一种低反轰驻波加速管的制作方法

本发明属于电子直线加速器领域，具体涉及一种低反轰驻波加速管。

背景技术：

电子直线加速器目前广泛应用于医疗、无损检测、安检及辐照等领域。电子直线加速器利用微波窗馈入的高功率脉冲微波在腔体内部建立超高梯度电磁场，电子枪发射的电子在腔内与电磁场相互作用获得加速，达到兆电子伏特级别的能量，高能电子通过窗直接引出或者轰击重金属靶产生x射线，并利用产生的高能电子线或者x射线的物理特性加以应用。

目前低能电子直线加速器主要有行波加速结构和驻波加速结构。其中驻波加速结构相较于行波加速结构具有分路阻抗高、加速梯度高、结构紧凑等特点，在低能电子直线加速器领域应用更为广泛。在驻波加速结构中，电磁场工作模式为π/2模或π模。

发明人在实际使用过程中发现，这些现有技术至少存在以下技术问题：

电子束在聚束段驻波电磁场中运动，处于不同相位的电子分别获得不等的加速或减速，甚至反向加速轰击电子枪阴极，导致阴极温度过度升高，影响电子枪及加速器的正常工作，这是驻波加速结构不可以避免的现象。通常来讲，束流越强，能量越高，反轰电子越容易损坏电子枪，造成加速管的寿命降低，工作不稳定等情况。

技术实现要素：

为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种低反轰驻波加速管，其可以使得仅有极为少数电子能够反轰至阴极面上，因而对电子枪正常工作影响很小，从而达到保护电子枪，达到延长电子枪的使用寿命以及保证加速器正常工作的效果。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：其包括电子枪、加速管管体、波导管，在加速管管体内部设置第一腔体、后续腔体、边耦合腔，第一腔体以及后续腔体呈直线排列，相邻两个腔体之间使用束流通道连接构成腔列，相邻两个腔体之间的边缘设置边耦合腔，边耦合腔交错排列在腔列两侧，加速管管体上设置有第一腔体入口通道，电子枪与第一腔体入口通道配合安装，波导管连接在后续腔体上，所述电子枪的阴极为空心结构，第一腔体连接第一腔体束流上游通道，在第一腔体内部围绕第一腔体束流上游通道设置有鼻锥，第一腔体束流上游通道前端设置束流孔渐变段，束流孔渐变段前端连接加速管管体的第一腔体入口通道。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：第一腔体束流下游侧无鼻锥，下游侧的内部为平滑面，在第一腔体下游侧中心连接第一腔体下游束流通道，第一腔体下游束流通道另一端连接第二腔体上游侧。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：第一腔体束流上游通道内表面与外表面均平滑渐变到第一腔体束流上游侧的鼻锥。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：第一腔体为整体式腔体，整体为短圆柱形状，两个端面的边缘设置为圆角。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：第二至第七腔体的上游侧、下游侧均具有两个圆弧过渡到腔壁和束流孔。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：第一腔体束流下游通道的内径大于第一腔体上游束流通道内径。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：束流孔渐变段为漏斗结构，较大端连接第一腔体束流上游通道，较小端连接第一腔体入口通道。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：所述空心阴极电子枪包括阴极和阳极，两者均为圆盘形且中心有孔，阴极和阳极并列设置在第一腔体入口通道一端，中心线与第一腔体入口通道中心线重合，阳极更加靠近加速管管体，阴极与阳极相对的面为弧形面，最低点为阴极的中心孔，阳极与阴极相对的面有圆环形状的凹陷，中心点为阳极的中心孔。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：在电子枪的阴极上套装有聚焦极，对电子束起到汇聚作用。

根据本发明所述的一种低反轰驻波加速管，其进一步的优选技术方案是：波导管穿过加速管管体，较小一端连接在第四腔体上。

相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：

在第一腔体的上游侧设置有鼻锥和束流孔渐变段，可以较大程度上减少反向轰击的电子，将电子枪的阴极设置为空心结构，进一步的使得仅有极为少数电子能够反轰至阴极面上，因而对电子枪正常工作影响很小，从而达到保护电子枪，延长电子枪的使用寿命以及保证加速器正常工作的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种低反轰驻波加速管的去除加速管管体的内真空结构示意图。

图2是本发明一种低反轰驻波加速管的结构示意图。

图3是本发明一种低反轰驻波加速管的正视图。

图4是图3的a-a的剖视图。

图5是图4中a处的局部放大图。

图6是本发明一种低反轰驻波加速管的去除加速管管体的内真空正视图。

图7是本发明一种低反轰驻波加速管的电子枪的内部结构示意图。

图8是本发明一种低反轰驻波加速管的电子枪的阴极的结构示意图。

图9是本发明一种低反轰驻波加速管的电子枪的阳极的结构示意图。

图中标记分别为：1.电子枪101.阴极102.阳极103.聚焦极2.加速管管体201.第一腔体入口通道3.第一腔体束流上游通道4.束流孔渐变段5.鼻锥6.第一腔体7.第二腔体8.第三腔体9.第四腔体10.第五腔体11.第六腔体12.第七腔体13.第一腔体束流下游通道14.边耦合腔15.波导管。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例1：其包括电子枪1、加速管管体2、波导管15，在加速管管体2内部设置第一腔体6、后续腔体、边耦合腔14，第一腔体6以及后续腔体呈直线排列，相邻两个腔体之间使用束流通道连接构成腔列，束流通道的命名是第一腔体6下游的管道即命名为第一腔体下游束流通道13，同时第一腔体下游束流通道13也是第二腔体7上游束流通道；相邻两个腔体之间的边缘设置边耦合腔14，边耦合腔交错排列在腔列两侧，加速管管体2上设置有第一腔体入口通道201，电子枪与第一腔体入口通道201配合安装，波导管15连接在后续腔体上，本实施列的后续腔体有六个，包括第二至第七腔体，波导管具体设置在第四腔体上，但是波导管的位置不是固定的，可以连接在其他腔体上，即根据需求更改波导管连接的位置，同时后续腔体的数量也不是固定的，加速腔的数量是根据加速器的需求设计的，故后续腔体的数量是根据设计需求变化的；所述电子枪1的阴极101为空心结构，第一腔体6连接束流上游通道，在第一腔体6内部围绕第一腔体束流上游通道3设置有鼻锥5，第一腔体束流上游通道3前端设置束流孔渐变段4，束流孔渐变段4前端连接加速管管体2的第一腔体入口通道201。本发明适用于产生电子束或x射线的低能驻波电子加速器。加速管管体是实心圆柱形除去内部的腔体空间构成的，实际上管体就是各个腔体的腔壁，位于加速管管体内部的各个腔为真空状态，真空有利于电子的运动。

第一腔体6的单边具有鼻锥5，形成的工作模式电场正向为汇聚的喇叭口形状，正向运动电子在加速时可以获得径向聚束的作用，而反轰的电子往往处在反向加速相位，在第一腔体6的电场作用下反向运动，沿电场模式的电力线在径向进行发散的运动。反向运动的电子会打在鼻锥5上。

第一腔体6下游侧无鼻锥5，下游侧的内部为平滑面，在第一腔体6下游侧中心连接第一腔体下游束流通道13，第一腔体下游束流通道13另一端连接第二腔体7上游侧，以此类推，第一腔体下游束流通道13也是第二腔体7上游束流通道，第二腔体7下游束流通道连接第三腔体8，以此类推一直连接到第七腔体12，第七腔体12下游束流通道末端封闭，第七腔体12下游束流通道末端与第七腔体12的尾部处于平齐状态

第一腔体束流上游通道3内表面与外表面均平滑渐变到第一腔体6束流上游侧的鼻锥5，第一腔体6的单边具有鼻锥5，形成的工作模式电场正向为汇聚的喇叭口形状，正向运动电子在加速时可以获得径向聚束的作用，而反轰的电子往往处在反向加速相位，在第一腔体6的电场作用下反向运动，沿电场模式的电力线在径向进行发散的运动。

电子枪1的阴极101与阳极102之间加高压(典型值10-25kv)，空心阴极101表面的电子在静态高压电场下进行纵向加速运动，半径方向进行聚焦运动形成电子束，通过阳极102中心的束流孔后，束流直径逐渐汇聚为较小的直径，可以完整通过加速管第一腔体6束流入口通道，然后进入第一腔体6，正向运动处在加速相位的电子束获得速度调制，在纵向获得聚束加速并且在径向电子束直径得到进一步的聚焦，穿过第一腔体6，从第一腔体下游束流通道13通过到后续腔体进行加速直至打靶；进入第一腔体6处于减速相位以及自后续腔体反向运动的电子束流的电场在半径方向为发散的力，电子束在向第一腔体束流上游通道3运动过程中会散掉，打在鼻锥5和束流孔渐变段4上，能够反向通过第一腔体入口通道201的电子可以减少70％左右。由于第一腔体入口通道201的直径和电子枪1的阴极101空心直径大致相同，反轰到电子枪1阴极101的电子束流流强和功率极小，可以控制到1w以内，对电子枪1的影响可以忽略。

第一腔体6为整体式腔体，整体为短圆柱形状，两个端面的边缘设置为圆角。

第二至第七腔体的上游侧、下游侧均具有两个圆弧过渡到腔壁和束流孔。

第一腔体束流下游通道13的内径大于第一腔体6的上游束流通道内径，这样的设置可以保证更多的电子进入束流通道，也实现了减少反向运动的电子数量。

束流孔渐变段4为漏斗结构，较大端连接第一腔体束流上游通道3，较小端连接加速管管体2上的第一腔体入口通道201。

所述空心阴极101电子枪1包括阴极101和阳极102，两者均为圆盘形且中心有孔，阴极101和阳极102并列设置在加速管管体2第一腔体入口通道201一端，中心线与第一腔体入口通道201中心线重合，阳极102更加靠近加速管管体2，阴极101与阳极102相对的面为弧形面，最低点为阴极101的中心孔，阳极102与阴极101相对的面有圆环形状的凹陷，中心点为阳极102的中心孔。由于第一腔体入口通道201的直径和电子枪1的阴极101空心直径大致相同，这样反轰到电子枪1阴极101的电子束流大部分都能够直接穿过阴极101上的孔，只有极少部分能够打在电子枪1的阴极101上，不易对电子枪1的阴极101造成温度升高的情况，对电子枪1正常工作影响很小，从而达到保护电子枪1，延长电子枪1的使用寿命以及保证加速器正常工作的效果。

同时在电子枪1的阴极101上套装有聚焦极103，对发射的电子束起到汇聚作用。

波导管穿过加速管管体2，较小一端连接在第四腔体9上，并且加速管管体2与波导管15的接触位置也是密封的。

加速管管体2为两端封闭的中空圆柱，整体腔体以及边耦合腔14的组合位于加速管管体2内部，第一腔体入口通道201设置在第一腔体6所在端的加速管管体2的端面中心。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。