直线加速器.docx

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1、直线加速器医用直线加速器加速器是由三根用绝缘材料制成的高柱和在它们中间的加速器管组成。加速器靠真空泵保持真空。外表流线型，不仅为了美观，而且为了防止从任何棱角或突出部分构成意外的放电。在加速器管中有金属圈，它们同高压发生器相连的方式能使一系列金属圈的负压由底部向顶端逐步升高。生产质子的离子源安装在加速器管的上端。带正电的质子由于遭到带负电的金属圈的吸引而顺管射下由于下面金属圈的负电压不断增大，质子的速度也不断增加。在加速器管的地端的地板下面，有一间装有接收器的小室，质子能够在这里同物质碰撞，在此经过中，轰击能够引起原子核的蜕变。直线加速器主要特点播报束流的注入和引出很方便，束流强、传输效率高、

2、束品质较好，可由前至后分段设计、制造和调试。由于加速器不存在偏转束的同步辐射限制，可将电子束加速到很高能量，是下一代超高能对撞机的唯一候选者见对撞机。为使加速器有适当的长度，轴上加速电场强度一般在525兆伏/米，需要很大的微波功率源，因而单位束流功率所需造价和运行费用较高。现今提出的超导加速器可有效地降低运行费用。1直线加速器行波与驻波加速播报荷电粒子在高频直线加速器中是用高频或微波电场的轴向分量进行加速。按采用的加速波分类，有行波与驻波两类。前者用圆柱波导作为加速构造，在其内沿轴周期性地设置圆盘负载，使波导中传播的相速小于或等于光速，以利同步地加速粒子，其加速场的形式为类TM01，它在近轴区

3、提供最大的轴向电场分量。后者采用圆柱形谐振腔，也沿轴周期性地设置电极或称漂移管负载，以提高有效加速电场强度，其加速场的形式为类TM010，同样在近轴区提供最大的轴向电场分量。衡量加速构造性能的主要参数有两类：一是与加速效率有关的参量，十分是有效分路阻抗。它表示给定高频功率损耗，构造能建立多高的加速电场。分路阻抗的高低决定于选用的频率、构造的几何尺寸与形状及相邻加速单元间高频相位的变化量工作形式。通常频率越高，构造尺寸越小，分路阻抗和加速效率越高。二是加速构造的稳定性，它表征由于构造的误差和邻近非加速形式对束流的影响。对驻波加速构造，实现稳定性的主要途径是采用所谓的双周期构造，即除了由负载构成的

4、周期性加速单元外，还引进周期性的耦合单元，调节耦合单元的位置和尺寸，便可提高构造的抗干扰性。1直线加速器分类播报按被加速粒子的种类，可分为电子、质子和重离子直线加速器。直线加速器电子直线加速器可采用行波或驻波加速粒子。当采用行波加速时，可使构造设计成等阻抗或等梯度型。等阻抗型是一种均匀的加速构造，即构造的各尺寸沿轴不变，便于设计和制造，缺点是微波功率在构造中的损耗不均匀，对较长的直线加速器来讲，沿轴的构造温控较不容易。等梯度型加速构造避免了这个缺点，代价是沿轴的构造尺寸有慢变化，使设计和制造较复杂些。直线加速器质子直线加速器质子的静止质量是电子的1,800多倍，在其很长的加速范围内，速度远小于

5、或小于光速，因此采用驻波加速构造，以获得较高的有效分路阻抗和加速效率。质子的动能由1兆电子伏到1,000兆电子伏，其速度由光速的4.6%到87.5%。为使构造在不同能区均有较高的加速效率，需采用不同的构造。如：质子的动能由小于1兆伏加速到几兆伏，可采用高频四极型加速构造Radio Frequency Quadrupole，RFQ。在一圆柱腔的中心部位，方位角对称地设置四个轴向高频电极，在它们所围的近轴区，产生四极聚焦电场，以径向聚焦束流；沿轴可周期性地调变每个电极的径向尺寸，以得到在轴向群聚和加速束流的轴向电场。它兼具聚束、聚焦和加速几种作用，是20世纪70年代兴起的加速构造，选用频率为200

6、400兆赫。质子动能要由几兆电子伏加速到150兆电子伏左右，可采用漂移管型构造又称阿尔瓦雷茨构造，是20世纪40年代末由L.阿尔瓦雷茨首先提出和建造的。在圆柱形腔内，沿轴周期性地设置长度随能量渐增的电极。当高频电场处在正半周时，质子束团在电极间被加速；当处在负半周时，质子束团躲在电极内不受负半周减速场的影响而漂移前进，故又称电极为漂移管。在漂移管内安顿四极磁铁，可径向聚焦束流，选用的频率为200400兆赫。当质子动能要由150兆电子伏加速到更高能量，通常采用耦合腔加速构造。在该能区内对质子束的径向聚焦已较容易，可将四极磁铁移到加速腔外，使频率提高到8001,300兆赫，以提高加速效率。这种构造

7、可以用于加速电子，工作频率通常为1,3003,000兆赫。直线加速器重离子直线加速器较接近于质子直线加速器，只是在同样动能下，粒子运动速度更低，因此工作频率也更低，一般在27150兆赫左右。早期的这类加速器，采用维德罗加速构造。当代的这类加速器按能区可采用高频四极型或阿瓦莱兹型。现今发展的重离子加速构造，如柱形和平面螺旋线构造、分离环谐振腔构造等，它们的特点是径向尺寸较小、公差要求较松、可做成很多短腔组合成整台加速器，既便于采用超导技术，又利于展宽重离子的范围和能量连续可变的需求。直线加速器超导直线加速器利用超导材料做成的构造，其功耗几乎可略去不计，因此可用较小微波功率建立较高的加速电场。这类

8、加速腔大多采用内外表涂有氧化保护层的纯铌材料制成，置于液氮和液氦逐级冷却的低温容器中，可冷却至4.2K或更低。加速电场可达几兆伏/米至20兆伏/米以上。将超导腔用于高能直线加速器，优势更显著。如用于强流质子直线加速器的高能段约1501,000兆电子伏，由于功耗可略去不计，可选用束通道孔径较大的构造，可有效避免高能强流束沿途损失造成严重的放射性污染。此外，还有利于提高加速场强，减小设备规模和运行费用等。提议中的超导正负电子直线对撞机TESLA，选用比其他同类对撞机方案5,70011,400兆赫低得多的频率1,300兆赫和较大的束孔径，除仍有较高的加速电场约25兆伏/米外，束流在腔壁上感生的尾场相对很小，较易确保束流的高品质发射度小、能散小等。直线加速器是各类加速器中被最广泛应用的加速器类型见粒子加速器。1直线加速器医学应用播报