电子直线加速器的工作原理.ppt

该图可以用频谱仪观察到。因此能量传输速度是频谱中所包含的各频率组成的波群所合成的幅值最大值移动速度，这也是群速度名称的由来。显然它不同于单一频率的波的移动速度。 为了更直观地理解这个问题，认为波的集合群是有两个频率相近，幅值相同的波组成，求出它们合成波的振幅最大值的移动速度。 设它们的角频率分别为，相应的相位常数也会稍有差别。两个波分别表示成 第五节 驻波加速原理 一、电子驻波原理发展概述 尽管20世纪60年代后期，驻波电子直线加速器获得了迅速的发展，然而其原理并不新颖。早在20世纪40年代中期，在开始研究行波电子直线加速器的同时，不少小组就已经注意到利用驻波电场加速电子。驻波工作方式，就是加速管的末端不接匹配负载，而接短路面，使微波在终端反射，所反射的微波沿电子加速的反方向前进，如果加速结构的始端也放置短路面，那上述的反射功率在始端再次被反射，如果加速管的长度合适，则反射波和入射波相位一致，加强了入射波，在加速管内形成驻波状态。 美国麻省理工学院斯拉特等人在1947~1948年间就注意到了这一点。1951年，他们建成了一台模工作的驻波直线加速器，把电子能量加速到18Mev。 用两金属板短接盘和波导而构成的驻波结构最简单，但分流阻抗低。而且工作在/2时，有半数腔只起耦合作用，对加速没有贡献，加速效率很低；而工作在模时，又由于模式分割窄，腔数不能太多，以及群速度很低不利稳定工作，因此这种单周期驻波加速结构没有竞争力。 20世纪60年代初，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory,LANL）为了建造800Mev的介子工厂时，曾经研究过多种驻波加速结构，后在E.A.Knapp等人领导下终于发展了一种新颖的驻波加速结构—边耦合加速结构。它的基本思想是，把工作在驻波工作状态/2时只起耦合作用的腔，从束流轴线上移开，移到加速腔的边上，耦合腔留下来的空间为加速腔所扩展占有，加速腔通过边孔和耦合腔耦合，相邻两个加速腔相差 此结构既具有模的效率，又具有模的工作稳定性。由于这种边耦合驻波加速结构分流阻抗高，工作稳定性好，尺寸加工公差要求松，因此很快就被美国瓦里安公司按比例缩小，把原来加速质子的结构改成适合加速电子的结构，1968年先后成功地把边耦合结构应用于医用和无损检测用的驻波电子直线加速器。该成果在电子直线加速器发展史上具有历程碑性意义，使驻波电子直线加速器的发展进入了一个崭新的阶段。 边耦合驻波加速结构的提出，也推动了其它各种类型驻波加速结构的发展，这包括磁轴耦合的双周期结构，三周期结构，还腔耦合双周期结构，电轴耦合双周期、三周期结构，交叉式高梯度驻波加速的发展。在我国70年代起，各种驻波加速结构也得到了迅速的发展。各种辅助系统的配合，也使驻波优越性能得到实现。 二、驻波加速原理 （一）无论哪种驻波加速结构，都可看成是一系列以一定方式耦合起来的谐振腔链，在谐振腔轴线上有可让电子通过的中孔，在腔中建立起随时间振荡的轴向电场，轴上电场的大小和方向是随时间交变的，而这种振荡的包络线都是原地不动的，故称为驻波。图2-28画出了工作在模的典型驻波结构的场分布图。如图2-28所示，轴线上的中孔既是束流通道又是实现腔间耦合的耦合孔。从图中可知，每一个腔内场大小及方向是随时间交变的，而出现场强最大值，和零值的地方是不随时间变化的。场是位置和时间的函数，在每一个腔中电场强度可表示成 当图2-28中 腔的电场随时间渐渐从小到大，而方向又正好合适加速电子时， 腔的电场方向却是减速的，但过一会，当 腔的场值随时间变成减速方向时，则 腔电场的方向变得能正好加速电子。因此可以设想，如果让电子在 腔的场正好由负变正那一瞬间（场强正是加速方向）注入其中，电子在前进时，场强不断增加，电子不断获得能量，场强正好到达峰值时，电子也正好到达腔的中央。其后场强开始下降，电子在后半腔中飞行，当场强开始由正变负时电子正好飞出 进入下一个腔。这时 腔的场强又正好由负变正。电子在 腔中又能继续加速获得能量。如果这种安排能得到满足，电子就可不断获得能量。这就是驻波加速原理。 第六节 驻波加速管结构 驻波加速（管）结构在驻波电子直线加速器中占有重要地位，它是驻波加速器的核心，它的性能很大程度上决定了整机的性能。 驻波加速管分类: 按每一个腔的平均相移来划分： 模、 模、0模 按结构包括的周期数来划分：单周期、双周期、三周期 按耦合孔位置来划分：轴耦合、边耦合、环腔耦合 按电磁场耦合方式来划分：电耦合、磁耦合 目前国际上广泛采用的是磁边耦合及磁轴耦合的双周期结构 一、描述驻波加速结构