CN110798960A - 一种能量连续可调的花瓣形电子加速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能量连续可调的花瓣形加速器，包括：电子枪、谐振腔、偏转磁铁与励磁电源，谐振腔位于花瓣形加速器的中心处设为球形结构，电子枪安装于谐振腔外侧，偏转磁铁环绕谐振腔分布，谐振腔上设有一个电子出射口，任一个偏转磁铁外围连有一个励磁电源，与现有技术相比，本技术方案采用输出可调的励磁电源，改变励磁电源输出的电流强度，从而改变偏转磁铁的磁场强度，使得电子运动的轨道被改变，此种控制与调节电子能量的方式无需多套束流引出系统，也无需增设多块磁铁，实现简单、快捷的电子调节，解决了现有加速器档位较少、可调范围小的问题，输出的电子能量限制在0MeV～10MeV之间任意可调。

Description

一种能量连续可调的花瓣形电子加速器

技术领域

本发明涉及电子加速器领域，具体涉及一种能量连续可调的花瓣形电子加速器。

背景技术

在电子加速器领域，由于辐照加工对象、检测对象或治疗对象不同，需要用到不同能量的电子，目前的电子加速器，经过其加速后的能量一般是固定的，即使能够调节操作也很麻烦并且可调档位也很少，不能满足实际使用的需要。在无损检测、医学成像、放射治疗、安全检测等应用领域中，电子束能量可调具有非常重要的意义。

目前，直线电子加速器电子能量调节的主要方法是通过在加速腔间增加能够控制其运动的能量开关，通过能量开关的机械运动来改变加速腔之间的耦合系数，改变加速腔中的电场分布，从而实现电子能量的调节。此外，还有直接通过调节高压的方法改变微波功率源输出微波功率的大小来实现，通过改变束流负载等参数来实现电子能量的调节等，这些手段都难以实现能量大范围的调节。

还有一些电子加速器体积很大、生产成本很高并且使用它们需要很高的电能源。它们被设计成坐落于固定位置且具有预定构型。在不同位置处应用电子束需要绘制附加束线，具有相关联的所有附加成本和技术问题。本行业中需要消耗较少能量并且优选地作为移动单元的更小、更紧凑、通用且更低成本的电子加速器。

而花瓣形加速器能量调节的方法主要有增加束流引出系统，一档能量即需要一个束流引出系统，当实现多档能量时需要多套束流引出系统，不但占空间而且花费大，最主要的是能量档位受限。此外，花瓣形加速器还有通过增加偏转磁铁的数量来实现能量调节的，此方法需要额外增加偏转磁铁，并且能量档位也有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量连续可调的电子加速器，针对电子能量的调节方式进行改造，解决了目前通过控制开关实现机械控制的落后方式，还解决了其他一些通过改变束流负载等参数而无法实现大范围调节的问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种能量连续可调的花瓣形加速器，所述花瓣形加速器包括：电子枪、谐振腔、偏转磁铁与励磁电源，所述谐振腔位于所述花瓣形加速器的中心处并设为环形结构，所述电子枪安装于所述谐振腔外侧，所述偏转磁铁环绕所述谐振腔分布，所述谐振腔上设有一个电子出射口，所述电子出射口处不安装所述偏转磁铁，任一个所述偏转磁铁外围连有一个所述励磁电源；所述电子枪、电子出射口与所述偏转磁铁在所述谐振腔上的设置位置固定。

进一步地，所述花瓣形加速器设有9个所述偏转磁铁，每一个偏转磁铁上设有固定的入射端与出射端，所述每一个偏转磁铁的入射端与出射端正对所述谐振腔。

进一步地，所述电子枪正对一个所述偏转磁铁的入射端设置，所述偏转磁铁的出射端正对所述谐振腔对侧另一个所述偏转磁铁的入射端，所述电子出射口正对其所述谐振腔对侧的偏转磁铁的出射端设置。

进一步地，所述偏转磁铁的电源由所述励磁电源提供，任一所述励磁电源安装有电流调节器，磁场大小受所述励磁电源输出的电流控制。

进一步地，所述偏转磁铁对电子限位处理，所述电子在偏转磁铁中的运动起点为入射端，终点为出射端。

进一步地，所述花瓣形加速器输出的电子能量限制在0MeV～10MeV。

本技术方案具有以下有益效果：

(1)与现有技术相比，本技术方案采用输出可调的励磁电源，改变励磁电源输出的电流强度，从而改变偏转磁铁的磁场强度，使得电子运动的轨道被改变，此种控制与调节电子能量的方式无需多套束流引出系统，也无需增设多块磁铁，实现简单、快捷的电子调节。

(1)与现有的花瓣形加速器相比，本技术方案的电子在偏转磁铁中的运动轨迹可变，偏转的角度、入射的角度均可变化，在实现不同能量时无需增加新的偏转磁铁，且解决了现有加速器档位较少、可调范围小的问题，输出的电子能量限制在0MeV～10MeV之间任意可调。

附图说明

图1为本发明能量连续可调的花瓣形加速器的结构示意图

图2为本发明使用状态下加速相位与电场强度关系图

图中：1、谐振腔，2、电子枪，31、第一块偏转磁铁，32、第二块偏转磁铁，33、第三块偏转磁铁，34、第四块偏转磁铁，35、第五块偏转磁铁，36、第六块偏转磁铁，37、第七块偏转磁铁，38、第八块偏转磁铁，39、第九块偏转磁铁；

41、42、43、44、45、46、47、48、49均为励磁电源；

51、52、53、54、55为加速相位与电场强度关系图取点位置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，示出了一种能量连续可调的花瓣形加速器，根据加速器结构图直观看出，本加速器整体为花瓣外形，所述花瓣形加速器包括：电子枪、谐振腔、偏转磁铁与励磁电源。所述谐振腔位于所述花瓣形加速器的中心处并设为球形或椭圆形等对称结构，也可设为圆环腔体结构，用于电子在腔内运行；所述电子枪安装于所述谐振腔外侧，用于电子的发射；所述偏转磁铁环绕所述谐振腔分布，用于偏转磁铁的变向与偏移；所述谐振腔上设有一个电子出射口，经过电子枪射出的电子经过一次或多次加速后在此电子出射口射出，所述电子出射口处不安装所述偏转磁铁；任一个所述偏转磁铁外围连有一个所述励磁电源，为偏转磁铁提供电源。

在本技术方案基础上，花瓣形加速器设有9个所述偏转磁铁，每一个偏转磁铁上设有固定的入射端与出射端，所述每一个偏转磁铁的入射端与出射端正对所述谐振腔，偏转磁铁经过电子限位处理，所述电子在偏转磁铁中的运动起点为入射端，终点为出射端；在设有9个偏转磁铁的同时，必须配有对应每个偏转磁铁的励磁电源，所述偏转磁铁的电源由所述励磁电源提供，任一所述励磁电源安装有电流调节器，磁场大小受所述励磁电源输出的电流控制。

电子枪正对一个所述偏转磁铁的入射端设置，所述偏转磁铁的出射端正对所述谐振腔对侧另一个所述偏转磁铁的入射端，所述电子出射口正对其所述谐振腔对侧的偏转磁铁的出射端设置。

在本发明装置实施的过程中，电子枪、电子出射口与所述偏转磁铁在所述谐振腔上的设置位置固定，并且，本花瓣形加速器输出的电子能量限制在0MeV～10MeV之间并任意可调。主要通过以下实施方式实现：

结合图1本装置的结构图与图2的加速相位与电场强度关系图，偏转磁铁的磁场强度受励磁电源输出的电流控制，从电子枪出来的未经加速的电子经过谐振腔加速后在第一块偏转磁铁31的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第二块偏转磁铁32的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第三块偏转磁铁33的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第四块偏转磁铁34的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第五块偏转磁铁35的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第六块偏转磁铁36的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第七块偏转磁铁37的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第八块偏转磁铁38的作用下发生偏转重新进入谐振腔，经过谐振腔加速后在第九块偏转磁铁39的作用下发生偏转重新进入谐振腔，再次经谐振腔加速后后从出口出射。

当所有的励磁电源都加同样的电流A时，电子经过谐振腔时加速相位处于图2中51的位置，经过一次谐振腔能够增加1MeV的能量，即最后出射时能量为10MeV；

当将励磁电源49的电流设置为B，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前九次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中52的位置，使出射时能量处于9MeV和10MeV之间；

当将励磁电源49的电流设置为C时，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前九次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53的位置，则电子最后出射时的能量为9MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D时，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前九次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54的位置，使电子最后出射时的能量为8MeV和9MeV之间；

当将励磁电源48的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前八次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁38偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53的位置，使出射时能量处于8MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源48的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前八次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁38偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53的位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54的位置，使电子最后出射时的能量为7MeV和8MeV之间；

当将励磁电源47的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前七次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁37偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53的位置，使出射时能量处于7MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源47的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前七次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁37偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53的位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54的位置，使电子最后出射时的能量为6MeV和7MeV之间；

当将励磁电源46的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前六次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁36偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，使出射时能量处于6MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源46的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前六次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁36偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54位置，使电子最后出射时的能量为5MeV和6MeV之间；

当将励磁电源45的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前五次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁35偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，使出射时能量处于5MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源45的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前五次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁35偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54位置，使电子最后出射时的能量为4MeV和5MeV之间；

当将励磁电源44的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前四次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁34偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，使出射时能量处于4MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源44的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前四次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁34偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54位置，使电子最后出射时的能量为3MeV和4MeV之间；

当将励磁电源43的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前三次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁33偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，使出射时能量处于3MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源43的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前三次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁33偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54位置，使电子最后出射时的能量为2MeV和3MeV之间；

当将励磁电源42的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前两次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁32偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，使出射时能量处于2MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源42的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使前五次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁32偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54位置，使电子最后出射时的能量为1MeV和2MeV之间；

当将励磁电源41的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使第一次次经过谐振腔时增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁31偏转之后的电子每次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，则出射时能量处于1MeV；

当将励磁电源49的电流设置为D、励磁电源41的电流设置为C，其余所有励磁电源均加同样的电流A时，使第一次经过谐振腔时每次增加1MeV的能量，再经过偏转磁铁31偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中53位置，再经过偏转磁铁39偏转的电子下一次经过谐振腔时加速相位处于图2中54位置，使电子最后出射时的能量为0MeV和1MeV之间；

通过调节两个励磁电源的电流值，即可以得到能量处于0MeV到10MeV之间的电子束。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种能量连续可调的花瓣形加速器，其特征在于，所述花瓣形加速器包括：电子枪、谐振腔、偏转磁铁与励磁电源，所述谐振腔位于所述花瓣形加速器的中心处设为球形结构，所述电子枪安装于所述谐振腔外侧，所述偏转磁铁环绕所述谐振腔分布，所述谐振腔上设有一个电子出射口，所述电子出射口处不安装所述偏转磁铁，任一个所述偏转磁铁外围连有一个所述励磁电源；

所述电子枪、电子出射口与所述偏转磁铁在所述谐振腔上的设置位置固定。

2.根据权利要求1所述的能量连续可调的花瓣形加速器，其特征在于，所述花瓣形加速器设有9个所述偏转磁铁，每一个偏转磁铁上设有固定的入射端与出射端，所述每一个偏转磁铁的入射端与出射端正对所述谐振腔。

3.根据权利要求2所述的能量连续可调的花瓣形加速器，其特征在于，所述电子枪正对一个所述偏转磁铁的入射端设置，所述偏转磁铁的出射端正对所述谐振腔对侧另一个所述偏转磁铁的入射端，所述电子出射口正对其所述谐振腔对侧的偏转磁铁的出射端设置。

4.根据权利要求1至3任一所述的能量连续可调的花瓣形加速器，其特征在于，所述偏转磁铁的电源由所述励磁电源提供，任一所述励磁电源安装有电流调节器，磁场大小受所述励磁电源输出的电流控制。

5.根据权利要求1所述的能量连续可调的花瓣形加速器，其特征在于，所述偏转磁铁对电子限位处理，所述电子在偏转磁铁中的运动起点为入射端，终点为出射端。

6.根据权利要求1至5任一所述的能量连续可调的花瓣形加速器，其特征在于，所述花瓣形加速器输出的电子能量限制在0MeV～10MeV。

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