專利名稱:速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于高能物理領(lǐng)域,特別是指一種速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器。
背景技術(shù):
電子直線加速器是加速器中用途最為廣泛的一種。它廣泛應(yīng)用于腫瘤治療,高分子交聯(lián),醫(yī)療用品消毒,鑄件探傷,食品保鮮,海關(guān)檢查,滅菌殺蟲,同位素生產(chǎn),科學(xué)科研(如做為具有各種特點的光源、高能加速器的注入器)等等方面。即以腫瘤治療而言,世界上約有5500臺,我國約有600余臺,但仍不敷使用。
一般的能量為幾十兆電子伏的電子直線加速器都是使用大功率速調(diào)管做為加速場的微波功率源,加速器系統(tǒng)主要包括電子槍及其電源和調(diào)制器、聚束器及聚焦磁鐵、加速管、大功率速調(diào)管微波源、功率分配器、晶振源、連續(xù)波放大器、脈沖放大器、大功率速調(diào)管調(diào)制器等等(參閱圖1),組成龐大的整體。部件繁多,技術(shù)含量極高,占地很大,維修復(fù)雜,造價高昂,這就使推廣使用受到一定的限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,提供一種速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,其是將一般電子直線加速器中的電子槍及其調(diào)制器、聚束器及聚焦磁場及電源、加速管、微波振蕩源、連續(xù)波微波放大器、脈沖微波放大器、大功率速調(diào)管、速調(diào)管調(diào)制器、大功率功率分配器等等部件的功能集成為一個統(tǒng)一體,只用大功率速調(diào)管及其調(diào)制器和加速管三個主要部件,從工作原理上使系統(tǒng)大為簡化,并保證良好的性能。
本發(fā)明一種速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,其特征在于,包括一速調(diào)管,該速調(diào)管的一端內(nèi)安裝有一陰極,該陰極用以產(chǎn)生電子束,在速調(diào)管內(nèi)安裝有輸入腔、輸出腔;一九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵,該九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵的一端與速調(diào)管的一端連接;一加速管,該加速管的一端與九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵的另一端連接,在該加速管加速后,電子由加速管末端的束流輸出窗射出加速管提供使用;一反饋回路,該反饋回路用于由輸出功率中提取極少的微波功率到速調(diào)管的輸入腔4產(chǎn)生自激振蕩;一脈沖調(diào)制器提供速調(diào)管的電源;兩微波隔離窗,分別與速調(diào)管上的輸出腔和加速管連接;該大功率速調(diào)管陰極發(fā)射的電子束在輸出腔中將動能轉(zhuǎn)化為微波,同時一少部分電子被輸出腔中電場加速,經(jīng)頂部呈九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵及經(jīng)過真空閥門而注入到加速管內(nèi)。
其中在偏轉(zhuǎn)磁鐵的出口處安裝有兩可調(diào)光闌控制注入電流的流量。
其中利用速調(diào)管中的電子束,在完成微波功率放大之后,引出速調(diào)管之外供加速器加速之用。
其中利用速調(diào)管頂端的偏轉(zhuǎn)磁鐵來選擇注入到加速器中的電子能量。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容,以下結(jié)合實施例及附圖詳細(xì)說明如后,其中圖1是常規(guī)電子直線加速器的方框圖,其中顯示常規(guī)電子直線加速器的主要部件;圖2是本發(fā)明速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器的方框圖,其中顯示加速器的主要部件;圖3是本發(fā)明速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的基本原理是利用大功率速調(diào)管的用畢束流注入到加速管中進(jìn)行加速,也就是從根本上改變了大功率速調(diào)管只是微波功率源的概念,而將它同時做為微波源和電子源使用。此思想又是基于速調(diào)管工作時,其輸出腔中的加速相區(qū)必會加速部分電子,使其能量將較陰極高壓有相當(dāng)?shù)奶岣?,這樣較高能量的注入電子,又將使加速管的設(shè)計、加工和測量簡化。
請參閱圖2和圖3所示,本發(fā)明一種速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,其特征在于,包括一速調(diào)管6,該速調(diào)管6的一端內(nèi)安裝有一陰極1,該陰極1用以產(chǎn)生電子束3,在速調(diào)管6內(nèi)安裝有輸入腔4、輸出腔7;一九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵9,該九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵9的一端與速調(diào)管6的一端連接,在偏轉(zhuǎn)磁鐵9的出口處安裝有兩可調(diào)光闌10控制注入電流的流強(qiáng);其中利用速調(diào)管6頂端的偏轉(zhuǎn)磁鐵9來選擇注入到加速器中的電子能量;一加速管11,該加速管11的一端與九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵9的另一端連接,在加速管11加速后,電子束3由加速管11末端的束流輸出窗12射出加速器提供使用;一反饋回路5,該反饋回路5用于由輸出功率中提取極少的微波功率到速調(diào)管6的輸入腔4產(chǎn)生自激振蕩;一脈沖調(diào)制器2提供速調(diào)管6的電源;兩微波隔離窗8,分別與速調(diào)管6上的輸出腔7和加速管11連接,其是將速調(diào)管6產(chǎn)生的微波進(jìn)入加速管11建立加速場;該大功率速調(diào)管6陰極1發(fā)射的電子束流3在輸出腔7中將動能轉(zhuǎn)化為微波,同時一少部分電子被輸出腔7中電場加速,經(jīng)頂部呈九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵9及真空閥門而注入到加速管11內(nèi)。
其中在偏轉(zhuǎn)磁鐵的出口處安裝有兩可調(diào)光闌10控制注入電流的流量。
其中利用速調(diào)管6中的電子束3,在完成微波功率放大之后,引出速調(diào)管6之外供加速器加速之用。
其中利用速調(diào)管6頂端的偏轉(zhuǎn)磁鐵9來選擇注入到加速器中的電子能量。
大功率速調(diào)管6陰極1發(fā)射的電子束流3在輸出腔7中將動能轉(zhuǎn)化為微波,同時一少部分電子被輸出腔中電場加速,經(jīng)頂部呈九十度偏轉(zhuǎn)磁場9經(jīng)過真空閥門而注入到加速管11內(nèi)。
該加速管頭尾有兩個鈦泵維持系統(tǒng)真空(圖中未示)。
注入的電子在加速管中得到加速,在加速管末端經(jīng)束流輸出窗12射出。
由輸出功率中提取極少的微波功率經(jīng)反饋回路5到速調(diào)管的輸入腔4產(chǎn)生自激振蕩。
加速管剩余微波功率在末端水負(fù)載中或由有高損耗涂層的末端加速管中吸收。
由脈沖調(diào)制器2提供速調(diào)管電源。
本發(fā)明對電子直線加速器的工作原理和組成結(jié)構(gòu)提出根本性的創(chuàng)新方案。一般能量為幾十兆伏的電子直線加速器都使用速調(diào)管做為微波功率源,本發(fā)明則用它同時擔(dān)任微波源和電子源的雙重任務(wù)。同時電子己進(jìn)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獲并進(jìn)行有效的加速。較常規(guī)的電子直線加速器,省去了電子槍及其調(diào)制器、聚束器及其聚焦系統(tǒng)、大功率分配器等等部件,另外,使用特定的反饋回路,使速調(diào)管在自激模式下穩(wěn)定工作,省去了晶體振蕩源、連續(xù)波放大器、脈沖放大器等等部件。因此,本發(fā)明對常規(guī)電子直線加速器而言,結(jié)構(gòu)大為簡化、維護(hù)容易、造價更低而性良優(yōu)越。
因此對電子直線加速器的研制者來說,簡化結(jié)構(gòu),降低造價而同時具有良好的性能就成為努力的方向。本發(fā)明基于完全可以實現(xiàn)的技術(shù)措施,從根本上改變了運(yùn)行原理并保證加速器的性能。
予期效果本發(fā)明的最大特點是性能優(yōu)異,結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)容易,造價低廉,對電子直線加速器各種已有的應(yīng)用和需要極少空間和重量的特殊應(yīng)用(如移動野外探傷或航天探測使用)都會起巨大的推動作用。對一般普通應(yīng)用而言,由于具有前述的特點,本發(fā)明與常規(guī)的電子直線加速器相比,將有很強(qiáng)的技術(shù)獨(dú)占和市場壟斷優(yōu)勢;對特殊應(yīng)用而言,則將是獨(dú)特的,非一般電子直線加速器所能承擔(dān)。
本發(fā)明可使用各種大功率速調(diào)管(適應(yīng)不同能量、類型的根據(jù)本發(fā)明原理研制的電子直線加速器)的用畢電子做為電子直線加速器的窄相位寬度的電子源。同時該速調(diào)管可照常提供原設(shè)計的微波功率。
使大功率速調(diào)管同時做為微波功率源及可控相位寬度的電子束團(tuán)源。
使用磁鐵偏轉(zhuǎn)或其他束流輸運(yùn)系統(tǒng)來選擇適用于加速器注入的能量和相位以及束流射出的方向。
利用可調(diào)節(jié)的或固定的狹縫光闌來控制注入電子束流的電流、能量與相位。
利用速調(diào)管輸出腔微波場的加速相區(qū)的電場來加速電子,使注入電子能量超過速調(diào)管使用的調(diào)制器的高壓,由而可使用電子速度更接近光速,使用相速等于光速的加速管成為可能,從而簡化加速管的設(shè)計、制造與調(diào)試。
使用本申請?zhí)岢龅碾娮幼⑷敕绞剑⑷腚娮又徽紦?jù)很小的相區(qū),故加速系統(tǒng)不必使用聚束器,亦能獲得良好的能譜及俘獲。節(jié)省了同類的加速器中的電子槍、電子槍電源及調(diào)制器、聚束器或及予聚束器、大功率分配器及相應(yīng)聚焦線圈、電源等等。
使用大功率速調(diào)管工作在自激模式,省掉了一般激勵速調(diào)管所需要的晶振器、連續(xù)波放大器、脈沖放大器等。
使用特殊的反饋回路,以諧振腔穩(wěn)定振蕩頻率,滿足加速管正確工作的要求。
權(quán)利要求
1.一種速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,其特征在于,包括一速調(diào)管,該速調(diào)管的一端內(nèi)安裝有一陰極,該陰極用以產(chǎn)生電子束,在速調(diào)管內(nèi)安裝有輸入腔、輸出腔;一九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵,該九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵的一端與速調(diào)管的一端連接;一加速管,該加速管的一端與九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵的另一端連接,在該加速管加速后,電子由加速管末端的束流輸出窗射出加速管提供使用;一反饋回路,該反饋回路用于由輸出功率中提取極少的微波功率到速調(diào)管的輸入腔4產(chǎn)生自激振蕩;一脈沖調(diào)制器提供速調(diào)管的電源;兩微波隔離窗,分別與速調(diào)管上的輸出腔和加速管連接;該大功率速調(diào)管陰極發(fā)射的電子束在輸出腔中將動能轉(zhuǎn)化為微波,同時一少部分電子被輸出腔中電場加速,經(jīng)頂部呈九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵及經(jīng)過真空閥門而注入到加速管內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,其特征在于,其中在偏轉(zhuǎn)磁鐵的出口處安裝有兩可調(diào)光闌控制注入電流的流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,其特征在于,其中利用速調(diào)管中的電子束,在完成微波功率放大之后,引出速調(diào)管之外供加速器加速之用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,其特征在于,其中利用速調(diào)管頂端的偏轉(zhuǎn)磁鐵來選擇注入到加速器中的電子能量。
全文摘要
一種速調(diào)管同時做為微波源和電子源的高效加速器,包括一速調(diào)管,其一端內(nèi)安裝有一陰極,該陰極用以產(chǎn)生電子束,在速調(diào)管內(nèi)安裝有輸入腔、輸出腔;一九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵,其一端與速調(diào)管的一端連接;一加速管,其一端與九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵的另一端連接,在該加速管加速后,電子由加速管末端的束流輸出窗射出加速管提供使用;一反饋回路,其用于由輸出功率中提取極少的微波功率到速調(diào)管的輸入腔產(chǎn)生自激振蕩;一脈沖調(diào)制器提供速調(diào)管的電源;兩微波隔離窗,分別與速調(diào)管上的輸出腔和加速管連接;該大功率速調(diào)管陰極發(fā)射的電子束流在輸出腔中將動能轉(zhuǎn)化為微波,同時一少部分電子被輸出腔中電場加速,經(jīng)頂部呈九十度偏轉(zhuǎn)磁鐵及經(jīng)過真空閥門而注入到加速管內(nèi)。
文檔編號H05H7/00GK1658733SQ200410005570
公開日2005年8月24日 申請日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者謝家麟, 王發(fā)芽 申請人:謝家麟