[实用新型]一种带电粒子真空加速结构

说明书

技术领域

本实用新型属于带电粒子加速器领域，具体涉及一种带电粒子真空加速结构，用于实现带电粒子加速的真空加速结构。

背景技术

带电粒子加速器是通过在电极间建立电场实现将通过电场的带电粒子能量获得增加的设备，在工业、国防和医疗等领域有着重要而广泛的应用，如医疗领域常用的β刀、质子肿瘤治疗仪等。目前的加速器结构庞大，造价昂贵，维护运行复杂，不能为普通国民接受。为了进一步推广带电粒子加速器的应用范围，使得加速器深入到国民生活中去，提高国民生活质量和改善国民健康状况，实现带电粒子加速器小型化是一个重要发展方向。在当前技术条件下，实现带电粒子加速器小型化的主要方法之一就是提高加速器的加速梯度（单位距离上带电粒子获得的能量），进而可以缩短加速器的长度，并大大降低加速器的造价和运行维护费用。

为实现在高的加速梯度下加速带电粒子，需要在加速电极的阴极和阳极之间加上电压形成场强较高的加速电场，并且加速电极的阴极和阳极之间必须在高电场作用下实现高压绝缘。为了实现这种高压绝缘，通常采用性能优越的绝缘材料。实际情况下，当较高的电压加载到绝缘材料两侧的加速电极上形成高电场时，绝缘材料可能会发生沿面闪络，并导致加速电极的阴极和阳极之间导通而失去对带电粒子的加速能力。因此，带电粒子加速器的加速梯度主要由阴阳极电极间的绝缘性能决定。大量的研究结果表明，大部分情况下，绝缘材料的沿面闪络是由绝缘材料和真空交界面处局部的电场增强引发的二次电子雪崩效应引起的。要提高阴阳极电极间的绝缘性能，可以通过提高绝缘材料的抗沿面闪络性能或改善电极和材料的结构实现，或同时采取上述两种措施以达到提高电极间加速电场梯度的目的。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种带电粒子真空加速结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：

本实用新型的一种带电粒子真空加速结构，其特点是，所述的真空加速结构含有数层环状的金属材料层、数层环状的绝缘材料层；所述的金属材料层与绝缘材料层交替叠加构成同轴加速结构壁；同轴加速结构壁顶端和底端分别设置金属材料层，顶端的金属材料层设置有高电压连接端子，底端金属材料层设置有接地端。

所述的绝缘材料层和金属材料层的厚度比的范围为30~50：1。

所述绝缘材料层由聚酰亚胺或交联聚苯乙烯制成；金属材料层由铜或不锈钢制成。

本实用新型的真空加速结构由绝缘材料层和金属材料层交替叠加而成，在加速结构内侧可以实现高真空环境。由于单位长度绝缘材料的绝缘性能随着材料总厚度的减小而增加。当有电压加载到加速结构两端时，整个加速结构可以看成是由多个厚度较小的绝缘管道独立叠加而成，因此整个加速结构的真空绝缘性能将得到提升。金属材料层还能够改变管道壁与真空交界面处的电场分布，使得电子的运动轨迹偏离加速结构内壁与真空交界面，抑制二次电子雪崩效应，进而提高加速结构的绝缘性能。

本实用新型的有益效果是，可以将真空加速结构的绝缘性能提高1.5-4倍，进而大幅提高加速器的加速梯度，实现带电粒子加速器的小型化。

附图说明

图1是本实用新型的带电粒子真空加速结构轴线的剖面示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是实施例2的轴线剖面示意图；

其中，1.第一绝缘材料层    2.第一金属材料层     3.高电压连接端子     4.接地端子     5.真空区域     11.第二绝缘材料层     12.第二金属材料层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。

实施例1

图1是本实用新型的带电粒子真空加速结构轴线的剖面示意图，图2是图1的俯视图。图1、图2中，本实用新型的带电粒子真空加速结构，含有数层环状的金属材料层、数层环状的绝缘材料层，第一金属材料层2是其中一层，第一绝缘材料层1是其中一层；所述的金属材料层与绝缘材料层交替叠加构成同轴加速结构壁，加速结构内构成真空区域5。同轴加速结构壁顶端和底端分别设置金属材料层，顶端的金属材料层设置有高电压连接端子3，底端金属材料层设置有接地端子4。

所述的绝缘材料层和金属材料层的厚度比为30：1。

本实施例中，金属材料层和绝缘材料层的内外径一致，绝缘材料层由聚酰亚胺制成，金属材料层由不锈钢制成。