加速器辐射防护_图文.
加速器辐射防护
OCPA2010
王庆斌/IHEP
2010年8月
加速器辐射防护
射线与物质的相作
射线与物质的相互作用
加速器的辐射源
加速器的辐射屏蔽与防护加速器的辐射监测
加速器的非辐射危害和防护加速器的安全
一射线与物质的相互作用
射线与物质的相互作用分为
射线与物质的相互作用分为:
?带电粒子与物质的相互作用;
?不带电粒子与物质的相互作用;
带电粒子可以引起物质的电离和激发
?电离是高速带电粒子在某一壳层电子旁掠过时,由于库仑引力的作用,使电子获得能量而脱离原子核束缚成为自由电子的过程。
?激发是获得能量的电子,从较低能级跃迁到较高能级的过程。
不带电粒子可以引起物质的电离和激发
?不带电粒子,中子和光子不能引起物质电离,但它们在与物质作用时会产生次级带电粒子,近而再引起物质的电离,X射线和γ射线
都是光子。
一射线与物质的相互作用(续1
光子与物质的相互作用有三种机制
光子与物质的相互作用有三种机制:
?光电效应(photoelectric effect:一个光子由于从原子中打出一个轨道电子而损耗掉其全部能量的过程;
?康普顿散射(Compton scattering:光子在自由电子上散射,并给与自由电子以一定的动能。光电效应和康普顿散射二者之间本质上的不同,在由电子以定的动能光电效应和康普顿散射二者之间本质上的不同在
于光电效应中光子完全消失了;而在康普顿散射中光子被保留下来,不过
其能量要比入射光子的能量低。
?电子对效应(Pair production:光子被核场吸收产生出一对正负电子对。
一射线与物质的相互作用(续2
中子与物质作用的对象是原子核而不是核外电子
中子与物质作用的对象是原子核,而不是核外电子。
中子与原子核作用的形式有三种:
散
?弹性散射;
?非弹性散射;
?中子俘获。
快中子在轻介质中主要通过弹性散射损失能量;
损失能量
在重介质中通过非弹性散射损失能量;
中子俘获是中子的能量被原子核吸收后放出一个或几个光子的过程。中子能量损失的过程称为中子的慢化,在轻介质材料中(如聚乙烯和石蜡中子的慢化进程被加快,所以用聚乙烯和石蜡屏蔽中子的效果比较好。
比较好
二加速器的辐射源
瞬时辐射在加速器运行时产生关机后即消失瞬时辐射在加速器运行时产生,关机后即消失。瞬时辐射又包括初级辐射和次级辐射。
?初级辐射指被加速的带电粒子;
?次级辐射指带电粒子与靶材料或加速器结构材料相互作用产生的X射线和中子等。
物作产材剩余辐射是辐射与周围物质相互作用产生的感生放射性材料放出的辐射(如β、γ等。
随加速器运行时间的增加而累积
?随加速器运行时间的增加而累积;
?加速器停机后仍然存在;
?随加速器关机时间的增长而减弱。
带电粒子电子质子氘氚和其它重离子总是定向运动的通2.1 瞬时辐射
:电子、质子、氘、氚和其它重离子,总是定向运动的,通常被聚焦为直径约1-2毫米的一股束流射向靶区。射线加速的电子或离子能使阻止物质的原子中的电子从轨道上逸出
X射线:加速的电子或离子能使阻止物质的原子中的电子从轨道上逸出,这时可以产生特征X射线,但其能量一般低于几十KeV,强度也比轫致辐射小很多X射线是由原子核外层电子引起的辐射辐射小很多。X射线是由原子核外层电子引起的辐射。韧致辐射:带电粒子(尤其是电子通过物质时,在原子核的强电场附近突然减速或突然偏转而产生的电磁辐射轫致辐射能谱是一个连附近突然减速或突然偏转而产生的电磁辐射。轫致辐射能谱是个连续谱,分布范围从零到电子最大动能。
高能电子与物质相互作用主要通过2.2 电子和光子(高能电子加速器
高能电子与物质相互作用,主要通过碰撞和辐射这两种基本过程损失能量。
在低能情况下,碰撞损失是主要的;在高能情况下是主要的况下,轫致辐射是主要的。
轫致辐射是电子同原子核发生非弹性碰撞引起的。电子撞击原子核导致电子减速和能量损失,因而引起放射性的发射因而引起放射性的发射。随着穿入介质层深度的增加,粒子即次级正负
电子和光子总数将剧烈增加。在电子-光子发
展过程中粒子总数增加而其平均能量降低
展过程中,粒子总数增加而其平均能量降低。当级联到达介质一定深度时,正负电子和光子
总数达到极大值。然后电子、光子能量进一步
降低而使整个过程停止整个过程就象是光子
降低而使整个过程停止。整个过程就象是光子、电子和正电子的瀑布,因此被叫做电磁簇射
(electromagnetic shower or
electromagnetic cascade图
一个电子打靶引起的电磁簇射的简图
电子和光子(续
初级电子必须具有足够高的能量才能产生电磁簇射这一能量我们称之为
初级电子必须具有足够高的能量,才能产生电磁簇射。这能量我们称之为临界能量。在这一能量点上,由辐射引起的平均能量损失等于由于电离引起的平均能量损失。((2.1800+=Z MeV E c ?临界能量:Z是靶材料的原子序数?Z是靶材料的原子序数。
在电磁簇射中产生的光子能量是一个连续谱,最高能量为初级粒子能量。对于一个薄靶,光子能量的谱分布为2,对于一个厚靶,光子能量的谱分布于个薄靶,光子能量的谱分布为1/E ,对于个厚靶,光子能量的谱分布为1/E (E 是光子能量。对于给定的靶物质,粒子经过一定的厚度,由于产生轫致辐射,平均电子能对于给定的靶物质,粒子经过定的厚度,由于产生轫致辐射,平均电子能
量减少到它最初能量的1/e 。我们将这一长度叫做给定物质的辐射长度X0(通常以g/cm 2作单位
?在高能范围内:((
??
?
???+=320183ln 1716/Z Z Z A cm g X
2.3 中子(电子加速器产生的中子电子加速器产生的中子大多是由两个过
程引起的。
光子能量低于30MeV 时,光致蜕变在所谓“巨共振”区域内占主导地位。其最大生成截面约为1~2mb/n。巨共振中子的能量大约为几个MeV。几个
大约在30MeV和100MeV能量之间,原子核内部的核子对(准氘核的光致蜕变是重要的中子来源重要的中子来源。
当光子能量大于产生π介子的阈能时,有高能中子产生。产生π介子的阈能大中子的产生截面和光子能量的关系约为150MeV。电子或轫致辐射与任何物质相互作用产
生中子的起始能量对于轻核大约为
生中子的起始能量,对于轻核大约为10~19MeV,对于重核为4~6MeV。
右图给出了单位束流功率下中子(续1
右图给出了单位束流功率下,伪氘核中子的产额与电子初始能量的关系。当光子能量大于30MeV时,发生伪氘核反应,产生伪氘核中子。它不考虑靶的自吸收自吸收。从图中可以看出,单位束流功
率的伪氘核中子产额基本上是
个常数,在能量更高的情况下,
进行外推,也不会产生多大的
误差
误差。中子的产额与电子能量的关系中子(续2
高能电子打厚铅靶时的中子谱高能电子打厚铜靶时中子的剂量贡献
当电子能量大于211M V时在靶核2.4 μ子
当电子能量大于211 MeV时,在靶核库仑场作用下,会产生μ+—μ-对,其过程类似于正负电子对的形成。右图表示单位束流功率电子束轰击
铁靶时,在束流方向,距靶1 m处产
生的μ子注量。μ子绝大部分集中
在束流前进方向,对于几米厚的屏
蔽体之外,它大约分布在直径仅为
10-20 cm的范围内。
μ子产生的剂量贡献
图中给出了一个典型高能电子加速2.5 典型高能电子加速器的屏蔽
器的屏蔽。
高原子序数材料不能有效衰减中子,但是可以通过非弹性散射降低中子的能量。使用含氢的低原子序数材料能更有
效地屏蔽中子。混凝土对光子的λ
min 为42g/cm 2,对巨共振中子(GRN衰减长度为30g/cm 2。 30cm厚的混凝土可以有效地衰减5
倍光子剂量率和10倍中子剂量率。
典型高能电子加速器屏蔽
因此一个储存环的屏蔽墙通常用混
凝土制成。
2.6 加速器的感生放射性(剩余辐射
引起的
感生放射性多数是由中子引起的;
感生放射性的种类取决于加速粒子的种类、能量、束流强度、靶材料的性质、以及运行时间长短等多种因素;
以及等多种因素
从核反应的阈能来看,能够直接产生感生放射性核素的被加速带电粒子能量多数需要在5-10MeV以上(氘的阈值2.23 Mev,铍的阈值为1.67 子能量多数需要在510M V以上(氘的阈值223M铍的阈值为167
Mev,随着射线照相和辐射加工事业的发展,能量超过10 MeV的加速
器不断增加。
较大型的研究装置,常常需要进行加速器部件的维修和维护,以及设备的升级等因素,因此感生放射性是工作人员受射线照射的主要原因。
三加速器的辐射屏蔽和防护
3.1屏蔽计算方法简介
31
所有的屏蔽计算通过三种途径解决
实地测量
数值求解Boltzmann方程
蒙特卡罗模拟计算(Monte-Carlo
实地测量可以获得准确可靠的第一手数据,通过这些数据,总结出经验公式,发展为唯象学(phenomenon模型,即通过实验测量,确定粒子迁移
Boltzmann方程系数。在特定条件下,变系数方程变为长系数方程,进行求解。
唯象学模型广泛应用于屏蔽设计中缺点是对几何结构和辐射源复杂屏蔽材唯象学模型广泛应用于屏蔽设计中。缺点是对几何结构和辐射源复杂、屏蔽材料多样的情况,唯象模型计算误差很大。随着计算机技术的发展,将蒙特卡罗方法编入计算机程序来模拟粒子输运过程的辐射剂量,从而达到优化设计屏蔽的目的。
的目的
3.1屏蔽计算方法简介经验公式计算
出发点—点核模型方程:
3.1屏蔽计算方法简介
经验公式的计算特点
计算相对简单:不需要大型计算机来算,甚至手工也可以计算。
辐射实际应用对简单的屏蔽主体屏蔽非常有用计算准确特别是经过 ;对简单的屏蔽(主体屏蔽非常有用,计算准确。特别是经过蒙特卡罗模拟计算的经验公式,实际应用更为广范。
有定的限制条件如粒子种类入射角度能量范围等限制使用条件严格:有一定的限制条件。如粒子种类、入射角度、能量范围等限制。常用经验公式有:
电子加速器
?电子加速器:Jenkins,Sakano,shield11
?同步辐射:Photon,Stac8
质子加速器M T h
?质子加速器:Moyer,Tesch
3.1屏蔽计算方法简介(续2
蒙特卡罗模拟计算(Monte-Carlo的优点
直观性:可以直接给出剂量分布图和能谱及剂量谱曲线
准确性:物理模型正确,粒子数目足够多,可以得到想要的精度范围广模拟的粒子种类多能量大
范围广:模拟的粒子种类多,能量大
主要程序有:
EGS Electron Gamma Shower
MORSE Multi group Oak Ridge Stochastic Experiment Code
PHOTON Photon Code
PHOTON Photon Code
MCNP Monte Carlo Neutron and Photon Transport Code
FLUCK、HELC、CASTM、LAHET、TOMAT、GEANT等
3.1屏蔽计算方法简介(续3
蒙特卡罗模拟计算(Monte-Carlo的缺点
M t C l
收敛速度慢:单纯以增加抽样粒子个数来减小误差计算量很大,对维数少于三维的问题,用其他方法好;
误具有概率性不是般意义的误;
误差具有概率性:不是一般意义上的误差;
计算结果与系统大小有关:一般在十个自由程左右,蒙特卡罗方法计算较为满意,而对于大系统或小概率问题,计算结果往往比真值低。
3.2 辐射屏蔽计算举例
加速器主体屏蔽计算模型
以高能电子加速器为例
θ:靶与屏蔽体外剂量点连线与束流之间夹角(度
a:靶到屏蔽体内表面的距离(cm
d:屏蔽体厚度(cm
3.2 辐射屏蔽计算举例(续1
在加速器屏蔽体外部采用J ki 在加速器屏蔽体外部,采用Jenkins 公式计算由单个电子打靶产生的中子剂量当量H n ,用下式计算:
d a E H n sin (102013
θ+=?(e Sv d z A d A d /]sin exp(94.4cos 75.01(
sin exp(43.4cos 72.01(sin exp(7.13[266.037.03265.01θ
λρθθλρθθλρ?+??+??×式中:E 0:入射电子的能量(GeV
θ:靶与屏蔽体外剂量点连线与束流之间夹角(度
a :靶到屏蔽体内表面的距离(cm
d :屏蔽体厚度(cm 使用条件:用于θ在20°~160°之间
3.2 辐射屏蔽计算举例(续2
在加速器屏蔽体外部采用在加速器屏蔽体外部,采用Jenkins 公式计算由单个电子打靶产生的光子剂量当量H γ,用下式计算:
i (sin (102013d d
a E H μθγ+=?/(]sin exp(267.0
cos 98.01(sin exp(133[12e Sv d θλρθθρρ?+???×其中:μ:屏蔽材料对光子的衰减系数(cm -1,μ=0.056cm -1(混凝土ρ:屏蔽材料的密度(g·cm -1
λ:屏蔽材料对高能中子的吸收长度(g·cm -2,λ=120g·cm -1(混凝土11λ2:屏蔽材料对中能中子的吸收长度(g·cm -2,λ2=55g·cm -1(混凝土λ3:屏蔽材料对低能中子的吸收长度(g·cm -2,λ3=30g·cm -1(混凝土使用条件:用于θ在20°~160°之间
3.2 辐射屏蔽计算举例(续3公式一般适用于θ在20160之间
Jenkins 公式般适用于θ在0~0之间。对于束流下游(即θ~00方向屏蔽墙,则利用Sakano公式计算。
]
0.1(19.0exp[,,(20E H D d H ωω?×?=?
1(exp(100(m at electron per Sv d D att e
ρμ?××
200(100.1120MeV E H e >×=?
(
200(100.413electron per Sv MeV E e ≤×=??D: distance from the target to the surface of shild(m,?ω:path length in the target,
?t: target thickness (cm,g (,
?Φ:angle between the target surface and the electron beam,?μatt :attenuation coefficient in cm2g-1
3.2 辐射屏蔽计算举例(续4天空反散射剂量
加速器产生的辐射源通过屋顶泄露再经过大气的反散射返回至加速器周围加速器产生的辐射源通过屋顶泄露,再经过大气的反散射返回至加速器周围的地面附近,有时会形成较强的辐射场,这种现象称为天空反散射。
r d a B n 2?+?=中子剂量:
(a Sv r h n H n D n
/exp(((16(max μλ光子剂量:
(a Sv d a r h H r d a B D r
/](exp[(((max 2μλγγγ+???+=天空反散射的计算模型
CSNS迷宫和安全通道的结构设计按照不同能量、1W/m
按不同能量
均匀束损模式,依据
2.5的迷宫入口剂
25μSv/h
量限值和基建要求进行结构屏蔽设计
构屏蔽设计。
CSNS-beam dump:中子和光子剂量图(球p
形切片几何模型
CSNS-beam dump:中子和光子剂量图(梯p
加速器辐射防护
加速器辐射防护 OCPA2010 王庆斌/IHEP 2010年8月
加速器辐射防护 射线与物质的相作 射线与物质的相互作用 加速器的辐射源 加速器的辐射屏蔽与防护 加速器的辐射监测 加速器的非辐射危害和防护 加速器的安全
一射线与物质的相互作用 射线与物质的相互作用分为 射线与物质的相互作用分为： ?带电粒子与物质的相互作用； ?不带电粒子与物质的相互作用； 带电粒子可以引起物质的电离和激发 ?电离是高速带电粒子在某一壳层电子旁掠过时，由于库仑引力的作用，使电子获得能量而脱离原子核束缚成为自由电子的过程。 ?激发是获得能量的电子，从较低能级跃迁到较高能级的过程。 不带电粒子可以引起物质的电离和激发 ?不带电粒子，中子和光子不能引起物质电离，但它们在与物质作用时会产生次级带电粒子，近而再引起物质的电离，X射线和γ射线 都是光子。
一射线与物质的相互作用（续1） 光子与物质的相互作用有三种机制 光子与物质的相互作用有三种机制： ?光电效应（photoelectric effect）：一个光子由于从原子中打出一个轨道电子而损耗掉其全部能量的过程； ?康普顿散射（Compton scattering）：光子在自由电子上散射，并给与自由电子以一定的动能。光电效应和康普顿散射二者之间本质上的不同，在由电子以定的动能光电效应和康普顿散射二者之间本质上的不同在 于光电效应中光子完全消失了；而在康普顿散射中光子被保留下来，不过 其能量要比入射光子的能量低。 ?电子对效应（Pair production）：光子被核场吸收产生出一对正负电子对。
一射线与物质的相互作用（续2） 中子与物质作用的对象是原子核而不是核外电子 中子与物质作用的对象是原子核，而不是核外电子。 中子与原子核作用的形式有三种： 散 ?弹性散射； ?非弹性散射； ?中子俘获。 快中子在轻介质中主要通过弹性散射损失能量； 损失能量 在重介质中通过非弹性散射损失能量； 中子俘获是中子的能量被原子核吸收后放出一个或几个光子的过程。 中子能量损失的过程称为中子的慢化，在轻介质材料中（如聚乙烯和石蜡）中子的慢化进程被加快，所以用聚乙烯和石蜡屏蔽中子的效果比较好。 比较好
医用重离子加速器
第三章医用重离子加速器 医用重离子加速器提供的重离子束主要应用于重离子束治癌，而提供的放射性核素以在核医学方面的应用为主。重离子束治癌在美，日，德等发达国家已进入到临床试验阶段，而放射性核素在核医学方面的应用大都处于试验研究阶段。由中国科学院近代物理研究所、甘肃省医学科学研究院、甘肃省肿瘤医院合作、兰州军区兰州总医院参与的甘肃省科技重大项目——“重离子束辐射治疗癌症的关系就是开发研究”，于2006年12月开始临床研究。到目前，已应用重离子束放射治疗浅表肿瘤受试者127名，效果显著，绝大部分病人无明显不良反应，治
疗后病人的随访率达96%以上，使我国成为国际上第4个有能力进行重离子治癌临床研究的国家。 第一节重离子治癌原理 一、概述 重离子束与物质相互作用的特殊机理使得它在肿瘤治疗方面具有一系列明显的优点：重离子束治疗精度高达(毫米量级);剂量相对集中，照射治疗时间短，疗效高；对肿瘤周围健康组织损伤小；重离子束治疗能做到实时监测，便于控制辐照位置和剂量。 以上优点使得重离子束的治疗作用可
以与手术刀媲美，达到普通电离辐照(此处普通电离辐照指x、r及电子束)治疗难以实现的疗效，因而重离子束被称为是21世纪最理想的放射治疗用射线。也正是由于重离子束在放射治疗中的上述优点，世界上许多国家都倾注了大量的人力和物力进行医用重离子束加速器的研制，或利用已有的重离子加速器进行治癌装置的建造和治癌基础及临床应用研究，这使得重离子治癌成为放射治疗领域的前沿性研究课题。 二、重离子治癌的科学依据和优势 放射治疗的主要原则就是给予肿瘤尽
可能大的辐射剂量，将癌细胞杀死，同时又尽可能地保护肿瘤周围和辐射通道上的正常组织使其少受损伤。由于普通电离辐照对剂量深度分布均呈指数衰减或略微上升而后衰减的特征，使治疗受到很大限制；而重离子束以其独特的放射物理学和放射生物学性质，在放射治疗上独具优势。 （一）重离子束的物理特性 1.特殊的深度剂量分布 荷电重离子贯穿靶物质时主要是通过与靶原子核外电子的碰撞损失其能量，随离子能量的降低，这种碰撞的概率增大。因此，离子在接近其射程末端时损失其大部分初始动能，形成一个高剂量的能量损
粒子加速器辐射防护规定.
粒子加速器辐射防护规定 L 总则 1.1 为加强对拉子加速器辐射防护工作的管理，保护环境，保障上作人员和邻近居民的健康与安全，根据GBJ8一74《放射防护规定》，参照国际辐射防护有关标准，并结合国内加速器的辐射防护状况，特制定本规定。。 1.2 本规定适用于加速粒子的单核能量低于100MeV。的粒子加速器（不包括医疗用加速器和象密封型中子管之类的可移动加速器）设施。 1.3 凡有粒子加速器的单位，必须根据本规定的要求，结合本单位加速器的特点，制定出实施细则。 1.4 在加速器辐射防护工作中，应当在降低剂量所获得的效益和为此而付出的代价之间进行权衡，使该设施运行中产生的集体剂量保持在可以合理做到的尽可能低的水平，并保证个人所接受的剂量当量不得超过剂量当量限值。 1.5 新建、扩建和改建加速器设施的单位，必须编写该设施对环境质显影响的评价报告，报请当地环境保护部门批准，否则不得设计和（或）施工。与此同时，还必须向当地公安部门登记 1.6 要关心在加速器上工作的人员的身体健康，加强健康管理。这类人员应当事受劳动保护部门和其他部门规定的劳保待遇。 1.7 本规定由当地辐射防护主管部门监督执行。 2 剂量当量限值 2.1 职业放射性工作人员全身受到均匀照射的剂量当量或全身受到不均匀照射的有效剂量当量，均不得超过每年50mSv（5rem）；公众中的个人，均不得超过每年5mSv（0＜5rem）。 2.2 职业放射性工作人员跟晶体的剂量当量不得超过每年50mSv（5ren），其他组织或器官的剂量当量均不得超过每年500mSv（50rem）公众中的个人任何器官或组织的剂量当量，均不得超过每年50mSv（5rem）。 2.3 在只受到外照射的情况下,深部剂量当量指数应低于每年50mSv（5rem）。 2.4 在只受到内照射的情况下，每年摄入的放射性物质数量应低于附录C（补充件）所列ALI。 2.5 在受到内外合并照射的情况下，为保证不超过年剂量当量限值，必须同时满足下列两个公式： 式中：Hid --年深部剂量当量指数，Sv（rem） HL--年深部剂量当量限值，Sv（rem）； Ij第j种放射性核素的年摄入量，Bq(Ci)； (ALI)j--第j种放射性核素的年摄入量限值，Bq(Ci) His--年浅表剂量当量指数，Sv（rem）； HSKL――皮肤的年剂量当量限值，500mSv（50rem）。 2.6 必要时经辐射安全机构批准，可允许职业放射性工作人员接受超过年剂量当量限值的照射。但1小次事件接受的剂量当量或剂量当量负担，不得超过年限值的2倍；一生中这种照射总共接受的剂量当量或剂量当量负担，不得大于年限值的5倍。 具有生育能力的妇女和未满18周岁者，不得接受这种照射 2.7 从事放射性工作的孕妇，授乳妇以及年龄在16～18周岁的实习人员、应在1年的照射不超过年剂量当量限值3／10的条件下工作，并要求剂量当置率比较均匀。 未满16周岁者，禁止从事放射性工作。
重核离子束成分的加速器质谱分析
第33卷第2期原子能科学技术V o l.33,N o.2 1999年3月A tom ic Energy Science and T echno logy M ar.1999重核离子束成分的加速器质谱分析3 何 明 姜 山 蒋崧生 武绍勇 (中国原子能科学研究院核物理研究所,北京,102413) 为拓展加速器质谱技术(AM S)测量范围及测量放射性核束成分,建立了利用入射离子发射特征X射线鉴别同量异位素的方法,开展了利用AM S测量重核离子束成分的工作。用此方法可将测 量79Se时的同量异位素干扰79B r压低2个数量级。对将用于64Cu放射性束实验的铜靶离子束成分 进行了分析。 关键词 离子束分析 入射离子X射线 加速器质谱 中图法分类号 TL52 TH84 加速器质谱技术(AM S)由于其高灵敏度而广泛应用于各个学科。AM S在测量重核,如79Se、126Sn等会遇到同量异位素的严重干扰。为拓展AM S测量范围,需建立重核的AM S分析新方法。另外,放射性核束物理实验的束流是混合束(受到一些稳定核素的干扰),需要对其成分进行鉴别而对离子束成分分析提出了要求。当离子经过加速器加速再经过分析磁铁选定所测核素后,离子束中一般只有所测核素的同位素和同量异位素。因此,离子束成分分析主要是分析离子束中的同位素和同量异位素含量。 1 同位素的分析方法 111 电刚度分析法 待分析样品在离子源被电离、经加速器加速后由分析磁铁选择出某一核素,只有相同磁刚度2〔(E q)?(m q)〕1 2的离子才能通过分析磁铁(E、m、q分别为离子能量、质量和电荷态)。离子在加速过程中由于电荷交换等原因使一些同位素的磁刚度满足选定的磁刚度而通过分析磁铁,因这些同位素离子质量不同,能量比选择的离子能量要高或低。静电分析器是能量分析器,即只有电刚度(E q)相同的离子才会通过静电分析器,因此可对离子的同位素进行分析。中国原子能科学研究院的高灵敏静电分析器[1]可对离子束中的同位素进行分析:通过改变静电分析器的电压让能量不同的离子(相应于质量不同的离子)通过静电分析器,对通过的离子进行测量来对离子束中的同位素进行鉴别。静电分析器在分析模拟传输64Cu时离子束中同位 3国家自然科学基金和核工业基金资助项目 何 明:男,29岁,加速器质谱学专业,助理研究员 收稿日期:1998205218 收到修改稿日期:1998208202
直线加速器机房放射防护安全制度标准范本
管理制度编号：LX-FS-A30285 直线加速器机房放射防护安全制度 标准范本 In The Daily Work Environment, The Operation Standards Are Restricted, And Relevant Personnel Are Required To Abide By The Corresponding Procedures And Codes Of Conduct, So That The Overall Behavior Can Reach The Specified Standards 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
直线加速器机房放射防护安全制度 标准范本 使用说明：本管理制度资料适用于日常工作环境中对既定操作标准、规范进行约束，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 1、按照国家《放射性同位素与射线装置放射防护条例》的要求加强放射卫生防护管理 2、直线加速器的防护性能应符合《医用远距离治疗X线卫生防护规则》的标准要求 3、参加放射治疗工作的技术人员必须经过严格的放射卫生防护知识培训并合格后，并取得“大型医用设备使用人员上岗证”才能进行上机操作 4、直线加速器的操作人员必须严格遵守各项才做规程，并经常检测防护设施的性能，及时处理发现的问题，严禁在直线加速器异常的情况下进行放射治
医用直线加速器放射安全与职业防护管理
CHINESE HOSPITAL ARCHITECTURE & EQUIPMENT | 96依据现行的射线装置分类办法，医用电子直线加速器属于II类射线装置，属于中危险射线装置，发生事故时可以使受照射人员产生较严重的放射损伤，大剂量照射甚至导致死亡。医用电子直线加速器对工作场所及周围环境产生的辐射水平及其防护问题已经引起了社会的普遍注意和关切。各相关医疗机构在医用加速器的使用中应高度重视辐射防护问题，在做好医学放射工作人员职业防护的同时，更应确保机房周围环境的放射安全，保护好公众安全。 一、直线加速器结构、工作原理及辐射特征 医用电子直线加速器能量一般指X射线治疗方式下的加速电位，即X射线的最高能量。通常按能量10MV为界区分，以采取与之相应的放射防护措施。它还可以按照产生X射线的种类分为单光子、双光子和多光子直线加速器。加速系统是医用电子直线加速器的核心，由加速管、微波功率源、微波传输系统、电子注入系统、高压脉冲调制系统、聚焦系统、真空系统、电源和控制系统、附属设备等组成。 其工作过程是：调制器产生两个脉冲高压，一个加到功率源（速调管和磁控管），功率源产生的微波功率经微波传输系统，馈入加速管，并在其中建立加速场；另一个脉冲高压加到电子枪，引出电子束，电子束注入加速管，受到其中加速场的加速。 医用电子直线加速器运行时，被加速的带电粒子从加速器的真空区引出后，这些带电粒子与被撞击的物质相互作用时产生轫致辐射 医用直线加速器放射安全与职业防护管理 MEDICAL LINEAR ACCELERATOR RADIATION SAFETY AND OCCUPATIONAL PROTECTION MANAGEMENT 文｜党升强 曹小军 谢龙 韩良辅 摘 要 文章介绍了医用电子直线加速器的结构和工作原理，分析了其辐射特征和危害，详细阐述了医院应采取的防护措施和工作人员注意事项，建议加强放射安全及职业防护管理。关键词 直线加速器 放射安全 防护管理Abstract The article introduces medical linear accelerator structure and working principle; analyzes the features and hazards of radiation; explains the protective measures and cautions for the medical staff; proposes to strengthen the safety and occupational radiation protection management.Keywords Linear accelerator Radiation Protection doi:10.3969/j.issn.1671-9174.2013.09.007 X射线、特征X射线、瞬间γ射线、中子射线和缓发射线（能量≥10MeV时）。而且，由于射线作用于空气及次级辐射等因素，可产生臭氧、氮氧化物和微量气载放射物质。 1.初级射线辐射。是指来自加速器准直器孔直接发射的射线。当光阑完全打开时，从辐射头靶端出射的X射线为一个半角为14度的锥形线束，其能量特性决定于选择的X射线能量级别。辐射防护主要依据X 射线能量。 2.露射线辐射。是指穿过加速器组装壳体的泄露射线，与主射线相比，泄露剂量率 比主射线束发射剂量率要低得多。 3.散射线辐射。是指受有用射线束和泄漏辐射直接照射的照射对象、装置部件以及建筑物室壁的散射辐射。 4.中子辐射。是指在高能X线模式下会产生一定数量的中子，通常无论在高能电子线或低能X线模式都只有很低能量级水平。但在高于10MV的X线模式中，迷路入口的设计必须对中子剂量加以考虑。 5.辐射活化的产生。是指直线加速器工作高于8MeV的能量级时，会发生光核效应，特别是高于12MeV时增加更快。这样会造成辐射头、室内其他物质包括周围空气在内的放射线核素的形成，产生少量的放射性气体，如13N（半衰期10min）和15O（半衰期2min）等。 二、直线加速器异常情况下的辐射危害（事故照射） 当加速器装置损坏、调试和操作失误
加速器类型
粒子加速器： particleaccelerator 一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。粒子加速器有三个基本组成部分：粒子源；真空加速系统和导引、聚焦系统。粒子加速器的效能通常以粒子所能达到的能量来表征。 粒子能量在100MeV 以下的称为低能加速器，能量在 0.1?1GeV间的称为中能加速器，能量在1GeV以上的称为高能加速器 按照被加速粒子的种类，加速器可分为电子加速器、质子加速器和重粒子加速器等。 按照加速电场和粒子轨道的形态，又可分为四大类：直流高压式加速器、电磁感应式加速器、直线谐振式加速器和回旋谐振式 加速器。 它们各自都有适于工作的粒子品种、能量范围以及性能特色。近年来，大中型的粒子加速器（如重离子加速器和高能加速器等）往往采用多种加速器的串接组合：例如由直流高压型加速器作预加速器，注入直线谐振式加速器加速至中间能量，再注入回旋谐振式加速器加速至终能量。 这样的系统有利于发挥每一类加速器的效率和特色。 （撰写： 陈佳滠审订： 关遐令）串列加速器： tandem accelerator 利用一个高压使带电粒子获得两次加速的静电型加速 KB 器。 串列加速器的直流高压通常由输电系统将电荷从低电位输送到高压电极上而形成。 它的工作原理是将由负离子源产生负离子注入到加速器主体中，在高压电极的正电
场的作用下，经低能段加速管被第一次加速。 当负离子到达高压电极后，通过电子剥离器并被剥掉2 个或多个电子，变为正离子。 在高压电极作用下，正离子经高能段加速管再次被加速。 图为中国原子能科学研究院的HI-13 串列加速器主体外貌。 （撰写： 秦久昌审订： 关遐令）高压倍加器： Cockcroft-Waltonaccelerator 利用倍压整流方法产生直流高压，对离子或电子加速。 其倍压整流工作原理如图所示，主要由高压变压器，高压整流器和高压电容器等组成。 在无负载时，倍压整流线路输出的高压V随倍压级数n增加而线性增加， 可表达为V-2nVa,式中Va为高压变压器T的次级绕组交流电压峰值。 当有负载时，随着级数n 的增加，线路的电压降和电压波动会严重增加，因此级数n 不能太高。 一般倍压整流器可输出直流高压从几百千伏（大气中）到兆伏级（高气压下）。 高压倍加器由高压倍压整流电源，离子源（或电子枪），加速管、聚焦和传输系统，真空和控制系统组成。 高压倍加器的输出功率较大，可以用作较理想的中子源，X 光源少离子注入机。 （撰写： 秦久昌审订： 关遐令）静电加速器： electrostatic accelerator; Van de Graff accelerator 一种利用直流高压静电场对带
医用加速器工作人员的辐射安全.
医用加速器工作人员的辐射安全 刘艳 国际电工委员会（IEC）成立于1906年，医用电子加速器属于IEC62C技术委员会的专业范畴，1988年我国采用IEC601-1号出版物制订了国际9706.1“医用电气设备第一部分：通用安全要求”。在该标准中，医用电子加速器划属I类、B型设备，由此对医用电子加速器的绝缘耐压、接地保护、连续漏电流和患者漏电流等电气安全要求作了详细而具体规定。1981年出版的602-2-1号文件规定了对医用电子加速器辐射安全的要求。由于医用电子加速器是放射治疗设备，所以要求从事医用加速器的工作人员必须是训练有素、考评合格的。这些人员包括：放射治疗医生、操作技术员、维修工程师和放射物理、放射生物等专业技术人员。随着近年来医用加速器数量大幅度的增加，加速器工作人员队伍也迅速地成长壮大起来。由于职业的关系，这支队伍经常处在有辐射危险和多种有害物质的环境里工作。尽管目前几乎所有的医用加速器都有相当完备的防护措施，但如果执行操作规程不严，或者工作人员的技术素质不高，一时的粗心大意都可能造成意外的伤害事故。特别是加速器的操作和维修人员，他们平时接触辐射源和有害物质的机会最多，发生意外伤害的危险性要比其他工作人员大得多，为避免这种情况的发生，尽可能地把危害减少到最低的限度，既不能谈虎色变，借此推委而影响工作，又不能盲目大意，不讲科学依据，因为来自加速器的许多危险是肉眼看不见的。避免各种意外伤害的关键，是要提高辐射安全意识，加强辐射安全的管理。为提高辐射安全管理的自觉性，现将加速器辐射源及有害物质的产生来源和可能造成的严重后果综述如下。 1X射线 X射线是来自加速器的主要危害之一，它是电子与物质相互作用的结果，是电子在轰击靶时产生的轫致辐射。当电子能量小于10MV时，其辐射强度与电子能量的三次方成正比，当电子能量高于10MV时，其辐射强度与电子能量的平方成正比。加速器可以在很短的时间内，产生足以使人致死的放射剂量，如果管理不严或使用不当，不知不觉地受到有害剂量照射是完全可能的。虽然有些后果不是立即的，但它可诱发严重的疾病，乃至丧失生命，造成无法补救的后果。对于熟练的加速器工作者来说，只要严格执行规程，意外伤害事故是完全可以避免的。按国家粒子加速器辐射防护规定（GB5172-85）和国家放射卫生防护基本标准（GB4792-84）限定，加速器工作人员全身受均匀照射的年剂量当量为 50msv/a(5rem/a)以下。一般是按周剂量进行控制，Mm=1msv/w (0.1rem/w)。只要我们严格遵守上述规定，控制X线受量，辐射危害是可减免的。 2中子 中子辐射在加速器虽不占第1位，但防护比较困难，危害也不可低估。当加速器能量高于10MV时，因光致衰变会产生中子，产额虽不很大，但对于不同的材料中子的阈能值是不一样的。对轻质材料，中子的阈能值为10～19MeV；对重质材料，中子的阈能值为4～6MeV。当电子能量达到10～35MV之间时，将产生巨共振中子，其能谱接近裂变谱，平均能量为2～4MV，它按各向同性发
3.离子束分析技术
Zhang Xiaodong
参考书目
离子束分析
Ion Beam Analysis (IBA)
? 《离子束分析》 杨福家
1985版 1985版
? 《原子核物理实验方法》（下） 1985版 1985版 ? 《粒子同固体物质相互作用》（上）王广厚 ? 《质子X荧光分析和质子显微镜》任炽刚 1981版 《质子X 1981版
课程安排
综述 卢瑟福背散射分析（RBS）、弹性反冲分 卢瑟福背散射分析（RBS）、弹性反冲分 析（ERD）和沟道技术 析（ERD） 粒子诱发X射线荧光分析（PIXE） 粒子诱发X 射线荧光分析（PIXE） 核反应分析（NRA） 核反应分析（NRA） 如有时间，适当补充课外知识
1.1 绪言
? 粒子与离子的概念差异
– 在微观领域，粒子是离子、电子、光子和亚核粒子等的总称
? 离子束分析的概念
– 总的来说：以离子束作为工具，通过它与物质相互作用来判 断物质中元素组成及结构的一门学科 – 具体来说：利用具有一定能量的离子（如：质子、α离子及 其它重离子）束去轰击样品，使样品中的元素发生电离、激 发、发射和核反应以及自身的散射等过程，通过测量这些过 程中所产生的射线的能量和强度来确定样品中元素的种类和 含量的一门学科 – 为了对其概念有一深入的理解，大家来看离子束作用机制图
次级离子质谱
次级粒子
俄歇电子 X射线
Secondary Ion Mass Spectrometry(SIMS)
离 子
-原 子 作 用 范 畴 离 子
俄歇电子谱
Auger Electron Spectrometry(AES)
粒子诱发X射线荧光分析
Particle Induced X-ray Emission(PIXE)
离子束（E,q） 发射粒子 背散射粒子 样品 γ射线
弹性反冲分析
Elastic Recoil Detection(ERD)
-原 子 核作 用 范 畴
核反应分析
Nuclear Reaction Analysis(NRA)
卢瑟福背散射分析
Rutherford Backscattering Spectrometry(RBS)
离子束作用机制图
离子束分析作用机制图
质子X射线荧光分析
1
直线加速器工作场所辐射卫生防护分析及评价
(1.浙江省宁波市第二医院，浙江宁波 315010；2.浙江省宁波市卫生监督所，浙江宁波 315010；3.浙江省宁波市新民医院，浙江宁波 315010) 直线加速器输出的高能X射线和高能电子束，不仅用来治疗多种恶性肿瘤，还用来治疗一些良性肿瘤及多种良性疾病，但同时，这种人工辐射源对工作人员和公众也存在着潜在的危害。为了在发挥医疗照射效益的同时，保障放射治疗工作人员和公众的身体健康，我们对西门子KD2型放射治疗直线加速器工作场所及周围环境[1]的辐射卫生防护状况进行了实际监测，同时对治疗室内感生放射性[2]辐射剂量率相对于X射线能量、处方剂量、冷却时间、离机头距离等的关系进行了测量研究，并对结果进行分析和评价, 提出相应的预防防护措施。 1对象与方法 1.1 对象 对象为1台西门子MEVATRON KD2 放射治疗直线加速器。该直线加速器具有2档高能X 射线，能量分别为6 MV、15 MV，剂量率分别为2Gy/min、3Gy/min,可开放最大照射野40cm ×40cm；6档高能电子束中最高能量为21 MeV，剂量率均为3Gy/min，最大限光筒25cm×25cm。 直线加速器机房位于医院内，由治疗室、迷路、防护门、控制室、电气辅助机房、水冷机房组成。其中治疗室内部长×宽×高为7.6m×6.1m×4.5m，迷路为L型，其长度为6 m，宽2.2 m。加速器墙体的屏蔽材料为普通钢筋混凝土，密度不小于2.35T/m3，主屏蔽墙体厚
2.78m，副屏蔽墙体厚1.27m，屋顶主、副屏蔽厚度分别为2.3 m、1.2 m。防护门采用具有铅及硼化聚乙烯夹芯的木结构门，电动启闭，厚度230 mm。治疗室通风约4次/h。 1.2仪器测量 美国S.E公司产X、γ辐射巡检仪，经国家一级计量测试机构检定校准，每年刻度1次，其测量的基本误差<15%,检定时对应于137Cs的校准因子和能量响应分别为1.11和1。 1.3测量方法 1.3.1辐射剂量率首先用辐射巡检仪调查测量工作场所及周围环境辐射剂量率本底水平。然后选取穿射能力最大的15MV X射线，照射野开至最大40cm×40cm，机架角度分别位于0°、90°、270°、180°位置，用辐射巡检仪分别测量控制室主、副屏蔽墙、电气辅助机房、水冷机房、西、南屏蔽墙等处的辐射剂量率。 1.3.2感生放射性辐射剂量率测量分别选取6MV、15MV X射线，照射野开至最大40cm ×40cm，机架角度位于0°，用辐射巡检仪分别测量治疗室内部不同处方剂量、不同冷却时间、离治疗机头不同距离处的辐射剂量率。 2结果 2.1辐射水平 测量数据显示，工作场所及周围环境辐射剂量率本底水平约为0.16～0.27μSv/h。为测量直线加速器工作时可能的最高辐射水平，选取X射线最高能量，照射野开至最大的极端情况。监测数据显示，工作场所及周围环境中，控制室主屏蔽墙处的辐射水平最高，测量值为7.22μSv/h，其余位置稍高或接近于本底水平(表1)。 2.2感生放射性辐射水平 照射野开至最大40cm×40cm，机架角度位于0°时，6MV X射线在治疗室内部不同处方剂量、不同冷却时间、离治疗机头不同距离处的辐射剂量率均接近于本底水平；相同条件下15MV高能X射线的辐射剂量率明显增高，其中在冷却30秒，直线加速器靠近机头射野中心处辐射水平可达2.83μSv/h；随着冷却时间的增加，感生放射性辐射水平逐渐降低，冷却约5 min后，治疗室内部感生放射性辐射水平降低到稍高或接近于本底水平。可见治疗室内感生放射性伴随高能X射线产生，随冷却时间及离治疗机头距离的增加而明显减少(表2)。 3讨论 该院放射治疗用直线加速器位于医院内部一角，与医院内部其他建筑距离适当，周围无普通居民 楼。放射治疗机房远离人员活动密集区域，进出人员大部分均为放射治疗工作人员及进行放射治疗的患者，患者家属及其他闲杂人员无特殊情况禁止进入放射治疗工作场所。对于
医用直线加速器室辐射屏蔽防护的优化设计
复旦学报(医学版) F udan U niv J M ed Sci 2006Jul.,33(4) 医用直线加速器室辐射屏蔽防护的优化设计 王洪林 1 陶 莉1 陈 剑1 李云海1 顾乃谷2 吴锦海2 王 力 2 (1复旦大学附属上海市第五人民医院放疗科 复旦大学上海医学院影像学教研室 上海 200240;2复旦大学放射研究所 上海 200032) 摘要! 目的 满足国家标准G B 18871 2002电离辐射防护与辐射安全基本标准的同时,优化设计医用加速器室的辐射屏蔽防护。方法 以新的国家标准G B 18871 2002电离辐射防护与辐射安全基本标准为准则,运用电离辐射屏蔽原理、计算方法,根据安装的医用加速器所具有的辐射物理特点和辐射防护的发展需求,对所有产生的射线进行严谨的、规范的和优化的屏蔽计算。结果 辐射屏蔽防护符合我国医用加速器机房使用标准。结论 我院医用加速器室屏蔽防护可以满足新的国家标准G B 18871 2002电离辐射防护与辐射安全基本标准,并降低了辐射防护成本,兼顾了辐射防护的发展需求。 关键词! 医用加速器; 辐射防护标准; 屏蔽优化设计 中图分类号! R 815.6 文献标识码! A 通讯作者 Optimum design for the shielding protection of medical linear accelerator WANG H o ng lin 1,TAO Li 1,CH EN Jian 1,LI Yun hai 1,GU Nai g u 2,WU Jing hai 2,WANG Li 2 (1Dep artment of Radiotherapy ,Shang H ai No.5H ospital,Fudan University Department of Medical I mageolog y,Shanghai Medical College,Fudan Univ ersity Shanghai 200240; 2 Radiation R esearch Institute,Fudan University S hang hai 200032,China) Abstract ! Purpose T o meet t he government standard basic criterion GB 18871 2002for radiation protection and saf ety,and t o optimize the design of the shielding protection of medical linear accelera tor. M ethods Based on the lat est government st andard GB 18871 2002for radiation prot ect ion and safet y,with sustainable development of radiation protection in mind,and according t o the radiation physics characterist ics of t he medical linear accelerat or t hat w ould be inst all,w e undertook a rigorous and optimized calculat ion for the prot ect ion needed for the radiation of t he accelerat or. Resu lts T he optimum design for t he shielding protection of medical linear accelerat or met t he lat est government st andard GB 18871 2002for radiat ion prot ect ion and saf ety. Conclusions T he opt imum design for t he shielding protection of medical linear accelerator met t he lat est government standard GB 18871 2002for radiat ion prot ect ion and safet y,and lowered t he cost of radiation prot ect ion and met the sust ainable de velopment of radiat ion prot ect ion as well. Key words ! medical linear accelerator; st andard for radiat ion protection; opt imum design for t he shielding protection 医用加速器辐射屏蔽防护设计是一项严谨的、系统的和专业化的工作。在医用加速器辐射屏蔽防护设计时必须满足医用人员职业照射水平和周围环境辐射水平最新国标要求,并要考虑辐射防护的发展需求,同时尽可能的降低辐射防护的费用。如何进行医用加速器室辐射屏蔽防护的优化设计?如何进行辐射屏蔽理论计算?计算程序和步骤有那些?作者结合本单位新安装的医用直线加速器的物理特性和加速器室实际情况,在加速器机房辐射屏蔽防护和安全设计时,满足新的国标同时考虑辐射防护 的发展需求,对装备医用加速器所具有的辐射特性和新建加速器机房空间格局、辐射屏蔽的土建材料以及周围环境特点,运用辐射剂量学和辐射卫生学原理对新建加速器机房主屏蔽墙、次屏蔽墙、迷路、防护门、控制室进行了加速器室辐射屏蔽防护的优化设计。 资料和方法 照射水平控制值 国际辐射防护委员会 556
离子源及加速器的国内外发展简介
离子源及加速器的国内外发展 2.1离子源及其主要类型 离子源是加速器的重要部件，它的目的是将样品物质电离成带电地原子离子或分子离子。其工作原理为：热发射或者场致发射产生电子后在放电室内部被加速，得到能量，然后电子开始撞击气体分子使气体分子发生离解、电离，然后形成等离子体（等离子体离子源），最后用引出系统在等离子体中引出离子束。离子源应该具有电离效率高，聚焦性能好，离子初始能量发散小，传输效率高，离子流稳定等特点。根据不同使用条件以及用途，目前已研制出多种类型的离子源。使用比较广泛的就有弧放电离子源、PIG离子源、双等离子体离子源和双彭源。这些离子源都是以气体放电为基础的,因此常被统称为弧源。高频离子源却是利用稀薄气体进行高频放电来令气体电离，一般都用来生产低电荷态的正离子，有时也生产负离子，用作负离子源来使用。而新型的重离子源的出现，使得重离子的电荷态得到显著提高,其中比较稳定的有电子回旋共振离子源(ECR)以及电子束离子源(EBIS)。负离子源性能较好就有转荷型以及溅射型两种。在一定条件下，以气体放电作为基础的各类离子源，都可以提供一部分的负离子束流。 图2.1离子源
①高频离子源 图2.2高频离子源 利用稀薄气体中高频放电使气体发生电离，主要产生低电荷的正离子，不过有时候也生产负离子。 在高频电场之中，自由电子与气体中地原子发生(或分子)碰撞，最后发生电离。从而带电粒子倍增，最后形成无极放电，生产了大量的等离子体。高频离子源的放电管通常使用派勒克斯玻璃或者石英管来制造。高频场则可以由管外螺线管线圈来产生，也可以使用套在管外的圆形电极产生。前者通常称为电感耦合，后者则称之为电容耦合。高频振荡器的频率通常为10 ～10 Hz，输出功率则可以达到数百瓦或以上。 从高频离子源中引出离子的方法主要有两种，其一是在放电管顶端插入一根钨丝来作为正极，而在放电管的尾端则安装一个带孔地负电极，并将该孔做成管形，方便从中引出离子流。其二则是可以把正极做成帽形，然后装它在引出电极地附近，并且放电区就在它的另外一边。但无论采用那一种引出的方式，金属电极都使要用石英或玻璃包裹起来，这可减少离子会在金属表面的复合。
加速器种类及优缺点
大学物理自主学习之勇攀高峰 中荷学院2012级卓越班 闫醒阳 20125357 带电粒子加速器 加速器的种类： 倍压加速器、直线加速器、回旋加速器、同步加速器、对撞机与储存环，静电加速器等等。 a倍压加速器 原理：倍压加速器也称高压倍加器，是最早的一种低能加速器。它是利用电压倍加原理产生高电压来加速粒子的。 倍压加速器一般由高压电源、加速管、离子源或电子枪、高压电极、绝缘支柱和其他附属设备所组成。若使用正离子源，其高压电源的正极接到加速器的高压电极上，负极接地，中间是加速管，离子源放在高压电极中。真空管道是用来保持加速器的真空。当正离子源产生的正离子发射出来后，受到高压电极的排斥作用，就会沿加速管急速地到负极，能量逐步增高，正离子得到加速。反过来，若使用负离子源或电子枪，这时高压电极的极性就要反接，即将高压电源的负极接到高压电极上，就能加速电子和负离子。 优缺点：由于倍压加速器的输出粒子流强度高，结构比较简单，运行比较可靠，造价低和建造快，因而得到了广泛的应用。
b直线加速器 原理：直线加速器是采用高频电场来加速粒子的。直线加速器既能加速质子和重离子，也能加速电子，加速质子的称为质子直线加速器，加速电子的称为电子直线加速器。质子直线加速器的能量从几十到几百兆电子伏。电子直线加速器的能量可从几兆到几十兆电子伏。直线加速器可作为高能加速器（或对撞机）的注入器，此外在医疗和工业探伤方面也有广阔的应用前景。 质子直线加速器一般采用高频电场来加速。加速器的外壳是1-2米的大圆筒，内壁是铜制成的，光洁如镜。沿加速腔的轴线方向，装有好多个金属圆管，称为漂移管。漂移管之间的间隙称为加速间隙。漂移管一个比一个长，而间隙也是一段比一段大。当施加高频电源后，在加速间隙中产生较高的高频电场。我们知道，高频电场的方向和大小是随时间迅速变化的，漂移管设计得很巧妙，它好像一个个“防空洞”，洞中设有高频电场，当粒子的飞行方向与电场方向相同时则使粒子加速，当粒子飞行方向与电场方向相反时，粒子正好躲在“防空洞”中，而不会受到电场反向造成的减速；当电场方向又变得和粒子飞行方向一致时，粒子刚好从前一个“防空洞”出来，在第二个加速间隙中得到加速，电场改变时，又正好躲在下一个“防空洞”。就这样粒子每经过一个加速间隙就受到一次加速，经过若干个这样的间隙，就能使粒子具有较高的能量。 优缺点：直线加速器具有束流强度高、能量可逐节增加等优点，缺点是需要昂贵的高频、微波功率源.而且直线加速器的优点是从零速开始加速很方便，绝大部分回旋加速器的起始加速段（注入器）都是直线加速器；而且加速重粒子在能量损失方面比起同步加速器来说比较有优势，因为重粒子偏转需要的向心加速度更大；另外事实上都造到很大的时候直线加速器反而比较不占地方。
【CN109769336A】同步加速器、粒子束加速方法、装置、设备及存储介质【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910264698.0 (22)申请日 2019.04.03 (66)本国优先权数据 201810506197.4 2018.05.24 CN (71)申请人 新瑞阳光粒子医疗装备（无锡）有限 公司 地址 214000 江苏省无锡市太湖广场钟书 路99号国金中心62层 (72)发明人 郑志鸿 刘铮铮 李凯若 (74)专利代理机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 代理人 聂启新 (51)Int.Cl. H05H 13/04(2006.01) H05H 7/04(2006.01) (54)发明名称 同步加速器、粒子束加速方法、装置、设备及 存储介质 (57)摘要 本发明涉及一种同步加速器、粒子束加速方 法、装置、设备及存储介质，该同步加速器包括： 四个二级磁铁，二级磁铁用于将粒子束偏转90 度；直线节，直线节包括两长直线节和两短直线 节，两长直线节和两短直线节用于将四个二级磁 铁串联成环状，且四个二级磁铁关于两长直线节 的中心点连线镜像对称，以及关于两短直线节的 中心点连线镜像对称；四级磁铁和六级磁铁，四 级磁铁和六级磁铁均设置于直线节上，四级磁铁 用于形成粒子束的预设引出工作点，六级磁铁用 于形成用于慢引出的三阶共振。解决了现有技术 的同步加速器由于其体积太大而限制了其使用 范围的技术问题，达到了实现同步加速器小型化 的技术效果。权利要求书2页 说明书9页 附图4页CN 109769336 A 2019.05.17 C N 109769336 A
离子束技术及其应用
离子束技术及其应用 合肥研飞电器科技有限公司 一．离子束技术简介 1．离子源构成及原理 如图1所示，在一个真空腔体中,用气体放电产生一团等离子体，再用多孔（缝）引出电极将等离子体中的离子引出并加速形成离子束。 图1 离子源构成原理示意图。 图2 单孔引出电极构成原理示意图。 2．离子束的品质因素 引出电极的单孔构成原理如图2所示，它决定了离子束的品质因数，即导流系数（设计最佳化）、能耗、运行气压和气体效率。其中导流系数由下式决定： 202302 max 294??? ??==d D M eZ V D J P c πεπ (A/V 3/2) 3．离子源的分类 主要按等离子体产生的方法来分： ● 有极放电，主要包括：考夫曼、潘宁、佛里曼(Freeman)、双压缩、双潘宁、射频容性耦合离子源； ● 无极放电，主要包括：微波ECR 、射频感性耦合（ICP ）离子源； ● 其它离子源，例如：束—等离子体离子源。
二． 离子束辅助沉积薄膜技术 1．离子束辅助的重要性 A ．新的挑战: 随着有机光学元件基片材料的采用和光纤通信工业应用中提出了更高的技术要求，以及提供相应的多层光学涂层薄膜，越来越需要发展新工艺。 B ．蒸发镀的局限性: 虽然蒸发镀是光学涂层的主要制备方法，但它不能满足更高的致密性要求、改善机械性能和产品的快速生产等方面的要求。 2．离子辅助沉积 众所周知，引入离子辅助沉积，在一定程度上能够改善热蒸发沉积薄膜的持久性和稳定性方面的性能。这种工艺的功能已经在材料等许多领域被证明，当然它不一定能满足一些涂层应用的特殊要求。市场上可以买到的离子源仅能提供低的离子流和窄的束径，限制了可应用的基片面积。 3．该应用离子束的特点： 离子能量低（100eV －1000eV ）； 大流强（数mA/cm 2）； 要求流强受离子能量影响小； 高真空（～10 -5乇）； 离化率、电效率、气体效率高； 杂质量低； 寿命长（抗氧化）、操作容易、维护方便。 4．新型ICP 离子源的研制 A.前 言 ● 离子源广泛应用于材料改性、刻蚀和薄膜沉积领域； ● 射频感应耦合等离子体（RF ICP ）源结构简单、能产生高密度的纯净等离图4 离子辅助电子束蒸发镀 膜装置示意图