加速器机械制造问题和对策

加速器机械制造问题和对策
摘要：加速器是近代随着时代发展和变化应运而生的设备，第一次人工核反应就是通过加速器来实现的，加速器通过促使带电粒子加速到较高能量，轰击“元素”，从而对元素进行操控，这也代表着可以更深一步对元素进行了解和在一定程度上的控制，另外，通过加速器进行粒子能量轰炸，可以诞生一些新的元素，从而为人类科学发展提供基础。

而随着时代的发展，加速器不断完善，如今可以通过运用加速器，使得工业、农业、医疗卫生等多个领域都得到了发展，以医疗卫生为例，通过加速器可以起到消毒的作用，也可以用于放疗；而在工业当中，通过加速器可以进行涂层固化，聚乙烯发泡等工作。

如今，加速器在各个领域都有着不可取代的地位，但是在加速器的机械制造过程中，依然存在着一些问题，影响加速器的性能和准确性，解决这些问题，对加速器的发展有着十分重要的意义。

文章就对这些问题加以指出，针对这些问题提出相关的对策。

关键词：加速器；机械制造；问题和对策
1加速器的定义
1.1什么是加速器
加速器是一种通过人为的作用下，使带电粒子增加速度（动能），从而使得带电粒子加速到较高能量的设备。

依据这一原理，将加速器运用在放射医学，固体物理、象化学等领域中进行研究，还可以运用于工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析等方面。

加速器涉及的领域之广，起到的作用之大，是当今时代持续发展不可或缺的设备。

加速器有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器、倍压加速器等类别。

按粒子运动轨道的形状可分为直线加速器和圆形（或环形）加速器。

直线加速器包括直流高压型加速器、射频对撞机。

圆形加速器包括回旋加速器、稳相加速器、电子感应加速器、同步加速器、弱聚焦同步稳相加速器、强聚焦同步稳相加速器和环形对撞机等。

1.2我国加速器的研究现状
我国研究加速器最早可以追溯到1955年，中国科学院原子能所建成700eV质子静电加速器。

1957年前后中国科学院开始研制电子回旋加速器。

而在1964年，清华大学2.5Mev电子回旋加速器出世；1982年中国第一台自行设计、制造的质子直线加速器首次引出能量为10MeV的质子束流，脉冲流达到14mA我国研究加速器开始跟上世界的脚步；在2004年，北京正负电子对
撞机重大改造工程（BEPCⅡ）第一阶段设备安装和调试工作取得重大进展。

随着时代的不断发展，可以看到，我国对于加速器的研究越来越重视，应用也越来越广泛，仅2008年一年，工业上加速器的使用范围扩增了80%，国内的加速器也迅速地占据了市场79.5%的份额，改变了以往依赖进口加速器的状态，并且走出了国门，受到了世界许多国家的推崇。

1.3加速器的重要性
加速器所起到的作用是十分重要的，通过了解加速器的作用知道，这是探究微观粒子性质、研究各个粒子并且对其进行操控的最佳工具。

以工业为例，通过加速器对具有能量的离子进行控制，使得其可以注入到固体材料的表层，可以获得良好的物理、化学、电子性能，从而为后续生产性能的提高提供最基础的保障。

另外，基于加速器的CT技术除了可以用在医学方面，还可以用在工业方面，从而对精密工件和核心的结构进行检测，在航天、航空、兵器、汽车制造等领域精密工件的缺陷检测、尺寸测量、装配结构分析等方面有重要的应用价值。

2加速器的结构
加速器是一种复杂的设备，大体上由下列4个基本部分构
成：粒子源，真空加速结构，导引聚焦系统，束流输运、分析系统。

所谓粒子源，如电子枪、离子源等，用以提供需要加速的带电粒子束。

真空加速结构如加速管射频加速腔和环形加速室等，在真空中产生一定的加速电场，使粒子得到加速。

导引聚焦系统用一定的电磁场引导和约束被加速的粒子束，使它沿着一定的轨道加速，如环形加速器的主导磁场等。

束流输运、分析系统由电子、磁场透镜、弯转磁铁和电磁场分析器构成的系统，用来在粒子源与加速器之间输运并分析带电粒子束。

此外，还有束流监测装置、电磁稳定控制装置、真空装置、电气设操作设备等辅助系统。

在制备加速器的过程中，首先需要制备电磁铁，从而保证能够提供一个强大且均匀的磁场，保证这个磁场可以穿越真空并且弯曲被加速粒子的轨道；然后准备铁芯，提供一个低磁阻的磁通路，从而保证磁极间的磁场能够达到最大；接下来便是磁极的设计，磁极的形状在一定程度上直接决定了空隙间磁场的分布，加速器随着磁极半径的增大，磁场只会发生微小的减小，但是也正是这微小的磁场变化形成弱聚焦反应，从而保持粒子束能够处于一个正确的轨道上。

在磁极面的选择上，如果选择平直的磁极面，那么粒子束不可能达到所需的能量和半径，很少有粒子能够在没有纵向分量的条件下进入一个正确的轨道，也就是说，当粒子从离子源发射出来后，将会喷洒到各个方向，从而造成混乱和粒子的浪费。

为了避免这种情况，需要粒子成束，这样就必须在轴向有个力，力的方向同轨道的轴向，然后使得粒子能够回到中间的
圆盘。

励磁线圈的设计。

励磁线圈的导线截面要求方形，是空心的结构，线圈的电流是110A，电压是115V，采用双圈层绕制技术。

加速器真空系统的设计。

一般来说，加速器的真空室所采用的材料是不锈钢，具有上下两个盖，每个都用螺丝上紧，并且加O形衬垫密封、电线及其他连接。

真空室通过标准CF法兰连接到外部喇叭嘴。

在实际的应用过程中，为了减小两级之间的缝隙从而增强磁场的强度，往往需要真空室薄一些。

最后是加速器的射频电子系统。

加速器的频率和磁场强度有关，通过公式
f=1/t=Bq/2πm加以计算，从理论上来看，粒子穿越缝隙的电压会很小，电压决定了在粒子获得足够能量之前它们旋转的圈数，但是让粒子束旋转更多的圈数并不现实，主要是因为保持高压的第一个原因便是许可加速器中央的离子源能够在第一圈就清理离子源的真空管，保证粒子不会撞在真空室上，粒子需要在第一圈就获取足够的能量来超过粒子源的半径。

其二便是保持旋转圈数达到最小值，发生频移主要是微笑的磁场变化导致微小的轨道频率变化发生。

旋转圈数达到最小值，会使粒子旋转频移不会受到影响。

3加速器机械制造存在的问题
3.1缺乏有关人才
不同类型的加速器之间流程也有差异，因此，通过上面的阐述知道，加速器机械制造的流程是非常复杂的，需要大量的理论和数据作为支撑，而加速器机械制造过程中，一旦出现偏差，加速器将会失去其本身所具有的作用。

因此，需要对加速器有关理论十分了解且性格谨慎的人才负责这项工作，才能够保证加速器的效果。

但是目前来看，由于加速器机械制造的原理过于复杂，流程繁多，需要注意的地方也多，但是在这样的环境之下，工业、农业，医学方面对于加速器的需求也越来越多，这就造成了制备缓慢、供不应求的社会现状，而根本原因就是缺乏人才，企业对于这方面人才出现了需求大于供给的情况，而社会的发展现状不足也导致了整个社会这种高端人才是比较缺乏的。

制备加速器必须有着有关人才加以指导，这也是企业目前需要注意的主要问题之一。

3.2成本高昂
一般来说，一个有效加速器的成本是极其昂贵的，目前通过超导技术，将加速器进行小型化，目的是运用在医院中，发挥其连续质子束，加速能力提升从而保证治疗效率的作用，目前，由于我国技术方面的欠缺，制备先进加速器需要从国外引进材料和技术进行维护，成本极其昂贵，十分不利于加速器机械制造未来前景的发展，这也是目前的一个实质性问题。

3.3辐射危害
以某工业电子直线加速器为例，它普遍应用于药品的消毒灭菌，化妆品、日用品的灭菌上，以型号DZ10/20800为例，能量10Mev，功率0.08~20kW连续可调。

电子直线加速器主体由电子枪、驻波加速管、聚束器、钛泵真空系统、水冷系统、自动控制和供电系统组成，其专门的机房一般是地上和地下两层，一层是辐照室，电子束固定朝下二层主要是加速器的电子枪、加速管等设备机房。

工业电子直线加速器运行时产生的辐射实质上和加速器能量有着密切的关系，能量越高，辐射也就越强烈，其辐射主要造成的危害可以从两方面加以阐述。

首先是被加速的电子，加速器加速的电子射程比较短，也就很容易受到加速器靶件的阻碍，正常情况下没有危害，但是意外情况下就会导致电子束穿过薄膜从而演变成具有高能量的外电子束，这种电子束在空气中具有很长的射程和范围，会对工作人员造成电子照射的风险。

最后，便是中子辐射，这种型号的工业电子直线加速器产生的中子能量平均不会超过1Mev，但是危害是巨大的，虽然极其少见，但是一旦发生，就会对建筑当中的人员造成伤害，并且人员不会马上死去，而是极其痛苦缓慢死去，如果缺少医疗，人最长可以坚持7天，而即便是受到轻微的影响或者是受到及时的治疗，也会有很大的概率导致细胞癌变，从而致使癌症的发生。

但是中子作用
时间短，并不具有长时性，可以根据这一特点进行对产生辐射的防护。

通过上述内容可以了解到，在制备加速器的时候，使用加速器可能出现的辐射问题尤其需要注意，也就是要做好辐射防护，保证不会受到辐射的影响，目前来看，在制备加速器的过程，考虑到其辐射造成的危害，进行辐射屏蔽优化是主要解决的问题。

4加速器机械制造应当采取的改革对策
首先，针对人才缺乏的现状，企业可以采取和相关学校专业合作的方式加以改善，企业为人才提供良好的待遇，并且提高入职的要求，从而促使学生能够将重心放在这一方面，从而培养出制备加速器，维护加速器的人才，选择高端的人才进入到企业中，这样一来，可以在一定程度上缓解因为人才不够造成的加速器需求大于供给的现状。

其次对于成本问题，降低成本的关键是实现核心技术的独立自主，国家和企业需要在这方面加以支持，促使相关的科技人员投入其中进行革新，一旦能够在核心技术上实现独立自主，便可以无障碍地制备相对应的加速器，而如今，我国在这方面也有一定的理论基础，是可以实现的。

最后，辐射危害导致的辐射屏蔽优化，是我们加速器机械制造过程中需要面临的主要问题，国家在这方面制定了相关的标准，但是除了工作人员需要准备辐射防护服，加速器要放置在经过计算后得出来的墙壁
厚度合格的建筑中，加速器本身也需要进行一些变革，例如在机械制造的过程中，可以为加速器外部设置相应的隔离物，或者为控制设备设计有效地锁，需要通过钥匙才能够进行控制，防止误操作的发生。

也可以在加速器添加控制系统，和计算机系统加以结合，加入系统联锁的功能，当发生意外的时候，加速器进行系统联锁，从而防止辐射的外泄。

5结束语
通过上面的分析可以得知，在当今工业、农业等诸多领域中，加速器越来越占据着十分重要的地位，加速器的发展将是新时代主要的发展方向，它的存在是具有跨时代的意义的。

但是相应的，虽然经过持续发展和改进，目前加速器依然存在着一些问题，其中最为显著且主要的问题便是加速器所产生的辐射带来的危害
和后续问题的处理，也是由于这一问题的存在，加速器的质量不能够得到保证，性能经常受到影响，而也造成了成本的高昂。

另外，由于加速器本身也在各个领域中得到了广泛应用，因此，实现加速器的普及也是时代发展的必然趋势。

所以，对制备加速器进行改革，使得加速器能够改进，维护和制备的成本降低，同样是目前面临的主要问题。

由于笔者的学识尚浅，对于研究的内容和研究的方法存在一定误差，对于探讨加速器机械制造存在的问题和对策分析研究方面没有一定的深入研究，在方法与措施中，
没有办法对于相关问题和相关措施提出一定方法，而研究的加速器机械制造存在的问题和对策分析研究，也仅仅是根据自身的研究作为基础，在领域上不能够广义地包含每一种情况和设计。

在文章中，可能存在着纰漏的地方，学者在后续的研究中，应该了解自身的研究内容，谨慎参考意见，但是笔者相信加速器可以有着更大的发展，拥有更好的发展前景。

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