CN103140013B - 高能电子束消色散偏转装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于高能物理技术领域，具体涉及一种电子束消色散偏转装置。其技术方案是：一种高能电子束消色散偏转装置，它包括：真空盒、磁铁组件、线圈、输入法兰、直束输出窗、弯束输出窗以及挡磁块组件；电子束以20°水平夹角方向从左往右入射到真空盒中，经过磁铁A色散后的电子束随即进入磁铁B，在磁场的作用下进行第二次偏转和色散，磁铁B磁场的方向与磁铁A14磁场的方向正好反向，这样经过磁铁A发散的电子束，在磁铁B中开始汇聚，并进入磁铁C，由磁铁C磁场作用下偏转汇聚后垂直向下射出，实现110°偏转。本发明使电子束经过偏转后发散度很小，满足电子加速度器的使用要求，同时降低装置的总高度，从而增加了电子加速器的有效使用操作空间。

Description

高能电子束消色散偏转装置

技术领域

本发明属于高能物理技术领域，具体涉及一种电子束消色散偏转装置。

背景技术

在中高能电子直线加速器，尤其是中高能医用直线加速器中，由于加速器管的长度较长，一般采用水平或者与水平倾斜一定角度布置，因此电子束的出射方向也为水平或与水平倾斜相应的角度，由于加速器在使用中需要电子束垂直向下发射，因此必须使用高能电子束偏转装置对电子束进行偏转。

由于加速器中的电子束能量谱有一定的宽度，如说明书附图1所示：如果用一简单的电磁铁偏转，则不同能量的电子束在偏转后会散开（色散）；为了确保加速器的电子束经过偏转后不至于散开，需要采用一种消色散的偏转系统。

目前的大多数加速器中，一般采用270°消色散偏转系统，可以满足使用的要求，但是在医用直线加速器中，270°消色散偏转系统的高度较高，体积较大，而设备治疗患者正常治疗距离是一定的，为了保证患者治疗的空间，因此对加速器治疗头部分的体积要求非常严格。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高能电子束消色散偏转装置，既能够保证电子束的色散性能，又可以大幅度降低偏转装置的高度

本发明的技术方案是：一种高能电子束消色散偏转装置，它包括：真空盒、磁铁组件、线圈、输入法兰、直束输出窗、弯束输出窗以及挡磁块组件；

所述真空盒为矩形管状结构，所述矩形管状结构分为两段，其中第一段为S型，其输入端与水平夹角为20°，第二段的输入端连接第一段的输出端，并且第二段的输出端与水平夹角为90°；

所述磁铁组件分为3部分，分别为磁铁A、磁铁B以及磁铁C；磁铁A为凹字形结构，在其中部凹槽处的内壁上的设有磁极块，所述磁极块左右对称，中间留有缝隙，每个所述磁极块的上下边为弧形段，弧形段的形状与所述真空盒的第一段偏转段的形状保持一致，每个所述磁极块的左右端面的夹角为45°；所述磁铁B与所述磁铁A的结构相同；所述磁铁C同样为凹字形结构，中部凹槽处的内壁上的设有磁极块，所述磁极块左右对称，中间留有缝隙，每个所述磁极块的左右边为弧形段，弧形段的形状与所述真空盒的第二段偏转段的形状保持一致，每个所述磁极块的上下端面夹角为110°；

整体连接关系为：所述真空盒的第一段输入端连接所述输入法兰，所述真空盒的第二段输出端连接所述弯束输出窗；所述线圈缠绕在所述磁铁组件的磁铁A、磁铁B以及磁铁C的磁极块外围；所述直束输出窗沿电子束射入方向设置在所述真空盒的第一段上方，所述直束输出窗与水平夹角同样为20°；所述真空盒放置在所述磁铁组件的磁铁A、磁铁B以及磁铁C中间的缝隙中，所述真空盒紧贴磁极，其中，所述磁铁A与磁铁B分别位于所述真空盒第一段的上下偏转段，但是所述磁铁A与磁铁B的安装位置在垂直方向上相反，所述磁铁A的开口方向向上，所述磁铁B的开口方向向下，所述磁铁C位于所述真空盒的第二段，其开口方向与所述真空盒的第二段输出口的开口方向相垂直；所述磁铁A与所述磁铁B的磁场方向相反，所述磁铁A与所述磁铁C的磁场方向相同；所述挡磁块组件共有5块，套接在所述真空盒的外围，分别位于磁铁A和磁铁B的线圈两侧，以及磁铁C的线圈内侧，且不与所述磁铁A、磁铁B以及磁铁C的磁极块接触。

有益效果：（1）本发明提供了一种110°消色散偏转装置，使电子束经过偏转后发散度很小，满足电子加速度器的使用要求，同时降低装置的总高度，从而增加了电子加速器的有效使用操作空间；

（2）本发明特别设置了直束输出窗，用于观察电子束入射的情况，当本发明的线圈不加电时，电子束从直束输出窗直接打出；

（3）为了消除磁铁边缘磁场对入射电子束的影响，在本发明中设有挡磁块，挡磁块为导磁性材料用于封闭磁极的边缘磁场，保证电子束在入射偏转段时不受杂散磁场的影响和导致束流发散。

附图说明

图1为背景技术中的所述的不同能量电子束在偏转后散开的示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的工作原理示意图；

其中，1-真空盒、2-输入法兰、3-直束输出窗、4-弯束输出窗、5-挡磁块组件、14-磁铁A、15-磁铁B、16-磁铁C。

具体实施方式

参见附图2，一种高能电子束消色散偏转装置，其特征是，它包括：真空盒1、磁铁组件、线圈、输入法兰2、直束输出窗3、弯束输出窗4以及挡磁块组件5；

真空盒为矩形管状结构，矩形管状结构分为两段，其中第一段为S型，其输入端与水平夹角为20°，第二段的输入端连接第一段的输出端，并且第二段的输出端与水平夹角为90°；真空盒的矩形截面宽边内径为40mm，窄边内径为20mm，真空盒的壁厚为10mm，第一段的S型每个偏转段的偏转中心半径为120mm，第二段偏转段的偏转中心半径为60mm；

磁铁组件分为3部分，分别为磁铁A14、磁铁B15以及磁铁C16；磁铁A14为凹字形结构，在其中部凹槽处的内壁上的设有磁极块，磁极块左右对称，中间留有缝隙，每个磁极块的上下边为弧形段，弧形段的形状与真空盒1的第一段偏转段的形状保持一致，每个磁极块的左右端面的夹角为45°；磁铁B15与磁铁A14的结构相同；磁铁C16同样为凹字形结构，中部凹槽处的内壁上的设有磁极块，磁极块左右对称，中间留有缝隙，每个磁极块的左右边为弧形段，弧形段的形状与真空盒1的第二段偏转段的形状保持一致，每个磁极块的上下端面夹角为110°；

线圈用外径5mm内径3mm的空心紫铜管绕制而成；

整体连接关系为：真空盒1的第一段输入端连接输入法兰2，真空盒1的第二段输出端连接弯束输出窗4；线圈缠绕在磁铁组件的磁铁A14、磁铁B15以及磁铁C16的磁极块外围；直束输出窗3沿电子束射入方向设置在真空盒1的第一段上方，直束输出窗3与水平夹角同样为20°；真空盒1放置在磁铁组件的磁铁A14、磁铁B15以及磁铁C16中间的缝隙中，真空盒1紧贴磁极，其中，磁铁A14与磁铁B15分别位于真空盒1第一段的上下偏转段，但是磁铁A14与磁铁B15的安装位置在垂直方向上相反，磁铁A14的开口方向向上，磁铁B15的开口方向向下，磁铁C16位于真空盒1的第二段，其开口方向与真空盒1的第二段输出口的开口方向相垂直；磁铁A14与磁铁B15的磁场方向相反，磁铁A14与磁铁C16的磁场方向相同；挡磁块组件5共有5块，套接在真空盒1的外围，分别位于磁铁A14和磁铁B15的线圈两侧，以及磁铁C16的线圈内侧，且不与磁铁A14、磁铁B15以及磁铁C16的磁极块接触。

缠绕在磁铁A14、磁铁B15处的线圈每个3层，每层10圈空心紫铜管；缠绕在磁铁C16处的线圈共6层，内4层每层10圈，最外2层每层3圈。

更优的，为了提高挡磁效果，使边缘磁场更加均匀，挡磁块组件5靠近磁铁A14、磁铁B15以及磁铁C16的端面与磁极块的端面相平行，另一端面与电子束行走的轨迹相垂直。

参见附图3，电子束以20°水平夹角方向从左往右入射到磁铁A14，由于电子能量的差异，能量较高的电子、能量居中的电子和能量较低磁铁中的转弯半径不同，于是电子束产生色散现象，图中a、b、c分别表示能量较高的电子、能量居中的电子和能量较低的电子束的行走轨迹；

经过磁铁A14色散后的电子束随即进入磁铁B15，在磁场的作用下进行第二次偏转和色散，磁铁B15磁场的方向与磁铁A14磁场的方向正好反向，这样经过磁铁A14发散的电子束，在磁铁B15中开始汇聚，并进入磁铁C16，由磁铁C16磁场作用下偏转汇聚后垂直向下射出，实现110°偏转。

Claims (4)

1.一种高能电子束消色散偏转装置，其特征是，它包括：真空盒(1)、磁铁组件、线圈、输入法兰(2)、直束输出窗(3)、弯束输出窗(4)以及挡磁块组件(5)；

所述真空盒(1)为矩形管状结构，所述矩形管状结构分为两段，其中第一段为S型，其输入端与水平夹角为20°，第二段的输入端连接第一段的输出端，并且第二段的输出端与水平夹角为90°；

所述磁铁组件分为3部分，分别为磁铁A(14)、磁铁B(15)以及磁铁C(16)；磁铁A(14)为凹字形结构，在其中部凹槽处的内壁上设有磁极块，所述磁极块左右对称，中间留有缝隙，每个所述磁极块的上下边为弧形段，弧形段的形状与所述真空盒(1)的第一段偏转段的形状保持一致，每个所述磁极块的左右端面的夹角为45°；所述磁铁B(15)与所述磁铁A(14)的结构相同；所述磁铁C(16)同样为凹字形结构，中部凹槽处的内壁上设有磁极块，所述磁极块左右对称，中间留有缝隙，每个所述磁极块的左右边为弧形段，弧形段的形状与所述真空盒(1)的第二段偏转段的形状保持一致，每个所述磁极块的上下端面夹角为110°；

整体连接关系为：所述真空盒(1)的第一段输入端连接所述输入法兰(2)，所述真空盒(1)的第二段输出端连接所述弯束输出窗(4)；所述线圈缠绕在所述磁铁组件的磁铁A(14)、磁铁B(15)以及磁铁C(16)的磁极块外围；所述直束输出窗(3)沿电子束射入方向设置在所述真空盒(1)的第一段上方，所述直束输出窗(3)与水平夹角同样为20°；所述真空盒(1)放置在所述磁铁组件的磁铁A(14)、磁铁B(15)以及磁铁C(16)中间的缝隙中，所述真空盒(1)紧贴磁极块，其中，所述磁铁A(14)与磁铁B(15)分别位于所述真空盒(1)第一段的上下偏转段，但是所述磁铁A(14)与磁铁B(15)的安装位置在垂直方向上相反，所述磁铁A(14)的开口方向向上，所述磁铁B(15)的开口方向向下，所述磁铁C(16)位于所述真空盒(1)的第二段，其开口方向与所述真空盒(1)的第二段输出口的开口方向相垂直；所述磁铁A(14)与所述磁铁B(15)的磁场方向相反，所述磁铁A(14)与所述磁铁C(16)的磁场方向相同；所述挡磁块组件(5)共有5块，套接在所述真空盒(1)的外围，分别位于磁铁A(14)和磁铁B(15)的线圈两侧，以及磁铁C(16)的线圈内侧，且不与所述磁铁A(14)的磁极块、磁铁B(15)的磁极块以及磁铁C(16)的磁极块接触。

2.如权利要求1所述的一种高能电子束消色散偏转装置，其特征是，所述挡磁块组件(5)靠近所述磁铁A(14)、磁铁B(15)以及磁铁C(16)的端面与所述磁极块的端面相平行，另一端面与电子束行走的轨迹相垂直。

3.如权利要求1或2所述的一种高能电子束消色散偏转装置，其特征是，所述真空盒(1)的矩形截面宽边内径为40mm，窄边内径为20mm，所述真空盒(1)的壁厚为10mm，第一段的S型每个偏转段的偏转中心半径为120mm，第二段偏转段的偏转中心半径为60mm。

4.如权利要求1或2所述的一种高能电子束消色散偏转装置，其特征是，所述线圈用外径5mm内径3mm的空心紫铜管绕制而成，缠绕在所述磁铁A(14)、磁铁B(15)处的线圈每个3层，每层10圈空心紫铜管；缠绕在磁铁C(16)处的线圈共6层，内4层每层10圈，最外2层每层3圈。