CN201063958Y - 驻波电子直线加速器和快速扫描成像检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种驻波电子直线加速器和采用该驻波电子直线加速器的快速扫描成像检测装置。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能快速响应的驻波电子直线加速器。该驻波电子直线加速器，包括：同步装置、微波装置和电子束发射装置，其中所述同步装置产生同步脉冲信号以分别用于微波装置和电子束发射装置，所述微波装置产生微波电场作用于电子束发射装置，所述电子束发射装置在所述微波电场的作用下发出X射线束。所述加速器还包括一快速出束装置，所述快速出束装置与所述同步装置和电子束发射系统电连接，所述同步装置产生的同步脉冲信号分别作用于所述微波装置和所述快速出束装置。通过上述结构，该驻波电子直线加速器能快速响应。

Description

驻波电子直线加速器和快速扫描成像检测装置

技术领域

本实用新型涉及驻波电子直线加速器技术领域，特别是以加速器为辐射源的无损检测、辐射医学及辐照等领域。

背景技术

在现有驻波加速器系统中，出束命令即加高压命令，在出束命令发出时，高压接触器吸合，调制器根据触发控制信号产生脉冲高压，脉冲高压被送到X机头内的脉冲变压器，由脉冲变压器进一步升压，并分出两路脉冲高压，他们分别作用于微波源(磁控管)和电子枪，微波源在第一路脉冲高压的作用下产生微波，微波经微波传输系统输送到加速管，在加速管中建立一个稳定的加速电场，同时电子枪在另一路脉冲高压的作用下发射电子束流，电子束流进入加速管，在加速管中被加速电场加速，形成高能电子束流最后打靶，电子束打靶产生的X射线形成加速器的剂量率输出，他被广泛应用于无损检测及辐照等领域。

在现有的驻波加速器系统工作过程中，从加速器出束命令发出到加速器产生稳定的剂量率输出，需要经过这样一些延迟环节：

1.软启动

为了保护磁控管，调制器产生的脉冲高压并不是一开始就达到满负荷，而是幅度逐渐增加的，脉冲高压从产生到达到满负荷通常需要500ms左右。与此相对应加速器产生的剂量率输出也是缓慢增加的。

2.AFC稳频

在加速器出束(特别是重复频率比较高)时，加速管由于其内微波功率的作用，温度会产生一定的变化，加速管温度的变化会导致其特征频率变化，在驻波加速器系统中通过AFC稳频装置来保证磁控管的输出频率与加速管的特征频率一致，从而保证加速器系统的长时间稳定工作。AFC稳频装置通过在微波传输系统的不同位置获取微波信息，通过分析判断磁控管的输出频率是否与加速管的特征频率一致，然后发出相应的调整命令，通过其内部装置对磁控管进行调整，使磁控管的输出频率与加速管的特征频率保持一致。由于加速器开始加高压出束时，微波功率进入加速管建立电场，同时加速管消耗功率温度发生变化，特征频率产生变化，AFC稳频装置投入运行，通过不断调整使系统达到稳定，形成稳定的剂量率输出，这个过程需要一定的时间，通常在500ms到5秒之间。

这样，由于软启动、AFC稳频等环节的存在，现有的驻波加速器系统从加速器出束命令的发出到加速器达到稳定的剂量率输出一般需要0.5秒到5秒的时间。因其延时时间长且不固定，所以不适用于某些需要加速器快速响应的应用场合，不利于驻波加速器的广泛应用。

清华同方威视技术股份有限公司研制并生产了以驻波电子直线加速器为辐射源的多种型号集装箱/大型货物检查系统。其生产的集装箱/集卡快速检查系统，设计方式是被检车辆队列在检查通道内连续快速通过，系统在安全避让车头后，给加速器发出出束指令，要求系统在安全避让车头时没有剂量率输出，以保障司机的安全，而在发出出束命令后立即形成稳定的剂量率输出，以及时完整地检查车辆的货柜区域，这个响应时间要求在100ms以内，所以系统要求一种新型的能快速响应的加速器系统做为辐射源。

实用新型内容

鉴于上述问题，完成了本实用新型。本实用新型的目的是提供一种能快速响应的驻波电子直线加速器。本实用新型包括微波功率系统、电子枪功率系统，电子枪、加速管及控制装置。微波功率系统与电子枪功率系统相互独立，微波功率系统包括调制器、脉冲变压器、微波源、微波传输系统及AFC稳频装置，电子枪功率系统包括电子枪触发控制装置、电子枪脉冲电源、电子枪脉冲变压器。

本实用新型提供了一种驻波电子直线加速器，包括：同步装置、微波装置和电子束发射装置，其中所述同步装置产生同步脉冲信号以分别用于微波装置和电子束发射装置，所述微波装置产生微波电场作用于电子束发射装置，所述电子束发射装置在所述微波电场的作用下发出X射线束。所述加速器还包括一快速出束装置，所述快速出束装置与所述同步装置和电子束发射系统电连接，所述同步装置产生的同步脉冲信号分别作用于所述微波装置和所述快速出束装置，从而在所述加速器开始工作的过程中，使微波装置在电子束发射装置开始运行之前提前运行，在微波装置稳定后开启加速器电子束发射装置以使加速器发出X射线束。

本实用新型是一种能快速响应的驻波电子直线加速器，微波功率系统先于电子枪功率系统工作，以达到能快速响应的目的。即系统工作时，加高压命令和出束命令分开，系统先给出加高压命令，微波功率系统开始工作，即调制器在控制装置给出的加高压命令下产生脉冲高压，脉冲高压由脉冲变压器进行升压变为磁控管脉冲高压，磁控管在脉冲高压的作用下产生微波，微波经过微波传输系统到达加速管，在加速管中形成驻波加速电场，AFC稳频装置开始工作，使磁控管的微波输出频率与加速管的特征频率一致，整个系统逐步达到微波功率稳定状态；控制系统根据应用环境要求发出出束命令，电子枪功率系统开始工作，即电子枪触发控制装置在出束命令的作用下产生电子枪触发脉冲，电子枪触发脉冲使电子枪脉冲电源产生电子枪脉冲，电子枪脉冲经电子枪脉冲变压器升压后形成电子枪高压脉冲，电子枪高压脉冲作用于电子枪，使电子枪产生电子束流，电子束流在加速管中受到稳定的驻波加速电场作用，加速并打靶后形成稳定的剂量率输出。本实用新型的驻波电子直线加速器系统的响应速度不由微波功率源系统决定，而由电子枪功率源系统决定，利用电子枪加高压即稳定的快速响应特性，使整个系统具有快速响应功能。经实验验证本实用新型的能快速响应的驻波电子直线加速器系统从出束命令发出，到加速器出束束流稳定，仅需要不到100ms的时间。

本实用新型的能快速响应的驻波电子直线加速器系统，利用其出束由电子枪功率源控制的特点，对电子枪的工作方式进行精密控制，可以实现微剂量输出出束。通过精密控制的微剂量输出出束在辐射医学领域具有很好的应用前景，通过精确的照射剂量控制，提高照射剂量的利用率和有效性，减少病人的过量照射或误照射。

清华同方威视技术股份有限公司研制并生产的集装箱/集卡快速检查系统，使用本实用新型的能快速响应的驻波电子直线加速器系统作为辐射源，能有效地安全避让车头，而对车辆箱体货柜区域进行全面检查，保障了司机的安全同时实现检查的完整有效性。特别是利用本实用新型的快速响应特点，集装箱/集卡快速检查系统可以对一个被检车辆队列进行连续而快速的检查，车辆队列可以以1～4米/秒的速度检查通道即完成检查，大大提高了车辆检查效率，检查一部集卡的时间由原来的2～3分钟缩短到现在的10秒钟之内。

本实用新型的能快速响应的驻波电子直线加速器系统作为辐射源还可以应用于有特定要求的辐照系统，对传输线上的产品进行局部辐照，从而解决某些不可分割产品某些部分不能辐照而某些部分又需要辐照的难题。

本实用新型提供了一种快速扫描成像检测装置，该快速扫描成像检测装置包括上述的驻波电子直线加速器。

附图说明

附图1是普通加速器的组成框图；

附图2是图1对应普通加速器的工作时序图；

附图3是根据本申请一个实施例的加速器的组成框图；

附图4是图3对应的快速出束装置工作时序图；

附图5是图3另一种应用定脉冲数出束的控制逻辑图。

具体实施方式

附图1给出了不带快速出束装置的加速器组成框图。图中控制系统模块1依次给出系统同步脉冲P_s及出束命令E_in；在得到出束命令后调制器高压脉冲输出模块2输出脉冲高压；脉冲高压在经过脉冲变压器3后分为两路输出，一路送入磁控管4，一路送入加速器电子枪6；磁控管4得到脉冲高压后输出脉冲形式的微波经微波传输系统46馈入加速管7形成驻波加速电场；电子枪6得到脉冲高压后发射出脉冲电子；电子在加速管微波电场中加速后打靶，产生X射线71。AFC5从微波传输系统46进行微波取样，而对磁控管4进行微波频率控制。

附图2是以上加速器的工作时序；由工作时序图可以看到：加速器束流脉冲稳定时间T3为软启动时间T1和AFC调整时间T2的和。

附图3是本专利的具体实施方式，即带有快速出束装置的加速器组成框图。在附图3中，控制系统1给出系统同步P_s及加高压命令H_in给脉冲调制器高压输出2；脉冲调制器高压输出2输出脉冲高压给脉冲变压器3；脉冲变压器3对脉冲高压进行升压后送给磁控管4；磁控管4在脉冲高压作用下产生脉冲微波经波导传输系统或微波传输系统46馈入加速管7，在AFC5的调节控制下，微波在加速管7中形成稳定的驻波加速电场。同时，用于电子枪6的脉冲高压不再由脉冲变压器3的付边提供，而是由控制系统1发出与系统同步同相位的电子枪同步信号给电子枪触发控制装置8，在有出束命令E_in的情况下电子枪触发控制装置8将电子枪同步脉冲送给电子枪脉冲电源9，电子枪电源9再为加速管电子枪6提供电子枪脉冲高压，电子枪在脉冲高压作用下发射出电子束，电子束在稳定的微波电场作用下加速并打靶后产生X射线71。AFC5从微波传输系统46进行微波取样，而对磁控管4进行微波频率控制。出束命令E_in可以是本机出束命令E_inA和外部出束命令E_inB。

附图4是附图3所示系统的工作时序。在图中，控制系统在发出加高压命令后，磁控管开始工作，但与以前系统不同的是，此时加速器并不产生X射线束流脉冲。在控制系统给出加高压命令一段时间以后(通常需要10秒)，在经过了系统软启动及AFC稳频后，在加速管中已经形成了稳定的加速电场，此时再根据需要给出出束命令。出束命令可由内部控制系统给出，也可由外部系统给出。出束命令立即启动电子枪高压脉冲电源，并在加速管中产生脉冲电子，仅需要数个脉冲加速器即可得到稳定的X射线脉冲。

本申请人生产的集装箱/集卡快速检查系统就使用了加装快速出束装置的加速器。因被检车辆在检查通道内快速通过，且车辆在接受检查时要保障司机的安全，所以系统在安全避让车头后，给加速器发出出束指令(使能电子枪使能信号)，系统要求加速器在接受使能信号的100ms后产生稳定的脉冲束流。根据实验检测数据，加速器在收到电子枪使能信号4个脉冲(按系统正常工作于200Hz，约20ms)后输出稳定的脉冲束流。在应用了本加速器系统后，大大提高了车辆检查效率，检查一部集卡的时间由原来的2～3分钟缩短到现在的10秒钟之内。

本实用新型还可以利用在定脉冲出束的加速器系统中。通过附图5显示的控制逻辑，加速器可以控制只出几个脉冲束流。由于每个脉冲束流均很稳定，所以加速器可以比较精确地控制输出剂量。该技术在微剂量成像及医学治疗中具有广泛的应用前景。

Claims (8)

1.一种驻波电子直线加速器，包括：同步装置、微波装置和电子束发射装置，其中所述同步装置产生同步脉冲信号以分别用于微波装置和电子束发射装置，所述微波装置产生微波电场作用于电子束发射装置，所述电子束发射装置在所述微波电场的作用下发出X射线束，

其特征在于：

所述加速器还包括一快速出束装置，所述快速出束装置与所述同步装置和电子束发射系统电连接，所述同步装置产生的同步脉冲信号分别作用于所述微波装置和所述快速出束装置。

2.根据权利要求1所述的驻波电子直线加速器，其中所述快速出束装置包括依次串联连接在所述同步装置与电子束发射装置之间的触发控制器、电子束发射装置脉冲电源和电子束发射装置脉冲变压器，所述触发控制器接收同步装置发出的同步脉冲信号和加速器的电子束发射装置使能信号，以产生电子束发射装置同步脉冲并供给至所述电子束发射装置脉冲电源，所述电子束发射装置脉冲电源产生电子束发射装置脉冲以供给至电子束发射装置脉冲变压器，所述电子束发射装置脉冲变压器产生脉冲高压以启动电子束发射装置。

3.根据权利要求2所述的驻波电子直线加速器，其中所述微波装置包括微波脉冲装置、微波源和微波传输系统，所述微波脉冲装置接收所述同步装置的系统同步脉冲信号并产生微波脉冲高压信号，所述微波源接收上述磁控管脉冲高压信号并产生微波信号，所述微波传输系统将所述微波作用于所述电子束发射装置。

4.根据权利要求3所述的驻波电子直线加速器，其中所述微波装置还包括AFC稳频装置。

5.根据权利要求3所述的驻波电子直线加速器，其中所述微波源是磁控管。

6.根据权利要求3所述的驻波电子直线加速器，其中所述微波脉冲装置包括串联连接的调制器和脉冲变压器。

7.根据权利要求2所述的驻波电子直线加速器，其中所述电子束发射装置是电子枪。

8.一种快速扫描成像检测装置，包括权利要求1所述的驻波电子直线加速器。

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