新华加速器加速管束流控制.pptx
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1、2023/3/171本次课的主要内容1、加速管的作用2、加速管的分类3、加速管的工作原理4、常见医用电子直线加速器中的加速管5、加速管的工作环境6、电子枪第1页/共76页2023/3/1721 加速管的作用 加速管是医用电子直线加速器的关键部件。加速管将从电子枪注入的电子在微波电场的作用下加速到高能量,输出成电子束或打靶产生X射线,用于治疗患者。电能 微波系统 微波 加速管 低能电子流 电子枪 高能电子束高能X射线 重金属 靶高能电子束第2页/共76页2023/3/1732 加速管的分类 根据加速电子的方式的不同,加速管分为行波加速管和驻波加速管两种。常见的加速管有:行波加速管 代表厂商:El
2、ekta公司 驻波加速管 轴耦合加速结构:代表厂商:新华医疗 边耦合加速结构 代表厂商:Varian公司第3页/共76页2023/3/1743 加速管的工作原理3.1 电子在电场中受力,获得能量e-+VaDVa:电压D:极间距E:电场强度EVaDFeEWFD=eVa第4页/共76页2023/3/1753 加速管的工作原理3.2 由于电压受到限制,不能得到高能量 临床用的最多的电子束能量为:6MeV W e Va e 电量 1.6 10-19 库仑 若要获得6MeV的高能电子需要电压:Va=W e=6 106 1.6 10-19 V =3.75 1025 V 显然无法实现。第5页/共76页202
3、3/3/1763 加速管的工作原理3.3 电场随电子运动模型电子在存在加速电场的加速缝隙电子在存在加速电场的加速缝隙(D)(D)中加速;中加速;该机构与电子以相同的速度前进,电子持续获得能量。该机构与电子以相同的速度前进,电子持续获得能量。第6页/共76页2023/3/1773 加速管的工作原理3.4 电子的质量限制 同样以临床用的最多的电子束能量6MeV为例 电子的静止质量为 9.10 10-31 g(0.51 MeV/c2)在电场力的作用下很快达到亚光速,而使某系统同步达到亚光速是不可能的。第7页/共76页2023/3/1783 加速管的工作原理3.5.1 电磁波加速电子 电磁波的传播速度
4、可以达到光速。电磁波的本质是交变电(磁)场。若电子一直处于加速电场,与电磁波同步前进,则电子持续获得能量。行波加速模型。第8页/共76页2023/3/1793 加速管的工作原理3.5.2 行波加速 W=e Ez L W:电子所获得的能量Ez:行波加速电场强度,L:加速管长度电子一直处于电场的波峰上,增加加速单元的数目,则电子的加速能量可以线性增加。第9页/共76页2023/3/17103 加速管的工作原理3.5.2 行波加速 冲浪第10页/共76页2023/3/17113 加速管的工作原理3.5.3 慢波结构盘荷波导 电子在电场中受力,获得能量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
5、同步条件:V(z)Vp(z)相速度是波的相位传播速度,是一种状态的传播速度。相速度可以大于光速。电子的速度不可能大于光速。微波在盘荷波导中传播时,相速度可以等于甚至小于光速。调整盘荷波导的尺寸可以 控制微波在盘荷波导中传播的 相速度。2aDt2b第11页/共76页2023/3/17123 加速管的工作原理3.5.4 行波加速结构第12页/共76页2023/3/17133 加速管的工作原理3.5.5 斯坦福直线加速器中心的 SLAC第13页/共76页2023/3/17143 加速器的工作原理3.6.1 驻波加速原理 在一系列双圆筒电极之间,分别接上频率相同的交变电源;在加速缝中,加速电场的幅值随
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