加速器(二)加速管
加速器特点
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”。
加速器第3章
输电电流 b—带宽<0.6m，v—速度<30m/s，振动、磨损、 风耗∝v3表面电荷密度最大值
通常 原因：带表面附近电场不均匀。 一般采用电晕喷电，可使表面均匀带电。
提高ic措施 1）增加输电带数量（一般不>2） ） 2）加分压棍（金属） ） 使电场沿带匀整， σ→σM 带易与棍相擦， 导致ic不稳。 解决办法： 再加保护棍（绝缘）
1 i ∆V = N − 2 fC
流强 10毫安 毫安
纹波
1 i δV = 2 fC
绝缘磁芯高压电源 端电压0.3～4MV 纹波 大，重量大，但电源利 用率高，价格低 我国已生产0.3MV 30mA, 0.6MV 30~60mA, 1.5MV 10mA绝缘磁芯高压 电子辐照加速器，用 于电线电缆辐照，生 产泡沫塑料，处理污 水废气。
3）复激输电（利用下行边） 复激电源、自偏压 优点：设备少，成本低；缺点：总波动大。
4）用高气压气体作为绝缘介质 提高Eb 提高σM
临界气压现象：如 右图电晕系统，当 气压上升时会出现 临界气压现象。此 时间隙火花放电的 击穿电压会低于电 晕起始电压，当p>pc 时，击穿前不再有 电晕，输电系统无 法工作。
出射 粒子 靶物质 直流电源 北大4.5 北大4.5 MV 单级静电加速器
北大4.5 MV 单级静电加速器 北大4.5
静电加速器
第三节 高压电场与绝缘介质
一、绝缘介质 1.气体 高气压气体的击 穿电压远高于其 它绝缘介质。在 大间隙均匀电场 中各种介质的击 穿电压如右图。
击穿场强与下列因素有关： 1）间隙长度 均匀电场中击穿场强随d↑而下降。一 个大气压下： d=0.5mm，Eb=5MV/m d=10mm，Eb=3MV/m 2）气压 p<10atm，近似线性； p>10atm，上升减慢。
粒子加速器工作原理高中物理
粒子加速器工作原理高中物理
粒子加速器是一种重要的研究工具，它可以用来加速微观粒子，如电子、质子等，达到很高的能量。
在高中物理中，我们学习了一些关于粒子加速器的基本原理和工作机制。
1. 粒子加速器的基本结构
粒子加速器通常由加速器本体和探测器两部分组成。
加速器本体主要由加速管、驱动电磁场和离子源构成，探测器用于检测加速的粒子。
2. 粒子加速器的工作原理
粒子加速器的工作原理基于电场和磁场的作用。
首先，粒子从离子源中产生，
然后通过加速管中的电场受到加速作用，再进入驱动电磁场中产生磁场力，从而实现粒子的加速。
3. 加速器本体的结构和作用
加速器本体中的加速管是很关键的部分，电场在其中产生，让粒子受到电场力
加速。
同时，驱动电磁场也是必不可缺的，用于产生磁场力，使粒子在加速过程中保持运动轨迹。
4. 探测器的作用
探测器用于检测加速的粒子，确定粒子的能量、速度等信息。
探测器一般由探
测元件和数据采集系统组成，能够对粒子进行精确的测量和分析。
5. 粒子加速器在科研中的应用
粒子加速器在科研领域有着广泛的应用，包括物质结构、核物理、医学等领域。
通过粒子加速器，科研人员可以研究物质的微观结构和性质，探索更多的未知领域。
结语
通过本文简单介绍了粒子加速器的工作原理及其在科研中的应用。
希望读者能
够进一步了解粒子加速器的原理和应用，探索更多关于微观世界的奥秘。
关于西门子直线加速器加速管的更换及质量保证
关于西门子直线加速器加速管的更换及质量保证作者：刘键来源：《科教导刊·电子版》2017年第25期摘要加速管是直线加速器的核心部件，本文介绍加速器更换加速管的详细步骤和注意事项，并对新加速管进行平坦度、对称性、等方面进行质量保证工作。
最终结果符合临床治疗要求。
对加速管的更换主要难点在于更换过程中拆装和出束过程调试的难度，是一项艰巨和细致的工作关键词大型医疗设备加速管中图分类号：TH774 文献标识码：A我院放疗门诊2008年从德国西门子引进的直线加速器MEV-77，操作人员在治疗对病人进行摆位中发现机头漏水的现象，立刻按下急停开关并关机，安排病人离开治疗室并向设备科汇报。
接到通知我立即赶到现场，发现准直器（collimator）钨门（Jaw）边缘滴有水珠，由以往经验，此处漏水往往是通往靶的软水管老化或X线靶体漏水所致。
于是首先将内循环水泵（pump）开关断开，拆掉机头部分内、外壳，重新开机，将机架旋转到180度，插好防止机架（gantry）转动的大销子，以防拆卸机头部位的部件时机架转动。
使用扳手盒大号螺丝刀，拆下机头外两侧覆盖“靶”运动观察孔的大铅块。
一人手拿手电筒在此观察，另一人打开内循环水泵开关，发现靶和水管都不漏水，水是从加速管出束窗口喷出来的，立即关机。
为了更加清楚看清漏水部位的情况，准备吊起整个准直器，于是支起了龙门架、手拉葫芦（2吨），钢丝绳、榔头等工具。
1吊装准直器如下操作（1）先把安装挡铅玻璃的框卸掉，然后拧开准直器外壳的八个螺栓，用钢丝绳套上大号垫片和螺栓，对角回拧到准直器外壳，然后把龙门架和吊装葫芦支到准直器的中间位置，调整高度，使吊装葫芦穿过钢丝绳，保持中间位置，然后慢慢拉起吊环，离开机头部位，然后向旁边拉走，慢慢放到推车上，卸下吊环，推到墙的旁边。
（2）这时准直器显露出来，松开准直器旋转卡环并将周围四个定位销敲落并取出，将4根略细于定位销的长约35cm的钢导杆置于定位孔中，在每个定位销的附近各有一个通孔，将钢丝绳穿过它，并留适当的长度，并用钢丝绳卡子卡牢，再次调整龙门架跨于机头（collimator）处，使吊装葫芦处于准直器所在中心线上，勾住钢丝绳，起吊，速度要慢！当整个准直器下端（靶的位置）高于机臂平面时，将电离室的信号线放开，地线放开，将整个准直器向左移，移到机壁（Gantry）之外，并找来方木在它周围边沿落地并垫牢，此时注意别压着下面靶机构！将四个导杆抽出，钢丝绳、龙门架和吊装葫芦慢慢都移出，注意不要掉下来砸坏准直器。
《加速器》(课件)
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 3.对于同一回旋加速 器，其粒子回旋的最大半 径是相同的，所以最大速 度必须满足
qBR vm m
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 4.因为狭缝极小，故 电场运动时间可以忽略.
t总 t 磁
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 4.因为狭缝极小，故 电场运动时间可以忽略.
t总 t 磁
1 mv 2 m m 2 t磁 n qB qU qB 1 m (qBR) m 2 m qU qB
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 1.带电粒子每经电场加 速一次，回旋半径就增大一 次，每次增加的动能为 Ek=qu， 粒子每经过一个周 期，被电场加速两次。 2.交变电场周期等于粒 子在磁场中的运动时间，即 2m T电 = T磁 qB
2.(多选)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度 为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时 间可忽略，它们接在电压为U、频率为的交流电源上，若A处粒 子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是( ) A.若只增大交流电压U，则质子获得的 最大动能增大 B.若只增大交流电压U，则质子在回旋 加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度B增大，交流电频率必 须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率， 该回旋加速器也能用于加速粒子
2.(多选)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度 为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时 间可忽略，它们接在电压为U、频率为的交流电源上，若A处粒 子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是( BC ) A.若只增大交流电压U，则质子获得的 最大动能增大 B.若只增大交流电压U，则质子在回旋 加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度B增大，交流电频率必 须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率， 该回旋加速器也能用于加速粒子
加速器常见故障原因分析及其维修方法
加速器常见故障原因分析及其维修方法清华同方威视技术股份公司田新智一、系统概述（略）系统主要由驻波X机头、准直器、调制器柜、恒温水系统机组及其净化电源组成。
其主要功能是产生X射线。
二、X机头组成：加速管、微波传输系统、脉冲变压器、磁控管、AFC系统、真空系统、充气系统、恒温水系统、穿透电离室及其前置放大电路等。
加速管：加速管长约1.4米，为一驻波管。
其故障体现一般在于：a、剂量率下降b、无剂量输出剂量率下降的原因一般集中在以下几个方面：1、电子枪高压有所降低；2、电子枪中毒或老化，使得阴极发射不足；3、真空问题的影响；4、磁控管微波输出功率下降；5、磁控管磁钢磁场强度变低；6、恒温系统引起加速管恒温水温度发生变化，从而导致加速管本振频率发生偏移，偏移量超去AFC调节范围；7、AFC系统失效，导致磁控管输出微波频率漂移；8、De-Q坏，调制器输出电压幅值上升，微波输出功率随之增加、枪发射流强增加；AFC前向波幅值增加，导致AFC失去本来的调节功能；系统不能保持在谐振状态。
9、脉冲电压波形变坏；10、长期使用后，加速管的总衰减量增加；11、聚焦线圈、导向线圈等电参数变化对于电子枪高压本身而言，一般情况下是不会出现高压突然降低的情况的，主要担心的是其高压传输线经长时间使用后绝缘强度不够，导致加在电子枪本身的高压下降。
这时候我们可以通过高压分压器对其予以测量，其结果将有助于我们判断和分析故障原因。
如果确有下降现象，可采取适当措施增加传输线的绝缘强度。
枪高压变化的另外一个原因是调制器高压输出有变化或者脉冲变压器性能有变（可能性稍低）。
电子枪老化的原因主要是其使用寿命的问题，故障现象主要体现在枪阴极发射能力上。
可以通过增加枪灯丝电流来临时性的处理该故障，但这里存在两个问题，一是由于空间电荷场的影响，（在枪高压不变的情况下）枪发射电流随灯丝电流的增加并不总是线形增加（见《电子枪》一文），所以我们会发现有时增加枪灯丝电流对剂量影响大，有时并不显着；二是枪灯丝电流过高，对枪的寿命有影响。
加速器原理介绍 ppt课件
五、微波传输系统
加速器原理介绍
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元 件等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
加速器原理介绍
——原理及各系统介绍
2014年1月
一、基本概念
加速器原理介绍
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电
场力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
加速器原理介绍
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防 止打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
一、电子枪
加速器原理介绍
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器 的设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发 射束流连续可调，最大束流为1A 。
加速器原理和结构
培 证 保
训 班
2、主机系统—加速管2（行波加速与驻波加速）
放 09 20 疗 备 设 质 量 培 证 保 训 班
2、主机系统—加速管
• 要使管体和靶更好的散热冷却，水系统的正常有效工作是至关重 要的。因此定期检查水系统，经常更换水源，清洗水箱，检查水 压等工作就显得重要了。
放 09 20
疗 备 设 质 量 培 证 保 训 班
放 09 20
疗
备 设
质 量 培 证 保 训 班
不同厂家的几款加速器
放 09 20
疗
备 设
质
量
培 证 保
训
班
1、医用电子直线加速器的简介--分类
医用电子直线加速器是利用微波电磁场加速电子，并使其具有直线轨道的一 种装置，加速后的电子直接或经转换为X射线后供放射治疗用. 医用电子直线加速器按其能量范围分为低、中、高三类。
疗
备 设 质 量 培 证 保 训 班
放 09 20
疗
备 设
质
量
培 证 保
训
班
磁控管的工作特性及负载特性
输出功率 (MW) 磁场 ( m T )
阳极电压 ( kV )
阳极电流 ( A )
频率变化 ( MHz )
放 09 20
疗 备 设 质 量 培 证 保 训 班
磁控管振荡器的频率稳定
放 09 20
量 培 证 保 训 班
2、主体系统—其他偏转系统原理和结构
90°非消散色偏转
治疗野严重不对称
放 09 20 疗 备 设 质 量 培 证 保
单消色散270°偏转
Δ=±10%
训 班
2、主体系统—真空系统（钛泵1）
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1 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。
电子枪
低能电子流
电能
微波系统
微波
加速管
高能电子束 重金属
靶
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高能电子束
高能X射线
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2 加速管的分类
-
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驻波加速过程
+
--
++
- -e +
+
--
++
- --
+
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
+ + ++
---
--
++ ++
+ +
++
-----
+
e- + ++
腔中电 +
压
0
-
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驻波加速过程
+
--
++
--
e+
+
--
++
--
-+
腔中电压 + 0 -
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电子注入 e
-
腔中电 +
压
0
-
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8
驻波加速过程
0<t<1/2 T
-e
++
--
++
-
--
++
--
++
-
腔中电压 + 0 -
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9
驻波加速过程
t=1/2T
-
++
e- + +
-
++ ++
-----
++ ++
-
++
+ +
-
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
医用电子直线加速器
加速管系统
电子直线加速器的基本工作原理：
在“高压脉冲调制系统”的统一协调控制下，一方
面，微波源向加速管内注入微波功率，建立起动
态加速电场；另一方面，电子枪向加速管内适时
发射电子。只要注入的电子与动态加速电场的相
位和前进速度（行波）或交变速度（驻波）都能
保持一致，那么，就可以得到所需要的电子能量。
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3 加速管的工作原理
3.1 电子在电场中受力，获得能量 D
-
+
-
+
-
+
e-
-
+ +
-
+
-
+
-
+
Va
Va：电压 D：极间距 E：电场强度 E＝Va÷D F＝e×E W＝F×D=e×Va
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3 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
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3 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 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。
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3 加速管的工作原理
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：Elekta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
一个行走一个停留 行波:就是波从波源向外传播 驻波:波在一个空间中来回反射
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低能机
中高能机
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加速管
14MeV驻波加速管
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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
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。
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3 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(D)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。
加。
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3 加速管的工作原理
3.5.2 行波加速 冲浪
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3 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。
1/2 T<t<T
-
e+- + ++
---
++
-
++
-
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
t=T
e
-
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
+ +
-
--e-
++ ++
--
+
--
+
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
+ + ++
腔中电 +
压
3.5.1 电磁波加速电子 电磁波的传播速度可以达到光速。 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。
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3 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
0
-
---
--
e-
++ ++
+ +
++
---
+ +
---
++
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驻波加速过程
+ +
---
e+- + ++
--
+
--
+
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
e
-
腔中电 +
压
0
-
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驻波加速过程
-
-
-
++
- --
++
-
腔中电 +
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大于光速。 2a t
2b
调整盘荷波导的尺寸可以
控制微波在盘荷波导中传播的 D
压
0
-
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驻波加速过程
-
++ ++
---
++
e- + +
-
-
++ ++
---
++
+ +
-
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
-
++
--
e+ +
-
-
++
--
-+ +
-
腔中电 +
压
0
-
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驻波加速过程
腔中电 +
压
0
-
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e
如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口”输
出，就是高能电子射线，若为打靶后输出，就是
高能X线。
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产生射线
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e-
电201子9/1枪2/13