CN1297179C - 速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器 - Google Patents

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Abstract

一种速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，包括：一速调管，其一端内安装有一阴极，该阴极用以产生电子束，在速调管内安装有输入腔、输出腔；一九十度偏转磁铁，其一端与速调管的一端连接；一加速管，其一端与九十度偏转磁铁的另一端连接，在该加速管加速后，电子由加速管末端的束流输出窗射出加速管提供使用；一反馈回路，其用于由输出功率中提取极少的微波功率到速调管的输入腔产生自激振荡；一脉冲调制器提供速调管的电源；两微波隔离窗，分别与速调管上的输出腔和加速管连接；该大功率速调管阴极发射的电子束流在输出腔中将动能转化为微波，同时一少部分电子被输出腔中电场加速，经顶部呈九十度偏转磁铁及经过真空阀门而注入到加速管内。

Description

速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器
技术领域
本发明属于高能物理领域，特别是指一种速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器。
背景技术
电子直线加速器是加速器中用途最为广泛的一种。它广泛应用于肿瘤治疗，高分子交联，医疗用品消毒，铸件探伤，食品保鲜，海关检查，灭菌杀虫，同位素生产，科学科研(如做为具有各种特点的光源、高能加速器的注入器)等等方面。即以肿瘤治疗而言，世界上约有5500台，我国约有600余台，但仍不敷使用。
一般的能量为几十兆电子伏的电子直线加速器都是使用大功率速调管做为加速场的微波功率源，加速器系统主要包括电子枪及其电源和调制器、聚束器及聚焦磁铁、加速管、大功率速调管微波源、功率分配器、晶振源、连续波放大器、脉冲放大器、大功率速调管调制器等等(参阅图1)，组成庞大的整体。部件繁多，技术含量极高，占地很大，维修复杂，造价高昂，这就使推广使用受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，其是将一般电子直线加速器中的电子枪及其调制器、聚束器及聚焦磁场及电源、加速管、微波振荡源、连续波微波放大器、脉冲微波放大器、大功率速调管、速调管调制器、大功率功率分配器等等部件的功能集成为一个统一体，只用大功率速调管及其调制器和加速管三个主要部件，从工作原理上使系统大为简化，并保证良好的性能。
本发明一种速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，其特征在于，包括：
一速调管，该速调管的一端内安装有一阴极，该阴极用以产生电子束，在速调管内安装有输入腔、输出腔；
一九十度偏转磁铁，该九十度偏转磁铁的一端与速调管的一端连接；
一加速管，该加速管的一端与九十度偏转磁铁的另一端连接，在该加速管加速后，电子由加速管末端的束流输出窗射出加速管提供使用；
一反馈回路，该反馈回路用于由输出功率中提取极少的微波功率到速调管的输入腔产生自激振荡；
一脉冲调制器提供速调管的电源；
两微波隔离窗，分别与速调管上的输出腔和加速管连接；
该大功率速调管阴极发射的电子束在输出腔中将动能转化为微波，同时一少部分电子被输出腔中电场加速，经顶部呈九十度偏转磁铁及经过真空阀门而注入到加速管内。
其中在偏转磁铁的出口处安装有两可调光阑控制注入电流的流量。
其中利用速调管中的电子束，在完成微波功率放大之后，引出速调管之外供加速器加速之用。
其中利用速调管顶端的偏转磁铁来选择注入到加速器中的电子能量。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是常规电子直线加速器的方框图，其中显示常规电子直线加速器的主要部件；
图2是本发明速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器的方框图，其中显示加速器的主要部件；
图3是本发明速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器的结构原理示意图。
具体实施方式
本发明的基本原理是利用大功率速调管的用毕束流注入到加速管中进行加速，也就是从根本上改变了大功率速调管只是微波功率源的概念，而将它同时做为微波源和电子源使用。此思想又是基于速调管工作时，其输出腔中的加速相区必会加速部分电子，使其能量将较阴极高压有相当的提高，这样较高能量的注入电子，又将使加速管的设计、加工和测量简化。
请参阅图2和图3所示，本发明一种速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，其特征在于，包括：
一速调管6，该速调管6的一端内安装有一阴极1，该阴极1用以产生电子束3，在速调管6内安装有输入腔4、输出腔7；
一九十度偏转磁铁9，该九十度偏转磁铁9的一端与速调管6的一端连接，在偏转磁铁9的出口处安装有两可调光阑10控制注入电流的流强；其中利用速调管6顶端的偏转磁铁9来选择注入到加速器中的电子能量；
一加速管11，该加速管11的一端与九十度偏转磁铁9的另一端连接，在加速管11加速后，电子束3由加速管11末端的束流输出窗12射出加速器提供使用；
一反馈回路5，该反馈回路5用于由输出功率中提取极少的微波功率到速调管6的输入腔4产生自激振荡；
一脉冲调制器2提供速调管6的电源；
两微波隔离窗8，分别与速调管6上的输出腔7和加速管11连接，其是将速调管6产生的微波进入加速管11建立加速场；
该大功率速调管6阴极1发射的电子束流3在输出腔7中将动能转化为微波，同时一少部分电子被输出腔7中电场加速，经顶部呈九十度偏转磁铁9及真空阀门而注入到加速管11内。
其中在偏转磁铁的出口处安装有两可调光阑10控制注入电流的流量。
其中利用速调管6中的电子束3，在完成微波功率放大之后，引出速调管6之外供加速器加速之用。
其中利用速调管6顶端的偏转磁铁9来选择注入到加速器中的电子能量。
大功率速调管6阴极1发射的电子束流3在输出腔7中将动能转化为微波，同时一少部分电子被输出腔中电场加速，经顶部呈九十度偏转磁场9经过真空阀门而注入到加速管11内。
该加速管头尾有两个钛泵维持系统真空(图中未示)。
注入的电子在加速管中得到加速，在加速管末端经束流输出窗12射出。
由输出功率中提取极少的微波功率经反馈回路5到速调管的输入腔4产生自激振荡。
加速管剩余微波功率在末端水负载中或由有高损耗涂层的末端加速管中吸收。
由脉冲调制器2提供速调管电源。
本发明对电子直线加速器的工作原理和组成结构提出根本性的创新方案。一般能量为几十兆伏的电子直线加速器都使用速调管做为微波功率源，本发明则用它同时担任微波源和电子源的双重任务。同时电子己进行相位切割和提高了能量，故可直接注入到相速等于光速的加速管中全被俘获并进行有效的加速。较常规的电子直线加速器，省去了电子枪及其调制器、聚束器及其聚焦系统、大功率分配器等等部件，另外，使用特定的反馈回路，使速调管在自激模式下稳定工作，省去了晶体振荡源、连续波放大器、脉冲放大器等等部件。因此，本发明对常规电子直线加速器而言，结构大为简化、维护容易、造价更低而性良优越。
因此对电子直线加速器的研制者来说，简化结构，降低造价而同时具有良好的性能就成为努力的方向。本发明基于完全可以实现的技术措施，从根本上改变了运行原理并保证加速器的性能。
予期效果
本发明的最大特点是性能优异，结构简单，维护容易，造价低廉，对电子直线加速器各种已有的应用和需要极少空间和重量的特殊应用(如移动野外探伤或航天探测使用)都会起巨大的推动作用。对一般普通应用而言，由于具有前述的特点，本发明与常规的电子直线加速器相比，将有很强的技术独占和市场垄断优势；对特殊应用而言，则将是独特的，非一般电子直线加速器所能承担。
本发明可使用各种大功率速调管(适应不同能量、类型的根据本发明原理研制的电子直线加速器)的用毕电子做为电子直线加速器的窄相位宽度的电子源。同时该速调管可照常提供原设计的微波功率。
使大功率速调管同时做为微波功率源及可控相位宽度的电子束团源。
使用磁铁偏转或其他束流输运系统来选择适用于加速器注入的能量和相位以及束流射出的方向。
利用可调节的或固定的狭缝光阑来控制注入电子束流的电流、能量与相位。
利用速调管输出腔微波场的加速相区的电场来加速电子，使注入电子能量超过速调管使用的调制器的高压，由而可使用电子速度更接近光速，使用相速等于光速的加速管成为可能，从而简化加速管的设计、制造与调试。
使用本申请提出的电子注入方式，注入电子只占据很小的相区，故加速系统不必使用聚束器，亦能获得良好的能谱及俘获。节省了同类的加速器中的电子枪、电子枪电源及调制器、聚束器或及予聚束器、大功率分配器及相应聚焦线圈、电源等等。
使用大功率速调管工作在自激模式，省掉了一般激励速调管所需要的晶振器、连续波放大器、脉冲放大器等。
使用特殊的反馈回路，以谐振腔稳定振荡频率，满足加速管正确工作的要求。

Claims (4)

1、一种速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，其特征在于，包括：
一速调管，该速调管的一端内安装有一阴极，该阴极用以产生电子束，在速调管内安装有输入腔、输出腔；
一九十度偏转磁铁，该九十度偏转磁铁的一端与速调管的一端连接；
一加速管，该加速管的一端与九十度偏转磁铁的另一端连接，在该加速管加速后，电子由加速管末端的束流输出窗射出加速管提供使用；
一反馈回路，该反馈回路用于由输出功率中提取极少的微波功率到速调管的输入腔产生自激振荡；
一脉冲调制器提供速调管的电源；
两微波隔离窗，分别与速调管上的输出腔和加速管连接；
该大功率速调管阴极发射的电子束在输出腔中将动能转化为微波，同时一少部分电子被输出腔中电场加速，经顶部呈九十度偏转磁铁及经过真空阀门而注入到加速管内。
2、根据权利要求1所述的速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，其特征在于，其中在偏转磁铁的出口处安装有两可调光阑控制注入电流的流量。
3、根据权利要求1所述的速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，其特征在于，其中利用速调管中的电子束，在完成微波功率放大之后，引出速调管之外供加速器加速之用。
4、根据权利要求1所述的速调管同时做为微波源和电子源的高效加速器，其特征在于，其中利用速调管顶端的偏转磁铁来选择注入到加速器中的电子能量。
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