CN1350320A - 粒子加速器 - Google Patents

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CN1350320A
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CN
China
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chamber
central axis
insulator
anode
negative electrode
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Pending
Application number
CN01132866A
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English (en)
Inventor
阿莱恩·保鲁斯
雅克·古福克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Control Machines SA
Original Assignee
Industrial Control Machines SA
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    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J2235/16—Vessels
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Abstract

本发明涉及一种粒子加速器。加速器包括由导电材料制成带有中心轴线的腔室(h)。阳极(a)沿中心轴线电连接到腔室;阴极(b)沿中心轴线封装在腔室中;绝缘部件(c)将阴极连接到腔室,绝缘部件包括由电极(k1至k6)分隔开的几段。绝缘体沿中心轴线在由阳极(a)和阴极(b)形成的区域的延伸部设置在腔室(h)中。

Description

粒子加速器
                         技术领域
本发明涉及一种粒子加速器，特别是一种电子加速器。
                         技术背景
一百多年以来，X射线的特性已被广泛应用。这是因为该放射线有能够穿透物质的特征，吸收率同时取决于被穿透材料的厚度和特性。这样，如果任何物体受到X射线的照射，和如果使用一装置能够在该物体的后面逐点恢复剂量水平，可以用该方法获得关于它的内部性质的信息，从外面不能看到的它的缺陷的信息，或是否含有杂质的信息。
最公知的应用当然是医学，但是X射线也广泛地用于工业上探测缺陷或杂质，和在安全领域检查行李或各种包裹。
尽管这些技术随时间的流逝已经有相当大变化，但是用于产生X射线的主要设备还是相同的。它们仍包括(图1)至少两个电极，阳极a和阴极b，它们之间的高电压发生装置1可施加高电位差(几十或几百千伏)。阴极b相对于阳极a处在负电位。此外，阴极b包括一装置(通常是热丝f达到2000℃)，该装置可向由电场加速的电子提供初始能量，这些电子将在阳极(a)的方向形成高速传播的电子束d。当这些电子d到达阳极时，它们突然减速释放能量，这些能量大部分转换成热量，同时一小部分转变成X射线辐射。
只有电子完全自由移动该装置才可运行，因此需要将其放入抽成真空的室。由于该室本身连接阳极和阴极，所以必须有绝缘体使其可以经受住存在于两电极之间的大的电位差。图1中，绝缘体由玻璃c构成。
此外，由于系统的外部承受高电场的影响，所以必须将其浸入液体或气体介质中，例如，绝缘油或均匀增压的六氟化硫(SF6)中。该绝缘体装在接地的腔室m中。
X射线管的绝缘体仍是它们的主要弱点。
首先，由于管的腔室中的真空度不可能很理想，电子束d可能遇到残留的分子并使它们电离，这样将产生可能聚集在绝缘体c上并且使其带电的“漫游”电子g，该绝缘体的特性使这些电荷难于很快地去除。这样，绝缘体c上的电场由于栅极效应而可能局部地到达高到足以使阴极电流不稳定的值，有时甚至损坏绝缘体。
第二，阳极a和阴极b之间的电位不会均一地分布。图1表示出在该特定结构中的等电位线e的近似位置。可以看出这些等电位线的大部分位于阳极-阴极区的对面，由于绝缘体上的电场不均一，所以为了抵抗它要受到的介电应力需要绝缘体有很大的长度。
由于市场上日益需要较小体积的大功率发生器，为了在该方向发展，已开发了各种技术。
第一个改进(图2)在于将绝缘体(c)移入很少暴露于漫游电子的区域。这种情况下，绝缘体不再在阳极-阴极区内，而由围绕阴极的盘构成。然后管的腔室由接地金属罩(h)封闭。可以看见由通过电子束的分子的离子化产生的电子g不再直接到达绝缘体c。然而它们还可撞击罩h并产生可到达绝缘体c的次级电子j。该解决方案当然是相对于图1的基本结构的改进。然而对等电位线e的分析显示电压并不总是均一分布，这将阻碍小尺寸获得高电位。此外，绝缘体并不总能是完全避开漫游电子，这意味着为保护绝缘体必须采取复杂和高成本的解决方案。
后来另一个改进(专利US5 426 345，图3)在于由连接到选定电位的中间电极k将绝缘体分成两部分c1、c2，使得沿该绝缘体的电压分布最优化。该中间电位可通过例如制作电阻分压器或甚至将该电极连接到电压倍增器1的一级来获得。该解决方案可减小绝缘体的尺寸，然而它还是太大，并根本没有解决漫游电子的问题。
电压倍增器1是根据公知的科克罗夫特-沃尔顿(Cockroft-Walton)线路制作的电压发生器。它由一定数量的由二极管和电容器形成的级的组件构成，其中在由一级到另一级时电压递增。图4a、4b和4c表示用于制作该类线路的一些可能的结构(4级倍增器的情况)。可在文献中查到许多不同的方案。
这种倍增器的应用可形成另外的解决方案(专利US-A-5 191 517，图5)。它在于将绝缘体c置于阳极-阴极区，并将其分成与在倍增器中有的级一样多的许多段。然后将分割这些段的中间电极k连接到沿倍增器存在的不同的电位。等电位线(未画出)实际上垂直于管的轴线排列并穿过电极k。该解决方案因此可获得实质上理想的电压分布，因此可用极小的绝缘体长度。然而，漫游电子的问题还完全存在，另外，由于倍增器1是在绝缘体的外部件上，提供的功率一增大，部件的外径就立即增大，这是对多数应用的阻碍。
                          发明内容
下面是本发明提出的解决方案：绝缘体c设置在阴极的延伸部。特别是，由绝缘体和电压倍增器形成的单元沿中心轴线在阳极和阴极b形成的区域的延伸部设置在腔室h中。这样它处于被漫游电子撞击的可能性大大减小或甚至实质上为零的区域。
                          附图说明
图1、2、3是现有技术中粒子加速器的示意图。
图4a、4b、4c表示电压倍增器的可能电路结构。
图5是现有技术中粒子加速器的示意图。
图6是根据本发明的粒子加速器的示意图。
图7a、7b、7c是本发明中电极形状的实例。
                        具体实施方式
在图6所述装置中使用的电压倍增器的实例示于图4c中。特别是，该倍增器包括7个级，且示意性地阐明各电极k1至k6如何连接到倍增器的各级。
由此绝缘体被分割成与供给管的倍增器中的级一样多的部分，确切地讲如图5的实施例所示。本质差别在于在本发明中，电压倍增器可设在包括X射线管的空间内，这可使部件的尺寸特别是外径极大地减小。换句话说，电压倍增器封装在绝缘件中。
尺寸减小的原因通过比较图3和6可清楚地看出。图3中表示已知解决方案，可以看见，为了减小承受的电场，等电位线必须沿穿过绝缘体的半径完全隔开。
相反，在表示本发明的图6中，可以看见，受高电场影响的所有区域，也就是说等电位线相互靠得很近的地方，是在真空中，因此可更容易承受这些应力。此外，绝缘体沿倍增器分布，即在等电位线分布很好的区域中。这就可以制造出比所有现存解决方案中的有更小直径的系统，同时大大减小了应力，这样就增加了可靠性。
中间电极的形状必须仔细研究，使得尽可能多地减小电场，并提供最大保护使绝缘体免受残留的漫游电子的影响。
图7a、b、c表示这些电极形状的三个实例。有限元计算显示图7c的方案，也就是远端平行于腔室壁设置的每个电极，是最能减小电场而提供对绝缘体的最大保护的电极。
该结构有另一个明显优点。特别是，如果考虑图6中的中间电极k1至k6，可注意到这些电极相对于管壁有电容。参照图4c的线路，应注意到该电容正好实现了在图的下部接地的电容器的作用。换句话说，在每个电极和地之间形成电容器。这些电容器因此可用于制作电压倍增器。因此不需要将这些电容器置于倍增器自身中。因此在尺寸和费用上节约了。
现在的描述基于电压倍增器。其它相同的技术也在本发明的范围内。
因此可以将所描述的结构用于电压倍增器以外的设备，只要该设备可设置各中间电极的电位。例如，这种设备可以是电阻电压分压器，或其它级联变压器。

Claims (3)

1.粒子加速器，包括：
有中心轴线的导电腔室(h)；
沿中心轴线连接到腔室的阳极(a)；
沿中心轴线封装在腔室中的阴极(b)；
将阴极连接到腔室的绝缘部件(c)，绝缘部件包括由电极(k1至k6)分隔开的几段，
其中绝缘体沿中心轴线在由阳极(a)和阴极(b)形成的区域的延伸部设置在腔室(h)中。
2.根据权利要求1所述的粒子加速器，包括：
由导电材料制成的有中心轴线的腔室(h)；
沿中心轴线电连接到腔室的阳极(a)；
沿中心轴线封装在腔室中的阴极(b)；
将阴极连接到腔室的绝缘部件(c)，绝缘部件包括几段；
包括几个级的电压倍增器，每个级在预定电位有接点；
一系列从绝缘体的各段之间插入的电极，这些电极的每一个连接到电压倍增器的每一个级；
其中
电压倍增器封装在绝缘部件中；且
由绝缘体和电压倍增器形成的单元沿中心轴线在由阳极和阴极(b)形成的区域的延伸部设置在腔室(h)中。
3.根据权利要求1或2所述的粒子加速器，其中每个电极包括平行于腔室的壁设置的远端，这样在每个电极和地之间形成电容器。
CN01132866A 2000-07-20 2001-07-20 粒子加速器 Pending CN1350320A (zh)

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BEPCT/BE00/00087 2000-07-20
BE0000087 2000-07-20
BE0000158 2000-12-22
BEPCT/BE00/00158 2000-12-22

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