用于测量紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压的方法技术

本发明专利技术公开一种用于测量紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压的方法，该方法基于轫致辐射原理，具体包括下述步骤：将加速器高频腔中探测点发出的轫致辐射X射线通过准直孔传播到加速器外部；使用探测器测出上述射线全能峰能谱；所述加速器高频腔中腔体峰值电压与所述射线最大能量具有一定对应关系，通过测得的射线能谱最大值，测定高频腔体的峰值电压。本发明专利技术原理简单可靠，可行性高，操作性强，可以准确的得出高频腔峰值电压，更重要的是，与传统电子学测量方法相比，可以避免诸多因素对腔体分布参数的影响，可以准确反映高频腔峰值电压，以满足加速器物理调束要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用轫致辐射原理测量高频谐振腔电压的方法，特别是涉及一种医用紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压测量的方法。
技术介绍
回旋加速器在核医学领域有着广泛的应用，尤其是在放射性药物制药，肿瘤治疗等领域做出了巨大的贡献。质子回旋加速器的高频谐振腔体由高频发射机激励，工作峰值电压为80kV-150kV。它的作用是在腔体电极与地之间的缝隙中形成高频电场。每当离子束团通过缝隙时，便受到电场力的谐波加速。加速后获得的能量增益ΔW与腔体的电压成正比。因此，腔体电压的高低和稳定性与调束及束流品质、强度有着密切的关系。谐振腔DEE板电压测试是十分必要的。使用传统方法(如直接测量法、网络分析仪测量、利用Q值法测量等)对腔体电压进行直接测量，在测量过程中，由于电子元件物理特性变化以及测量探测器与腔体连接所造成的腔体分布参数、特性阻抗的改变，而使腔体电压的正常分布和取样电压的准确性受到影响。测量方式和方法均有失稳妥，很难准确测量高频腔体电压的大小，并且受多种条件的限制，这给调束带来不便。因此，如何采用一种间接测量方法，即测量过程中避免与腔体的直接接触，能比较准确的反映加速器高频腔的实际工作电压值显得十分必要，也很有意义。本专利技术就是基于轫致辐射原理的一种间接测量高频腔电压峰值的方法，测量结果更加精确。应用于加速器轫致辐射原理：在加速器无束流注入的情况下，当高频腔体上激励数十kV高频峰值电压时，高频电极间的场致发射电子会被高频电场加速。当这些被加速的电子碰到加速电极材料时，会与材料物质原子核库仑场相互作用发生碰撞而损失能量，引起原子内层电子的跃迁而发射出电磁波，产生一种连续能谱的X射线。因此，若能测得轫致辐射所产生的X射线能谱，并且能找出能谱与高频腔电压关系，就能间接测量加速器高频腔电压。相对于传统电子学测量方式有诸多优势，测试结果更为准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于测量紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压的方法，该方法主要解决了在高频腔电压测试中探针直接接触腔体而造成很难测准等问题，能够准确测量高频腔DEE板峰值电压，为高频腔调谐提供参考；其具有原理简单可靠，可行性高，操作性强等特点。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：用于测量紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压的方法，该方法基于轫致辐射原理，将加速器高频腔中高速电子与腔壁碰撞在探测点发出轫致辐射X射线通过准直孔传播到加速器外部，传播过程能量大小不变且具有连续能谱；使用合适的探测器测出该射线全能峰能谱，而腔体峰值电压与射线最大能量具有一定对应关系，于是测得射线能谱的最大值，也就测定了高频腔体的峰值电压。高频腔峰值电压范围为80kV-150kV，所测轫致辐射能谱能量不超过150keV，为低能区。探测器所探测的射线能谱最大值与高频腔峰值电压对应关系为Emax＝eVmax，其中E为能谱能量最大值，e为电子电量，Vmax为腔体峰值电压。高频腔峰值电压位置根据理论分析及仿真软件模拟确定，该位置即为探测点，位于高频腔DEE板外侧距离中心点最远处。准直孔位于探测点正上方，直径为10mm，即避免孔径过大对加速器铁轭磁场造成影响，又避免孔径过小造成探测效率较低。探测器在低能区有较好分辨率，因此选用高纯锗(Ge)探测器，5.9KeV分辨率为300eV，122KeV分辨率为585eV。为保证探测效率较高，探测器与探测点距离尽可能较小，因此探测器安装时紧贴加速器外壁，位置为准直孔外出口正上方。为减小热激发载流子反向电流引起的噪声以及保持Ge+与受主离子补偿形成的“离子对”不被破坏，高纯锗探测器应保持于液氮温度(-196℃)。因此需要液氮杜瓦瓶提供冷却，杜瓦瓶容量7L，主要目的是保证探测器能正常工作。探测器所在位置有铁轭产生的很强的杂散磁场，这会对探测器中电子元件产生干扰，因此需要对探测器进行磁屏蔽，屏蔽后保证探测器电子学元件可以正常工作；具体地，所述高纯锗探测器位于探测器屏蔽器内。根据加速器内部运行要求，加速器高频腔内部处于真空状态，因此需要在准直孔处做好密封处理，保证开孔不会破坏加速器内部真空环境。本专利技术的有益效果：本专利技术基于轫致辐射原理，利用加速器高频腔中高速电子与腔壁碰撞在探测点发出轫致辐射X射线，部分射线通过准直孔传播到加速器外部，传播过程能量大小不变且具有连续能谱；使用探测器测出该射线全能峰能谱，而腔体峰值电压与X射线最大能量具有一定对应关系，于是测得X射线能谱的最大值，也就测定了高频腔体的峰值电压；本专利技术原理简单可靠，可行性高，操作性强，可以准确的得出高频腔峰值电压；更重要的是，与传统电子学测量方法相比，可以避免诸多因素对腔体分布参数的影响，可以准确反映高频腔峰值电压，以满足加速器物理调束要求；本专利技术是一种间接测量高频腔电压的方法，可以避免直接测量过程中探针接触腔体而造成腔体分布参数改变等诸多影响，测量结果更加准确。附图说明为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术探测高频腔电压峰值原理图；图2为本专利技术沿准直孔外出口轴线向外磁场分布图；图1中：1-杜瓦瓶；2-探测器；3-准直孔；4-探测点；5-高频腔内Dee板；6-高频腔；7-铁轭内部磁铁；8-加速器铁轭；9-探测器屏蔽器；图2中：横坐标表示磁场分布选取的位置(以图1中的中平面为基准,X-coord、Y-coord、Z-coord为位置的三维坐标)，单位为mm；纵坐标表示对应的磁场强度，单位为Gs。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所依据的一个理论基础，即轫致辐射射线能谱与高频腔电压关系由式(3)给出，具体如下：轫致辐射产生的X射线穿过物质时，其强度以指数规律衰减(为总线性吸收系数，d为厚度)，但其主要能量保持不变。腔体中的轫致辐射最大能量不超过200keV。这种相对能量较低的光子穿过探测孔并通过原子序数较高的介质时，主要发生光电效应(康普顿效应次要，而电子偶效应几乎不可能)。此时光子全部能量为：E＝hν(1)其中，h是普朗克常数，ν为光子频率，并将能量转给原子核外轨道电子，使其脱离原子束缚成为光电子，再由次级电子引起物质原子的电离或激发。利用探测器电极来收集次级电子。我们正是采用这种间接关系来探测轫致辐射。而根据轫致辐射原理，高电压加速电子所产生轫致辐射射线，其短波极限由加速电压V决定：λ0＝hc/eV(2)式中h为普朗克常数，c为真空中的光速，e为电子电荷，V为腔体加速电压。联立(1)、(2)可得探测器测得的能谱峰值与高频腔DEE板峰值电压的对应关系。即为：Emax＝eVmax(3)其中Emax为能谱能量最大值，e为电子电量，Vmax为腔体峰值电压。本专利技术公布了一种用于测量紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压的方法，该方法基于轫致辐射原理，加速器高频腔6中高速电子与腔壁碰撞在探测点4发出轫致辐射X射线，部分射线通过准直孔3传播到加速器外部，传播过程能量大小不变且具有连续能谱。使用合适的探测器2测出该射线全能峰能谱，而腔体峰值电压与X射线最大能量具本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压的方法，其特征在于，该方法基于轫致辐射原理，具体包括下述步骤：将加速器高频腔中探测点发出的轫致辐射X射线通过准直孔传播到加速器外部；使用探测器测出上述射线全能峰能谱；所述加速器高频腔中腔体峰值电压与所述射线最大能量具有一定对应关系，通过测得的射线能谱最大值，测定高频腔体的峰值电压。

【技术特征摘要】
1.用于测量紧凑型超导回旋加速器高频谐振腔电压的方法，其特征在于，该方法基于轫致辐射原理，具体包括下述步骤：将加速器高频腔中探测点发出的轫致辐射X射线通过准直孔传播到加速器外部；使用探测器测出上述射线全能峰能谱；所述加速器高频腔中腔体峰值电压与所述射线最大能量具有一定对应关系，通过测得的射线能谱最大值，测定高频腔体的峰值电压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轫致辐射X射线是由加速器高频腔中高速电子与腔壁碰撞产生的；所述探测器所测轫致辐射能谱能量不超过150keV，为低能区；所述高频腔峰值电压范围为80kV-150kV。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测器所探测的射线能谱最大值与高频腔峰值电压对应关系为Emax＝eVmax，其中Emax为能谱能量最大值，e为电子电量，Vmax为腔体峰值电压。4.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈根，宋云涛，刘广，丁开忠，
申请(专利权)人：合肥中科离子医学技术装备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34