加速器原理介绍课件
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加速器物理课件4章高压倍加器
加速器物理课件4章高压倍加器
目录
பைடு நூலகம்
• 高压倍加器概述 • 高压倍加器的结构与组成 • 高压倍加器的工作原理 • 高压倍加器的性能参数与优化
01 高压倍加器概述
高压倍加器的基本原理
高压倍加器是一种利用电场加速带电 粒子的装置，其基本原理是利用高电 压电场对带电粒子施加作用力，使粒 子获得加速度，从而实现加速。
02 高压倍加器的结构与组成
电源系统
01
02
03
04
电源系统是高压倍加器的核心 组成部分，负责提供高电压直
流电。
电源系统的性能直接影响高压 倍加器的整体性能和稳定性。
电源系统通常由变压器、整流 器、滤波器等组成，能够提供 稳定、高效的高压直流电。
电源系统的设计和制造需要充 分考虑安全性和可靠性，确保 设备在长时间运行中不会出现
粒子束从高压倍加器传输到目标位置 的效率，是衡量高压倍加器性能的重 要指标。
高压倍加器的稳定性与可靠性
稳定性
高压倍加器在工作过程中应保持稳定的运行状态，以确保实验结果的准确性和 可重复性。
可靠性
高压倍加器的可靠性决定了其在长时间运行过程中出现故障的概率，是评价高 压倍加器性能的重要因素。
高压倍加器的能耗与散热性能
故障。
电场系统
电场系统是高压倍加器中产生加速电 场的部分。
电场系统通常由电极、绝缘材料、真 空密封等组成，需要具有良好的导电 性能和绝缘性能。
电场系统的设计需要精确控制电场的 分布和强度，以确保粒子在加速过程 中的稳定性和效率。
电场系统的设计和制造需要充分考虑 真空密封和散热问题，以确保设备的 可靠性和稳定性。
控制系统
控制系统是高压倍加器中实现 自动化控制的部分。
目录
பைடு நூலகம்
• 高压倍加器概述 • 高压倍加器的结构与组成 • 高压倍加器的工作原理 • 高压倍加器的性能参数与优化
01 高压倍加器概述
高压倍加器的基本原理
高压倍加器是一种利用电场加速带电 粒子的装置，其基本原理是利用高电 压电场对带电粒子施加作用力，使粒 子获得加速度，从而实现加速。
02 高压倍加器的结构与组成
电源系统
01
02
03
04
电源系统是高压倍加器的核心 组成部分，负责提供高电压直
流电。
电源系统的性能直接影响高压 倍加器的整体性能和稳定性。
电源系统通常由变压器、整流 器、滤波器等组成，能够提供 稳定、高效的高压直流电。
电源系统的设计和制造需要充 分考虑安全性和可靠性，确保 设备在长时间运行中不会出现
粒子束从高压倍加器传输到目标位置 的效率，是衡量高压倍加器性能的重 要指标。
高压倍加器的稳定性与可靠性
稳定性
高压倍加器在工作过程中应保持稳定的运行状态，以确保实验结果的准确性和 可重复性。
可靠性
高压倍加器的可靠性决定了其在长时间运行过程中出现故障的概率，是评价高 压倍加器性能的重要因素。
高压倍加器的能耗与散热性能
故障。
电场系统
电场系统是高压倍加器中产生加速电 场的部分。
电场系统通常由电极、绝缘材料、真 空密封等组成，需要具有良好的导电 性能和绝缘性能。
电场系统的设计需要精确控制电场的 分布和强度，以确保粒子在加速过程 中的稳定性和效率。
电场系统的设计和制造需要充分考虑 真空密封和散热问题，以确保设备的 可靠性和稳定性。
控制系统
控制系统是高压倍加器中实现 自动化控制的部分。
同步加速器原理.ppt
同步加速器
同步辐射：
同步加速器
对撞机：
同步加速器
同步加速器
加速器质谱计
利用加速器直接测量元 素的质谱
带电粒子的产生
电子枪 热发射式电子枪：
I AT 2e / k子的产生
离子源 气体放电离子源： 溅射离子源： 高电荷态离子源：
高压倍加器
高压倍加器组成：升压变压器、 高压电容、高反压整流器
静电加速器
Van de Graaff静电加速器 ➢ V=Q/C ➢ 能量稳定性好 ➢ 电压连续可调
静电加速器
串列加速器
静电加速器
静电加速器
回旋加速器
回旋加速器的结构 回旋加速频率：
f v / 2r Bze/ 2M
粒子能量：
E (RBze)2 / 2M
直线加速器
直线加速器原理 MeV 到 GeV 可加速质子和电子
直线加速器
同步加速器
同步加速器原理：轨道固定、磁场和加速电场调变 增强器：提高注入离子能量，改善能量品质。 储存环：存储高能离子
粒子加速器
加速器中产生带电粒子的源 高压倍加器 静电加速器 回旋加速器 直线加速器 同步加速器 加速器质谱计
加速器的发展
Cockcroft and Walton，发明了高压倍加器，质子能
量达到0.5 MeV，实现了 7Li (p, 2a) 核反应，获得了 8.9MeV的a 粒子；
Van de Graaff，发明了静电加速器，质子能量达到 1.5 MeV； Lawrence and Livingston，利用高频电场多次共振 原理建成回旋加速器，质子能量达到1.22 MeV；
《回旋加速器》课件
《回旋加速器》ppt 课件
xx年xx月xx日
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器的工作原理 • 回旋加速器的应用 • 回旋加速器的挑战与未来发展 • 结论
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
01
回旋加速器简介
回旋加速器的定义
01
回旋加速器是一种利用磁场和电 场对带电粒子进行加速的装置， 通常用于高能物理实验和放射性 治疗等领域。
03
回旋加速器的应用
核物理研究
核物理实验
回旋加速器是进行核物理实验的重要 工具，如研究原子核的结构、衰变等 。
探测放射性粒子的性质
利用回旋加速器产生的粒子束，可以 探测和研究放射性粒子的性质，如能 量、寿命等。
核能研究
回旋加速器在核能研究中也有广泛应 用，如研究核聚变、核裂变等。
探测暗物质
回旋加速器产生的粒子束可以用于探 测暗物质，帮助科学家更好地理解宇 宙的构成。
率和安全性。
其他应用领域
01
02
03
工业应用
回旋加速器在工业上有广 泛应用，如无损检测、材 料科学等。
环境保护
利用回旋加速器产生的粒 子束，可以对环境污染进 行监测和控制。
农业应用
在农业领域，回旋加速器 可以用于研究植物的生理 和生长过程，以及农药和 化肥的效果评估等。
04
回旋加速器的挑战与未来 发展
才储备。
国际交流
加强国际间的交流与合 作，共同推进回旋加速 器技术的发展和应用。
政策支持
政府应给予回旋加速器 领域更多的政策支持和 资金投入，促进其可持
续发展。
THANKS
感谢观看
粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。
xx年xx月xx日
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器的工作原理 • 回旋加速器的应用 • 回旋加速器的挑战与未来发展 • 结论
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
01
回旋加速器简介
回旋加速器的定义
01
回旋加速器是一种利用磁场和电 场对带电粒子进行加速的装置， 通常用于高能物理实验和放射性 治疗等领域。
03
回旋加速器的应用
核物理研究
核物理实验
回旋加速器是进行核物理实验的重要 工具，如研究原子核的结构、衰变等 。
探测放射性粒子的性质
利用回旋加速器产生的粒子束，可以 探测和研究放射性粒子的性质，如能 量、寿命等。
核能研究
回旋加速器在核能研究中也有广泛应 用，如研究核聚变、核裂变等。
探测暗物质
回旋加速器产生的粒子束可以用于探 测暗物质，帮助科学家更好地理解宇 宙的构成。
率和安全性。
其他应用领域
01
02
03
工业应用
回旋加速器在工业上有广 泛应用，如无损检测、材 料科学等。
环境保护
利用回旋加速器产生的粒 子束，可以对环境污染进 行监测和控制。
农业应用
在农业领域，回旋加速器 可以用于研究植物的生理 和生长过程，以及农药和 化肥的效果评估等。
04
回旋加速器的挑战与未来 发展
才储备。
国际交流
加强国际间的交流与合 作，共同推进回旋加速 器技术的发展和应用。
政策支持
政府应给予回旋加速器 领域更多的政策支持和 资金投入，促进其可持
续发展。
THANKS
感谢观看
粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。
加速器物理课件第7章电子感应加速器
d dW
f i L
L v
Wf Wi W f dW dW 2r Wi v v
•
0.9 0.99 0.999 0.9999
E/E0 2.294 7.09 22.37 70.71 223.6 707.1069
Ee ( MeV) 1.17 3.61 11.40 36.1 114.0 360.6
4 -32
r0 320 0.9 1.2 777.0
电子伏 r，R米 MeV ) 25 （ 100
B(特） r(m) 0.43 0.19 0.66 0.50 17.7
W (eV / 圈)0.18
电子束的强度
• • • • • • 电子束注入时间 电子束与电子枪的碰撞 电子枪发出的电子数目 磁聚焦 空间电荷效应 工作频率
dW eEdl dN
Edl EdA
A
B dA BdA t t
Edl t dW eEdl e dN t dW dW dt dW L dN dt dN dt v d dW L 苇伯 e 电子电量 dt dt v W 电子伏
• 有效注入时间----俘获时间 • 避免电子同电子枪碰撞的因素
r0
B0 dY (r ) ( ) r r0 dr r0 B0 dB (r ) ( ) r r0 n dr r0
有三个交叉点
1 r r0 时 B< B 2 1 r r0 时 B= B 平衡轨道 2 1 r r0 时 B> B 2
辐射损失
4 e 2 4 W ( ) 每圈电子伏 3 R 0 =8.85 10
Ep ( MeV ) 2151 6649 20979 66328 209744 663266
《加速器》(课件)
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 3.对于同一回旋加速 器，其粒子回旋的最大半 径是相同的，所以最大速 度必须满足
qBR vm m
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 4.因为狭缝极小，故 电场运动时间可以忽略.
t总 t 磁
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 4.因为狭缝极小，故 电场运动时间可以忽略.
t总 t 磁
1 mv 2 m m 2 t磁 n qB qU qB 1 m (qBR) m 2 m qU qB
◆原理：带电粒子经两D型盒之间的电场加速后，垂直 磁场方向进入某一D型盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆 周运动。 1.带电粒子每经电场加 速一次，回旋半径就增大一 次，每次增加的动能为 Ek=qu， 粒子每经过一个周 期，被电场加速两次。 2.交变电场周期等于粒 子在磁场中的运动时间，即 2m T电 = T磁 qB
2.(多选)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度 为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时 间可忽略，它们接在电压为U、频率为的交流电源上，若A处粒 子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是( ) A.若只增大交流电压U，则质子获得的 最大动能增大 B.若只增大交流电压U，则质子在回旋 加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度B增大，交流电频率必 须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率， 该回旋加速器也能用于加速粒子
2.(多选)回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度 为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时 间可忽略，它们接在电压为U、频率为的交流电源上，若A处粒 子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是( BC ) A.若只增大交流电压U，则质子获得的 最大动能增大 B.若只增大交流电压U，则质子在回旋 加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度B增大，交流电频率必 须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率， 该回旋加速器也能用于加速粒子
加速器ppt
第一批粒子加速器的运行显示了人工方法产生快速粒子束 的巨大优越性：不仅其强度远高于放射性元素、宇宙射线等 天然快速粒子源，而且粒子的品种、能量以及粒子束的方向 等都可任意选择、精确调节。但这些加速器的粒子能量低, 回旋加速器是唯一能将氘和α粒子加速到20—50MeV的加速 器.
1940年美国科学家科斯特研制出世界上第一个电子感应加速 器。极限约为100MeV。
第四节 加速器的应用
加速器作为粒子源有一系列的优点，所产生的粒 子种类繁多，粒子束能量精确可调，因此加速器在 科技，生产和国防建设领域中的应用极为广泛：
一、在探索和变革原子核和基本粒子方面的应用
几十年来，人们利用加速器合成了绝大部分超铀 元素和上千种人工放射性核素，并系统地研究了原 子核的性质、内部结构以及原子核之间的相互作用 过程。
北京大学建成4.5MV质子单级静电加速器。
八十年代末 北京2.2/2.8GeV正负电子对撞机 （BEPC）。兰州直经7.2米的分离扇型重离子加速 器(HIRFL)。合肥800MeV同步辐射光源(HESYRL)
九十年代后期，中科院兰州近代物理研究所正在建造 重离子冷却储存环加速装置。
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
二战期间，出射能量更高的直线加速器快速发展。
1945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各 自独立发现了自动稳相原理。自动稳相原理的发现是加速器 发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器 能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器。
现在，对撞机已成为获得粒子之间最高有效作用能的主要手 段。由于这一系列的发展和成就，。
产 物
基本要求和功能 1 提高带电粒子的能量 2 增加带电粒子束的强度
加速器原理介绍 ppt课件
五、微波传输系统
加速器原理介绍
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元 件等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
加速器原理介绍
——原理及各系统介绍
2014年1月
一、基本概念
加速器原理介绍
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电
场力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
加速器原理介绍
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防 止打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
一、电子枪
加速器原理介绍
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器 的设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发 射束流连续可调，最大束流为1A 。
《回旋加速器 》课件
03
控制系统的性能直接影响回 旋加速器的整体性能，如加 速粒子的能量、加速效率等 。
04
控制系统的维护和保养也是 非常重要的，因为控制系统 的稳定性会影响粒子的运动 轨迹，进而影响加速器的性 能。
04
回旋加速器的优缺点
优点
高能物理实验的理想工具
回旋加速器能够提供高能粒子束，是进行高能物理实验的理想工具， 有助于深入理解物质的基本结构和性质。
带电粒子在回旋加速器中沿着 环形轨道不断加速和偏转，最 终达到所需的高能状态。
03
回旋加速器的结构与特点
磁铁系统
磁铁系统是回旋加速器的重要组成部分，主要负 责产生强大的磁场，使带电粒子在回旋运动中受 到洛伦兹力的作用而加速。
磁铁系统的性能直接影响回旋加速器的整体性能 ，如加速粒子的能量、加速效率等。
THANKS
感谢观看
缺点
高成本
回旋加速器是一种复杂的大型科学装置， 其建设和运行需要耗费大量的资金和人力
资源，因此其成本较高。
占地面积大
回旋加速器是一种大型装置，其占地面积 较大，需要专门的实验场地进行建设和运
行。
高技术要求
回旋加速器的设计和制造需要高度的技术 水平，同时其运行和维护也需要专业技术 人员，因此其技术要求较高。
回旋加速器通常由两个或多个加速电 极组成，通过周期性地改变电极上的 电压来加速带电粒子。
回旋加速器的发展历程
01
回旋加速器的发展始于20世纪20 年代，最初是由荷兰物理学家塞 缪尔·范德波尔发明的。
02
随着科技的不断进步，回旋加速 器的设计和性能得到了不断改进 ，目前已经广泛应用于科研、医 疗、工业等领域。
可重复性
回旋加速器能够提供稳定、可重复的实验条件，使得科学家可以在相 同条件下进行多次实验，提高实验结果的可靠性和可比较性。
医用电子加速器的基本原理PPT
P0=1.22MW,I=140mA,α=0.0025/cm
We=6.8MeV
驻波加速器原理
E
Z
驻波加速器原理
1. 微波利用率提高 2. 类型（边耦合、轴耦合） 3. 工作于1/2π模（图1、图2） 4. 谐振回路与外回路耦合度：βc 5. Q值：高Q值，窄带工作 6. 建场时间：常
驻波加速器原理
微波传输线、器件
波导传输特性 空心金属管-减少了辐射损耗、热损耗、高频介质损耗 不能传输TEM波-只能传输TE、TM 矩形波导中一般传输TE10 圆形波导中一般传输TM01 圆方转换波导中一般传输TE11
微波传输线、器件
微波传输线、器件
传输线的状态参量： 电压反射系数Γ=(R-r)/(R+r) 电压驻波比（VSWR）ρ＝R/r=(1+|Γ|)/(1-|Γ|) 功率反射系数ΓP
脉冲调制器
脉冲调制器
保护 充电过载-主闸流管连通、重复频率过高 反峰过载-磁控管打火、微波系统打火、加速管 打火、元件故障 联锁
脉冲调制器
定型调制器要点
1. 2. 3. 4. 结构形式 供电系统方案 高压直流电源方式 重要元器件的选择
5. 其它形式的调制器
Байду номын сангаас
L L L L L
C
C
C
C
C
特性阻抗
L C
脉冲调制器
充电回路
脉冲调制器
充电回路
脉冲调制器
放电回路
脉冲调制器
放电回路 脉冲变压器等效阻抗RH’（磁控管） 匹配时RH’=ρ输出功率最大，而且波形最理想
脉冲调制器
闸流管（CX1159、CX1140） 灯丝 阴极 阳极 栅极
高中物理回旋加速器原理ppt
特权福利
特权说明
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月VIP
连续包月VIP
VIP专享文档下载特权
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VIP专享文档下载特权自VIP生效起每月发放一次， 每次发放的特权有效期为1个月，发放数量由您购买 的VIP类型决定。
每月专享9次VIP专享文档下载特权， 自VIP生效起每月发放一次，持续有 效不清零。自动续费，前往我的账号 -我的设置随时取消。
服务特 权
共享文档下载特权
VIP用户有效期内可使用共享文档下载特权下载任意下载券标价的文档（不含付费文档和VIP专享文档），每下载一篇共享文
VIP有效期内享有搜索结果页以及文档阅读页免广告特权，清爽阅读没有阻碍。
知识影响格局，格局决定命运！ 多端互通
抽奖特权
VIP有效期内可以无限制将选中的文档内容一键发送到手机，轻松实现多端同步。 开通VIP后可以在VIP福利专区不定期抽奖，千万奖池送不停！
福利特权
开通VIP后可在VIP福利专区定期领取多种福利礼券。
（2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间 的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒 直径的匀强电场，加速就是在这个区域完成的.
（3）交变电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝 时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加 一个与T=2πm/qB相同的交变电压
1.D形金属扁盒的主要作用是什么？ 2.在加速区有没有磁场？对带电粒子加速有没有 影响？ 3.粒子所买的VIP时长期间，下载特权不清零。
直线加速器系统讲义PPT课件
1. 脉冲功率（ PM ）
P MU MIM
2. 调制器的效率( M )
M P 出 P 入
3. 重复频率( f M )
fM 1TM
7
4. 脉冲波形
用于表示脉冲波形常用的三个参数
1）脉冲前沿 : 从稳定值的5%上升到90%所用的时间。
2）脉冲后沿 c : 从稳定值的90%下降到5%所用的时间。
5
四 简单工作原理 • 直流高压电源通过充电电感向传输线充电，当充到两倍
的电源电压后，处于等待状态。 • 当有一低压脉冲加到开关管（闸流管）的栅极上时，开
关管则导通。 • 传输线通过开关管向负载放电。 • 负载上得到一高压脉冲，其宽度由传输线长度决定。
6
§1.2 脉冲调制器的技术要求
一 基本参数
4
§1.1 引言
一 脉冲调制器的定义
凡是能够将一种信号的电压变化（或某种信息变化）去
改变振荡参数的设备叫调制器。脉冲调制器就是用脉冲的 电压去改变微波源的振荡幅度。
二 脉冲调制器在加速器中的应用
在使用微波电场加速带电粒子的加速器中的微波源大 多是脉冲工作的。
三 脉冲调制器的作用
负责提供给微波源（磁控管、速调管）一定振幅、一 定包络宽度、一定重复周期、功率为一定大小的高压脉 冲。
I l ----调制器的输出电流
14
Rl
ul il
1 Kul1
2
3.电子枪
1) 非线性阻抗。 2)相应于磁控管是高阻(在工作点附近 约几百K ）。
因此，在设计调制器时，不考虑电子枪的负 载对调制器的影响。
15
§1.3 线型脉冲调制器的基本电路
2
充电隔离元件
5
储能元件
P MU MIM
2. 调制器的效率( M )
M P 出 P 入
3. 重复频率( f M )
fM 1TM
7
4. 脉冲波形
用于表示脉冲波形常用的三个参数
1）脉冲前沿 : 从稳定值的5%上升到90%所用的时间。
2）脉冲后沿 c : 从稳定值的90%下降到5%所用的时间。
5
四 简单工作原理 • 直流高压电源通过充电电感向传输线充电，当充到两倍
的电源电压后，处于等待状态。 • 当有一低压脉冲加到开关管（闸流管）的栅极上时，开
关管则导通。 • 传输线通过开关管向负载放电。 • 负载上得到一高压脉冲，其宽度由传输线长度决定。
6
§1.2 脉冲调制器的技术要求
一 基本参数
4
§1.1 引言
一 脉冲调制器的定义
凡是能够将一种信号的电压变化（或某种信息变化）去
改变振荡参数的设备叫调制器。脉冲调制器就是用脉冲的 电压去改变微波源的振荡幅度。
二 脉冲调制器在加速器中的应用
在使用微波电场加速带电粒子的加速器中的微波源大 多是脉冲工作的。
三 脉冲调制器的作用
负责提供给微波源（磁控管、速调管）一定振幅、一 定包络宽度、一定重复周期、功率为一定大小的高压脉 冲。
I l ----调制器的输出电流
14
Rl
ul il
1 Kul1
2
3.电子枪
1) 非线性阻抗。 2)相应于磁控管是高阻(在工作点附近 约几百K ）。
因此，在设计调制器时，不考虑电子枪的负 载对调制器的影响。
15
§1.3 线型脉冲调制器的基本电路
2
充电隔离元件
5
储能元件
电子直线加速器的工作原理课件
加速电压
加速管中的微波电场通常由微波源 产生，并由速调管进行调谐，以实 现高效加速。
微波传输与能量耦合
微波源
微波源产生微波能量，并通过微 波传输系统将其传输到加速管中
。
能量耦合
微波能量通过耦合结构传输到加 速管中，为电子束提供加速能量
。
传输效率
为了提高加速效率，需要确保微 波传输系统和能量耦合结构的稳
环保问题
电子直线加速器在运行过程中会产生一定的噪音和热量，需要采取相应的环保措 施，减少对周围环境的影响。
THANKS
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作用而获得能量。
加速管通常采用高电压、高频率 的电源，以实现电子的高效加速
。
加速管的长度和直径根据加速电 子的能量和束流强度而定，一般 采用金属材料或复合材料制造。
微波功率源
微波功率源是电子直线加速器 的能源部分，其作用是将电能 转换为微波能，为加速管提供 能量。
微波功率源通常采用磁控管或 速调管等微波器件，其工作频 率根据加速电子的能量而定。
微波功率源的输出功率和稳定 性对加速器的性能和稳定性有 重要影响。
真空系统
真空系统的作用是提供高真空环境，以减少电子与气体分子的碰撞损失，提高加速 效率。
真空系统通常包括真空泵、真空测量系统和真空容器等部分。
真空度要求根据加速电子的能量和束流强度而定，一般要求达到10^-6 Torr或更低 。
控制系统
束流品质
束流强度
束流强度是指单位时间内通过加速器 的电子数量。高束流强度能够提供更 强的电子束，适用于需要大剂量电子 束的应用，如放射治疗和放射成像。
束流纯度
束流纯度是指电子束中特定能量或特 定质量电子的比例。高纯度电子束能 够提高实验或应用的精度和效果。
加速管中的微波电场通常由微波源 产生，并由速调管进行调谐，以实 现高效加速。
微波传输与能量耦合
微波源
微波源产生微波能量，并通过微 波传输系统将其传输到加速管中
。
能量耦合
微波能量通过耦合结构传输到加 速管中，为电子束提供加速能量
。
传输效率
为了提高加速效率，需要确保微 波传输系统和能量耦合结构的稳
环保问题
电子直线加速器在运行过程中会产生一定的噪音和热量，需要采取相应的环保措 施，减少对周围环境的影响。
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作用而获得能量。
加速管通常采用高电压、高频率 的电源，以实现电子的高效加速
。
加速管的长度和直径根据加速电 子的能量和束流强度而定，一般 采用金属材料或复合材料制造。
微波功率源
微波功率源是电子直线加速器 的能源部分，其作用是将电能 转换为微波能，为加速管提供 能量。
微波功率源通常采用磁控管或 速调管等微波器件，其工作频 率根据加速电子的能量而定。
微波功率源的输出功率和稳定 性对加速器的性能和稳定性有 重要影响。
真空系统
真空系统的作用是提供高真空环境，以减少电子与气体分子的碰撞损失，提高加速 效率。
真空系统通常包括真空泵、真空测量系统和真空容器等部分。
真空度要求根据加速电子的能量和束流强度而定，一般要求达到10^-6 Torr或更低 。
控制系统
束流品质
束流强度
束流强度是指单位时间内通过加速器 的电子数量。高束流强度能够提供更 强的电子束，适用于需要大剂量电子 束的应用，如放射治疗和放射成像。
束流纯度
束流纯度是指电子束中特定能量或特 定质量电子的比例。高纯度电子束能 够提高实验或应用的精度和效果。
加速器原理课件
型盘旋加速器 • MV成像：电子直线加速器
The Era of RF Linear Accelerators
☺ The first linear electron accelerator was installed at Hammersmith Hospital, England, in 1952, (8MeV)
• 减少束流横向丧失的措施： • 外加纵向聚焦磁场〔即外加聚焦线圈〕 • 充分利用驻波加速腔的电透镜聚X用 • 电子束负角注入技术：最正确负注入角-2°～
电子直线加速器的工作特性
• 主要输入参数〔工作参数〕：微波功率，微波 频率，〔束流负载〕
• 主要输出参数〔性能参数〕：束流能量，输出 辐射强度
p 模工作的驻波 腔链场分布的示 意图
向前行波和向后行 波合成驻波的示 意图
驻波加速结构与行波加速结构相比， 在能量 增益方面的好处
• 驻波加速结构中可利用的微波 功率可有所提高。
• 在行波结构中，终端的微波功 率的消耗在终端汲取负载上；
• 在驻波结构中，由于终端短路 剩余功率全部反射， 只要相 位适宜，屡次反射的功率可对
多腔磁控管的根本构造
不同的阳极及其振荡系统
•能量输出装置
磁钢
•调频机构 •冷却
多腔磁控管的根本工作原理
几个重要概念：
•临界状态 •π型振荡 •同步条件
r m0v eH
2np (n 0,1,2,......) N
t (m 1)T (m 0,1,2,......) 2
•电子群聚 •脉冲工作
V V
2Q
2 L
f
fo
2
式中 Q L - 外观品质因数
6000
(2-166)
The Era of RF Linear Accelerators
☺ The first linear electron accelerator was installed at Hammersmith Hospital, England, in 1952, (8MeV)
• 减少束流横向丧失的措施： • 外加纵向聚焦磁场〔即外加聚焦线圈〕 • 充分利用驻波加速腔的电透镜聚X用 • 电子束负角注入技术：最正确负注入角-2°～
电子直线加速器的工作特性
• 主要输入参数〔工作参数〕：微波功率，微波 频率，〔束流负载〕
• 主要输出参数〔性能参数〕：束流能量，输出 辐射强度
p 模工作的驻波 腔链场分布的示 意图
向前行波和向后行 波合成驻波的示 意图
驻波加速结构与行波加速结构相比， 在能量 增益方面的好处
• 驻波加速结构中可利用的微波 功率可有所提高。
• 在行波结构中，终端的微波功 率的消耗在终端汲取负载上；
• 在驻波结构中，由于终端短路 剩余功率全部反射， 只要相 位适宜，屡次反射的功率可对
多腔磁控管的根本构造
不同的阳极及其振荡系统
•能量输出装置
磁钢
•调频机构 •冷却
多腔磁控管的根本工作原理
几个重要概念：
•临界状态 •π型振荡 •同步条件
r m0v eH
2np (n 0,1,2,......) N
t (m 1)T (m 0,1,2,......) 2
•电子群聚 •脉冲工作
V V
2Q
2 L
f
fo
2
式中 Q L - 外观品质因数
6000
(2-166)
加速器原理及应用.ppt
22 December 2019
20
22 December 2019
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静电加速器的应用
已先后应用过三聚甲醛辐射诱导、硅橡胶 辐射交联、隐形眼镜的辐射聚合、PVC辐 射交联、磁带的改性、线性聚乙烯的辐射 交联、含药物硅橡胶的辐照交联，其中硅 橡胶、隐形眼镜已批量生产，晶闸管电子 辐照射技术已用于工业生产。
高能加速器和高能粒子对撞机在对物 质微观结构研究中有重要的应用，研 究的物质结构越深入，所需要的能量 也越高。它可以把微观物质如氢原子 核(质子)和带电的基本粒子如电子等加 速到很高的速度，使它们得到很高的 能量，像炝弹一样进入所要研究的微 观物质或粒子内部，或将这些微观物 质轰击成碎片，以便研究其内部构造。
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18
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对撞机
• 对撞的原理是将强
子加速到可以与光 速一样的速度，然 后引导它们撞到一 起。因为人类想知 道在那么快的速度 撞击下会发生什么 奇异的现象。
19
环形加速器原理
被加速的粒子以一定的能量在一圆形结构里运动，粒子运 行的圆形轨道是由磁偶极所控制。和直线加速器不一样， 环形加速器的结构可以持续地将粒子加速，粒子会重复经 过圆形轨道上的同一点。但是粒子的能量会以同步辐射方 式发散出去。
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9
回旋加速器原理图
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10
置于中心的粒子源产生带
电粒子射出来，受到电场速， 在D形盒内不受电场，仅受磁极 间磁场的洛伦兹力，在垂直磁 场平面内作圆周运动。
22 December 2019
11
等 时 可 变 性 回 旋 加 速 器 图 （ 正 面 ）
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电子直线加速器的应用范围很广，目前，主要用于医疗器械和卫生用品的辐 照消毒灭菌、食品辐照保鲜、粮食灭虫、进出口食品检验检疫、中成药灭菌、抗 生素降解、环境保护、半导体器件改性、化工新产品开发等。
3
第二节 电子加速器及分类
二、基本结构
电子加速器主要包括：电子枪、加速结构、导向聚焦系统、束流输运系 统和高频功率源或高压电源五个基本部分。如下图所示：
加速器真空系统要求离子泵必须每天24小时不间断工作，即使加速器未 正常出束也要求如此。供电时必须考虑到这一点。
工作真空度应高于5×10-6Pa。
14
电子直线加速器系统
七、恒温系统
恒温系统由恒温和水冷系统组成。恒温水工作温度要求38℃±0.5℃，总 流量5.5吨/小时。水冷系统采用循环蒸馏水进行冷却。
12
电子直线加速器系统
五、微波传输系统
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元件 等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
16
电子直线加速器系统
九、电气控制系统
电气控制系统由PLC和AIC组成。 加速器程序控制是将加速器的各分系统（如聚焦电源、电子枪、加速管、 调制器、速调管、微波系统、充气系统、恒温系统、真空系统以及束下扫描 装置等）有机地联系起来，按照一定的程序提供电源和控制信号，使加速器 能够按照预设的过程，借助运行键自动产生加速器能量、束流、扫描宽度及 自动开启、关闭高压；并对加速器的运行过程进行监测。 电气控制系统采用模块化设计，逻辑清楚、性能稳定可靠、易于维护。
注意事项：
1）阴极不允许长期暴露在大气中
2）电子枪工作于温度限制状态
8
电子直线加速器系统
一、电子枪
1、20KW电子枪主要参数指标
参数名称
符号
标称值
最大值
说明
阳极电压（脉冲)
Va
50KV
55KV
脉冲宽度
τ
16μs
工作比
D
1.0%
钛泵电压
VTi
4.5KV
5KV
2、注意事项
a）管内不能含有氟（F2）、氯（Cl2）、氧 （O2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（ SO2）和水蒸汽（H2O）等对阴极有害的气体，即使是较低的压强也会引起阴极中毒，轻 微的中毒也会引起束流的不稳定。
11
四、微波功率源
电子直线加速器系统
微波功率源由固态源、速调管和调制器组成。固态源提供给速调管微波信 号。调制器给速调管提供灯丝电流和高压脉冲，同时供给电子枪所需的-60KV 的脉冲高压。速调管是一种周期性的调制电子注的速度来实现振荡或放大功 能的微波电子管，它放大来自固态源的微波信号（脉冲功率大于100W）至脉 冲功率3.5MW以上。三者之间的结构关系见下图所示：
13
六、真空系统
电子直线加速器系统
真空系统由电子枪、加速管（包括输入、输出耦合器）、束流输出系统 （包括输出X、Y导向，束流感应圈，漂移管）、扫描窗、离子泵及软波导、 抽空管道和超高真空阀门组成。
真空系统能够保障加速器电子枪电子的正常发射、加速器束流的正常传 输，确保加速腔体与微波部件在高功率微波信号作用下不被击穿。
恒温系统供给定量恒温循环蒸馏水使加速管恒温，并冷却加速器主要发热 部件，确保加速器达到额定的技术指标，使之长期稳定安全可靠地工作。
15
电子直线加速器系统
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防止 打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
束流导向与 聚焦系统
电子枪
注入分析 输运系统
加速结构
后输运分析 系统
靶室
高真空设备
束流检测 诊断设备
供电与稳定 控制设备
操作台 控制
4
加速器主体
束下传输系统
5
调制器
6
7
一、电子枪
电子直线加速器系统
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器的 设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发射 束流连续可调，最大束流为1A 。
（1）频率：S波段，2856MHZ （2）相速：射频场中恒定相位沿加速结构轴线传输的速度 （3）工作模式：每周期（每腔）2π/3模式
10
电子直线加速器系统
三、束流传输系统
束流传输系统由聚焦线圈和束流输出系统两部分组成。聚焦线圈用来克服 加速管中径向电场和空间电荷的散焦力以得到良好的束流特性。输出系统包括 输出导向、束流感应圈及漂移管，输出导向用于引导加速后的电子准确地进入 束流测量感应圈和扫描系统，束流感应圈用来检测加速器输出脉冲束流。 加速器束流传输系统的结构如下：
2
一、基本概念
电子直线加速器及原理
电子直线加速器是电子加速器中的一种类型，它是带电粒子在高频电场
加速下，沿直线轨道传输的加速器装置。电子直线加速器是利用微波加速电子， 电子能量一般都较高（＞5MeV），输出功率在几千瓦到几十千瓦。由于辐照安 全的限制，工业辐照电子直线加速器的最高能量一般定为10MeV。
电子直线加速器基础培训
——原理及各系统介绍
2014年1月
1
一、基本概念
电子加速器及分类
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电场
力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
b）整机电源系统中要有阴极发射电流的监测装置，随时判断电子枪的阴极发射是否 正常，这对故障的分析和判断极为有利。
c）整机电源系统要具备在发生打火以及钛泵电流过流时，高压能自动切断的功能。
d）在工作状态下，严禁阴极暴露大气，否则会造成电子枪的永久性损坏。
9
二、加速管Hale Waihona Puke 第五节 电子直线加速器系统
海维加速器采用精心设计的盘荷波导加速管，采用行波加速原理，利用 射频场加速电子。 主要参数：
3
第二节 电子加速器及分类
二、基本结构
电子加速器主要包括：电子枪、加速结构、导向聚焦系统、束流输运系 统和高频功率源或高压电源五个基本部分。如下图所示：
加速器真空系统要求离子泵必须每天24小时不间断工作，即使加速器未 正常出束也要求如此。供电时必须考虑到这一点。
工作真空度应高于5×10-6Pa。
14
电子直线加速器系统
七、恒温系统
恒温系统由恒温和水冷系统组成。恒温水工作温度要求38℃±0.5℃，总 流量5.5吨/小时。水冷系统采用循环蒸馏水进行冷却。
12
电子直线加速器系统
五、微波传输系统
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元件 等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
16
电子直线加速器系统
九、电气控制系统
电气控制系统由PLC和AIC组成。 加速器程序控制是将加速器的各分系统（如聚焦电源、电子枪、加速管、 调制器、速调管、微波系统、充气系统、恒温系统、真空系统以及束下扫描 装置等）有机地联系起来，按照一定的程序提供电源和控制信号，使加速器 能够按照预设的过程，借助运行键自动产生加速器能量、束流、扫描宽度及 自动开启、关闭高压；并对加速器的运行过程进行监测。 电气控制系统采用模块化设计，逻辑清楚、性能稳定可靠、易于维护。
注意事项：
1）阴极不允许长期暴露在大气中
2）电子枪工作于温度限制状态
8
电子直线加速器系统
一、电子枪
1、20KW电子枪主要参数指标
参数名称
符号
标称值
最大值
说明
阳极电压（脉冲)
Va
50KV
55KV
脉冲宽度
τ
16μs
工作比
D
1.0%
钛泵电压
VTi
4.5KV
5KV
2、注意事项
a）管内不能含有氟（F2）、氯（Cl2）、氧 （O2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（ SO2）和水蒸汽（H2O）等对阴极有害的气体，即使是较低的压强也会引起阴极中毒，轻 微的中毒也会引起束流的不稳定。
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四、微波功率源
电子直线加速器系统
微波功率源由固态源、速调管和调制器组成。固态源提供给速调管微波信 号。调制器给速调管提供灯丝电流和高压脉冲，同时供给电子枪所需的-60KV 的脉冲高压。速调管是一种周期性的调制电子注的速度来实现振荡或放大功 能的微波电子管，它放大来自固态源的微波信号（脉冲功率大于100W）至脉 冲功率3.5MW以上。三者之间的结构关系见下图所示：
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六、真空系统
电子直线加速器系统
真空系统由电子枪、加速管（包括输入、输出耦合器）、束流输出系统 （包括输出X、Y导向，束流感应圈，漂移管）、扫描窗、离子泵及软波导、 抽空管道和超高真空阀门组成。
真空系统能够保障加速器电子枪电子的正常发射、加速器束流的正常传 输，确保加速腔体与微波部件在高功率微波信号作用下不被击穿。
恒温系统供给定量恒温循环蒸馏水使加速管恒温，并冷却加速器主要发热 部件，确保加速器达到额定的技术指标，使之长期稳定安全可靠地工作。
15
电子直线加速器系统
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防止 打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
束流导向与 聚焦系统
电子枪
注入分析 输运系统
加速结构
后输运分析 系统
靶室
高真空设备
束流检测 诊断设备
供电与稳定 控制设备
操作台 控制
4
加速器主体
束下传输系统
5
调制器
6
7
一、电子枪
电子直线加速器系统
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器的 设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发射 束流连续可调，最大束流为1A 。
（1）频率：S波段，2856MHZ （2）相速：射频场中恒定相位沿加速结构轴线传输的速度 （3）工作模式：每周期（每腔）2π/3模式
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电子直线加速器系统
三、束流传输系统
束流传输系统由聚焦线圈和束流输出系统两部分组成。聚焦线圈用来克服 加速管中径向电场和空间电荷的散焦力以得到良好的束流特性。输出系统包括 输出导向、束流感应圈及漂移管，输出导向用于引导加速后的电子准确地进入 束流测量感应圈和扫描系统，束流感应圈用来检测加速器输出脉冲束流。 加速器束流传输系统的结构如下：
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一、基本概念
电子直线加速器及原理
电子直线加速器是电子加速器中的一种类型，它是带电粒子在高频电场
加速下，沿直线轨道传输的加速器装置。电子直线加速器是利用微波加速电子， 电子能量一般都较高（＞5MeV），输出功率在几千瓦到几十千瓦。由于辐照安 全的限制，工业辐照电子直线加速器的最高能量一般定为10MeV。
电子直线加速器基础培训
——原理及各系统介绍
2014年1月
1
一、基本概念
电子加速器及分类
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电场
力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
b）整机电源系统中要有阴极发射电流的监测装置，随时判断电子枪的阴极发射是否 正常，这对故障的分析和判断极为有利。
c）整机电源系统要具备在发生打火以及钛泵电流过流时，高压能自动切断的功能。
d）在工作状态下，严禁阴极暴露大气，否则会造成电子枪的永久性损坏。
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二、加速管Hale Waihona Puke 第五节 电子直线加速器系统
海维加速器采用精心设计的盘荷波导加速管，采用行波加速原理，利用 射频场加速电子。 主要参数：