*. 基本结构和系统构成
医用电子直线加速器是*种比较复杂的大型医*设备,涉及到诸多学科和技术,如加速器物理,核物理,无线电,电工学,自动*控制,电磁学,微波技术,电真空,机械,*密加工,电子计算机,制冷,流体力学等。
不论是行波医用电子直线加速器,还是驻波医用电子直线加速器,不论是低能医用电子直线加速器,还是中*能医用电子直线加速器,尽管在结构上各有千秋,但基本组成是*致的。其主要由加速管,微波功率源,微波传输系统,电子枪,束流系统,真空系统,恒温水冷却系统,电源及控制系统,照射头,**床等组成。
加速管是医用电子直线加速器的核心部分,电子在加速管内通过微波电场加速。加速管主要有两种基本结构――盘荷波导加速管(如图2-1)和边耦合加速管(如图2-2)
图2-2 边耦合加速管
盘荷波导加速管是由在*段光滑的圆形波导上周期性的放置具有中心孔的圆形膜片而组成,应用于行波医用电子直线加速器。盘荷波导实际是通过膜片给波导**负载,是通过的微波速度减慢下来,是*种慢波结构,是直线加速器发展的关键技术。
边耦合加速管是由*系列相互耦合的谐振腔链组成,应用于驻波医用电子直线加速器。边耦合结构是把不能加速电子的腔移到轴线两侧,轴线上的腔都是加速腔,缩短了加速距离。由于驻波在加速管内所建立的电场强度提*,能达到140kv/cm,提*了加速*率。
微波功率源有两种,磁控管和速调管。行波医用电子直线加速器和低能医用电子直线加速器使用磁控管作为微波功率源。中*能驻波医用电子直线加速器使用速调管作为功率源。
微波传输系统主要包括隔离器,波导窗,波导,取样波导,输入输出耦合器,三端或四端环流器,终端吸收负载,频率自动稳频等组成。
电子枪为医用电子直线加速器提供被加速的电子。行波医用电子直线加速器的电子枪的阴***钨或钍钨制成,有直热式,间接式和轰击式三种加热方式。驻波医用电子直线加速器的电子枪由氧*物制成。
束流系统有偏转线圈,聚焦线圈等组成。控制束流的方向。提*束流的品质。
真空系统为被加速的电子不因与空气中的分子相碰而损失掉提供保证。*般使用离子泵保持医用电子直线加速器的*行真空。
恒温水冷却系统带走微波源等发热部件产生的热量。为保证整个系统恒温,恒温水冷却系统需要*定的水流**和流量。
照射头和**床属于应用部分。
图2-3给出行波医用电子直线加速器*般结构示意图(SL75-20医用行波电子直线加速器),图2-4给出驻波医用电子直线加速器*般结构示意图(CL600C驻波医用电子直线加速器)。
图2-3 行波医用电子直线加速器示意图
图2-4 驻波医用电子直线加速器示意图
二. 医用电子直线加速器的原理
在两个*板间加上电压,就会在其间形成电场,由负*释放电子,电子就会在电场的作用下,*动到正*,并且得到加速。要想得到*能电子,就要提*电场强度,也就是**两个*板间的电压,电压过*会产生*板间放电,不能加速电子。另*种方法是使两个*板随着电子*起*动,仅电场始终加速电子,但电子的*动速度相当快,*经加速很快达到光速,利用机械方法不能使*板的*动速度与电子的*动速度保持*致。
微波是电磁场,包括电场和磁场,其在真空中的*动速度与光速*样。研究人员考虑利用微波加速电子。根据微波特性,在圆波导内,可以激励起*种TM01型的电磁波(图2-5),其具有轴向电场,但是此电磁波在圆波导内的传播速度大于光速。经过多年的研究,发现了慢波结构,在圆波导内周期性的放置带有孔的金属源盘膜片,**了圆波导的负荷,使TM01电磁波的传输速度降低。此结构就是盘荷波导(图2-1)。
图2-5 圆型示波管内TM01型电磁波
在盘荷波导中,TM01电磁波以波的形式沿轴线方向向前传播,此电磁波具有轴向分量,(图2-6)电子在轴线附近时,如果相位适合,就会不断得到轴向电场的加速作用,这就是行波加速原理。要满足此原理要求,就*须保持行波速度与电子速度*致,即同步条件。
图2-6 圆型波导电磁场分布示意图
驻波加速原理基本*样,只是电磁波的形式不同,
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