一种直线加速器用新型环耦合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种直线加速器用新型环耦合结构，其包括加速腔、耦合腔、束流孔，所述加速腔和耦合腔交替装配在一起，束流孔贯穿加速腔和耦合腔，加速腔采用碗状结构，沿束流孔在加速腔内壁设置带中孔的凸锥结构，加速腔和耦合腔之间的耦合孔设计为靠近束流孔周围均匀环布的2个以上的腰形孔，提高5%~10%特征阻抗，明显提高加速腔的加速效率。耦合腔采用边缘加厚的圆盘形腔体结构，有效减小腔体的轴向长度，同时在耦合腔内设置鼻锥，该鼻锥与耦合器的两端腔璧焊接，保证电接触，将其品质因素从常规的1200提高到2000，将鼻锥将耦合腔左右两个波导盘片焊接在一起使耦合腔的电场完全封闭，避免电子穿过耦合腔时对其的影响。避免电子穿过耦合腔时对其的影响。避免电子穿过耦合腔时对其的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种直线加速器用新型环耦合结构


[0001]本专利技术属于电子加速器
，具体涉及一种直线加速器用新型环耦合结构。

技术介绍

[0002]电子直线加速器是一种利用微波电磁场加速电子并且具有直线运动轨道的加速装置，其应用范围极为广泛，在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。比如说常见的医用加速器，其中最关键的部件就是电子直线加速器，利用的就是射线（包含电子束）同物质相互作用的电离辐射效应可使癌细胞死亡以实现治愈肿瘤等疾病。自1953年英国首次研制电子直线加速器进行肿瘤治疗以来，现在利用电子束和电子束打把产生X射线进行肿瘤治疗，已是一种有效的治疗手段。
[0003]加速腔链是构成电子直线加速器的关键部件之一。
[0004]微波通常用波导管(常用的是圆波导管)进行传播，但是其在波导管中传播的相速度(波的相位在空间中传递的速度，是相位移动速度的简称)远大于光速，即微波电磁场的相速度传播过快，并不能实现对电子的加速，因此需要设法将波导管中微波传播的相速度降下来。为解决这一问题，现有技术通过在圆波导管中周期性插入带中孔的圆形膜片，依靠膜片的反射作用，就可使微波传播的相速度慢下来，进而微波电磁场就可以与注入其中的电子进行能量交换，即可实现对电子的加速。这种波导管，人们称其为盘荷波导加速管，取圆形膜片对波导管加载之意，同时又可称为慢波结构。
[0005]当电子在盘荷波导加速管的微波电磁场中所处的相位与加速相位相匹配时，电磁场能量转换为电子能量，电子得到加速；当电子在盘荷波导加速管的微波电磁场中所处的相位与减速相位相匹配时，电子能量转换为电磁场能量，电子被减速。因此为了确保电子能够持续的被加速进而获得高能量，现有技术给出了以下两种不同的电子加速方式：第一种是行波加速方式，对应于行波电子直线加速器。该方式实现对电子加速的核心原理是让电子运行速度与行波的相速度相等，即二者满足同步条件，这样电子可以一直处于电场的波峰上进行加速；第二种是驻波加速方式，对应于驻波电子直线加速器。该方式实现对电子加速的核心原理是让电子在盘荷波导加速管中的每个腔内飞跃时所遇到的都是电场的加速相位，即电子在一个腔飞跃的时间等于加速管中电磁场振荡的半周期，电子的飞跃时间与加速电场更换方向时间一致，从而实现对电子的持续加速。
[0006]按照布局设计可又分为单周期和双周期，若束流穿过的所有腔均为可对电子进行加速的加速腔则称为单周期的加速管，若束流穿过的腔体分为对电子进行加速的加速腔以及对电子起耦合作用的耦合腔，并交替排布，则称为双周期的加速管。其中轴耦合结构属于双周期结构，边耦合属于单周期结构。
[0007]现在常规驻波电子直线加速器成熟的结构中主要有两种：
1、轴耦合双周期慢波结构(也可称轴耦合双周期盘荷波导加速管)；在加速腔内设计有类似鼻锥的带中孔的凸锥结构，在耦合腔内不设置。具体来说就是在盘荷波导管中每个圆形膜片(也可称盘荷波导片)通孔处构成加速腔的一侧设置凸锥结构，而构成耦合腔的一侧不设。这种方式的优点是加速腔品质因数高（品质因素即为腔体内的微波总能量与在一个周期内损耗的电磁能量的比值的2π倍，品质因素越高能量损耗越小），功率损耗小，微波利用效率高，缺点是耦合腔品质因数低；2、边耦合单周期慢波结构（也可称边耦合单周期盘荷波导加速管）。
[0008]在加速腔内设置类似鼻锥的带中孔的凸锥结构，在耦合腔内也有设置。具体来说就是在盘荷波导管中每个圆形膜片(也可称盘荷波导片)通孔处构成加速腔的一侧设置凸锥结构。这种方式的优点是加速腔品质因数高，功率损耗小，微波利用效率高，缺点是耦合腔位于加速腔的侧边，整管直径尺寸偏大。
[0009]基于以上特点，本专利技术提出了一种直线加速器用新型环耦合结构。能够在不降低加速腔的加速场强和品质因素和保证尺寸较小的前提下，提高耦合腔的品质因素和加速腔体的最大功率密度，充分提高加速梯度、缩短加速长度。

技术实现思路

[0010]为克服上述存在之不足，本专利技术的专利技术人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种直线加速器用新型环耦合结构，其加速腔和耦合腔之间的耦合孔设计为靠近束流孔周围均匀分布的2个以上的腰形孔，该耦合孔的结构和布局，可以得到更高的特征阻抗，较现有的结构可以提高5%~10%，明显提高加速腔的加速效率，耦合腔创新的采用了边缘加厚的圆盘形腔体结构，可以有效减小腔体的轴向长度，同时在耦合腔内也设置一个带中孔的鼻锥，该鼻锥与耦合器的两端腔璧焊接，保证电接触，在耦合腔中设置鼻锥可以有效提高其品质因素，从常规的1200提高到2000。同时通过将鼻锥将耦合腔左右两个波导盘片焊接在一起以后，耦合腔的电场就完全封闭起来，可以避免电子穿过耦合腔时对其的影响，新型环耦合结构的耦合腔采用新型焊接结构，可以明显提高结构强度，降低其变形量，同时耦合孔的改进，提高了其耦合系数，这样也可以加大其模式间隔，调试时允许的各个腔体间的频率偏差范围更大，这样可以显著降低腔体的焊接难度和微波调谐的工作量。且整个腔体都是旋转对称结构，这样可以显著降低其加工难度。
[0011]为实现上述目的本专利技术所采用的技术方案是：提供一种直线加速器用新型环耦合结构。其包括加速腔、耦合腔、束流孔，所述加速腔和耦合腔交替装配在一起，束流孔贯穿加速腔和耦合腔，加速腔采用碗状结构，沿束流孔在加速腔内壁设置带中孔的凸锥结构，加速腔和耦合腔之间的耦合孔设计为靠近束流孔周围均匀环布的2个以上的腰形孔，耦合腔采用边缘加厚的圆盘形腔体结构，有效减小腔体的轴向长度，同时在耦合腔内设置鼻锥，该鼻锥与耦合器的两端腔璧焊接，保证电接触。
[0012]根据本专利技术所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其进一步的优选技术方案是：通过鼻锥将耦合腔左右两个波导盘片焊接在一起，保证电接触，使得耦合腔的电场完全封闭。
[0013]根据本专利技术所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其进一步的优选技术方案是：所述耦合腔的截面形状为外侧的三角形与内侧的长方形形成的组合形状，其中长方形
位于三角形的角上，绕束流孔中心线旋转一周形成三角腔体和圆盘腔体的组合，所述腰型孔位于圆盘腔体所在区域。
[0014]根据本专利技术所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其进一步的优选技术方案是：所述腰形孔位于圆盘腔体的内侧位置，圆盘腔体的最内侧相比腰型孔更靠近束流孔。
[0015]根据本专利技术所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其进一步的优选技术方案是：所述单个加速腔的两端的腰形孔位置对应设置，相邻加速腔之间的腰形孔位置交错设置。
[0016]根据本专利技术所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其进一步的优选技术方案是：所述耦合腔的三角形腔体的截面三角形的角设置为圆角。
[0017]根据本专利技术所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直线加速器用新型环耦合结构，其包括加速腔、耦合腔、束流孔，所述加速腔和耦合腔交替装配在一起，束流孔贯穿加速腔和耦合腔，其特征在于，加速腔采用碗状结构，沿束流孔在加速腔内壁设置带中孔的凸锥结构，加速腔和耦合腔之间的耦合孔设计为靠近束流孔周围均匀环布的2个以上的腰形孔，耦合腔采用边缘加厚的圆盘形腔体结构，有效减小腔体的轴向长度，同时在耦合腔内设置鼻锥，该鼻锥与耦合器的两端腔璧焊接，保证电接触。2.根据权利要求1所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其特征在于，通过鼻锥将耦合腔左右两个波导盘片焊接在一起，保证电接触，使得耦合腔的电场完全封闭。3.根据权利要求1所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其特征在于，所述耦合腔的截面形状为外侧的三角形与内侧的长方形形成的组合形状，其中长方形位于三角形的角上，绕束流孔中心线旋转一周形成三角腔体和圆盘腔体的组合，所述腰型孔位于圆盘腔体所在区域。4.根据权利要求3所述的一种直线加速器用新型环耦合结构，其特征在于，所述腰形孔位于圆盘腔体的内侧位置，圆盘腔体的最内侧相比腰型孔更靠近束流孔。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周霖，陶浩，郭进，黄红，胡亮，唐密，
申请(专利权)人：成都奕康真空电子技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：