第3章駐波加速管課件

1.電子駐波加速原理發(fā)展概述

駐波型加速管是在加速段末端不接吸收負載，而接短路面，使微波在終端反射。在始端也放置短路面，微波在加速段內(nèi)多次反射，形成駐波場。在駐波場下電子沿軸線方向不斷前進同時給以加速，產(chǎn)生能量傳遞，使電子獲得高能量。

第三節(jié)

駐波型加速管1.電子駐波加速原理發(fā)展概述

1

由一系列相互耦合的諧振腔鏈組成。在諧振腔鏈中心開孔，讓電子通過，在腔中建立交變高頻場。在駐波場的作用下，電子沿軸線方向不斷加速前進，能量不斷提高。2.結(jié)構(gòu)由一系列相互耦合的諧振腔鏈組成。在諧振2

同步加速條件滿足同步條件下，電子能量增益3、駐波加速原理

——駐波觀點分析

3、駐波加速原理

——駐波觀點分析

3——行波觀點分析

駐波可以分解成兩個行波的疊加——行波觀點分析

駐波可以分解成兩個行波的疊加45、駐波加速管分類

①每腔相移：π,

π/2,2π/3,0

π/2模具有最大的模式間隔，具有最大的群速度。因此工作穩(wěn)定性最好。不過它有半數(shù)腔不激勵，它只起功率耦合的作用，因此整個結(jié)構(gòu)的分流阻抗很低。5、駐波加速管分類

①每腔相移：π,π/2,2π/5

②結(jié)構(gòu)包括周期數(shù)：單、雙、三周期

把工作在π/2模腔鏈中的耦合腔加以壓縮，延長加速腔，只要兩者諧振頻率保持一致，則腔鏈仍顯示π/2工作特性，而由于邊速腔鏈得以延長，分流阻抗提高了，腔鏈由兩種結(jié)構(gòu)周期不同的腔體組成，而變成了雙周期結(jié)構(gòu)。②結(jié)構(gòu)包括周期數(shù)：單、雙、三周期6第3章駐波加速管課件7

③耦合孔位置：軸耦合、邊耦合、環(huán)腔耦合

邊耦合：把耦合腔從束流軸線上移開，放在加速腔的外邊，加速腔的外邊有耦合孔和耦合腔（外邊腔）耦合，相鄰的加速腔通過耦合（邊）腔相互耦合在一起，而相鄰的加速腔之間的中孔只起束流通過道作用，而不起功率耦合作用，這樣加速腔長度擴展了一倍，從而有可能獲得最大的分流阻抗，這是有名的邊耦合駐波加速結(jié)構(gòu)。廣泛采用的是磁邊耦合及磁軸耦合的雙周期結(jié)構(gòu)

③耦合孔位置：軸耦合、邊耦合、環(huán)腔耦合8第3章駐波加速管課件96、主要特性參數(shù)1.特性阻抗：單位長度上消耗的微波功率PT與l的加速波導(dǎo)所能建立起來的最大電壓V平方值之比。2.渡越時間因子：電子穿過加速波導(dǎo)所需的時間稱為渡越時間。6、主要特性參數(shù)1.特性阻抗：103.無載品質(zhì)因素Q0：

射頻周期內(nèi)每個弧度內(nèi)腔中儲存的能量W與所消耗的功率PT的比值4.有效特征阻抗：單位長度上所損耗的微波功率和電子在單位上獲得能量的平方值之比。3.無載品質(zhì)因素Q0：117、電子注入和群聚采用群聚器，一般由兩三個群聚腔組成，要求俘獲系數(shù)大，加速器出口能量高，能譜窄。7、電子注入和群聚12三、行、駐波加速管性能比較

1、在微波功率相同的條件下，駐波加速管可以在更短的加速結(jié)構(gòu)上使電子獲得更高的能量。同時，束流的散焦變得不十分嚴重，使聚焦系統(tǒng)可簡單化。因此，駐波加速器機型小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單總功率消耗小等優(yōu)點。

2、駐波加速腔內(nèi)加速電場高，便可降低對電子流注入電壓的要求，注入電壓只需l～10KV,從而降低了對電子槍的耐壓要求,減小了電子槍的體積及結(jié)構(gòu)尺寸。三、行、駐波加速管性能比較

1、在微波功率相同的條13

3、駐波加速管可與電子槍做成密封結(jié)構(gòu)，使靜態(tài)真空度(10-8～10-9mmHg)及動態(tài)真空度(10-7mmHg)都比行波加速管高出一個數(shù)量級。因此，電子槍可以采用氧化物陰極。有利降低陰極工作溫度，從而延長了電子槍的使用壽命。4.駐波加速結(jié)構(gòu)場的建立具有較長的建成時間，一般1.5us左右場值才能達到穩(wěn)定值的90%。因此必須采用長脈沖的微波功率源，脈沖寬度一般為4us，而行波加速器微波功率脈沖寬度一般可以是2us。第3章駐波加速管課件145.駐波加速結(jié)構(gòu)的窄帶工作特性使得機器對頻率自動穩(wěn)定系統(tǒng)有更高的要求，加之以駐波加速器的建成特性，機器對環(huán)流器和隔離器的性能要求就更高了。6.駐波加速器場的建成時間長以及聚束過程不充分，因此電子能譜遠差于電子行波加速器，第3章駐波加速管課件15第四節(jié)真空系統(tǒng)

真空技術(shù)應(yīng)用主要作用：避免加速管內(nèi)放電擊穿防止電子槍陰極中毒、鎢絲材料的熱子或燈絲氧化減少電子與殘余氣體的碰撞損失

加速管真空系統(tǒng)的形式：全密封駐波加速管具有可拆卸密封的駐波加速管具有可拆卸密封的行波加速管第四節(jié)真空系統(tǒng)真空技術(shù)應(yīng)用16第3章駐波加速管課件17第3章駐波加速管課件18第3章駐波加速管課件19第3章駐波加速管課件20壓強

1標準大氣壓(ATM)=101325帕(Pa)≈0.1MPa1托(Torr)=1.333224×102帕(Pa)，1帕(Pa)=7.5×10-3托(Torr)粗真空：760～10Torr105～102Pa低真空(中真空)：10～10-3Torr102-10-1Pa高真空：10-3～10-8Torr10-1～10-5Pa超高真空：10-8～10-12Torr10-5～10-9Pa極高真空：<10-12Torr<10-9Pa真空區(qū)域劃分壓強

1標準大氣壓(ATM)=101325帕211.工作原理

真空的實質(zhì)就是具有較低氣體分子濃度的空間。因此,只要降低空間的氣體分子濃度就能獲得真空,而不必有實際上的排氣過程。鈦泵正是基于此原理制造的。通過加熱、電離等方法使鈦原子與空間氣體分子發(fā)生一系列復(fù)雜的物理和化學反應(yīng),使氣體分子伴隨鈦原子一起沉積下來,從而達到降低空間氣體分子濃度的目的。這就是鈦泵的基本工作原理。這與壓縮泵的原理(即將氣體從一方壓縮到另一方來獲得真空)有所不同。鈦泵1.工作原理鈦泵222.分類：冷鈦泵不需要加熱發(fā)射電子，是一種表面吸附型的濺射離子泵，其基本原理是泵內(nèi)的電子在正交電磁場作用下，沿陽極軸作螺旋運動。當氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的電子碰撞時，則氣體分子產(chǎn)生電離，離子在電場的作用下轟擊陰極鈦板，使鈦強烈濺到陽極的表面，管殼內(nèi)表面形成新鮮的鈦膜，把氣體分子吸附或掩埋而達到抽氣的目的。

2.分類：23熱鈦泵：靠加熱或電子轟擊使鈦的溫度升高到1200~1500℃,不斷升華并沉積于泵壁內(nèi)表面,形成新鮮的活性薄膜,不斷吸收和掩埋氣體分子而達到抽氣的目的,也叫鈦升華泵．

熱鈦泵：243．結(jié)構(gòu)

二極鈦泵：永久磁鐵：0.1～0.3T軸向磁場陽極：不銹鋼薄壁圓筒組成。鈦陰極板：３～７KV電壓。3．結(jié)構(gòu)

二極鈦泵：25

1.電場作用將兩個陰極間的電子拉向陽極，在向陽極中心線運動時，速度是越來越快，穿過中心線后，受到另一邊陰極的斥力作用，開始減速運動，快到陰極時，速度變?yōu)榱愣崔D(zhuǎn)。2.軸向的磁場使電子作圓周運動，阻止電子直接快速的飛向陽極。電磁場的總作用是使電子以螺旋運動的形式貼近陽極，在陽極周圍形成一層電子云，增加電子與殘余氣體碰撞產(chǎn)生電離的機會。1.電場作用將兩個陰極間的電子拉向陽極，在向陽極中心線26平均自由路程：

電子在真空中碰撞與下次碰撞之間所經(jīng)歷的平均路程。繁流二次電子：氣體分子與高速的電子碰撞產(chǎn)生電離，形成一個或多個電子，這些電子受到電磁場的約束而進入旋轉(zhuǎn)電子云，當它電離時又產(chǎn)生新的電子，稱為繁流二次電子。平均自由路程：27濺射：

氣體離子撞擊陰極，并從陰極表面釋放一個或多個原子的過程稱為濺射。濺射出來的鈦原子沉積在陽極內(nèi)壁和陰極板上，形成新鮮的鈦膜，維持鈦泵的抽氣能力。濺射系數(shù)：一個離子轟擊鈦板所濺射的鈦原子數(shù)稱為濺射系數(shù)。

第3章駐波加速管課件28工作過程

潘寧放電：首先,電源啟動,在陰陽極板間產(chǎn)生高壓。由于級間距離很近,根據(jù)E=U/d可知,電場強度E數(shù)值非常大,尤其在陽極筒壁邊緣處。在強大的電場和與之平行的磁場作用下,電子以螺旋線方式高速運動,由于電子運動行程的增加,大大提高了與氣體分子碰撞的幾率。電子在空間與氣體分子碰撞產(chǎn)生正離子和二次電子,產(chǎn)生的電子繼續(xù)與氣體分子碰撞產(chǎn)生新的正離子和電子。此種放電稱為潘寧放電,潘寧放電能在很低的壓強下進行。

工作過程潘寧放電：29三極鈦泵三極鈦泵304.排氣機理：有機氣體：容易吸附，被電子轟擊后分解沉積?；钚詺怏w：如氧氣、一氧化碳和氮氣等靠與陽極筒內(nèi)壁表面的鈦膜產(chǎn)生化學吸附，形成固態(tài)化合物。氫氣：開始由離子掩埋，然后是由中性吸收和擴散到鈦膜形成氫化物。惰性氣體：被電離后，形成正離子，然后以離子的形式轟擊鈦膜，離子得到電子而形成中性原子，然后又反射到陽極泵壁，隨之又被新蒸發(fā)的鈦膜掩埋。

第3章駐波加速管課件315.鈦泵的排氣機理有機氣體：容易吸附，被電子轟擊后分解沉積?；钚詺怏w：如氧氣、一氧化碳和氮氣等靠與陽極筒內(nèi)壁表面的鈦膜產(chǎn)生化學吸附，形成固態(tài)化合物。氫氣：開始由離子掩埋，然后是由中性吸收和擴散到鈦膜形成氫化物。惰性氣體：被電離后，形成正離子，然后以離子的形式轟擊鈦膜，離子得到電子而形成中性原子，然后又反射到陽極泵壁，隨之又被新蒸發(fā)的鈦膜掩埋。

第3章駐波加速管課件32溫控系統(tǒng)原因：1.加速器中許多部件會產(chǎn)生大量的熱量。2.某些部件需要保持在某精確的溫度范圍內(nèi)。直線加速器常用水循環(huán)進行冷卻，使以上的部件保持在相對恒溫的狀態(tài)。溫控系統(tǒng)原因：33加速器水冷系統(tǒng)框圖加速器水冷系統(tǒng)框圖34

1.電子駐波加速原理發(fā)展概述

駐波型加速管是在加速段末端不接吸收負載，而接短路面，使微波在終端反射。在始端也放置短路面，微波在加速段內(nèi)多次反射，形成駐波場。在駐波場下電子沿軸線方向不斷前進同時給以加速，產(chǎn)生能量傳遞，使電子獲得高能量。

第三節(jié)

駐波型加速管1.電子駐波加速原理發(fā)展概述

35

由一系列相互耦合的諧振腔鏈組成。在諧振腔鏈中心開孔，讓電子通過，在腔中建立交變高頻場。在駐波場的作用下，電子沿軸線方向不斷加速前進，能量不斷提高。2.結(jié)構(gòu)由一系列相互耦合的諧振腔鏈組成。在諧振36

同步加速條件滿足同步條件下，電子能量增益3、駐波加速原理

——駐波觀點分析

3、駐波加速原理

——駐波觀點分析

37——行波觀點分析

駐波可以分解成兩個行波的疊加——行波觀點分析

駐波可以分解成兩個行波的疊加385、駐波加速管分類

①每腔相移：π,

π/2,2π/3,0

π/2模具有最大的模式間隔，具有最大的群速度。因此工作穩(wěn)定性最好。不過它有半數(shù)腔不激勵，它只起功率耦合的作用，因此整個結(jié)構(gòu)的分流阻抗很低。5、駐波加速管分類

①每腔相移：π,π/2,2π/39

②結(jié)構(gòu)包括周期數(shù)：單、雙、三周期

把工作在π/2模腔鏈中的耦合腔加以壓縮，延長加速腔，只要兩者諧振頻率保持一致，則腔鏈仍顯示π/2工作特性，而由于邊速腔鏈得以延長，分流阻抗提高了，腔鏈由兩種結(jié)構(gòu)周期不同的腔體組成，而變成了雙周期結(jié)構(gòu)。②結(jié)構(gòu)包括周期數(shù)：單、雙、三周期40第3章駐波加速管課件41

③耦合孔位置：軸耦合、邊耦合、環(huán)腔耦合

邊耦合：把耦合腔從束流軸線上移開，放在加速腔的外邊，加速腔的外邊有耦合孔和耦合腔（外邊腔）耦合，相鄰的加速腔通過耦合（邊）腔相互耦合在一起，而相鄰的加速腔之間的中孔只起束流通過道作用，而不起功率耦合作用，這樣加速腔長度擴展了一倍，從而有可能獲得最大的分流阻抗，這是有名的邊耦合駐波加速結(jié)構(gòu)。廣泛采用的是磁邊耦合及磁軸耦合的雙周期結(jié)構(gòu)

③耦合孔位置：軸耦合、邊耦合、環(huán)腔耦合42第3章駐波加速管課件436、主要特性參數(shù)1.特性阻抗：單位長度上消耗的微波功率PT與l的加速波導(dǎo)所能建立起來的最大電壓V平方值之比。2.渡越時間因子：電子穿過加速波導(dǎo)所需的時間稱為渡越時間。6、主要特性參數(shù)1.特性阻抗：443.無載品質(zhì)因素Q0：

射頻周期內(nèi)每個弧度內(nèi)腔中儲存的能量W與所消耗的功率PT的比值4.有效特征阻抗：單位長度上所損耗的微波功率和電子在單位上獲得能量的平方值之比。3.無載品質(zhì)因素Q0：457、電子注入和群聚采用群聚器，一般由兩三個群聚腔組成，要求俘獲系數(shù)大，加速器出口能量高，能譜窄。7、電子注入和群聚46三、行、駐波加速管性能比較

1、在微波功率相同的條件下，駐波加速管可以在更短的加速結(jié)構(gòu)上使電子獲得更高的能量。同時，束流的散焦變得不十分嚴重，使聚焦系統(tǒng)可簡單化。因此，駐波加速器機型小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單總功率消耗小等優(yōu)點。

2、駐波加速腔內(nèi)加速電場高，便可降低對電子流注入電壓的要求，注入電壓只需l～10KV,從而降低了對電子槍的耐壓要求,減小了電子槍的體積及結(jié)構(gòu)尺寸。三、行、駐波加速管性能比較

1、在微波功率相同的條47

3、駐波加速管可與電子槍做成密封結(jié)構(gòu)，使靜態(tài)真空度(10-8～10-9mmHg)及動態(tài)真空度(10-7mmHg)都比行波加速管高出一個數(shù)量級。因此，電子槍可以采用氧化物陰極。有利降低陰極工作溫度，從而延長了電子槍的使用壽命。4.駐波加速結(jié)構(gòu)場的建立具有較長的建成時間，一般1.5us左右場值才能達到穩(wěn)定值的90%。因此必須采用長脈沖的微波功率源，脈沖寬度一般為4us，而行波加速器微波功率脈沖寬度一般可以是2us。第3章駐波加速管課件485.駐波加速結(jié)構(gòu)的窄帶工作特性使得機器對頻率自動穩(wěn)定系統(tǒng)有更高的要求，加之以駐波加速器的建成特性，機器對環(huán)流器和隔離器的性能要求就更高了。6.駐波加速器場的建成時間長以及聚束過程不充分，因此電子能譜遠差于電子行波加速器，第3章駐波加速管課件49第四節(jié)真空系統(tǒng)

真空技術(shù)應(yīng)用主要作用：避免加速管內(nèi)放電擊穿防止電子槍陰極中毒、鎢絲材料的熱子或燈絲氧化減少電子與殘余氣體的碰撞損失

加速管真空系統(tǒng)的形式：全密封駐波加速管具有可拆卸密封的駐波加速管具有可拆卸密封的行波加速管第四節(jié)真空系統(tǒng)真空技術(shù)應(yīng)用50第3章駐波加速管課件51第3章駐波加速管課件52第3章駐波加速管課件53第3章駐波加速管課件54壓強

1標準大氣壓(ATM)=101325帕(Pa)≈0.1MPa1托(Torr)=1.333224×102帕(Pa)，1帕(Pa)=7.5×10-3托(Torr)粗真空：760～10Torr105～102Pa低真空(中真空)：10～10-3Torr102-10-1Pa高真空：10-3～10-8Torr10-1～10-5Pa超高真空：10-8～10-12Torr10-5～10-9Pa極高真空：<10-12Torr<10-9Pa真空區(qū)域劃分壓強

1標準大氣壓(ATM)=101325帕551.工作原理

真空的實質(zhì)就是具有較低氣體分子濃度的空間。因此,只要降低空間的氣體分子濃度就能獲得真空,而不必有實際上的排氣過程。鈦泵正是基于此原理制造的。通過加熱、電離等方法使鈦原子與空間氣體分子發(fā)生一系列復(fù)雜的物理和化學反應(yīng),使氣體分子伴隨鈦原子一起沉積下來,從而達到降低空間氣體分子濃度的目的。這就是鈦泵的基本工作原理。這與壓縮泵的原理(即將氣體從一方壓縮到另一方來獲得真空)有所不同。鈦泵1.工作原理鈦泵562.分類：冷鈦泵不需要加熱發(fā)射電子，是一種表面吸附型的濺射離子泵，其基本原理是泵內(nèi)的電子在正交電磁場作用下，沿陽極軸作螺旋運動。當氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的電子碰撞時，則氣體分子產(chǎn)生電離，離子在電場的作用下轟擊陰極鈦板，使鈦強烈濺到陽極的表面，管殼內(nèi)表面形成新鮮的鈦膜，把氣體分子吸附或掩埋而達到抽氣的目的。

2.分類：57熱鈦泵：靠加熱或電子轟擊使鈦的溫度升高到1200~1500℃,不斷升華并沉積于泵壁內(nèi)表面,形成新鮮的活性薄膜,不斷吸收和掩埋氣體分子而達到抽氣的目的,也叫鈦升華泵．

熱鈦泵：583．結(jié)構(gòu)

二極鈦泵：永久磁鐵：0.1～0.3T軸向磁場陽極：不銹鋼薄壁圓筒組成。鈦陰極板：３～７KV電壓。3．結(jié)構(gòu)

二極鈦泵：59

1.電場作用將兩個陰極間的電子拉向陽極，在向陽極中心線運動時，速度是越來越快，穿過中心線后，受到另一邊陰極的斥力作用，開始減速運動，快到陰極時，速度變?yōu)榱愣崔D(zhuǎn)。2.軸向的磁場使電子作圓周運動，阻止電子直接快速的飛向陽極。電磁場的總作用是使電子以螺旋運動的形式貼近陽極，在陽極周圍形成一層電子云，增加電子與殘余氣體碰撞產(chǎn)生電離的機會。1.電場作用將兩個陰極間的電子拉向陽極，在向陽極中心線60平均自由路程：

電子在真空中碰撞與下次碰撞之間所經(jīng)歷的平均路程。繁流二次電子：氣體分子與高速的電子碰撞產(chǎn)生電離，形成一個或多個電子，這些電子受到電磁場的約束而進入旋轉(zhuǎn)電子云，當它電離時又產(chǎn)生新的電子，稱為繁流二次電子。平均自由路程：61濺射：

氣體離子撞擊陰極，并從陰極表面釋放一個或多個原子的過程稱為濺射。濺射出來的鈦原子沉積在陽極內(nèi)壁和陰極板上，形成新鮮的鈦膜，維持鈦泵的抽氣能力。濺射系數(shù)：一個離子轟擊鈦板所濺射的鈦原子數(shù)稱為濺射系數(shù)。

第3章駐波加速管課件62工作過程

潘寧放電：首先,電源啟動,在陰陽極板間產(chǎn)生高壓。由于級間距離很近,根據(jù)E=U/d可知,電場強度E數(shù)值非常大,尤其