一种集成微波源的粒子加速器

本发明属于粒子加速器，具体涉及一种集成微波源的粒子加速器。

背景技术：

1、粒子加速器是科学研究、癌症治疗、材料加工、食品处理、安全检查等领域的重要工具。直线加速器是一种主流的加速器方案，其核心想法是，在谐振腔链中激励起合适的微波模式，让粒子经过每个加速腔时都感受到加速电场，能量持续增加。

2、然而，传统的直线加速器需要额外的微波功率源和微波传输系统。另外，强流粒子束在加速结构中传输时，受空间电荷力和射频散焦力影响而膨胀，相当一部分的带电粒子将损失在加速结构内部，这限制了加速器的束流功率和品质，并会产生额外的辐射、加速设备老化。为提高电子束传输效率、降低寄生辐射、改善束团品质、延长设备的使用寿命，通常需要磁聚焦系统。因此，完整的直线加速器系统成本高、体积大、安装和移动不便，难以应用于精准医疗、航空航天等对小型化、便携性要求高的场合。

技术实现思路

1、解决的技术问题：为了解决现有技术中直线加速器难以应用于精准医疗、航空航天等对小型化、便携性要求高的场合的技术问题，本发明公开了一种集成微波源的粒子加速器，有效提高了直线加速器装置的便携性。

2、技术方案：

3、一种集成微波源的粒子加速器，所述粒子加速器包括阴极、外导体、内导体、截止颈导体、收集极、聚焦磁铁；内导体和外导体通过收集极相连；所述聚焦磁铁包裹设置在壳体外侧，壳体内设置有圆柱状腔体；

4、所述阴极包括阴极底座、中央阴极和环形阴极；

5、在所述外导体内壁装备或加工反射腔、慢波结构、提取腔，构成微波产生区；在所述内导体内壁装备或加工盘荷波导，构成加速区；微波产生区和加速区通过位于截止颈导体和内导体之间的真空耦合间隙相通；

6、所述聚焦磁铁包裹设置在外导体外侧；

7、所述截止颈导体的截面呈环形，且截面与腔体侧壁相互垂直，截止颈导体的外壁与外导体内壁之间具有环形的真空间隙；所述阴极底座和收集极分别位于腔体的两个端部；

8、所述反射腔设置在外导体内壁，临近截止颈导体；所述提取腔设置在临近收集极的外导体内壁上；

9、所述阴极底座产生驱动电子注和见证电子注，其中，驱动电子注呈环形，经过截止颈导体与外导体之间的间隙后注入微波产生区，与慢波结构发生相互作用，逐渐减速，激励起微波，产生的微波经过耦合间隙进入中央的加速区，在加速区中逐渐积累，对自截止颈导体中心的通孔注入加速区的见证电子注进行加速。

10、进一步地，所述阴极底座呈圆盘状，其边缘处垂直设置有用于产生驱动电子注的环形阴极，中心处垂直设置有用于见证电子注的中央阴极。

11、进一步地，所述慢波结构包括准周期性地设置在外导体内壁上的若干个第一凹槽。

12、进一步地，所述反射腔为设置在外导体内壁上的单个第二凹槽。

13、进一步地，所述提取腔为设置在腔体侧壁上的第三凹槽。

14、进一步地，所述加速区采用盘荷波导作为加速结构，工作在π/2模式。

15、有益效果：

16、第一，本发明的集成微波源的粒子加速器，复用了微波源和加速器的聚焦磁铁等，降低了制造成本，减小了装置规模，并能够有效提高加速管的俘获效率、降低寄生辐射、改善束团品质、延长设备寿命。

17、第二，本发明的集成微波源的粒子加速器，不需要额外搭设导波系统，极大地简化了安装过程，提高了直线加速器装置的便携性。

技术特征：

1.一种集成微波源的粒子加速器，其特征在于，所述粒子加速器包括阴极、外导体、内导体、截止颈导体、收集极、聚焦磁铁；内导体和外导体通过收集极相连；所述聚焦磁铁包裹设置在壳体外侧，壳体内设置有圆柱状腔体；

2.根据权利要求1所述的集成微波源的粒子加速器，其特征在于，所述阴极底座呈圆盘状，其边缘处垂直设置有用于产生驱动电子注的环形阴极，中心处垂直设置有用于见证电子注的中央阴极。

3.根据权利要求1所述的集成微波源的粒子加速器，其特征在于，所述慢波结构包括准周期性地设置在外导体内壁上的若干个第一凹槽。

4.根据权利要求1所述的集成微波源的粒子加速器，其特征在于，所述反射腔为设置在外导体内壁上的单个第二凹槽。

5.根据权利要求1所述的集成微波源的粒子加速器，其特征在于，所述提取腔为设置在腔体侧壁上的第三凹槽。

6.根据权利要求1所述的集成微波源的粒子加速器，其特征在于，所述加速器采用盘荷波导，腔链工作在π/2模式。

技术总结
本发明公开了一种集成微波源的粒子加速器，包括阴极、外导体、内导体、截止颈导体、收集极、聚焦磁铁；内导体和外导体通过收集极相连；所述聚焦磁铁包裹设置在壳体外侧，壳体内设置有圆柱状腔体；所述阴极底座产生驱动电子注和见证电子注，其中，驱动电子注呈环形，经过截止颈与腔体之间的间隙后注入环形的微波产生区，与非均匀慢波结构发生相互作用，逐渐减速，激励起微波，产生的微波沿着驱动电子注运动的反方向传播，经过耦合间隙进入中央的加速区，在加速区中逐渐积累，对自截止颈中心的通孔注入加速区的见证电子注进行加速。本发明不需要额外搭设导波系统，极大地简化了安装过程，提高了直线加速器装置的便携性。

技术研发人员：刘维浩,张子靖,杨熠皓
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16