国内外加速器极高真空技术进展
医科达直线加速器真空系统维保探讨
医科达直线加速器真空系统维保探讨摘要直线加速器是目前主流的放疗设备，它们的正常运行离不开真空技术，真空技术在直线加速器中的作用主要有：①避免加速管内放电击穿；②防止电子枪阴极中毒、钨丝材料的热子或灯丝氧化，③减少电子与加速管内气体的碰撞损失。
既然真空系统如此重要，在我们日常的维保中我们该如何做才能保证真空系统正常有效运行呢？本文根据多年的维保经验做一个总结，希望可以为医院同行加速器真空维保时做一个参考。
关键词真空系统；加速器；钛泵1 医用直线加速器的核心部件真空系统分类（1）全密封驻波加速管。
这种加速管真空度超高，真空度在10-7Torr以上，配一台小离子泵（3-5L/S）维持超高真空度，主要在一些低能的加速器中应用。
（2）具有可拆卸密封的驻波加速管。
一些高能的驻波加速管，考虑到某些寿命件的可更换性，如电子枪阴极的更换，配置一台大的离子泵（20L/S），同时在电子枪部位增加一台较小的离子泵（8L/S），真空度在10-6-10-7Torr之间，Varian 高能加速器采取这种模式。
（3）具有可拆卸密封的行波加速管。
将加速管设计成可拆卸式金属密封，一旦如电子枪、偏转靶室、离子泵等发生问题，可在医院现场更换，因行波加速管体积较大，一般配置一台大的离子泵（20-30L/S），分别装在两个耦合器的波导三通上，真空度在10-6Torr以上，Elekta加速器采取这种模式，本文重点讨论这种真空系统的维保[1]。
2 Elekta加速器真空系统构成①分子泵②钛泵及电源③真空监测单元④管路阀门组件等。
真空建立过程：（1）摘掉枪灯丝供电端子，用分子泵抽12小时左右建立10-4Torr左右的真空度。
（2）关闭截止阀，启动钛泵电源，让钛泵进一步提升真空度，在此过程中一定要密切注意钛泵的温度。
（3）待真空达到10-5Torr以上，控制台真空度参数达到5.5左右时，加枪灯丝电源，此时真空有一个下降再缓慢上升的过程。
（4）待控制台真空度参数稳定在5.7左右时，采用100MU的剂量率开始出束，真空同样有一个下降再缓慢上升的过程，反复多次老练，逐步增大剂量率，直至日常工作剂量率，真空度稳定在5.9左右即可用于日常临床治疗，一般通过一周左右的时间真空度稳定在6.2左右（建议这一周不要关机）。
医用电子直线加速器发展历程
医用电子直线加速器发展历程
1、1927年：马萨诸塞大学的William D. Coolidge首次发明了真空
管加速器，并成功实现了第一次辐射治疗。
2、1927年至1953年：医用X射线加速器完成了改进，技术日臻成熟，发展迅速。
除腔体管电子枪外，还有其他新型加速器，如水平腔体管、环形腔体管等，可用于治疗及诊断。
同时，出现了各种辅助设备和调试技术，使放射技术的发展得到了极大的促进。
3、1953年：美国人Rutsky发明了第一台锂盐复合加速器，使电子
加速器的技术水平迈上了新的台阶，这也为多种放射技术的发展提供了可能。
4、1969年：美国AEG公司的Debus等人发明了第一台高压流体加速器，这也是医学上放射治疗的一个重大突破，它使放射技术的发展又一次
进入了快速发展的通道。
5、1974年：巴特兰公司的Keller等人发明了第一台闪辉加速器，
它的发展为各种放射技术的治疗作出了重要贡献。
6、1980年：英国的Davies等人首次发明了同步腔体管电子枪，它
的发展大大提高了放射技术的性能。
7、1995年：英国东贝公司首次发明了数字化线性加速器，使放射技
术发展到了一个新的高度。
8、1996年：Kerr公司发明了第一台具有三维再现功能的线性加速器，提高了放射技术的治疗和定位精度。
真空技术与粒子加速器
真空技术与粒子加速器真空技术和粒子加速器是现代物理研究和应用领域中非常重要的工具。
真空技术用于创建和维持高真空环境，而粒子加速器则用于加速和操控粒子束。
本文将介绍真空技术和粒子加速器的原理、应用以及相关的发展前景。
一、真空技术的原理和应用1.1 真空技术的原理真空技术是通过排除空气和其他杂质，创造一种低压环境，使气体分子的平均自由程大于系统尺度，从而降低气体分子与物体的碰撞概率。
真空系统是由真空泵、密封装置和监测仪器等组成的。
1.2 真空技术的应用真空技术在许多领域中有着广泛的应用。
在材料科学中，真空技术可以用于薄膜沉积、热处理和表面处理等工艺。
在电子器件制造中，真空技术可以用于光刻、离子注入和蒸发等工艺。
在粒子物理实验中，真空技术则是粒子加速器的重要组成部分。
二、粒子加速器的原理和应用2.1 粒子加速器的原理粒子加速器是一种用于将带电粒子（如电子、质子和重离子等）加速至高速的装置。
其主要原理是通过电场和磁场力对带电粒子进行加速和聚焦。
粒子加速器一般由加速模块、磁铁和探测器组成。
2.2 粒子加速器的应用粒子加速器在科学研究和应用领域中有着重要作用。
在基础科学研究方面，粒子加速器可以用来研究物质的基本性质，揭示物质的微观结构和宇宙起源等问题。
在医学领域，粒子加速器可以用于放射治疗，对肿瘤进行精确的辐射治疗。
此外，粒子加速器还可以应用于核能研究、材料改良和环境保护等方面。
三、真空技术与粒子加速器的发展前景真空技术和粒子加速器在当代科技的发展中扮演着重要角色，并且有着广阔的发展前景。
随着各领域对高真空和高能粒子的需求不断增加，真空技术和粒子加速器的研究和应用将会得到更多的关注和投入。
在真空技术方面，随着新材料和新工艺的发展，真空泵和密封装置的性能将会得到不断提升。
同时，随着纳米技术和微机电系统的发展，对于微型真空系统和纳米级真空的需求也将日益增加。
在粒子加速器方面，随着高能物理研究的不断深入，对更高能量的加速器和更精确的探测器的需求也在增加。
各类加速器技术比较
200多种 /500多件
如果是全保修，所有部件都包括在内。
60多种备件，全保修内容中不包括某些部件，比如加速管。
60多种备件，全保修内容中不包括某些部件，比如MLC的监测CCD摄像机。
这是瓦里安公司提供完善服务的具体表现，最大程度地减少机器的停机、检修的时间
产品的配套
拥有加速器、治疗计划系统、MLC、调强技术、实时影象验证系统、网络系统、常规模拟机、CT模拟系统
满足临床对不同肿瘤的治疗，方便医生的使用，相应延长电子枪的使用寿命
电子线剂量率
共七档100至1000 MU/min
100、200、300、400、500和6001000MU/min
共两档300/ 900 MU/min
共五档25 / 400 MU/min
相应延长电子枪的使用寿命。这是临床治疗模式下电子线剂量率，不同于其他厂家的维修检测模式下的输出
以神经外科手术器材和伽玛刀为主要经营项目，1997年收购Philips集团经营不善的放疗部门
技术力量雄厚，在加速器方面拥有20多项专利，始终引领放疗技术发展
全球市场
占全球市场份额70%
占全球市场份额13%
占全球市场份额15%
在全球瓦里安公司的加速器数量超过5000台，MLC超过1500套、模拟机超过1000台、TPS超过2500套
100、200、300、400、500和600 MU/min
（6/10/15/18/20MV）
只提供两档
50 /200(6MV)（300MU/min是选项）
50 / 500 (15 – 25MV)
由软件控制，很难讲有多少档
技术指标25-600(6、8、10、15MV)，每一台机器的数值都不一样，虽然调试机器时可以调出600MU/min，但都会劝用户放弃使用，临床可以用上的只是在360-420MU/min之间。
国际上大科学装置的发展情况
国际上大科学装置的发展情况在国际上，大科学装置的发展呈现出快速增长的趋势。
这些大科学装置是为了解决复杂科学问题而建立的巨大而复杂的实验设施，需要庞大的预算和跨国的合作来实施。
下面将介绍几个具有代表性的大科学装置，以展示它们在国际科学研究中的重要作用。
首先要提到的是瑞士和法国共同建造的欧洲核子研究中心（CERN）。
CERN是世界上最大的粒子物理学研究机构，拥有超过10,000名科学家和工程师来自全球不同国家的研究人员。
CERN的最著名实验设施之一是大型强子对撞机（LHC），它以高能量粒子碰撞的方式来研究基本粒子的性质。
LHC的运行成功证实了希格斯玻色子的存在，并获得了诺贝尔物理学奖。
CERN也是开发互联网的地方，是互联网的发源地之一位于美国加利福尼亚的斯坦福直线加速器中心（SLAC）是另一个重要的大科学装置。
SLAC拥有一系列粒子加速器，其中包括世界上最长的直线加速器，用于探索原子核和粒子物理学。
SLAC是高能物理学中的重要研究机构，它的实验设施吸引了来自全球各地的科学家进行合作研究。
除了粒子物理学，天文学也需要大科学装置来加强观测和研究。
一个例子是美国和欧洲合作建造的大型视场红外巡天望远镜（LSST）。
LSST 是一个具有巨大视场的巡天望远镜，预计将在智利开始运行。
它将拍摄数千张高质量图像，用于研究宇宙的形成和演化。
LSST的数据将对天文学和宇宙学产生重大影响。
另一个重要的大科学装置是日本的超级计算机“富岳”。
富岳是一台世界上最快的超级计算机，由日本理化学研究所开发。
它的计算能力超过了世界上其他超级计算机的总和，并被广泛用于气候模拟、材料科学、基因组学等领域的研究。
富岳的存在推动了许多科学研究的进展，并对日本的科学技术发展起到了重要作用。
以上只是几个代表性的大科学装置例子，实际上还有许多其他在国际上运行的大科学装置。
这些大科学装置的存在和发展，推动了人类对自然界的认识不断深入，也为国际科学合作提供了平台。
真空技术的发展和应用
真空技术的发展和应用随着科技的不断进步，真空技术的发展也日益成熟。
在生产制造、医疗卫生、科学研究等领域，真空技术都有了广泛的应用。
让我们来探讨一下真空技术的发展和应用。
一、真空技术的发展真空技术最初是为满足电子器件的制造需求而发展起来的。
1880年代，电子技术的发展促进了真空技术的发展。
1906年，美国的Crockcroft和Walton开发出了电子加速器，使得真空技术得到了长足的发展。
此后，真空技术的应用范围逐渐扩大。
20世纪20年代，真空技术得到了大规模应用。
战争的爆发也促进了真空技术的发展。
在第二次世界大战中，真空技术的应用范围大大扩展。
比如在轰炸机的制造中，真空技术被广泛应用。
到了20世纪60年代，真空技术已经逐渐成熟起来，被广泛应用于电子工业、化工、冶金、航天等领域。
二、真空技术的应用1、半导体工业在半导体工业中，真空技术是至关重要的一环。
半导体工艺一般都是在高真空的条件下进行的。
通过真空技术，可以实现对半导体芯片整个生产过程的控制，也可以通过一些技术手段来提高生产效率。
半导体工业是目前最常用的真空技术应用之一。
2、航天科技在航天科技领域，真空技术也有着非常重要的应用。
航天器在太空环境中运行，必须保持适应性的压力，不然就很容易受到不同的影响而出现故障，甚至失去性能。
一个良好的真空环境可以将环境物理特性完全地呈现给科学家，开展更加精细的科研工作。
3、医疗卫生真空技术在医疗卫生领域中的应用也非常广泛。
比如手术过程中用的止血袋，在使用前需要使用真空技术将空气抽出。
这样，可以有效的进行血液止血，并降低感染风险。
另外，美国的先进半導體材料產商Process Oriented Logistics Solutions（POL）公司開發出了一种基于真空技术的医疗救援胸甲，这种胸甲能够通过改变内部的气压来实现对病人的心肺复苏。
4、制造在制造领域中，真空技术也有着非常广泛的应用。
比如焊接、靶材制备和冶金工艺等。
真空技术发展史
真空技术发展史
真空技术是一项非常重要的技术，对于多个领域的进步和发展有着至关重要的作用。
随着科技的不断发展，真空技术也在不断完善和普及。
下面是真空技术发展史的简要介绍。
1. 古希腊时期：由于当时的技术条件和科学水平有限，人们无法了解和利用空气中的真空。
因此，在古希腊时期，人们并没有发现和认识真空技术。
2. 中世纪：在中世纪，人们仍然无法理解空气中的真空，并且没有对真空技术进行系统的研究和开发。
4. 18世纪：18世纪，化学家和物理学家开始研究真空技术。
当时，他们使用一种叫做蘸管的装置进行真空封闭，这种技术被用于制备一些重要的化学试剂，比如蓝水铜。
此时，研究真空技术的步伐开始加速。
5. 19世纪：在19世纪，真空技术的重要性逐渐得到了广泛的认可，科学家们对真空技术的研究也在不断深入。
同时，新的理论和技术手段的出现，使得真空技术得到了快速发展。
这一时期，真空技术得到了广泛的应用，被广泛地用于化学、物理、电子、光学等领域。
6. 20世纪：在20世纪，真空技术得到了进一步的发展和普及。
随着电子设备的不断发展，真空技术也得到了进一步的应用，如真空管和放电管等的研发和制造。
7. 当代：在当代，真空技术已经成为众多领域必不可少的技术手段。
无论是光学领域还是半导体制造领域，都需要利用真空技术进行研究和开发。
同时，真空技术也被用于制造汽车、飞机、航天器等高科技产品的制造过程中。
在未来，真空技术将继续得到进一步的发展和应用。
科学家们将不断探索真空技术的潜力，并寻找更多的应用场景，使得真空技术能够更好地服务于人类的发展和进步。
强流重离子加速器动态真空效应模拟与实验
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要点二
动态真空效应的物理 机制
动态真空效应主要由空间电荷效应、 时间变化电荷分布以及粒子间相互作 用等机制共同作用所致。
要点三
动态真空效应的影响
动态真空效应会对强流重离子束流的 传输质量、束流寿命以及束流控制等 方面产生重要影响。
动态真空效应模拟方法
模拟软件介绍
常用的动态真空效应模拟软件包 括粒子模拟软件（如TRACE3D、 COMSOL Multiphysics等）和束 流模拟软件（如ASTRA、FLUX等 ）。
强流重离子加速器动态真空 效应模拟与实验
2023-11-09
目录
• 引言 • 强流重离子加速器基本原理 • 动态真空效应模拟 • 实验设计与实施 • 实验结果与讨论 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
强流重离子加速器在科学技术研 究中具有重要应用价值，如碰撞 实验室、核物理研究、材料科学
等。
06
结论与展望
研究成果总结
1 2
完善了强流重离子加速器的设计
通过模拟实验，我们成功地优化了加速器的设计 ，提高了离子加速的效率和质量。
建立了动态真空效应模型
我们建立了准确的动态真空效应模型，揭示了离 子在加速过程中的行为和相互作用。
3
验证了模型的准确性
通过实验验证，我们证实了模型的准确性和有效 性，为未来的研究提供了可靠的依据。
强流重离子的加速过程中，真空 效应对粒子加速的影响不可忽视
。
真空效应的准确模拟与实验验证 对于提高加速器性能、保障实验
结果的准确性具有重要意义。
研究现状与进展
目前，国内外对于强流重离子加速器的动态真空效应研究主要集中在理论模拟和数 值计算方面。
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[2]
, J-PARC ,
SRS, , nm
8—9 h),
J-PARC ), .
H2 ( 600—650 , 7×10−14 Pa·l·s−1 ·cm−2 , [4] 2 ; ( CSNS HIRFL-CSR , .
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Received 7 January 2008 1) E-mail: yangxt@
2008 – 01 – 07 1) E-mail: yangxt@
46 — 48
47
2.3
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4
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3
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P506 FAIR . LHC P506 75µm ; . , 3 , ( RCS ). 10 .
.
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2
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[1]
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, 4
[3]
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4 5 6 7
Kurisu H. IVC-17, VST09-IS1, 2007, Stockholm, Sweden Chiggiato P, Pinto P C. CERN-TS-2006-001 Baglin V. Vacuum, 2007, 81: 803—807 LI De-Tian, LI Zhen-Hai, GUO Mei-Ru et al. Vacuum Science & Technology, 2007, 26(2): 92—96
Progress of XHV Technology at Particle Accelerators
YANG Xiao-Tian
1)
(Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)
Abstract Recent vacuum system development with an XHV condition for the particle accelerators is briefly described. The progress of selecting and treatment of the materials used in XHV systems is introduced, and the choice of the main pump for an XHV system and some new pumping method are presented. Some leak detection experiences both for the superconducting and warm vacuum systems are recommended and the status of XHV measurement and the gauge calibration are introduced. Key words particle accelerator, extreme high vacuum (XHV), gasload
5
, He ” . , ,
[6]
10 . , , ,
−12
Pa · l · s
−1
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, . ( , TiN),
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48
Chinese Physics C (HEP & NP)
Vol. 32
”
” (LHC 1.9K −5 7×10 Pa·l·s−1),
” ,
”.
6
, . . ,
Chinese Physics C (HEP & NP)
Vol. 32,
, Mar., 2008
1)
(
730000)
; ; . ;
1
. , (P 10 ,
−10
H2 (
1013∼15 H2 m−3 ) . 1000 ,
[2]
[1]
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.
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B-A
,
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2 × 10−10 Pa. ,
N2 , , 28 / N2
CO, Ar
. PTB
[7]
. ,
510 .
NASA, 10−10Pa
(References)
1 LHC Design Report, CERN, Geneva, 2003 2 CAS, CERN, Geneva, 1999 3 Kramer A. GSI Vacuum Group, Darmstadt, Germany
[6]
, .
. (ESD) , ESD
X . . X , 10−11 —10−14 Pa CERN (UFC070) ,
. . , 4:1, , N2 (28) O2 (32) . , O2 , O2 O2 . 28 . (40) 1% N (14) Ar, Ar 10−8Pa ; N+ , .
+
[2]