
应经过补偿．以避免对轨道电子的不利影响
电子的引出．采用在无磁场区内．轨迹的直线段内设置偏
转磁铁．它可以沿着与直线段垂直的一条轴线移动．到达每一
序号的轨道上．在硬边近似的条件下．给出适当的偏转磁场
值．就可使不同轨道上的电子在同一引出位置偏转相同的角
度．实现不同能量的电子在同一轴线引出
３ 电子回旋加速器和电子直线加速器的特点比较
（１）电子回旋加速器具有优良的电子束流品质．小的能散
度和小的能散角．有利于较长距离的传播
（２）电子回旋加速器能量的稳定度和精确度高．能大范围
连续精细调节能量，且在调节流强时可以保持能量不变。
－ － －—－ －—－ －＋
（．● 上接第６３页 】
比较常用的填料是强酸性钠型阳离子树脂．它在与来水 中的钙镁离子交换时发生以下化学反应： ２ＲＮａ ＋Ｃａ 《！兰 Ｒ２Ｃａ２ｔ＋２Ｎａ￣ 从而将水中大部分钙镁离子去除．已达到软化来水的目 的。 经一定时间的使用后．树脂中所结合的钙镁离子将出现 饱和状态．这时候如果再有来水通过树脂层的话．水中的钙镁 离子将直接通过树脂层。而起不到软化的作用．这时就得对树 脂进行定期再生了。所谓再生，就是执行上述化学反应的逆过 程．即用一定量的饱和盐水．利用盐水中的钠离子将树脂中已 结合的钙镁离子置换出来．进而排出软水缸外．使树脂重新回 到ＲＮａ＋状态．当再有来水进入的时候．树脂可以起到软化作 用。 ２反渗透主机 反渗透装置与普通过滤器不同。它的主要功能有２个：一 是去除盐．二是去除残余有机物 经过预处理后的源水流过精密过滤器（作为最后一道防 线，进一步除去水中偶有的细小颗粒）．又经多级泵加压，按一 定顺序进入反渗透膜组件．利用反渗透膜在一定压力下将水 分离成淡水（又称反渗水）和浓缩水。若干组反渗透膜分离出 来的淡水汇集到一起流经流量计后供血液透析使用 定期冲洗反渗透膜．去除膜表面的沉积物 经一定时间使 用后，要更换精密过滤器的滤芯。并对反渗透膜进行消毒处 理，以保持其良好的工况和延长膜的寿命 虽然反渗透膜价格 较贵，但如果经过药洗或拆出浸泡后电导率仍不能降到规定 （３）电子回旋加速器可采用与电子直线加速器相同的微 波功率源．且能将电子能量加速到比电子直线加速器高２倍 以上。适合用作１５ ＭｅＶ以上的中、高能医用电子加速器 （４）能量较高时。电子回旋加速器具有较小的直线尺寸。 （５）磁场与电子轨道的调整比较麻烦［３１。比电子直线加速 器要困难得多 （６）电子回旋加速器带有多个磁铁，设备质量较大。 （７）电子回旋加速器的轨道所占平面空间较大。 ４功能与应用 医用电子回旋加速器主要是产生电离辐射．电离辐射能 治疗肿瘤．也能损伤正常组织 这些都是通过电离辐射对细胞 的杀伤实现的 参考文献 【１】Ｋａｒｌｓｓｏｎ Ｍ，Ｎｙｓｔｒｏｍ Ｈ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ５０ ＭｅＶ ｒａｃｅｔｒａｃｋ ｍｉｃｒｏｎｔｒｏｎ【Ｊ］．Ｍｅｄ ｐｈｙｓ，１９９２，１９（２）：３０７—３１５． 【２】 Ｋａｒｌｓｓｏｎ Ｍ，Ｎｙｓｔｒｏｍ Ｈ，Ｓｖｅｎｓｓｏｎ Ｈ．Ｐｈｏｔｏｎ ｂｅａｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｎ ｔｈｅ ＭＭ５０ ｒａｃｅｔｒａｃｋ ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ ａｎｄ ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｂｅａｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｅｄ ｐｈｙｓ，１９９３，２０（１）：１４３－１４９． 【３】Ｍａｓｔｅｒｓｏｎ Ｍ Ｅ，Ｃｈｕｉ Ｃ Ｓ，Ｆｅｂｏ Ｒ，ｅｔ ０１．Ｂｅａｍ ｃｈａｔａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ５０ ＭｅＶ Ｒａｃｅｔｒａｃｋ ｍｉｃｒｏｔｒｏｎ【ＪＪ．Ｍｅｄ Ｐｈｙｓ，１９９５， ２２（６）：７８１—７９２． （２００６—０９—２７收稿２００６—１２—０５修回） 值，还应予以更换目。
水处理系统的质量及可靠性是关系产水指标能否达到透
析用水标准的关键。了解其工作流程、原理并做好维护保养是
非常重要的
参考文献
【１】董毅林．医用电动仪器原理构造与维护【Ｍ】．北京｛中国医药科技出
版社．１９９９．
【２】许永会．水处理设备的改进、维护及维修心得阴．医疗卫生装备，
２００６，２７（５）：８３．
（２００６—０８—１８收稿２００６—１２—０５修回）
《医疗卫生装备》改版启事
应广大作者、读者的要求。也为解决拟录用稿件严重
积压的问题．经报请上级主管部门批准．本刊决定自２００８
年第１期起进行改版．内文版面将增至１ ２８页．主要栏目调
整为：研究论著、综述、医院数字化、质控与安全、专业论
坛、研制报告、使用维修、科学管理、原理与应用、医械临
床、学科与人才、医学计量等。同时。内文用纸由现在的双
胶纸全部改为青铜版纸。印刷装帧质量将明显改善 期刊
改版后。单期定价为１５元，全年为１８Ｏ元。
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本刊！
《医疗卫生装备》杂志社编辑部
医疗卫生装备·２００７年１１月第２８卷第１１期
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｅａ｝Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｊｏｕｍａ卜Ｖｏｌ ２８ Ｎ０ １ １ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００７ ｕ ｕ
