駐波加速管的工作特性

1、駐波加速管的工作特性顧本廣（北京醫(yī)療器械研究所提要本文全面分析了駐波加速管:的工作轉(zhuǎn)性J 了解這些工作特性對于使用、調(diào)整、 維護醫(yī)用駐波電子直線加速器等是很重要的。& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved liitprA*& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved liitprA*一、引盲自從1953年第一臺醫(yī)用電子直線加速器 （行波型正式問世以來

2、，就因其能滿足放 射治療的多方面的要求，逐步發(fā)展為當代放 射治療的主要工具，七十年代初又出現(xiàn)了加 速效率更髙的註波型醫(yī)用電子直線加速器， 發(fā)展速度加快。目前全世界各醫(yī)療機構擁有 的醫(yī)用電子直線加速器已超過2000臺，其中 駐波型估計占一半以上。在使用、調(diào)整、維護 這類裝置時需要對其心臟部件即加速管的工 作特性有所了解，關于行波加速管的工作特 性已有文章介紹，荃于駐波加速管的工作 特性則至今尚未有全面的論述。本文系統(tǒng)地 分析了駐波加速管的負載特性、功率特性及 頻率特性等工作特性，并且給岀了計算最佳 束流負載的公式，了解這些工作特性不僅對 醫(yī)用駐波電子直線加速器，而且對輻照及探 傷用駐波電子直線加

3、速器亦有必要。二、工作特性駐波加速管的工作特性是指對于已設計 制造好的加速背，其輸出參數(shù)隨輸入?yún)?shù)變 化的關系。駐波加速管的主要輸出參數(shù)有束 流加速能量、束流功率以及束流打靶后的X 線輸岀量，輸入?yún)?shù)主要有束流強度（負 載）、功率及工作頻率等。1.負載特性當加速管束流負載改變 時，會引起一系列輸出參數(shù)的變化，調(diào)節(jié)束 流負載可以通過改變電子槍的發(fā)射電流來實 現(xiàn)，小野勝弘等給出了駐波加速管中加速能 量隨束流負載變化的公式，本文將進一步 給出其它輸出參數(shù)隨束流負載變化的公式。（1）加速能量與束流負載的關系利用SUter理論，對駐波加速管的穩(wěn)態(tài) 特性進行分析，可得加速能童如下式所示。V=a-bl（la

4、）RZ.LP。cos 4）, （lb）1 + P cb =，+ b（ Z.L cos2 4,（1 c ）式中V代表駐波加速管的等效電圧 （MV）,用于代表加速能量。I為束流負 載。Z,為有效分路陰抗（MD/m） , L為加 速管長度（8，Be為波導與加速管之間 耦合度。這三個參最取決于加速管的結構尺 寸。P。為微波功率源傳輸?shù)郊铀俳枞肟谔幍?功率。A為束流的平衡相位。由（1）式不難看出加速能就隨束流負 載的増加而線性下降。當束流負載為零時，能量最髙，這時Vm“= aVm,代表空載能量。Medical Equlpmeni Vol,2,No.l.，當束流負載増加到能量T降為零時，對 應最大束流負載

5、：1 J 一 作忒 小 j_ b 店琢札心）.（2）束流輸出功率與束流負載的關系束流輸岀功率可表為 Pb= I V= a I -bl2束流輸出功率與微波源功率之比稱為束流效率，其定義為：顯然隨束流負載的變化和Pb隨束流負 載變化的關系是一致的。由式（4）、（5）不難求出對應于最大 束流輸出功率及最大束流效率的束流負載為 Ibm 圖1駐波加連管的負裁特性(Z 嚴 80MQ/m, L =0.275 叫 pc=1.8,Ibm =2 bZ.Lcos札比較式（3）及式（6）,顯然有下面 關系hnt(7)（3） X線輸岀址與束流負載的關系J =KlVn=KI （ a -bl） n （ 8 ） 式中K-0.

6、67X103為經(jīng)驗常數(shù) 對于4 MV左右之低能加速管，n = 3, 以下計算均按口 = 3考慮。對應于最大X線輸出量的束流負載Ixm 可表為：a1/ PcPo1(9)1込_ 4b _2 I廠Zs LCOS 4、比較式（6及式（9）,可得下列關 系8Ibni= 2 Ixm在圖1中給了駐波加速骨的典型的束流 負載曲線。肉TIMH989年第1 （4）束流相位對負載特性的影響在計算各種束流負載影響的公式中都出 現(xiàn)cos 4）S項，它是小野勝弘在計算能量與束 流負載關系時首先引入的，被稱為平衡 相位，下面對此問題進行一些討論。由于被加速管內(nèi)加速也場梯度很高，通 過第一、二個加速腔電子迷度即已接近光 逐，

7、因此杖振蕩樓刁、明顯，亦很難確定所謂 平衡相位的位置。比較合理的處理是將CUS ，定義為平均 加速能壘與最大加速能量的比值，在駐波加 速管中，聚束段很短，只包含一、二個加速 腔，主加速段占主要成分，在主加速段中， 電子通過加速疫時，只冇當電子到達加速腔 中心而電場亦同時升到幅值，在入口及出口 時電場同時為手時所獲得能量最大，其表示 式為：此處1代表該加速腔的長度。P.-1.6MW, cos(12)比較式(11)及(12)可得：V + = vmcos4(13)在加速相位范圍內(nèi)的平均加速能量與最 大加速能量之比可表為：2功率晴性當駐波加速管的束濟負 載一定，改變微波功率，同樣會引起輸出參 數(shù)的變動

8、，其計算公式可以用前面同樣的公式來進行。 V=a,V/P7-bl (15)Pb= az i/TTbl2 (16)J =kl (azPo-bI)n (17)其中訂=2 Be / ZtL cos(j,1 +Bc圖3給出了駐波加速體典型的功率特性 曲線。& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved liitprA*v(v)& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reser

9、ved liitprA*sin 4)2 -sin 4)= (式中血、機代表加速相位范圍的上下限。由式(14)可見，當加速相位愈集中于 電場幅值附近，則cos,愈大，其曲線示于圖 2。圖2 cos,與加速相位范圍之關系 動力學計算表明，大多數(shù)駐波加速管的加速相位范圍在120140 左右，因此cos的估算值約在0.770.83左右。 4 A/z/12R(W)圖3 駐波加速管的功率特性3 頻率特性在以上討論負載特性及功率特性時，均 假設微波源的工作頻率與駐波加速管的諧振 頻率相同，這時饋入加速管的功率最大。當工作頻率偏離加速管的諧振頻率時， 將處于失諧狀態(tài)，加速管的功率P,與微波源 的功率P。的關系

10、可表為：P4 g c可(i+B式中 f= f -fo, f。是加速管的諧振頻 率。Medical Equipment Vol.2No.l& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved liitprA*f是工作頻皋Qi=Q。是加速管固有品質(zhì)因素?？紤]工作頻率變化時的加速能量為：V = 8-bl(19)此公式適用于輕微失諧的情況。例如當 能錄變動 1%,即 y Q? (-=0.01 時，如果Qo= 15000, Bc= 2可求得對應 頻率變化厶f-40kHx,說明頻率是非常敏感

11、的參數(shù)。工作頻率的變化同樣會引起輸出束流功 率及X線輸出量的急劇變化。束流輸出功率這吋可表為：圖4駐波加速管的頻率特性(Ql = 5000)a)(半)】-bl2由此式可見，工作頻率變化對朿流輸出 功率的影響和對加速能最是一致的。X線輸出盤可表為： j=Kll_4-(2QA (半) _bl|(21)由式(21)可見，年對j的影響將比 對加速能量V的影響大三倍左右，因為由式 (8)即可看出：竽卜I竿|+3|竽|)圖4中給出了駐波加速管典型的頻率特 性曲線。1加速能雖隨束流負我量線性下降， 而束流功率及V線輸出則各存在一個最大 值。2加速能量及束流功率與隨微波源功 率成1/2次方關系，而X線輸出鈕則

12、與之 成3/2次方關系。3頻率是最敏總的參數(shù)，當半為 10量級時即引起加速能量1%的變動，X 線輸出S3%的變動。參考文獻c 1 3 Neal.R. J.A.P V.29No. 7 P . 1019 (1958)2小野勝弘 J.J.A.P. V2.No.2 ,P.277 (1973)& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved liitprA*三、小結總結以上分析的駐波加速管工作特性, 可以得出下列結論。醫(yī)療裝備1989年第1期The Working Characteris

13、tics of StandingWave Accelerating TubesGu Benguang(Beijing Medical Equipment Institute)ABSTRACT The influence of the beam loadings the power level and the rf frequency on the output parameters of standing wave accelerating tubesthe Xray energy Xray output aud the output beam power are analysed and p

14、resented in this paper.探對醫(yī)療裝備經(jīng)營機制改革的設想山東省昌樂縣人民醫(yī)院秦日盈& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved liitprA*& 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved liitprA*長期以來，衛(wèi)生事業(yè)與國民經(jīng)濟的發(fā)展 比例失調(diào)，國冢山于醫(yī)療裝備的經(jīng)費十分有 限，致使醫(yī)療單位的醫(yī)療裝備簡陋、落后。 在社會主義初級

15、階段，攻:變這種現(xiàn)狀的唯一 方法就足改革醫(yī)療裝備的經(jīng)營機制。趙紫陽同忐在黨的十三大報告中指岀： 我國經(jīng)濟體制改革已經(jīng)取得重大成就.給枕 會主義注入了新的活力。這當然也給衛(wèi)生改 革，特別是給與企業(yè)密切相關的醫(yī)疔裝備經(jīng) 營機制改革注入了新的活力。借鑒經(jīng)濟戰(zhàn)線 經(jīng)營機制改革的經(jīng)驗，啟發(fā)筆者對醫(yī)療裝備 經(jīng)營機制的改革有這樣一個設想：醫(yī)療裝備生產(chǎn)廠把自己的產(chǎn)品提供給醫(yī) 療單位，購置費由醫(yī)療單位分次或成本收回 后一次付清，拖付期間的利率由醫(yī)療單位負 擔。也可把裝備投入醫(yī)院后的經(jīng)濟收入廠方 按股份制形式褪取，可根據(jù)裝備的價值、使 用率，雙方達成股份制協(xié)議，鑒訂合同后通 過公證處公證。比如廠家給醫(yī)院提供一臺

16、SKBI型體外反搏器，出廠價3400元，配 3W0.9/7空氣壓縮弘臺，為2625元，合 計8025元。醫(yī)院裝備后用其每天治療6人 6 次，每次收費8元，每月按25天計算,6.7個 月即可收回成本，即使每日治療34人， 1年院方可連本帶利全部付清。若這臺SKB 一 I型體外反搏誥雙方同意為股份制形式， 并按收費的50%為廠方，合同訂為3年，3 年內(nèi)的維修由廠方負責，3年后裝備歸院方 所有。仍按上述使用情況計算，3年后廠方 所提取的金額為原裝備價值的152倍，而 醫(yī)院在不需投資的情況下，裝備了新器械， 引進了新技術，提高了診治水平，方便了病 人，提高了經(jīng)濟效益。再如，由廠方提供一臺心電圖機（如上 海產(chǎn)的兩用3B型為1800元）.按毎日做3 人次（