高壓脈衝加速器

高壓脈衝加速器利用電壓倍加原理產生高電壓來加速粒子的一種加速器。

基本介紹

• 中文名：高壓脈衝加速器
• 套用領域：物理工程

原理

高壓脈衝加速器是採用高頻電場來加速粒子的。高壓脈衝加速器既能加速質子和重離子，也能加速電子，加速質子的稱為質子高壓脈衝加速器，加速電子的稱為電子高壓脈衝加速器。質子高壓脈衝加速器的能量從幾十到幾百兆電子伏。電子高壓脈衝加速器的能量可從幾兆到幾十兆電子伏。高壓脈衝加速器可作為高能加速器（或對撞機）的注入器，此外在醫療和工業探傷方面也有廣闊的套用前景。

質子高壓脈衝加速器一般採用高頻電場來加速。加速器的外殼是1-2米的大圓筒，內壁是銅製成的，光潔如鏡。沿加速腔的軸線方向，裝有好多個金屬圓管，稱為漂移管。漂移管之間的間隙稱為加速間隙。漂移管一個比一個長，而間隙也是一段比一段大。當施加高頻電源後，在加速間隙中產生較高的高頻電場。我們知道，高頻電場的方向和大小是隨時間迅速變化的，漂移管設計得很巧妙，它好像一個個“防空洞”，洞中設有高頻電場，當粒子的飛行方向與電場方向相同時則使粒子加速，當粒子飛行方向與電場方向相反時，粒子正好躲在“防空洞”中，而不會受到電場反向造成的減速；當電場方向又變得和粒子飛行方向一致時，粒子剛好從前一個“防空洞”出來，在第二個加速間隙中得到加速，電場改變時，又正好躲在下一個“防空洞”。就這樣粒子每經過一個加速間隙就受到一次加速，經過若干個這樣的間隙，就能使粒子具有較高的能量。

優缺點

高壓脈衝加速器具有束流強度高、能量可逐節增加等優點，缺點是需要昂貴的高頻、微波功率源。而且高壓脈衝加速器的優點是從零速開始加速很方便，絕大部分回旋加速器的起始加速段（注入器）都是高壓脈衝加速器；而且加速重粒子在能量損失方面比起同步加速器來說比較有優勢，因為重粒子偏轉需要的向心加速度更大；另外事實上都造到很大的時候高壓脈衝加速器反而比較不占地方。

性能分析

1、具有從紅外線到硬X射線廣泛範圍內的光滑連續譜。如使用單色器，可獲得一定波長的單色光。

2、輻射強度高，一個儲存環的輻射總功率常在數千瓦以上。

3、天然準直性好，其發散度一般小於1毫弧度。

4、輻射亮度高，一般比X射線轉靶的標識輻射亮度高10倍，比連續軔致輻射亮度高10倍。

5、具有天然的偏振性。在軌道平面上是完全偏振光，其電矢量平行於軌道平面。

6、潔淨度很高。因同步輻射是自由電子發光的，不產生其他粒子本底。

7、可實現脈衝化，脈寬可達0.01～1納秒或更短。

8、光通量、能量分布及偏振度等均可準確計算，並和實驗值很好地相符合，因此可做為標準光源。

套用領域

高壓脈衝加速器多用於光核反應和介子物理等方面的研究。同步輻射裝置作為性能良好的新型光源，在原子、分子物理、固體物理、表面物理、天體物理、化學、生物學、醫學、環境科學、能源科學、材料科學、光刻技術、顯微技術和光學標準計量等等許多科學技術領域裡，得到越來越廣泛的套用。

故障維修處理

1、定期記錄機器的電氣參數

一些原始數據的記錄，有助於提供機器穩定性檢查，及時發現隱患。主要的參數有：鈦泵電流、加速管電流、加速管燈絲電流、加速管燈絲電壓、磁控管燈絲電壓、磁控管燈絲電流、磁控管電流及波形、充電電流波形及電流。這些參數可作維修參考，並作為加速管、磁控管壽命判斷依據。

2、定期更換冷水機內的冷卻水

每半年更換一次水系統的蒸餾水，清洗或更換過濾器，水路不通暢、水壓低可導致加速器輸出劑量率減少，影響磁控管、加速管（靶）的壽命。

3、更換真空管應注意的問題

更換閘流管，注意：在關機一段時間後，等管冷卻，插拔管要托住其底部，防止玻璃破裂；注意管的冷卻風扇正常工作，否責嚴重影響其壽命，管燈絲電壓不能小於6V。

更換磁控管應注意以下幾個容易忽略的問題：輸出波導的新舊型號的尺寸；安裝螺絲的質量；注意水冷卻銅管不能亂扳（可用加熱後冷卻的方法軟化）；不能用鋼鐵工具敲磁鋼；橡膠墊圈的質量和大小。

更換加速管應注意：拆下管前，先記下四周3個調節對稱性的螺絲的位置及相應的調節量（縫隙），這樣在裝入新管後其對稱不會偏差太大、調節容易；同樣注意不要亂板其冷卻銅管，小心漏水；把燈絲高壓線換掉，保證其性能；注意把鈦泵的磁鋼裝上；若鈦泵不工作，加速管將因真空惡化損壞。