加速器(二)加速管课件.ppt
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- 加速器 加速 课件
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1、2023-1-92023-1-92电子直线加速器的基本工作原理:电子直线加速器的基本工作原理:在在“高压脉冲调制系统高压脉冲调制系统”的统一协调控制下,一方的统一协调控制下,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。保持一致,那么,就可以得到所需要的电子能量
2、。如果被加速后的电子直接从辐射系统的如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口窗口”输输出,就是高能电子射线,若为打靶后输出,就是出,就是高能电子射线,若为打靶后输出,就是高能高能X X线。线。2023-1-92023-1-93产生射线产生射线2023-1-92023-1-942023-1-92023-1-952023-1-92023-1-96电子枪电子枪加速腔加速腔靶靶e-2023-1-92023-1-97电子枪电子枪加速腔加速腔靶靶e-2023-1-92023-1-98驻波加速过程驻波加速过程腔中电腔中电压压0-+电子注入电子注入t=0时刻时刻e-2023-1-92023-1-99驻波加速过
3、程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+0t1/2 T2023-1-92023-1-910驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+t=1/2T2023-1-92023-1-911+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+1/2 TtT驻波加速过程驻波加速过程2023-1-92023-1-912e-腔中电压腔中电压0-+t=T驻波加速过程驻波加速过程2023-1-92023-1-913驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+2023-1-92023-1-914驻波加
4、速过程驻波加速过程-+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电腔中电压压0-+2023-1-92023-1-915驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+2023-1-92023-1-916驻波加速过程驻波加速过程e-腔中电腔中电压压0-+2023-1-92023-1-917驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电腔中电压压0-+2023-1-92023-1-918驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+2023-1-92023-1-919驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+
5、-+-+-e-腔中电腔中电压压0-+2023-1-92023-1-920驻波加速过程驻波加速过程e-腔中电腔中电压压0-+2023-1-92023-1-921驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+2023-1-92023-1-922驻波加速过程驻波加速过程-+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电腔中电压压0-+2023-1-92023-1-923驻波加速过程驻波加速过程+-+-+-+-+-+-+-+-e-腔中电压腔中电压0-+2023-1-924中高能机中高能机低能机低能机2023-1-9252023-1-9262023-1-9272023-1-
6、928加速管加速管l14MeV驻波加速管 2023-1-92023-1-9291 1、加速管的作用、加速管的作用2 2、加速管的分类、加速管的分类3 3、加速管的工作原理、加速管的工作原理4 4、常见医用电子直线加速器中的加速管、常见医用电子直线加速器中的加速管5 5、加速管的工作环境、加速管的工作环境6 6、电子枪、电子枪2023-1-92023-1-9301 1 加速管的作用加速管的作用 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用下加速
7、到高能量,输出成电子束或打靶产生X X射线,射线,用于治疗患者。用于治疗患者。电能 微波系统 微波 加速管 低能电子流 电子枪 高能电子束高能X射线 重金属 靶高能电子束2023-1-92023-1-9312 2 加速管的分类加速管的分类 根据加速电子的方式的不同,加速管分为行波加速管和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驻波加速管两种 。常见的加速管有:。常见的加速管有:行波加速管行波加速管 代表厂商:代表厂商:ElektaElekta公司公司 驻波加速管驻波加速管 轴耦合加速结构:轴耦合加速结构:代表厂商:新华医疗代表厂商:新华医疗 边耦合加速结构边耦合加速结构
8、代表厂商:代表厂商:VarianVarian公司公司 一个行走一个停留一个行走一个停留 行波行波:就是波从波源向外传播就是波从波源向外传播 驻波驻波:波在一个空间中来回反射波在一个空间中来回反射 2023-1-92023-1-9322023-1-92023-1-9333 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.1 3.1 电子在电场中受力,获得能量电子在电场中受力,获得能量e-+VaDVa:电压电压D:极间距极间距E:电场强度电场强度EVaDFeEWFD=eVa2023-1-92023-1-9343 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.2 3.2 由于电压受到限制,不能得到高能量由于电压受
9、到限制,不能得到高能量 临床用的最多的电子束能量为:临床用的最多的电子束能量为:6MeV6MeV W W e e VaVa e e 电量电量 1.6 1.6 10 10-19-19 库仑库仑 若要获得若要获得6MeV6MeV的高能电子需要电压:的高能电子需要电压:VaVa=W =W e=6 e=6 10 106 6 1.6 1.6 10 10-19 -19 V V =3.75=3.75 10 1025 25 V V 显然无法实现。显然无法实现。2023-1-92023-1-9353 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.3 3.3 电场随电子运动模型电场随电子运动模型电子在存在加速电场的加速
10、缝隙电子在存在加速电场的加速缝隙(D)(D)中加速;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。该机构与电子以相同的速度前进,电子持续获得能量。2023-1-92023-1-9362023-1-92023-1-9373 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.4 3.4 电子的质量限制电子的质量限制 同样以临床用的最多的电子束能量同样以临床用的最多的电子束能量6MeV6MeV为例为例 电子的静止质量为电子的静止质量为 9.10 9.10 10 10-31-31 g g 在电场力的作用下很快达到亚光速,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。而使某系统同步
11、达到亚光速是不可能的。2023-1-92023-1-9383 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.5.1 3.5.1 电磁波加速电子电磁波加速电子 电磁波的传播速度可以达到光速。电磁波的传播速度可以达到光速。电磁波的本质是交变电(磁)场。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。续获得能量。行波加速模型。行波加速模型。2023-1-92023-1-9393 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.5.2 3.5.2 行波加速行波加速 W=e W=e E Ez z L L W:电子所获得的能量
12、电子所获得的能量 Ez:行:行波加速电场强度波加速电场强度,L:加速管长度加速管长度 电子一直处于电场的波峰上,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增加加速单元的数目,则电子的加速能量可以线性增加。加。2023-1-92023-1-9403 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.5.2 3.5.2 行波加速行波加速 冲浪2023-1-92023-1-9413 3 加速管的工作原理加速管的工作原理3.5.3 3.5.3 慢波结构慢波结构盘荷波导盘荷波导 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
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