[发明专利]行波电子直线加速器能量调节方法

说明书

技术领域

本发明属于加速器技术领域，具体涉及行波电子直线加速器能量调节方法。 

背景技术

电子直线加速器主要应用于放射治疗装置、材料分辨的无损探测成像系统、物品辐照及其它领域。在这些应用中，电子束能量的可调具有重要意义。 

同一台加速器实现多能量输出的方法一般有三种，一是改变微波加速电场场强，二是改变电子流强，三是改变微波加速相位。对于由一段行波加速管构成的加速器，电子在一个加速管中的速度从非相对论速度增加到相对论速度，速度变化范围很大。为适应这种速度变化，加速管的加速单元的纵向长度变化也较大，以保证被加速电子在运动过程中始终处于加速相位。如果采用调整微波功率的方法调整电子束输出能量，会改变电子的聚束段与加速段之间的纵向相位匹配关系，破坏其稳定运动条件，使电子损失过大。 

现有技术中调节电子流强来调整加速器输出能量可以通过调节二极电子枪阴、阳极之间的电压来控制，但是加速管入口的电子能量也会有很大变化，而加速管的入口电子能量是有一定的范围限制的，能量过高或过低，都会降低电子俘获传输效率，而如果能在调节电子流强的同时，使加速管入口能量不变则能解决这一难题。 

发明内容

（一）发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种改善束流俘获传输效率降低、实现行波电子直线加速器大范围、多能量输出的方法。

（二）技术方案

本发明提出了通过调整电子枪栅控电压或同时调整电子枪栅控电压和微调调制器的输出高压调节行波电子直线加速器的输出能量。

  

（三）有益效果

采用本发明提供的行波电子直线加速器能量调节方法，其采用调整栅控电子枪栅控电压的方式控制加速管中的电子流强进而进一步实现加速管束流的多能量输出，与控制电子枪阴、阳极电压实现加速管束流多能量输出不同的是，加速管入口的电子能量不变，改善了因加速管入口能量过高或过低而使传输效率降低的情况。同时调节电子枪栅控电压和微调调制器的输出高压来调节行波电子直线加速器的输出能量时，保持电子枪阴极与阳极之间的电压不变，使注入加速管的电子束能量不变，保持聚束段的微波场幅不变，从而使得纵向聚束效果不变，最终改善了束流的俘获传输效率降低的情况。

其具体工作原理为： 

栅控电子枪的结构原理如图1所示，其中阴极1用于发射电子，控制栅2用于控制引出电子流强的大小，聚焦极3用于控制电子束流形状，阳极4用来引出电子束流，阴影栅5用于保护控制栅。栅控电子枪的控制电路原理如图2所示，其中A点由直流电源给出控制栅的直流偏压，控制栅的触发脉冲通过脉冲变压器隔离后，串联叠加到直流偏压上，再将这个电压加到电子枪的控制栅上控制电子流强。

附图说明

图1.栅控电子枪结构原理图； 

1.阴极   2.控制栅    3.聚焦极   4.阳极  5. 阴影栅；

图2.栅控电子枪控制电路原理图；

图3.直线加速器主要结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述。 

实施例1 

电子直线加速器的主要组成部分如图3所示，其中包括电子枪、加速管、速调管、脉冲调制器、固态源、微波波导、控制系统、真空系统、聚焦系统和水冷系统等其它辅助系统。控制系统提供给脉冲调制器和电子枪的开机、升压、出束、停束、降压和停机等。脉冲调制器同时给电子枪和速调管提供高压脉冲。固态信号源给速调管提供微波激励信号。速调管输出的微波功率经波导管传输到加速管，建立微波加速场，将电子枪产生输入加速管的电子束加速到所需要的能量。聚焦系统提供聚焦力，减少电子束流在加速和传输过程中的损失。吸收水负载等水冷系统用于吸收剩余的微波功率及保障加速器系统的恒温稳定运行。真空系统用于产生和保持电子束产生、加速和传输过程中所必须的真空条件。

通过调节电子枪栅控电压调节行波电子直线加速器的输出能量。 

加速器输出的电子束能量是通过加速器调机控制软件AACS控制、调整的。在用户控制界面上输入需要输出的束流能量，控制软件通过计算机串口向电子枪栅控电源发送数字信号，从而调整电子枪的触发脉冲，改变电子枪的引出流强，最终实现不同束流能量的输出。 

对于10MeV的行波电子直线加速器，采用调节电子枪栅控电压，输出能量范围为：6~12MeV，传输效率降低不超过20%。 

实施例2 

与实施例1不同的是，在调节电子枪栅控电压的同时，微调调制器的输出高压来实现调节行波电子直线加速器的输出能量，可进一步改善电子束俘获传输效率降低的情况。对于10MeV的行波电子直线加速器，采用调节电子枪栅控电压和微调调制器高压，输出能量范围为：6~12MeV，传输效率降低不超过20%。