加速器原理和结构

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1、医用电子直线加速器 原理与结构 医用电子直线加速器 原理与结构 田新智 2009.6 2009放疗设备质量保证培训班 1.1.医用电子直线简介医用电子直线简介医用电子直线简介医用电子直线简介 2.2.主机系统主机系统主机系统主机系统 3.3.辐射系统辐射系统辐射系统辐射系统 4.4.控制系统控制系统控制系统控制系统 5.5.常见故障常见故障常见故障常见故障 6.6.其他基本参数的调整其他基本参数的调整其他基本参数的调整其他基本参数的调整 2009放疗设备质量保证培训班 1.1.医用电子直线简介医用电子直线简介医用电子直线简介医用电子直线简介 2.2.主机系统主机系统主机系统主机系统 3.3.

2、辐射系统辐射系统辐射系统辐射系统 4.4.控制系统控制系统控制系统控制系统 5.5.常见故障常见故障常见故障常见故障 6.6.其他基本参数的调整其他基本参数的调整其他基本参数的调整其他基本参数的调整 2009放疗设备质量保证培训班 不同厂家的几款加速器不同厂家的几款加速器 2009放疗设备质量保证培训班 1、医用电子直线加速器的简介、医用电子直线加速器的简介-分类分类 医用电子直线加速器是利用微波电磁场加速电子，并使其具有直线轨道的一 种装置，加速后的电子直接或经转换为X射线后供放射治疗用. 医用电子直线加速器按其能量范围分为低、中、高三类。 1825 41825 ( 67 档档) 6 高能高

3、能 1416 100900 41416 (56 档档) 6 中能中能 - 50600 6低能低能 剂量率剂量率 cGy/minm 能量能量 MeV 剂量率剂量率 cGy/minm 能量能量 MV 电子e射线电子e射线 X X射线 医用电子 直线加速器 分类 射线 医用电子 直线加速器 分类 1825 41825 ( 67 档档) 6 高能高能 1416 100900 41416 (56 档档) 6 中能中能 - 50600 6低能低能 剂量率剂量率 cGy/minm 能量能量 MeV 剂量率剂量率 cGy/minm 能量能量 MV 电子e射线电子e射线 X X射线 医用电子 直线加速器 分类

4、射线 医用电子 直线加速器 分类 1000 2009放疗设备质量保证培训班 1、1、医用电子直线加速器简介-基本组成1医用电子直线加速器简介-基本组成1 2009放疗设备质量保证培训班 1、医用电子直线加速器简介-基本组成21、医用电子直线加速器简介-基本组成2 微波功率源及其传输系 统 微波功率源及其传输系 统 高压脉冲调制器高压脉冲调制器 电子 枪 电子 枪 真空电 源 真空电 源 线圈电源线圈电源 辅助系统辅助系统 控制系统控制系统 机械系统 辐射系统 机械系统 辐射系统 主机系统主机系统 加速管 偏转 加速管 偏转 2009放疗设备质量保证培训班 中高能医用电子直线加速器中高能医用电子

5、直线加速器 ? 加速管横放加速管横放 ? 有对中和偏转系统有对中和偏转系统 ? x双光子，e多能档工作模式x双光子，e多能档工作模式 ? 微波源用磁控管或速调管微波源用磁控管或速调管 低能医用电子直线加速器低能医用电子直线加速器 ? 加速管直立加速管直立 ? 无偏转系统无偏转系统 ? 单能单能x线模式线模式 ? 微波源用磁控管微波源用磁控管 1 1 1 1、医用电子直线加速器简介、医用电子直线加速器简介、医用电子直线加速器简介、医用电子直线加速器简介-基本组成基本组成基本组成基本组成4 4 4 4 2009放疗设备质量保证培训班 国内外主要加速器性能指标对比国内外主要加速器性能指标对比 200

6、9放疗设备质量保证培训班 1.1.医用电子直线简介医用电子直线简介医用电子直线简介医用电子直线简介 2.2.主机系统主机系统主机系统主机系统 3.3.辐射系统辐射系统辐射系统辐射系统 4.4.控制系统控制系统控制系统控制系统 5.5.常见故障常见故障常见故障常见故障 6.6.其他基本参数的调整其他基本参数的调整其他基本参数的调整其他基本参数的调整 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统2、主机系统 ? 系统组成系统组成 ? 加速管加速管 ? 真空系统真空系统 ? 微波传输系统微波传输系统 ? 剂量系统剂量系统 ? AFC系统AFC系统 ? 脉冲调制器脉冲调制器 2009放疗设备质量保证培

7、训班 2 2 2 2、主机系统、主机系统、主机系统、主机系统系统组成系统组成系统组成系统组成1 1 1 1 ? 电子枪电子枪 ? 加速管、输入（出）耦合器及波导窗组件加速管、输入（出）耦合器及波导窗组件 ? 靶、引出窗及偏转盒靶、引出窗及偏转盒 ? 真空泵组件真空泵组件 ? 聚焦、对中及偏转线圈聚焦、对中及偏转线圈 ?加速管及束流输运系统加速管及束流输运系统 ? 微波功率源及传输系统微波功率源及传输系统 ?磁控管/速调管(S波段,25MW)磁控管/速调管(S波段,25MW) ?高压脉冲调制器高压脉冲调制器 ?高功率微波传输系统(环流器/隔离器、取样波导、软波导及吸收负载等 ） 高功率微波传输系

8、统(环流器/隔离器、取样波导、软波导及吸收负载等 ） 2009放疗设备质量保证培训班 2 2 2 2、主机系统、主机系统、主机系统、主机系统系统组成系统组成系统组成系统组成2 2 2 2 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统2、主机系统加速管1加速管1 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统2、主机系统电子加速器原理1电子加速器原理1 U eU 微波电场 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统2、主机系统行波加速器原理1行波加速器原理1 行波 Z E 2009放疗设备质量保证培训班 行波行波 电子在行波电场作用下，速度不断增加，要求行波电场的传播速度也同步增加，以对电 子施

9、加有效的作用。显然，若同步条件遭到破坏，场就不能对电子施加有效的加速，如 果电子落入减速相位，电子还会受到减速。怎么办？-采用慢波结构来控制和解决这个 问题！ 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统2、主机系统电子加速器原理2电子加速器原理2 驻波 2009放疗设备质量保证培训班 驻波驻波 单周期/2模具有最大的模式间隔，具有最大的群速度，因此 工作稳定性最好。不过它有半数腔不激励，它只起功率耦合的 作用，因此整个结构的分流阻抗很低。 2009放疗设备质量保证培训班 驻波驻波 1.为了保持/2模的优点，又能提高分流阻 抗，人们研究了许多改进驻波加速结构的 方法。 2.有人提出把工作在/2

10、模腔链中的耦合腔 加以压缩，而延长加速腔，只要两者谐振 频率保持一致，则腔链仍显示/2模工作 特性。而由于加速腔得以延长，分流阻抗 提高了。腔链由两种结构周期不同的腔体 组成，而变成双周期结构。 3.美国LASL的EkKnapp等人进一步提出 把耦合腔从束流轴线上移开，放在加速腔 的外边，加速腔的外壁上有耦合孔和耦合 腔(称为边腔)耦合，相邻的加速腔通过耦 合(边)腔相互耦合在一起；而相邻的加速 腔之间的中孔只起束流通道作用，而不起 功率耦合作用。这样加速腔长度扩展了一 倍，从而有可能获得最大的分流阻抗。这 是有名的边耦合驻波加速结构。 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统2、主机系统

11、加速管2（行波加速与驻波加速）加速管2（行波加速与驻波加速） 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统、主机系统加速管加速管 要使管体和靶更好的散热冷却，水系统的正常有效工作是至关重 要的。因此定期检查水系统，经常更换水源，清洗水箱，检查水 压等工作就显得重要了。 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统、主机系统皮尔斯二极电子枪皮尔斯二极电子枪 2009放疗设备质量保证培训班 2、主机系统、主机系统皮尔斯栅控电子枪皮尔斯栅控电子枪 对栅控枪的设计，通常是先按二极枪的设计方法，设计一只二极枪，然后根据计算给出的等 位面形状，在其1-3范围内的某一等位面上，放置栅网来获得栅控枪。 对栅控

12、枪的设计，通常是先按二极枪的设计方法，设计一只二极枪，然后根据计算给出的等 位面形状，在其1-3范围内的某一等位面上，放置栅网来获得栅控枪。 栅网必然会截获一部分阴极发射电流，因此栅控枪极注电流将小于无栅时发射的电流，于是 在设计无栅极应时需适当增大导流系数。 栅网必然会截获一部分阴极发射电流，因此栅控枪极注电流将小于无栅时发射的电流，于是 在设计无栅极应时需适当增大导流系数。 PSP gg )1 ( += 2009放疗设备质量保证培训班 Wf0 Wf I k0 I k 阴极灯丝功率阴极灯丝功率 与阴极发射电流关系图与阴极发射电流关系图 1.，对阴极发射电子 不利； 2.，对阴极发射电子 几乎

13、无贡献； 3.越高，灯丝寿命越短； 4.厂家提供给用户加速管的灯丝 功率值；用户自己也可以做 实验找到此工作点； 5.维护人员要时时保证此最佳工 作点； 6.有些机器在指标允许的情况下 可以适当降低值，延长加 速管的寿命。 2、主机系统2、主机系统电子枪 2电子枪 2 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统、主体系统能量控制能量控制 1.改变微波输入功率 调制器PFN电压 RF功率源输出（激励）功率 2.改变加速管束流负载 栅控电子枪栅极电压 栅控脉冲同步相位 栅控电子枪的注入电压 缺点：这些方法只能在较小的范围内改变电子的能量，超过了这个范围，电子的能 谱性能马上就下降了 3.使RF频

14、率源失谐或部分加速腔失谐 缺点：这种方法会使系统的稳定性变差 4.利用能量开关 所谓“能量开关”技术，就是在加速管的群聚段和主加速段之间的某个耦合 腔中插入一个调节机构，通过调节其参数使主加速段的加速场强可以在大 范围内变化。 优点： ?射束能谱宽度减小。这样就允许在偏转系统中使用更窄的能量缝，提 高能量的稳定性和能谱特性。 ?RF场相位变化对电子注能量的影响变小。 ?建立RF加速场所需的RF脉冲功率降低，有利于微波源的设计。 2009放疗设备质量保证培训班 磁场 冷却水通道 电子束真空通道 高能电子 低能电子 能量适中电子 能量过滤器（能量狭缝）的原理能量过滤器（能量狭缝）的原理 e m v

15、 R qB = 2009放疗设备质量保证培训班 高能电子高能电子 低能电子低能电子 e- 电子能谱分布电子能谱分布 磁场磁场 270消色散偏转磁铁270消色散偏转磁铁 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统聚焦、导向、电子透镜和偏转盒 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统、主体系统偏转磁铁偏转磁铁 ?270偏转角度, 3区域, 统一 的极间空隙, 消色散, 偏转磁 场 ? 3% 能量狭缝 ?能量的单一性 ?安装的独立性 ?斑点小 小半影 良好的影像 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统其他偏转系统原理和结构 90非消散色偏转 治疗野严重不对称 单消色散单消色散单消色散单消

16、色散270270偏转偏转偏转偏转 = =10%10% 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统、主体系统真空系统（钛泵真空系统（钛泵1） 2009放疗设备质量保证培训班 溅射离子泵放电电流与压强的关系曲线溅射离子泵放电电流与压强的关系曲线 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统微波传输系统 四（三）端 环流器 四（三）端 环流器 磁控管磁控管 水负载水负载 1口口 3口口 2口口 4口口 弯波导弯波导 方圆转换方圆转换 干负 载 干负 载 直波导直波导 加速管加速管 软波导软波导 波导窗 钛泵 波导窗 钛泵 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统微波传输系统 2009放疗设备质量保证培训班 2、主体系统、主体系统微波传输系