加速器(七)温控、充气及真空系统教材

• 利用电吸气作用的溅射离子泵：
• 利用物理或化学吸附作用的分子筛吸附泵、低温泵等。
• 注意：在这类泵中，气体分子并不排出泵外，而是 被暂时或永久地贮存在泵内。
2.2 溅射离子泵
• 溅射离子泵是维持医用加速器超高真空的主泵。 • 对于全密封驻波加速管采用抽速3~5升/秒的小型离子泵， • 对于可拆卸金属密封加速管一般采用抽速25升/秒的离子泵。 溅射离子泵的构成： • 阳极——薄壁不锈钢筒 • 阴极——二块钛板 • 磁场——一块永久磁铁 • 高压——3~7KV 直流 原理： • 电磁场正交——潘宁放电
3 温控机组
温控机组是温控系统的核心部件，它主 要由三部分组成： 3.1 恒温水循环系统 3.2 制冷循环系统 3.2 电控系统
3.1 恒温水循环系统
恒温水循环系统分类： • 一次恒温水循环系统 • 二次恒温水循环系统
3.1.1 一次恒温水循环系统
•
•
温控机组排出的恒温水通过连接管路直 接进入到加速器内部各恒温部件系统中，直 接对这些部件系统冷却，然后回到温控机组 的储水箱中。 目前国内生产的医用加速器通常采用一次恒 温水循环系统。
1.1.4 具有可拆卸密封的行波加速管
• 将加速管的密封设计成可拆卸式金属密封，一旦如果电子枪、 偏转靶室、离子泵等发生问题，可在医院现场进行更换，都 为活动密封结构。
• 考虑到加速管真空需二次启动，配置的离子泵抽速较大，一 般配置两台离子泵 ( 均为 20~30L ／ s) ，分别安装在两个耦合 器的波导三通上，
进气阀 限压阀
0.2 0.1 0 . 3 0.4
至充气波导
储气管
0
过滤器
气压表
压力保护阀 联锁复 位按钮
放气口
排气阀
联锁继电 器
1.2 充气系统气压保护
• 充气系统气压既不能欠压也不能过压 • 过充可能充鼓波导、损坏加速管、磁 控管等 • 欠压会引起系统打火
2 充气系统所使用的气体
• 所充的气体，一般多为干燥高纯氮 （N2）、氟利昂F12或六氟化硫等。
真空系统
内容提要
1 真空概述 2 真空获得
3 真空检漏
1 真空概述
1.1 真空技术在医用加速器中的应用 1.2 真空技术中基本的真空物理概念
1.1 真空技术在医用加速器中的应用
医用电子直线加速器的运行都离不开真空技术，都需要在高真空、 甚至超高真空的条件下运行。 真空技术在医用电子直线加速器中的作用主要有： (1) 避免加速管内放电击穿 在加速管内要建立很强的微波电场，一般为每厘米几十 kV 到几百kV，所以要求加速管要维持高真空、甚至超高真空的状 态。 (2) 防止电子枪阴极中毒、钨丝材料的热子或灯丝氧化 尤其是全密封驻波加速管采用氧化物阴极，有害气体会使阴 极中毒，对真空的要求更高 (3) 减少电子与残余气体的碰撞损失
2 真空的获得
2.1 真空泵分类
用来获得真空的器械称为真空泵， 真空泵按其工作原理可分为两大类： • 压缩型真空泵 • 吸附型真空泵 真空泵还可分成有油和无油真空泵 • 有油真空泵 • 旋片式机械泵 • 油扩散泵等 • 无油真空泵 • 分子筛吸附泵 • 离子泵 • 低温泵 加速器的抽气一般都用无油真空泵，来获得清洁的真空。
3.2.2 制冷循环系统的原理（二）
1. 氟制冷剂从制冷压缩机低压端吸入到压缩机中被压缩，变 成高温高压的制冷剂蒸汽。 2. 然后从高压端排出被送到冷凝器中，制冷剂在冷凝器中受 到冷却水或空气的冷却而放出凝结热，自身变成冷凝压力 下的饱和液体。 3. 该液体经过过滤器进入毛细管或膨胀阀进行节流，减压到 蒸发压力。 4. 经过节流的制冷剂气液混合物被送到蒸发器中，由于面积 增大，被冷却物提供热量，故制冷剂在蒸发器中汽化，吸 收大量的气化潜热使被冷却物的温度降低， 5. 汽化后的制冷剂变成低温低压的制冷剂蒸汽又回到制冷压 缩机中再被压缩，这就是一个完整的制冷热力循环。 6. 由于制冷剂连续不断的循环，被冷却物的热量就连续被带 走，从而获得低温，以此达到制冷目的。
氟压控制器 氟压表
冷凝器
过滤器
毛细管
蒸发器
压 缩 机 氟压表 氟压控制器
恒 温 水 循 环 系 统
3.2.1 制冷循环系统的原理（一）
• 在温控机制冷系统中通常使用的制冷剂是 F-22或F-12 • 它们同属于中压制冷剂，它们是一种无色 透明的液体，无毒无刺激味，不燃不爆， 对金属无腐蚀作用。 • 但是当它们与火焰接触时会产生氟化氢及 光气等有毒气体，所以要特别避免氟制冷 剂与明火接触。
4.2 对制冷系统的定期维护
• 定期清洗压缩机、冷凝器上的灰尘； • 要经常检查制冷系统氟压指示的高压低压是否正常。 • 如果低压越来越低可能是制冷系统有漏的地方，应找漏 加氟。 • 如果是高压指示偏高： – 对于风冷式温控机组来说，可能是环境温度太高、冷 凝器太脏、或者是风机故障所致： – 对于水冷式温控机组来说，可能是冷却水温度太高， 或者是缺水所致。 此时应立即停机，查找故障原因，待故障排除后机组 才可重新运行。
• 储水箱 使温控系统的恒温水源有一定的蓄冷蓄热能力； • 水泵 保证恒温水流的流量或压力 • 过滤器； 把恒温水中所含的杂质颗粒控制在一定的范围； • 分流阀 调节恒温水流的流量或压力； • 换热器 调节恒温水的温度使水温保持恒定； • 加速器的恒温部件 需要保持恒温的部件。
3.2 制冷循环系统及组成
1.1 温控系统分布图
加速管及组件 磁控管及组件 四端环流器及波导水负载 其他需要冷却的部件
分 流 器
汇 流 器
温控系统
2 加速器对温度稳定性的要求
• 加速管 • 加速管腔体 • 陶瓷窗、靶 • 偏转盒（中、高能加速器） • 磁控管或速调管 • 微波系统 • 四端环流器或三端环流器、或行波加速器的隔离器 • 水负载 • 电磁铁 • 磁控管电磁铁、偏转磁铁等
3.1.2 二次恒温水循环系统
• • 温控机组排出的恒温水通过连接管路进入到加速器 内部的一个专用的内换热器中。 加速器内部也有一套完整的水循环系统，即内循环 系统。
3.1.3 二次恒温水循环系统特点
1. 内循环系统的水温控制精度可以设定的比较高，一般可以达
到±0.5℃左右。
2. 内循环系统的水质是可以得到保证的。这样就避免了加速器 内部一些细小管径的管路受杂质堵塞，降低了加速器的故障率。 3. 它对外循环系统的要求相对来说也比较低，可以使用常规的 制冷方式制冷，也可以使用水塔冷却或直接使用地表水来进行 制冷。 4. 由于在二次恒温水循环系统中，加速器内部必须要有内循环 系统，这给加速器设计方面增加了一些麻烦，同时也增加了加 速器的制造成本。 5. 目前国外进口的医用加速器均采用二次恒温水循环系统。
1.1.1
常用的电真空器件
• 加速管 • 磁控管或速调管 • 闸流管
1.1.2 全密封驻波加速管
• 这种加速管在出厂前经过整体钎焊、严 格的真空检漏、高温真空去气处理，封 离时保持超高真空，工作时，由一台小 离子泵(3～5L/s)维持超高真空。 • 国产和进口的低能医用加速器 (6MeV) 都 采用全密封驻波加速管。
2.1 加速管
• 加速管是由无氧铜制成，无氧铜的线 膨胀系数βT =1.65×10-5 ℃ 。 • 温度的变化将引起加速管发生膨胀或 收缩，使加速管的尺寸发生变化，从 而导致加速管谐振频率的变动，影响 加速管的工作。
2.2 温度变化对驻波加速管的影响
驻波加速管的谐振频率的变化与无氧 铜的线膨胀系数相同，当△T =1℃时 △f/f0≈1.65×10-5 f0=2998×106 可以得出当温度上升1℃时，频率降低约 50kHz； 按照IEC标准要求：Δf< 20KHz
2.1.1 压缩型真空泵
• 工作原理是将气体由泵的入口端压缩到出口端，排出 到泵外。 1. 利用膨胀——压缩作用的旋片式机械真空泵； 2. 利用气体粘滞牵引作用的蒸汽流喷射泵： 3. 利用高速表面牵引分子作用的涡轮分子泵等。
2.1.2 吸附型真空泵
• 工作原理是利用各种吸气作用将气体吸附排除。例 如：
自动温控系统和充气系统
自动温控系统
1. 2. 3. 概述 加速器对温度稳定性的要求 温控机组
1. 2. 恒温水循环系统 制冷循环系统
4.
温控系统的维护
1 概述
医用加速器内部有许多部件在工作时都要 发出不同的热量。 • 为了把这些热量带走，使这些部件在工作 时有一个恒定的工作温度，这就需要有一 套完整的温控系统，通过该系统提供的循 环恒温水流将这些部件产生的热量带走， 使其内部保持恒定的工作温度。
1.1.3 具有可拆卸密封的驻波加速管
• 高能的驻波加速管，考虑到某些寿命件 的可更换性，如电子枪阴极的更换，将 电子枪的阴极设计成可拆卸的密封结构 但考虑到更换器件后的再次真空启动， 所以配置离子泵的抽速要大 (20L/s) ，同 时，在电子枪部位又增加了一台离子泵 (8L／s)， • 美国 Varian 公司生产的高能医用加速器 采取了这种形式。
• 国产的BJ-10、ZJ-10等医用加速器都采取这种真空系统。
1.1.5 二次真空启动
•
对于非全密封、可拆卸密封的医用 加速器在更换部件后的二次真空启动前 (从大气抽到离子泵可以工作)，一般要先 用机械泵加吸附泵的真空泵小车，或分 子泵机组进行抽真空。
1.1.6 XHA600系列加速管
全密封驻波加速管， 配有5L/s 的钛离子真空泵 自己不能更换电子枪，离子泵，靶 损坏时交回厂里返修（必须有专业人 员，专门设备-高温去气、检漏、清洁环 境）
3.1.4 恒温水循环系统的组成
• • • • • • 储水箱 水泵 过滤器 分流阀 换热器 加速器的恒温部件
3.1.5 恒温水循环系统组成
蒸发器 四 端 环 流 器 及 波 导 水 负 载
储 水 箱
制冷系统