控制駐波加速器的方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種控制駐波加速器的方法及其系統(tǒng)。該方法包括步驟：從電子槍產(chǎn)生電子束；將所述電子束注入加速管；以及控制微波功率源產(chǎn)生不同頻率的微波，輸入所述加速管，使得所述加速管以預(yù)定的頻率在不同的諧振模式之間切換，產(chǎn)生相應(yīng)能量的電子束。根據(jù)上述方案，在調(diào)變能量的過程中只需改變微波功率源的輸出頻率，對加速結(jié)構(gòu)本身不做任何變動，方法操作簡單。此外，上述系統(tǒng)中加速管結(jié)構(gòu)簡單，無需增加特殊的調(diào)節(jié)裝置。
【專利說明】控制駐波加速器的方法及其系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及加速器領(lǐng)域，特別是醫(yī)用和工業(yè)用加速器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 電子直線加速器是利用微波電磁場的作用加速電子，使之提高能量的設(shè)備。利用 加速器產(chǎn)生的電子束有廣泛的應(yīng)用前景，如醫(yī)療、輻照、成像等。
[0003] 為了獲得最大的加速效率，常規(guī)的電子直線加速器都設(shè)計成微波的相速度變化與 被加速電子的運(yùn)動速度變化一致。根據(jù)相對論理論，隨著電子能量的提高，電子的運(yùn)動速度 很快就接近光速。因此，常規(guī)的低能電子直線加速器設(shè)計時一般都分成聚束段和光速段。在 聚束段中微波相速度慢慢增加，其變化與電子的速度變化基本一致，以保證一定的俘獲效 率和能譜。而在光速段中，相速度就等于光速，電子的運(yùn)動速度也接近光速，因而電子還是 和微波同步，并且電子的相位就在最大加速相位附近，以獲得最佳的加速效率。
[0004] 通常電子直線加速器的輸出能量是固定的。但在實(shí)際應(yīng)用中，常常希望加速器的 能量可以按需求調(diào)變。為了適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的要求，各種能量調(diào)變的方法相繼出現(xiàn)。目前電 子直線加速器常用的能量調(diào)變方法有：
[0005] (1)改變加速管整體場強(qiáng)分布。通常通過調(diào)節(jié)饋入的微波功率、束流負(fù)載來實(shí)現(xiàn)。 這種方法實(shí)現(xiàn)比較簡單，但為了保證聚束段的俘獲效率和束流能譜，場強(qiáng)變化不能太大，因 而能量調(diào)節(jié)范圍有限。
[0006] (2)保持聚束段場強(qiáng)基本不變，單獨(dú)改變光速段的場強(qiáng)或相位。這種方案目前大 致有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一種是把聚束段和光速段分開饋電以達(dá)到獨(dú)立調(diào)節(jié)的目的，如美國專 利US2920288、US3070726、US4118653 ;另一種是通過能量開關(guān)調(diào)節(jié)聚束段和光速段的場強(qiáng) 比或相位關(guān)系，如美國專利US4286192、中國專利CN1102829C。這種方法能獲得比較大的能 量調(diào)節(jié)范圍，但微波饋入系統(tǒng)或加速器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題，提出了一種控制駐波加速器的方法及其系 統(tǒng)。
[0008] 在本發(fā)明的一個方面，提供了一種控制駐波加速器的方法，包括步驟：從電子槍產(chǎn) 生電子束；將所述電子束注入加速管；以及控制微波功率源產(chǎn)生不同頻率的微波，輸入所 述加速管，使得所述加速管以預(yù)定的頻率在不同的諧振模式之間切換，產(chǎn)生相應(yīng)能量的電 子束。
[0009] 根據(jù)一些實(shí)施例，所述不同的諧振模式包括n/2模式或另一鄰近模式，對應(yīng)的電 子束能量分別為高能檔和低能檔。
[0010] 根據(jù)一些實(shí)施例，在所述高能檔，所述電子束與所述微波同步；在所述低能檔，所 述電子束與所述微波不同步。
[0011] 根據(jù)一些實(shí)施例，n /2模式下微波的頻率和另一鄰近模式下微波的頻率均處在所 述微波功率源的頻率可調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。
[0012] 根據(jù)一些實(shí)施例，所述微波功率源具體為磁控管，所述磁控管的輸出頻率被調(diào)節(jié) 為使得所述加速管在H /2模式和5 31 /14模式之間切換或在31 /2模式和9 31 /14模式之間 切換。
[0013] 在本發(fā)明的另一方面，提供了一種加速電子束的系統(tǒng)，包括：電子槍，產(chǎn)生電子束； 微波功率源，產(chǎn)生不同頻率的微波；加速管，具有電子輸入端口和微波饋入口，所述電子輸 入端口與所述電子槍的輸出端耦接，接收所述電子束，所述微波饋入口與所述微波功率源 的輸出端耦接，將所述微波功率源產(chǎn)生微波饋入所述加速管；以及控制裝置，耦接到所述微 波功率源和所述電子槍，控制所述微波功率源產(chǎn)生不同頻率的微波，使得所述加速管在不 同的諧振模式之間切換，產(chǎn)生相應(yīng)能量的電子束。
[0014] 根據(jù)上述方案，在調(diào)變能量的過程中，只需改變微波功率源的輸出頻率，對加速結(jié) 構(gòu)本身不做任何變動，方法操作簡單。此外，該系統(tǒng)中，加速管結(jié)構(gòu)簡單，無需增加特殊的調(diào) 節(jié)裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述：
[0016] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加速電子束的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2示出了如圖1所述的系統(tǒng)中加速管的截面圖；
[0018] 圖3是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制駐波加速管的方法的流程圖；
[0019] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微波諧振腔鏈諧振模式分布示意圖；
[0020] 圖5不出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加速管6MeV檔的場強(qiáng)分布不意圖；
[0021] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加速管6MeV檔能量變化示意圖；
[0022] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加速管百keV檔的場強(qiáng)分布示意圖；以及
[0023] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加速管百keV檔內(nèi)電子能量變化示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例 說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特 定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā) 明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的結(jié)構(gòu)、電路、材料或方法。
[0025] 在整個說明書中，對" 一個實(shí)施例"、"實(shí)施例"、" 一個示例"或"示例"的提及意味 著：結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實(shí)施例中。 因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語"在一個實(shí)施例中"、"在實(shí)施例中"、"一個示例" 或"示例"不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特 定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解， 當(dāng)稱元件"耦接到"或"連接到"另一元件時，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可 以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件"直接耦接到"或"直接連接到"另一元件時，不存在中間 元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān) 列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0026] 為了能夠提供兩檔以上能量輸出的駐波電子直線加速器裝置，例如輸出電子能量 分別為百keV量級一檔和MeV量級一檔或多檔，提出了一種控制駐波加速器的方法。根據(jù) 該方法，從電子槍產(chǎn)生電子束，然后將產(chǎn)生的電子束注入加速管。控制微波功率源產(chǎn)生不同 頻率的微波，輸入加速管，使得所述加速管以預(yù)定的頻率在不同的諧振模式之間切換，產(chǎn)生 相應(yīng)能量的電子束。這樣，能夠提供一種用跳模方式調(diào)變駐波加速器輸出能量的方法。該 實(shí)施例的方法可在不增加加速器復(fù)雜性的同時，獲得較大的能量調(diào)變范圍，實(shí)現(xiàn)同一加速 器輸出MeV級和百keV級兩檔能量的電子束。
[0027] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加速電子束的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示， 該實(shí)施例的加速電子束的系統(tǒng)包括直流高壓槍140、高壓電源130、加速管150、微波功率源 120和控制裝置110。在圖示的實(shí)施例中，高壓電源130向直流高壓槍（電子槍）140供電， 產(chǎn)生電子束。微波功率源120在控制裝置110的控制下產(chǎn)生不同頻率的微波。加速管150 具有電子輸入端口 152和微波饋入口 151。電子輸入端口 152與直流高壓槍140的輸出端 耦接，接收其產(chǎn)生的電子束。微波饋入口 151與微波功率源120的輸出端耦接，將微波功率 源120產(chǎn)生微波饋入加速管，對電子束進(jìn)行加速。控制裝置110耦接到微波功率源120和 直流高壓槍14,控制微波功率源120產(chǎn)生不同頻率的微波，使得加速管150在不同的諧振模 式之間切換，產(chǎn)生相應(yīng)能量的電子束。
[0028] 圖2示出了如圖1所述的系統(tǒng)中加速管的截面圖。如圖2所示，加速器中的核心 部件為加速管，由一系列微波諧振腔組成，并建立微波電磁場加速電子。這一諧振腔鏈存在 多個諧振模式，有不同的諧振頻率，每個諧振模式下腔鏈內(nèi)相鄰腔間的相位關(guān)系不同。圖4 示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微波諧振腔鏈諧振模式分布示意圖。對于包含N個腔的諧振腔 鏈，通常有N個諧振模式，其腔間相位差分別為：

【權(quán)利要求】
1. 一種控制駐波加速器的方法，包括步驟： 從電子槍產(chǎn)生電子束； 將所述電子束注入加速管；W及 控制微波功率源產(chǎn)生不同頻率的微波，輸入所述加速管，使得所述加速管W預(yù)定的頻 率在不同的諧振模式之間切換，產(chǎn)生相應(yīng)能量的電子束。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述不同的諧振模式包括n/2模式或另一鄰近模 式，對應(yīng)的電子束能量分別為高能檔和低能檔。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述高能檔，所述電子束與所述微波同步；在所 述低能檔，所述電子束與所述微波不同步。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，n/2模式下微波的頻率和另一鄰近模式下微波的 頻率均處在所述微波功率源的頻率可調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述微波功率源具體為磁控管，所述磁控管的輸 出頻率被調(diào)節(jié)為使得所述加速管在JI/2模式和5 /14模式之間切換或在/2模式和 9 n/14模式之間切換。
6. -種加速電子束的系統(tǒng)，包括： 電子槍，產(chǎn)生電子束； 微波功率源，產(chǎn)生不同頻率的微波； 加速管，具有電子輸入端口和微波饋入口，所述電子輸入端口與所述電子槍的輸出端 禪接，接收所述電子束，所述微波饋入口與所述微波功率源的輸出端禪接，將所述微波功率 源產(chǎn)生微波饋入所述加速管；W及 控制裝置，禪接到所述微波功率源和所述電子槍，控制所述微波功率源產(chǎn)生不同頻率 的微波，使得所述加速管在不同的諧振模式之間切換，產(chǎn)生相應(yīng)能量的電子束。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述不同的諧振模式包括n/2模式或另一鄰近模 式，對應(yīng)的電子束能量分別為高能檔和低能檔。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，在所述高能檔，所述電子束與所述微波同步；在所 述低能檔，所述電子束與所述微波不同步。
9. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述微波功率源具體為磁控管，所述磁控管的輸 出頻率被調(diào)節(jié)為使得所述加速管在n/2模式和5 n/14模式之間切換或在n/2模式和 9 n/14模式之間切換。
【文檔編號】H05H9/04GK104470193SQ201310449294
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】陳懷璧, 程建平, 鄭曙昕, 施嘉儒, 唐傳祥, 靳清秀, 黃文會, 林郁正, 童德春, 王石 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)