CN106717132A - 移动式直线加速器系统及具备该移动式直线加速器系统的移动式中子源 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，提供一种能抑制从轨道偏离的损耗离子射束的入射，能高效、且低成本地实现放射能力的降低的移动式直线加速器系统及具备该移动式直线加速器系统的移动式中子源，移动式直线加速器系统(100)采用如下结构：在紧靠后级加速器(3)的入口(3a)前设有斩束器(6)，排除由前级加速器(2)预加速后的质子射线中未被控制的质子射线，仅使被控制的质子射线射出至后级加速器(3)，防止质子射线冲击后级加速器的加速电极等。
Description
技术领域
本发明涉及对质子射线进行加速的移动式直线加速器系统及具备该移动式直线加速器系统的移动式中子源。
背景技术
移动式中子源是移动至桥梁等固定物并进行设置来照射中子、或者边移动边照射中子，以进行非破坏性检查的装置。中子源由生成质子射线的直线加速器系统和从加速后的质子射线生成中子射线的靶构成。
直线加速器系统中，为了高效地生成中子射线，将质子射线加速至所需的能量即4～10MeV左右。直线加速器系统包括生成质子射线的离子源、用于对从离子源生成的质子射线束进行聚集及预加速的前级加速器、加速至高效地生成中子射线的能量的后级加速器、以及用于向各加速器提供用于加速射束的功率的放大器。
移动式直线加速器系统中，要求能利用一般的车辆进行运输。为了作为移动式直线加速器，例如专利文献1中公开了搭载有如下直线加速器系统的结构：该直线加速器系统虽然是小型的装置但能实现大电流的加速，由离子源、射频四极加速器(Radio FrequencyQuadrupole Linac：射频四极直线加速器；RFQ)、漂移管加速器(Drift Tube Linac：漂移管直线加速器；DTL)构成。
然而，现有的移动式直线加速器系统中，为了提高功率效率，作为上述前级加速器及后级加速器的射频四极加速器和漂移管加速器使用了铜材。因此，若加速至4～10MeV左右的能量的质子射线与上述加速电极发生冲击，则产生中子，为了不使中子泄漏到车外，需要较厚的混凝土，作为移动式直线加速器难以减轻系统整体的重量。
因此，例如专利文献2中公开了如下技术：通过对加速器的四极电极及漂移管电极的与离子射束相对的内表面等使用金或铝，从而能降低放射能力。
现有技术文献
非专利文献
专利文献1：国际公开号WO2003-081604A1(4页14～21行，图1)
专利文献2：日本专利特开2007-287538号公报(段落0008，图5)
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献2那样的结构中具有如下问题：由射频四极加速器加速后的离子射束中，未被控制的损耗离子射束大部分入射至漂移管直线加速器内，仅能降低与在漂移管的射束相对内表面施加了金或铝的表面发生冲击的射束的放射能力，无法充分降低放射能力。
此外，由于对数十至数百个漂移管的射束相对内表面施加金或铝，因此在材料成本及制造成本方面存在成本变高的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能抑制未被控制的损耗离子射束的入射，能高效、且低成本地实现放射能力的降低的移动式直线加速器系统及具备该移动式直线加速器系统的移动式中子源。
解决技术问题的技术方案
本发明的移动式直线加速器系统包括：前级加速器，该前级加速器对由离子源生成的质子射线进行聚集、预加速；斩束器，该斩束器排除预加速后的质子射线中未被控制的质子射线，仅使被前级加速器控制的质子射线通过；以及后级加速器，该后级加速器将通过了斩束器的质子射线加速至规定的能量。
发明效果
根据本发明，通过具备排除由前级加速器预加速后的质子射线中未被控制的质子射线，仅使被前级加速器控制的质子射线通过，并射出到后级加速器的斩束器，能防止质子射线冲击后级加速器的加速电极等，从而能抑制中子的产生，能将中子屏蔽用混凝土变薄，更能适用于移动式直线加速器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的移动式直线加速器系统的结构的结构图。
图2是表示本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统的斩束器(beam chopper)的结构的图。
图3是说明本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统的斩束器(beam chopper)的功能的图。
图4是说明本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统的斩束器(beam chopper)的功能的图。
图5是说明本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统的斩束器(beam chopper)的功能的图。
图6是表示本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统的后级加速器的结构的图。
图7是表示具备本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统的移动式中子源的使用例的图。
图8是表示本发明的实施方式1中的其他的移动式直线加速器系统的结构的结构图。
图9是表示本发明的实施方式1中的其他的移动式直线加速器系统的结构的结构图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统100的结构的示意图。如图1所示，移动式直线加速器系统100包括生成质子射线的离子源1、用于对从离子源1生成的质子射线进行聚集及预加速的前级加速器2、仅使经前级加速器2加速并控制的质子射线通过的斩束器6、加速至高效地生成中子射线的能量的后级加速器3、以及向各加速器提供用于加速质子射线的功率的高频放大器4和高频放大器5。
离子源1中，利用放电对氢进行等离子化来生成质子射线，将从离子源1输出的质子射线输送至前级加速器2。
前级加速器2接受来自高频放大器4的供电，对由离子源1生成的质子射线进行聚集及预加速，经由斩束器6射出到后级加速器3。另外，该阶段中，质子射线的能量小于4MeV，即使该质子射线冲击前级加速器2的加速电极、真空容器的内壁等结构零部件，也不会生成中子射线。
斩束器6设置于紧靠后级加速器3的入口3a前，排除未被前级加速器2聚集、控制的质子射线。这是由于若经前级加速器2预加速后的一部分质子射线维持未被控制的状态入射至后级加速器3，由后级加速器3加速至4～10MeV左右的能量，则从轨道偏离的质子射线会冲击后级加速器3的铜制的加速电极、真空容器的内壁等结构零部件，生成中子。
后级加速器3仅接受经前级加速器2聚集、控制的质子射线，接受来自高频放大器5的供电，将由前级加速器2预加速后的质子射线加速至所需能量。
图2是表示本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统100的斩束器6的基本结构的剖视图。如图2所示，斩束器6由与质子射线的前进方向Z呈垂直排列的第一狭缝61和第二狭缝62这两个狭缝构成。第一狭缝61和第二狭缝62各自的圆形的开口部61a、61b设为开口长度可调整。
此处，利用以射束在相位空间上的宽广程度来表示的相位平面图来说明由斩束器6分选出的质子射线的射束特性。图3(a)是用于表示将相对于质子射线的前进方向Z垂直的面分解为X轴和Y轴这两轴时的X轴上的射束特性的相位平面图。相位平面图的横轴X表示一个质子与射束加速中心轴的距离，纵轴X’表示一个质子9前进的方向相对于射束加速中心轴的角度。图3(a)表示一个质子9与射束加速中心轴相距X1的距离，朝向与射束加速中心轴呈X’1的角度。若模拟图3(a)中绘制的一个质子9相对于Z轴的举动，则成为图3(b)。
图4(a)是记载有某一射束前进方向的Z轴下的质子射线中各质子的所有位置和前进方向的角度的相位平面图。图4(a)中，位于远离射束加速中心轴的质子具有进一步远离射束加速中心轴的方向的角度，因此意味着是发散射束。与此相对，图4(b)是收敛射束的代表性相位平面图。
相对于图4(b)所示的收敛射束，图5示出入射射束能通过加速器的入射射束分布的区域W。
因此，为了使从前级加速器2入射的质子射线通过后级加速器3，需要将从离子源1通过前级加速器2的质子射线中对应于区域W的质子射线以外的质子射线排除，仅使对应于区域W的质子射线入射至后级加速器3。
斩束器6是为了排除对应于区域W的质子射线以外的质子射线而设置的。斩束器6设置于紧靠后级加速器3的入口3a前，为了获取对应于区域W的质子射线，如图2所示，将第一狭缝61的开口部61a的开口长扩展至a的位置，将第二狭缝62的开口部62a扩展至由角度b表示的开口长度。
由此，斩束器6中，通过调整第一狭缝61的开口长度及第二狭缝62的开口长度，能仅获取对应于区域V(参照图5)的质子射线，能排除对应于区域W的质子射线以外的质子射线，该区域V包含于从前级加速器2入射的质子射线通过后级加速器3的区域W。
其结果是，防止由前级加速器2预加速、并入射至后级加速器3的质子射线冲击后级加速器3的加速电极等，从而能抑制中子的产生，能将中子屏蔽用混凝土变薄。由此，更能适用于移动式直线加速器。
另外，现有的移动式直线加速器系统中，前级加速器及后级加速器的加速电极在真空容器内从内侧利用螺钉止动来固定，因此也具有如下问题：因移动而产生的振动使得用于将加速电极固定于真空容器的螺钉松动，每次维护时不得不释放真空，重新紧固真空容器内的螺钉，或者由于是未设想到螺钉会松动的结构，因此一度不得不进行解体。
与此相对，优选在前级加速器2及后级加速器3的结构中应用日本专利特开2014-17231号公报所公开的漂移管直线加速器的结构。
图6是表示本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统100的后级加速器3的基本结构的剖视图，应用了上述漂移管直线加速器的结构。如图6所示，后级加速器3的真空容器30由中央板31、一对半筒管32a、32b形成，中央板31具有由相同的块制作而成的脊部33、加速电极34、以及连接脊部33与加速电极34的杆35。通过该结构，利用螺钉36从真空容器30的大气侧对加速电极34进行固定，能从大气侧重新紧固因运输时的振动而导致的螺钉的松动。
并且，真空容器30优选为，在与射束加速中心轴正交的截面中，与中央板31中的杆35延伸的方向的面方向中心轴正交、并通过射束加速中心轴的X方向的真空容器30的内径d1能加工并调整为比与面方向中心轴平行的Y方向的真空容器30的内径d2要长。通过该结构，无需使用外接管，就能调整电场分布，能节省功耗。
因此，通过在本发明的实施方式1的移动式直线加速器系统100中应用日本专利特开2014-17231号公报所公开的漂移管直线加速器的结构，从而更能适用于移动式直线加速器。
接着，对本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统100的动作进行说明图7是具备本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统100的移动式中子源200的示意图。如图7所示，移动式中子源200由生成质子射线的移动式直线加速器系统100、由加速后的质子射线生成中子射线的靶部20、以及检测从靶部20射出、穿透目标的测定对象物40的中子的中子检测部22构成。
首先，最初在移动式直线加速器系统100中，由离子源1生成质子射线，从离子源1输出的质子射线入射至前级加速器2。
接着，从离子源1入射至前级加速器2的质子射线由前级加速器2进行聚集及预加速，并经由斩束器6入射至后级加速器3。通过斩束器6的质子射线排除了未由前级加速器2进行聚集、控制的质子射线，即仅为被控制的质子射线。
接着，被控制的质子射线入射至后级加速器3，利用后级加速器3从预加速后的状态加速至4～10MeV左右的能量。
由此，移动式直线加速器系统100中，对于由前级加速器2预加速后的质子射线，通过利用斩束器6，排除未被控制的质子射线，仅使被控制的质子射线入射至后级加速器3，从而能防止质子射线与后级加速器的加速电极等发生冲击，通过抑制中子的产生，能将中子屏蔽用混凝土变薄，更能适用于移动式直线加速器。
如图7所示，移动式直线加速器系统100中加速至高效地生成中子的能量的质子射线A从后级加速器3被导入至具备屏蔽体及减速体的靶部20。靶部20中，被导入的质子射线A照射于靶部20内的靶单元(未图示)，从而产生中子。产生的中子利用减速体减速至与目标相对应的速度，之后从照射口21作为非破坏性检查用的中子射线B射出。另外，为了将中子射线B照射于进行检查的目标的对象物40(此处例如为桥梁)，照射口21设置为照射方向可调整。
利用车辆300将移动式中子源200移动至对象物40并进行设置，向对象物40照射非破坏性检查用的中子射线B，或者边在对象物40上移动边向对象物40照射非破坏性检查用的中子射线B。中子射线B穿透对象物40，穿透中子射线C从对象物40射出。
穿透对象物40的穿透中子射线C被中子检测部22所捕捉。另外，中子检测部22设为可移动到能捕捉穿透了的穿透中子射线C的位置。
由此，通过利用具备移动式直线加速器系统100的移动式中子源200，能在现场对桥梁等大型构造物的内部进行非破坏性检查。
如上所述，本发明的实施方式1中的移动式直线加速器系统100中，在紧靠后级加速器3的入口3a前设置斩束器6，排除由前级加速器2预加速后的质子射线中未被控制的质子射线，仅使被控制的质子射线入射至后级加速器3，因此能防止质子射线与后级加速器的加速电极等发生冲击，通过抑制中子的产生，能将中子屏蔽用混凝土变薄，更能适用于移动式直线加速器。
此外，应用了漂移管直线加速器的结构，后级加速器3的真空容器30由中央板31和一对半筒管32a、32b形成，中央板31具有由相同的块制作而成的脊部33、加速电极34、以及连接脊部33与加速电极34的杆35，从而利用螺钉从真空容器的大气侧固定加速电极，能从大气侧重新紧固因运输时的振动而导致的螺钉的松动。并且，真空容器30的与射束加速中心轴正交的截面中，与中央板31中的杆35延伸的方向的面方向中心轴正交、并通过射束加速中心轴的X方向的真空容器30的内径d1比与面方向中心轴平行的Y方向的真空容器30的内径d2要长，从而无需使用外接管就能调整电场分布，能节省功耗。由此，更能适用于移动式直线加速器。
此外，移动式中子源200具备移动式直线加速器系统100，能应用于移动式直线加速器，能在现场对桥梁等大型构造物的内部进行非破坏性检查。
另外，本实施方式1中，设有分别对前级加速器2及后级加速器3提供用于加速射束的功率的高频放大器4和高频放大器5，但并不限于此。也可以如图8所示的移动式直线加速器系统101那样，利用功率分配装置7将前级加速器2和后级加速器3电连接，由一台高频放大器5向两台加速器即前级加速器2和后级加速器3进行供电。在高频放大器4和高频放大器5是对于振动较敏感的真空管放大器的情况下，通过该结构将真空管放大器的个数从两台减至一台，也能适用于移动式直线加速器。另外，图8中在后级加速器3上设有高频放大器5，然而不言而喻，在前级加速器2上设置一台高频放大器4的结构也能获得同样的效果。
并且，可以如图9所示的移动式直线加速器系统102那样，采用设置由半导体元件构成的放大器8以取代移动式直线加速器系统101的真空管放大器即高频放大器5的结构。通过该结构，未使用对振动较敏感的真空管放大器，更能适用于移动式直线加速器。
另外，本发明在其发明的范围内，能对实施方式进行适当地变形、省略。
标号说明
1 离子源、2 前级加速器、3 后级加速器、4 高频放大器、
5 高频放大器、6 斩束器、7 功率分配装置、
8 高频放大器、20 靶部、22 中子检测部、
30 真空容器、31 中央板、32a、32b 半筒管、
33 脊部、34 加速电极、35 杆、61 第一狭缝
62 第二狭缝、100 移动式直线加速器系统、
101 移动式直线加速器系统、
102 移动式直线加速器系统、200 移动式中子源。
Claims (7)
1.一种移动式直线加速器系统，其特征在于，包括：
前级加速器，该前级加速器对由离子源生成的质子射线进行聚集、预加速；
斩束器，该斩束器排除所述预加速后的所述质子射线中从轨道偏离的所述质子射线，仅使被所述前级加速器控制的所述质子射线通过；以及
后级加速器，该后级加速器将通过了所述斩束器的所述质子射线加速至规定的能量。
2.如权利要求1所述的移动式直线加速器系统，其特征在于，
将与所述质子射线的前进方向Z垂直的面分解为X轴和Y轴这两轴时，在X轴上，所述斩束器具备第一狭缝与第二狭缝，该第一狭缝仅使所述预加速后的所述质子射线中、位于与射束加速中心轴相距规定距离的范围内的所述质子射线通过，该第二狭缝仅使通过了所述第一狭缝的所述质子射线中、位于从所述第一狭缝起与射束加速中心轴呈规定角度的范围内的所述质子射线通过。
3.如权利要求2所述的移动式直线加速器系统，其特征在于，
所述前级加速器及所述后级加速器为漂移管直线加速器，所述前级加速器及所述后级加速器的真空容器由中央板与一对半筒管形成，所述中央板具有由相同的块制作而成的脊部、加速电极、以及连接所述脊部与所述加速电极的杆。
4.如权利要求3所述的移动式直线加速器系统，其特征在于，
所述真空容器的与所述射束加速中心轴正交的截面中，与所述中央板中的所述杆延伸的方向的面方向中心轴正交、并通过所述射束加速中心轴的X方向容器内径比与所述面方向中心轴平行的Y方向容器内径要长。
5.如权利要求1至4的任一项所述的移动式直线加速器系统，其特征在于，
所述前级加速器及所述后级加速器利用功率分配装置相互连接，所述前级加速器或所述后级加速器设有提供用于加速所述质子射线的功率的高频放大器。
6.如权利要求5所述的移动式直线加速器系统，其特征在于，
所述高频放大器由半导体元件构成。
7.一种移动式中子源，其特征在于，包括：
权利要求1至6的任一项所述的移动式直线加速器系统；靶部，该靶部从所述移动式直线加速器系统导入所述质子射线，产生中子射线；以及检测部，该检测部从所述靶部向对象物照射所述中子射线，捕捉穿透所述对象物的所述中子射线。
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