加速器(二)加速管

0
-
---
--
e-
++ ++
+ +
++
---
+ +
---
++
2019/12/13
14
驻波加速过程
+ +
---
e+- + ++
--
+
--
+
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
15
驻波加速过程
e
-
腔中电 +
压
0
-
2019/12/13
16
驻波加速过程
-
++
- -e
++
-
-
++
- --
++
-
腔中电 +
电子注入 e
-
腔中电 +
压
0
-
2019/12/13
8
驻波加速过程
0<t<1/2 T
-e
++
--
++
-
--
++
--
++
-
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
9
驻波加速过程
t=1/2T
-
++
e- + +
-
++ ++
-----
++ ++
-
++
+ +
-
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
10
驻波加速过程
1/2 T<t<T
-
e+- + ++
---
++
-
++
-
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
11
驻波加速过程
t=T
e
-
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
12
驻波加速过程
+ +
-
--e-
++ ++
--
+
--
+
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
13
驻波加速过程
+ + ++
腔中电 +
压
压
0
-
2019/12/13
17
驻波加速过程
-
++ ++
---
++
e- + +
-
-
++ ++
---
++
+ +
-
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
18
驻波加速过程
-
++
--
e+ +
-
-
++
--
-+ +
-
腔中电 +
压
0
-
2019/12/13
19
驻波加速过程
腔中电 +
压
0
-
2019/12/13
e
31
2019/12/13
32
3 加速管的工作原理
3.1 电子在电场中受力，获得能量 D
-
+
-
+
-
+
e-
-
+ +
-
+
-
+
-
+
Va
Va：电压 D：极间距 E：电场强度 E＝Va÷D F＝e×E W＝F×D=e×Va
2019/12/13
33
3 加速管的工作原理
3.2 由于电压受到限制，不能得到高能量 临床用的最多的电子束能量为： 6MeV W ＝ e × Va
23
低能机
中高能机
24
2019/12/13
25
2019/12/13
26
2019/12/13
27
2019/12/13
加速管
14MeV驻波加速管
28
2019/12/13
主要内容
1、加速管的作用 2、加速管的分类 3、加速管的工作原理 4、常见医用电子直线加速器中的加速管 5、加速管的工作环境 6、电子枪
如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口”输
出，就是高能电子射线，若为打靶后输出，就是
高能X线。
2019/12/13
2
产生射线
2019/12/13
3
2019/12/13
4
2019/12/13
5
e-
电201子9/1枪2/13
加速腔
靶
6
e-
电201子9/1枪2/13
加速腔
靶
7
驻波加速过程
t=0时刻
加。
2019/12/13
39
3 加速管的工作原理
3.5.2 行波加速 冲浪
2019/12/13
40
3 加速管的工作原理
3.5.3 慢波结构—盘荷波导
电子在电场中受力，获得能量。行波加速原理的核心是 电子速度和行波相速之间必须满足同步条件：
V(z)＝Vp(z)
相速度是波的相位传播速度，是一种状态的传播速度。 相速度可以大于光速。
电子的速度不可能大于光速。
微波在盘荷波导中传播时，
相速度可以等于甚至大于光速。 2a t
2b
调整盘荷波导的尺寸可以
控制微波在盘荷波导中传播的 D
e 电量 1.6 × 10-19 库仑
若要获得6MeV的高能电子需要电压： Va = W ÷ e = 6 × 106 ÷ 1.6 × 10-19 V
= 3.75 × 1025 V
显然无法实现。
2019/12/13
34
3 加速管的工作原理
3.3 电场随电子运动模型
电子在存在加速电场的加速缝隙(D)中加速； 该机构与电子以相同的速度前进，电子持续获得能量。
根据加速电子的方式的不同，加速管分为行波加速管和 驻波加速管两种 。常见的加速管有：
行波加速管 代表厂商：Elekta公司
驻波加速管 轴耦合加速结构： 代表厂商：新华医疗 边耦合加速结构 代表厂商：Varian公司
一个行走一个停留 行波:就是波从波源向外传播 驻波:波在一个空间中来回反射
2019/12/13
-
20
驻波加速过程
+
--
++
- -e +
+
--
++
- --
+
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
21
驻波加速过程
+ + ++
---
--
++ ++
+ +
++
-----
+
e- + ++
腔中电 +
压
0
-
2019/12/13
22
驻波加速过程
+
--
++
--
e+
+
--
++
--
Leabharlann Baidu-+
腔中电压 + 0 -
2019/12/13
3.5.1 电磁波加速电子 电磁波的传播速度可以达到光速。 电磁波的本质是交变电（磁）场。 若电子一直处于加速电场，与电磁波同步前进，则电子持
续获得能量。 行波加速模型。
2019/12/13
38
3 加速管的工作原理
3.5.2 行波加速
W= e × Ez × L
• W：电子所获得的能量 • Ez：行波加速电场强度， • L：加速管长度 • 电子一直处于电场的波峰上， • 增加加速单元的数目，则电子的加速能量可以线性增
医用电子直线加速器
加速管系统
电子直线加速器的基本工作原理：
在“高压脉冲调制系统”的统一协调控制下，一方
面，微波源向加速管内注入微波功率，建立起动
态加速电场；另一方面，电子枪向加速管内适时
发射电子。只要注入的电子与动态加速电场的相
位和前进速度（行波）或交变速度（驻波）都能
保持一致，那么，就可以得到所需要的电子能量。
2019/12/13
35
2019/12/13
36
3 加速管的工作原理
3.4 电子的质量限制 同样以临床用的最多的电子束能量6MeV为例 电子的静止质量为 9.10 × 10-31 g 在电场力的作用下很快达到亚光速， 而使某系统同步达到亚光速是不可能的。
2019/12/13
37
3 加速管的工作原理
2019/12/13
29
1 加速管的作用
加速管是医用电子直线加速器的关键部件。 加速管将从电子枪注入的电子在微波电场的作用 下加速到高能量，输出成电子束或打靶产生X射线， 用于治疗患者。
电子枪
低能电子流
电能
微波系统
微波
加速管
高能电子束 重金属
靶
2019/12/13
高能电子束
高能X射线
30
2 加速管的分类