一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器的制作方法

本发明属于直线加速器技术领域，特别涉及一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器。

背景技术：

漂移管直线加速器的结构是一种在中心轴线上安装有至少2个漂移管(该漂移管的主体为中空圆柱状导体)的真空射频谐振腔，在该真空射频谐振腔腔体的上下(或左右)侧对称设有一对脊结构，各漂移管通过支撑杆与腔体脊结构固定。其工作原理为：在谐振腔内馈入设定频率的高功率rf(radiofrequency,射频)电磁波，这些电磁波会在漂移管之间产生电场，而漂移管内部的中空圆柱区域会屏蔽射频，不产生电场。带电粒子束团(该粒子束团的运动轨迹称为“束线”)沿中心轴线经过相邻漂移管之间的区域(将该区域简称为“加速间隙”)时，会被电磁波产生的电场加速；当周期变化的电磁波产生的电场处于对带电粒子减速状态时，位于漂移管内部中空圆柱区域的带电粒子束团不会被减速；从而使整个过程是一个加速过程。

漂移管直线加速器的谐振腔中的电磁波一般处于两种模式：tm模式(电场沿着束线方向，也称e模，纵电模)和te模式(磁场沿着束线方向，也称h模，纵磁模)。采用tm模式的漂移管直线加速器称为阿尔瓦雷兹(alvarez)型：射频功率直接在谐振腔中产生沿束线方向的电场，柱状的支撑杆仅仅用于安装漂移管，因此都处于同一侧，这种结构的漂移管加速器最早提出，其结构和加工工艺都更为成熟，并且可以加速的束流强度也更高。随着质子和重离子治疗癌症技术的发展，低束流强度的采用te模式的漂移管直线加速器也得到了极大发展。采用te模式的漂移管直线加速器主要有两种：konus(kombiniertenullgradstrukture–结合0°加速结构)漂移管直线加速器(tieder,ratzingeru,podlechh,etal.konusbeamdynamicsdesignsusingh-modecavities[j].hadronbeam,2008,1:2013.)和apf(alternatingphasefocusing,交变相位聚焦)-ih(interdigitalhmode,交指型)漂移管直线加速器(iwatay,yamadas,murakamit,etal.alternating-phase-focusedih-dtlforaninjectorofheavy-ionmedicalaccelerators[j].nuclearinstrumentsandmethodsinphysicsresearchsectiona:accelerators,spectrometers,detectorsandassociatedequipment,2006,569(3):685-696.)；te模式的漂移管直线加速器中，射频功率不直接产生沿束线方向的电场(磁场沿束线方向)，而是在相对的两个脊结构及其相连的支撑杆上产生相反的电压，漂移管交替的与两个脊结构相连，相邻的两个漂移管之间存在电压差，形成加速电场。

相比于tm模式的漂移管加速器(分流阻抗<50mω/m)，te模式的漂移管加速器具有更高的分流阻抗(大于百mω/m)，在相同的加速要求下，所需要射频功率远低于tm模式的漂移管加速器。现有的漂移管直线加速器中，带电粒子在一个rf周期中的部分时间内加速，在另一部分时间内躲避减速电场，即使加速器入口是连续束流，最后得到加速的也只能是具有一定纵向长度的带电粒子束团。对于带电粒子束团，粒子之间的库伦力会导致束团在横向(垂直于束流方向)和纵向(沿着束流方向)发散。为解决该发散问题，需要横向聚焦和纵向聚束。在纵向的聚束根据自动稳相原理，选择合适的加速相位(一般选择-30°左右)就可实现；在横向的聚焦则需要引入额外的四极磁铁。阿尔瓦雷兹型漂移管加速器要求在漂移管中安装四极磁铁(四极磁铁包括电四极磁铁和永磁四极磁铁，其加工难度和复杂程度比ih漂移管加速器大很多，导致阿尔瓦雷兹型漂移管加速器的加工成本较ih漂移管加速器高很多。

目前的konus漂移管直线加速器和apf-ih漂移管直线加速器都是采用交指型结构的te模式漂移管加速器，主要的区别在于聚焦结构和束流动力学的设计上。konus漂移管直线加速器将加速器腔体从束流动力学上分为三个部分，将粒子束的加速、横向聚焦和纵向聚束分离开，在不同的真空腔体区域实现不同的功能。而apf则是采用通过设计漂移管的安装位置，采用真空腔体内部的电磁场实现粒子束的横向聚焦，不再需要额外的磁铁进行聚焦。

konus漂移管直线加速器从动力学上由三部分构成：纵向聚束段a、0°加速段b和横向聚焦段c。一个典型的konus漂移管直线加速器的结构如图1所示。其中，在纵向聚束段a区域内的同步粒子相位一般为-35°左右，可利用加速间隙之间的rf场对粒子束团进行纵向聚束；在0°加速段b区域内的带电粒子束团的中心相对于射频的相位是变化的，从几度(一般大于0°小于10°)开始相位滑移，直到十几度结束；在横向聚焦段c区域内，带电粒子束团经过纵向聚束段a和0°加速段b之后，由于rf场的散焦作用以及束流自身的空间电荷力影响，束流的横向包络变大，因此需要在横向对束流进行聚焦。具体地，现有konus漂移管直线加速器在横向聚焦段c采用的是三个交替放置的电四极磁铁5形成fdf(focusing-defocusing-focusing，聚焦-散焦-聚焦)形式的聚焦结构，参见图1(图1中横向聚焦段c内的支撑杆未示意出)，该横向聚焦段c的横截面参见图2。在这种漂移管加速器中，漂移管的尺寸一般都较小(直径约20mm)，而电四极磁铁5体积较大，导致横向聚焦段c区域内用于安放电四极磁铁5的漂移管3的横向尺寸(约为160mm)和纵向尺寸(大于200mm)都较大。一方面，为了保证横向聚焦段c区域内漂移管3的安装稳定性以及减小打火的风险，除图2所示一对对称设置的支撑杆4外，还需在其他方向增设支撑杆6，用于连接漂移管3与真空射频谐振腔1。另一方面，横向聚焦段c的漂移管半径比0°加速段b和纵向聚束段a的漂移管半径大将导致漂移管加速器的分流阻抗下降，而且漂移管加速器的真空腔体内部之间的射频耦合也会更加复杂，为了解决该耦合问题，常规做法是将横向聚焦段c区域内对称设置的脊结构切掉局部，但以此增加了谐振腔腔体的施工工序；横向聚焦段c的纵向尺寸较大，导致带电粒子束团处在无加速的区域时间较长，使整个谐振腔的平均加速梯度下降。此外，在横向聚焦段c设置电四极磁铁5还需要通入电流和水冷，使得腔体在这部分的机械结构更加复杂。

apf-ih漂移管直线加速器利用加速间隙中rf形成的电场对带电粒子实现聚焦和散角的效果，通过缓慢地改变粒子的同步相位，使得rf场对带电粒子的聚焦力和散焦力交替出现，根据强聚焦原理，rf对带电粒子在横向总体效果都是聚焦的，在纵向的总体效果是聚束的，这样保证了带电粒子束团在漂移管加速器的真空腔体中的稳定传输和加速。由于rf场对带电粒子的聚焦力不强，目前apf-ih漂移管直线加速器不能加速太高束流强度(最大不超过10ma)的粒子束。这种漂移管直线加速器的突出特点是不在腔体内部放置用于横向聚焦的四极磁铁，目前有一些技术方案会考虑在加速腔体的前端或者后端放置一些聚焦用的电四极磁铁(cn103026802)，其本质上是将束流匹配段(前级加速器和加速腔体的连接部分)和加速腔体进行了结合，提高了进入加速腔体的束流品质。

除apf类型的漂移管直线加速器外，具有四极磁铁和支撑杆的漂移管是漂移管直线加速器中的一种重要组成部件。如前所述，目前的漂移管加速器的漂移管中，四极磁铁分为两种类型：电四极磁铁和永磁四极磁铁。含有电四极磁铁的漂移管的加工和制备方法相对简单，可以采用电子束焊接这种常规工艺将电四极磁铁封装在漂移管中。而含有永磁四极磁铁的漂移管的加工过程中，由于电子束焊接会受到永磁四极磁铁的磁场的干扰，影响焊接效果，需要采用特殊工艺进行加工。另外，这种带有四极磁铁和支撑杆的漂移管结构，其安装面都在支撑杆的端部，漂移管通过支撑杆悬挂在加速腔体中，而漂移管中密封的永磁四极磁铁中心的安装精度要求很高，导致了带有磁铁和支撑杆的漂移管的加工难度极大。

现有的具有永磁四极磁铁和支撑杆的漂移管组件的构成部件有：支撑杆，由分水柱(铜)、水套(铜)和水管构成的漂移管冷却水回路，漂移管主体，漂移管端盖，由多块永磁铁磁块形成的永磁四极磁铁。

目前公开的技术资料中，含有永磁四极磁铁和支撑杆的漂移管的制备方法有两种：第一种，将永磁四极磁铁安装在漂移管中以后，采用带有磁屏蔽装置的电子束焊接漂移管和端盖，形成一个漂移管组件；这种加工方式的特点是采用了磁屏蔽装置，用于屏蔽永磁铁的磁场对电子束流的影响，保证焊接的可靠程度；但由于采用磁屏蔽装置，使得电子束焊接的过程更加复杂且需要加工和安装额外的磁屏蔽工装。第二种，采用热胀冷缩的方式进行永磁四极磁铁的安装，采用这种加工方式的漂移管，主要分为两个部件，带有支撑杆的漂移管外套和带有永磁四极磁铁的漂移管内套，将漂移管内套至于低温环境(液氮中)，外套置于常温或者温水中，由于热胀冷缩，使得漂移管内套和漂移管外套的尺寸刚好吻合，安装完成后漂移管组件置于常温中，漂移管的内套和外套会因为温度变化热胀冷缩，互相之间卡死，形成紧固连接的漂移管组件，由于组件在热胀冷缩过程中变形的不可控性，导致其安装精度低于现有技术的安装精度，并且加工中涉及到低温，用于配合的组件的保存更加麻烦，工艺复杂困难。

此外，现有的具有永磁四极磁铁和支撑杆的漂移管的加工过程中，漂移管的安装面在支撑杆端部，漂移管通过支撑杆悬挂在加速腔体中的，而漂移管中密封的磁铁中心的安装精度要求很高，因此要求在安装面位置的支撑杆要有极高的刚性(否则支撑杆在安装过程的变形太大，磁铁中心偏离太大)，而支撑杆的一部分处于加速腔体的真空中，加速器上要求这一部分要有极好的导电性能。现有技术中有两种解决方案：一种是整个支撑杆采用钢件，在支撑杆表面镀上无氧铜，其缺点是导热性能很差；另一种是处于加速腔体内部的支撑杆采用无氧铜加工，其他的支撑杆采用不锈钢材料加工，将两者焊接在一起形成一个完整的支撑杆，而后将支撑杆与漂移管焊接在一起，而如何在焊接过程中减小支撑杆和漂移管的变形量(焊接变形量超出一定范围，可导致漂移管中心与设计值偏差太大，无法修正，整个工件作废)难于实施。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器。通过对现有konus漂移管直线加速器的横向聚焦段进行改进，在采用永磁聚焦磁铁替换现有的电磁聚焦磁铁的基础上，并且将横向聚焦段的多块磁铁拆分，分别安装在单个漂移管中，从而在保证横向聚焦效果不变的情况下，提高加速腔体的加速性能，具体表现在可以有效提高加速管分流阻抗和平均加速梯度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器，包括沿真空射频谐振腔中心轴线安装的多个漂移管，在该真空射频谐振腔腔体的上下或左右侧对称设有一对脊结构；该直线加速器沿入射粒子束前进方向划分为纵向聚束段a、0°加速段b、横向聚焦段c，所述纵向聚束段a和0°加速段b内相邻的漂移管分别通过第一支撑杆与不同的所述脊结构固接；其特征在于，所述横向聚焦段c内间隔设有分别通过第二支撑杆与所述脊结构固接的多个漂移管，且各漂移管内沿漂移管轴向分别设有一个永磁四极磁铁，各永磁四极磁铁的磁中心均与漂移管的机械中心重合。

本发明还提出一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器，包括沿真空射频谐振腔中心轴线安装的多个漂移管，在该真空射频谐振腔腔体的上下或左右侧对称设有一对脊结构；其特征在于，该直线加速器沿入射粒子束前进方向划分为纵向聚束段a、0°加速段b、横向聚焦段c和0°加速段b；所述纵向聚束段a和0°加速段b内相邻的漂移管分别通过第一支撑杆与不同的所述脊结构固接；所述横向聚焦段c内间隔设有分别通过第二支撑杆与所述脊结构固接的多个漂移管，且各漂移管内沿漂移管轴向分别设有一个永磁四极磁铁，各永磁四极磁铁的磁中心均与漂移管的机械中心重合；

所述横向聚焦段c内，漂移管间隙的同步相位满足：使横向聚焦段c内束团的纵向相图满足紧随其后的0°加速段b的纵向接受度要求；

所述横向聚焦段c内，漂移管的长度和相邻漂移管的间隙宽度根据设定的所述同步相位确定。

进一步地，所述横向聚焦段c内设置的漂移管的个数为三个，该三个漂移管内的三个所述永磁四极磁铁以聚焦-发散-聚焦的形式布置。

进一步地，所述横向聚焦段c内设置的漂移管的个数为四个，该四个漂移管内的四个所述永磁四极磁铁以聚焦-发散-发散-聚焦的形式布置。

进一步地，上述分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器的横向聚焦段c内，所述漂移管包括漂移管主体和漂移管端盖，所述永磁四极磁铁设置在相应的所述漂移管主体内部；在所述漂移管主体和永磁四极磁铁之间设有循环水套，在该循环水套的外侧壁上开设周向均布的循环水槽；所述第二支撑杆为中空结构，由不锈钢杆、第一铜杆和第二铜杆依次通过电子束焊接构成，所述不锈钢杆的一端与所述脊结构螺钉连接，所述第二铜杆另一端嵌入所述漂移管主体顶部或底部，且该端设有与所述循环水套中循环水槽连通的通孔，所述第二铜杆与漂移管主体和循环水套相接处均焊接固定；在所述漂移管主体与支撑杆的焊接过程中，通过夹具夹持一个对漂移管主体进行粗加工时铣出工艺头来固定所述漂移管主体，且所述工艺头设置在与所述支撑杆相对的漂移管主体外侧壁上，待所述漂移管主体与支撑杆焊接完成后铣除所述工艺头。

发明的特点及有益效果在于：

在现有的konus漂移管直线加速器中，横向聚焦段都采用电四极磁铁，在满足同样聚焦效果的要求下，单个电四极磁铁的长度和直径都大于永磁四极磁铁，支撑电四极磁铁的漂移管的支撑杆必须与不带有磁铁的漂移管的支撑杆呈交叉状，如果将电四极磁铁分离并安装在单个漂移管中，除了机械加工和安装工艺更为复杂外，这些带有磁铁的漂移管间的间隙并无加速效果。本发明根据永磁四极磁铁比电四极磁铁体积小，梯度高的特点，创新性地提出一种分离式的横向聚焦段结构，即在采用永磁四极磁铁替代电四极磁铁的基础上，将横向聚焦段的磁铁分别安装在不同的漂移管中，这样可在横向聚焦段中加速带电粒子，提高加速效率。其次，这种分离式的横向漂移段，支撑杆与普通加速段的漂移管一样安装在腔体的脊结构上，使得整个腔体结构更加简单，分流阻抗也更高。本发明还提出了采用fddf(聚焦-散焦-散焦-聚焦)形式的聚焦结构来代替现有konus漂移管直线加速器的横向聚焦段中的fdf形式的聚焦结构，因此只需要采用一种类型永磁四极磁铁，所需制备的磁铁的种类更少。本发明还提出了将konus动力学中的聚束段与横向聚焦段重合的动力学结构，可以进一步的提高漂移管直线加速器的加速梯度，提高加速效率。

附图说明

图1是现有的konus漂移管直线加速器沿轴线的剖面结构示意图；

图2是图1中的d-d截面示意图；

图3是本发明实施例1的一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器沿轴线的剖面结构示意图；

图4是图3中横向聚焦段c的截面示意图；

图5(a)、图5(b)分别是本发明实施例1的横向聚焦段c内漂移管沿其轴线和垂直其轴向的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例1中永磁四极磁铁的结构示意图；

图7是本发明实施例2的一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器沿轴线的剖面结构示意图；

图8是本发明实施例3的一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器沿轴线的剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器，是针对现有konus漂移管直线加速器提出的改进，以下结合附图及实施例详细说明如下：

实施例1

参见图3、图4，本实施例的一种分离聚焦式交叉指型纵磁模漂移管直线加速器，包括沿真空射频谐振腔1中心轴线安装的多个漂移管，在该真空射频谐振腔腔体的上下(或左右)侧对称设有一对脊结构2；该直线加速器沿入射粒子束前进方向划分为纵向聚束段a、0°加速段b、横向聚焦段c，纵向聚束段a、0°加速段b和横向聚焦段c内相邻的漂移管(图中，纵向聚束段a和0°加速段b内的漂移管用标号“3”表示，横向聚焦段c内的漂移管用标号“30”表示)分别通过支撑杆与不同的脊结构2固接(其中，纵向聚束段a和0°加速段b内的漂移管通过第一支撑杆4与脊结构2固接，横向聚焦段c内的漂移管通过第二支撑杆60与脊结构2固接)；其中，横向聚焦段c内间隔设有三个漂移管30，各漂移管30内沿漂移管轴向分别设有一个永磁四极磁铁50，各永磁四极磁铁50的磁中心均与漂移管的机械中心重合，三个永磁四极磁铁50以聚焦-发散-聚焦(fdf)的形式布置。

参见图5(a)、5(b)，分别为横向聚焦段c内沿直线加速器轴线和垂直于直线加速器轴线方向的剖视图，横向聚焦段c内，各漂移管30漂移管结构相同，现以其中任意一个进行说明，漂移管30包括漂移管主体31、漂移管端盖32，在漂移管主体31内部沿该漂移管主体轴向设有一个永磁四极磁铁50，且永磁四极磁铁50的磁中心与漂移管的机械中心重合；在漂移管主体31和永磁四极磁铁50之间设有循环水套7，在该循环水套的外侧壁上开设周向均布的循环水槽。用于固定横向聚焦段c内漂移管30的第二支撑杆6为中空结构，第二支撑杆60由不锈钢杆61、第一铜杆62和第二铜杆63依次通过电子束焊接构成，不锈钢杆61的一端与脊结构2螺钉连接，第二铜杆63另一端嵌入漂移管主体31顶部或底部(本实施例为底部)，且该端设有与循环水套7中循环水槽连通的通孔，第二铜杆63与漂移管主体31和循环水套7相接处均焊接固定；第二铜杆63作为分水柱，通过第二铜杆63将支撑杆的内外两层水路导向，使其在循环水套7的循环水槽内流动，形成循环，从而为漂移管30降温。在漂移管主体31与第二支撑杆60的焊接过程中，通过夹具夹持一工艺头35来固定漂移管主体，该工艺头是通过对漂移管主体进行粗加工时铣出的柱状结构，且设置在与第二支撑杆60相对的漂移管本体外侧壁上，漂移管主体31与第二支撑杆60焊接完成后铣除该工艺头。漂移管端盖32是通过以下方式与漂移管主体31固定：先在该端盖与漂移管主体31的拼接处进行电子束焊接形成第一焊缝，然后在偏离该第一焊缝左右各一个电子束斑束半径距离处再次进行电子束焊接，且漂移管端盖32在焊接过程中，三次焊接间隔进行以保证漂移管主体温度不超过永磁四极磁铁50的失效温度。

本实施例中各组成部件的具体实现方式及功能说明如下：

本实施例的漂移管加速器用于konus漂移管直线加速器，其主体即真空射频谐振腔1是一个锥形圆柱真空腔体，其中馈入射频，形成近似te110模式的电磁场。随着粒子能量的增大，单个单元(1/2βλ的长度为一个单元，其中β为带电粒子的速度与真空光速的比值，λ为直线加速器工作的谐振频率对应的真空自由波长)的分流阻抗会下降，在束线上的加速电场会在高能端降低，采用锥形的圆柱真空腔可得到更均匀的电场分布。由于te模式的电磁场在真空腔中产生沿束线方向的磁场，电场垂直于束线，沿束线方向的磁场变化会在两个脊结构2之间产生电压，相邻的漂移管通过支撑杆分别与不同的脊结构相连，从而在两个漂移管之间的间隙形成电压，加速带电离子和质子。本实施例纵向聚束段a和0°加速段b的具体实现方式与现有konus漂移管直线加速器相同，此处不再赘述。

本实施例对现有技术的改进体现在横向聚焦段c，单个永磁四极磁铁50在漂移管内的排布方式参见图6，各永磁四极磁铁均分别由多块磁极方向不同的磁块51(本实施例采用16块磁块，但不限于此)和卡套52构成，通过卡套52实现对磁块51的组装，通过在卡套52外侧壁和循环水套7内侧壁上分别设置的销钉53和销钉孔来确定永磁四极磁铁50在漂移管主体31内的安装角度。相邻漂移管30之间的间距按照0°加速段b相同的计算方法确定；漂移管30的长度，需覆盖其内永磁四极磁铁的长度，且在满足按照0°加速段b相同的计算方法确定的漂移管长度基础之上增加nβλ的长度，其中，n为正整数且满足永磁四极磁铁安装要求，λ为直线加速器工作的谐振频率对应的真空自由波长，β为带电粒子的速度与真空光速的比值。

本实施例中永磁四极磁铁的磁场梯度与漂移管的尺寸之间的关系满足以下公式：

其中br是永磁四极磁铁的表面最大剩磁，m为永磁四极磁铁内磁块的数目，r1为永磁四极磁铁的内径，r2为永磁四极磁铁的外径。现有的konus漂移管直线加速器中电四极磁铁的参数为内径r1为20mm，外径r2为160mm，长度为50～80mm，磁场梯度f小于110t/m。以此为标准的话，在不改变磁铁的内径和长度的情况下，达到相同的磁场梯度要求，永磁四极磁铁的外径r2仅仅为48mm，因此使得konus漂移管直线加速器的横向聚焦段的漂移管尺寸大大减小，如图3的c区域所示。横向聚焦段的漂移管尺寸变小，则腔体的耦合问题得以解决，从而避免切掉一部分脊结构用于腔体的耦合(图2中c区域所示)，使得腔体的脊结构加工简单。

本实施例横向聚焦段c内漂移管的加工过程具体如下：

1)单独加工横向聚焦段c内各部件，包括漂移管主体31和漂移管端盖32，永磁四极磁铁50，不锈钢杆61、第一铜杆62和第二铜杆63，循环水套7；将不锈钢杆61和第一铜杆62通过电子束焊焊接在一起；将漂移管主体31、第二铜杆63和循环水套7用钎焊焊接在一起；对漂移管主体31进行粗加工，在与支撑杆6相对的漂移管本体31上铣出一个工艺头(本实施例采用圆柱形，该工艺头的尺寸与固定卡具相匹配)，以此形成第一结构。其中，不锈钢杆61和第一铜杆62的外形留有1mm余量，内形到位；第二铜杆63的外形留2mm余量，内尺寸到位；循环水套7的外尺寸到位，内尺寸留3mm余量；漂移管主体31的外尺寸留2mm余量，内尺寸到位；漂移管端盖内外尺寸到位。

2)将永磁四极磁铁50通过钉销53安装于上述第一结构的漂移管主体31内部，采用电子束焊接将漂移管端盖32和漂移管主体31焊接在一起。焊接时为避免电子束受到永磁四极磁铁的磁场影响而降低焊接质量，采用如下焊接工艺：

2-1)先将电子束对齐漂移管端盖32和漂移管主体31相接处进行焊接形成第一焊缝，然后分别左右偏离第一焊缝微小距离(该距离由电子束的束斑大小决定，偏离的距离为电子束斑的半径，在本实施例中为0.1mm)再次进行焊接，三次焊接间隔一定时间(该间隔时间由电子束的功率和漂移管主体的散热情况决定，本实施例中为10min)，并采用测温试纸全程监控漂移管温度，不能超过永磁四极磁铁50的失效温度(本实施例永磁四极磁铁的失效温度为100摄氏度)，以此形成第二结构。

2-2)焊接完成后，对得到的第二结构的外圆进行见光处理(便于外圆中心的确定)，测量该第二结构的磁场分布，计算磁场积分，并与永磁四极磁铁50的初始磁场积分进行比较，同时，根据测量的永磁四极磁铁50的磁场分布，计算磁场中心与第二结构外圆中心的偏差；若磁场积分的差值在测量误差范围内，则进行步骤3)；否则返回步骤1)，以此确保电子束焊接过程没有对永磁四极磁铁50铁造成损害。

3)根据计算的磁场中心与第二结构的外圆中心偏差，用车床加工第二结构的外圆，保证磁场中心轴线与漂移管的机械中心(即外圆轴线)同轴度<0.02mm，然后以第二结构的外形为基准，用车床加工第二结构的上第二铜杆63与第一铜杆62的配合面。

4)通过常规夹具夹持铣出的工艺头35，对第一铜杆62和第二结构中第二铜杆63的配合面进行电子束焊接，得到第三结构。通过铣出工艺头避免了直接夹持第二结构引起漂移管主体31外圆面的变形。

5)用车床粗修漂移管上的外形(使支撑杆上的安装面与漂移管中心的位置尺寸满足工艺设计的误差要求)，并对永磁四极磁铁50进行磁场测量，根据测量得到的磁场中心轴线和漂移管中心的偏差，再次车床精修第三结构中漂移管主体31的外形，其后用车床加工漂移管的锥面等结构，精修完成后再次测量磁场确保磁中心和机械中心加工到位，然后以第三结构为基准用车床精加工不锈钢杆61安装面到位。

6)用铣床铣掉漂移管主体31上的工艺头35，并加工第二铜杆63底部和工艺头去掉后所在位置的表面光洁度至1.6μm，至此，完成了横向聚焦段c内漂移管连同支撑杆的加工。

实施例2

本实施例在实施例1的基础之上，对横向聚焦段c进一步改进，本实施例横向聚焦段c内间隔设有四个漂移管30，各漂移管30内沿漂移管轴向分别设有一个永磁四极磁铁50，各永磁四极磁铁50的磁中心均与漂移管的机械中心重合，四个永磁四极磁铁50以聚焦-发散-发散-聚焦(fddf)的形式布置，参见图7。与实施例1相比，本实施例采用fddf形式的聚焦结构，将横向聚焦段分为四个漂移管结构，本实施例中四个永磁四极磁铁的尺寸和梯度一样，只需要制备一种永磁四极磁铁即可，在满足同样聚焦效果情况下，简化了磁铁的加工和制备过程。本实施例内其他零部件的具体实现方式与实施例1相同，此处不再赘述。

实施例3

本实施例在实施例2的基础之上，将konus漂移管直线加速器的横向聚焦段c和纵向聚束段a合并在一起，参见图8。konus漂移管直线加速器设计的核心理念是分段式，通过分段设计，使得纵向聚焦段和0°加速段的漂移管尺寸很小，保持交叉指型漂移管直线加速器的高分流阻抗的优势。结合本发明中在实施例2中提出的分离式横向聚焦段方案，横向聚焦段c内漂移管间隙的同步相位按照以下方式设定：使横向聚焦段c内束团的纵向相图满足紧随其后的0°加速段b的纵向接受度要求(该同步相位一般设定在-35°左右)。根据设定的同步相位，计算出横向聚焦段c内漂移管的长度和相邻漂移管的间隙宽度。满足上述条件的横向聚焦段c在对带电粒子进行横向聚焦的同时，实现带电粒子束团的纵向聚束，进而在横向聚焦段c出口，带电粒子束团可以直接进入0°加速段b，这样节省了纵向聚束段a的长度，使得加速效率进一步提升。本实施例内其他零部件的具体实现方式与实施例2相同，此处不再赘述。

实施例4

本实施例在实施例3的基础之上，横向聚焦段c内间隔设置三个漂移管，三个漂移管内的三个永磁四极磁铁以聚焦-发散-聚焦的形式布置，其余均与实施例3相同，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。