边耦合驻波电子直线加速器电磁能量开关物理和实验研究

以电子直线加速器为放射源的放射医疗设备和工业CT，在医疗卫生、公共安全、航空航天、国防装备、机械制造、核电建设等领域发挥着巨大作用。随着应用领域的不断拓展和技术的进步，提高定位精度和增强材料分辨率的应用需求，使得电子直线加速器的多能量束流输出成为一个迫切需要解决的关键技术问题。目前国内外调节电子直线加速器能量输出的主要技术为机械式的能量开关，开关工作时，机械运动会影响真空环境，且容易产生高频击穿。本研究针对电磁能量开关进行研究。电磁能量开关使用电磁效应实现束流能量的改变，无机械运动影响真空变化，不产生高频击穿。研究对耦合环和铁氧体芯两种方案开展研究，进行电磁场分析和束流动力学设计，探索加工工艺，通过实验对理论设计进行验证和评价，反馈修改完善物理设计，为未来开展多能电子直线加速器奠定基础。研究成果将促进我国多能电子直线加速器的应用发展，具有一定的社会意义。

多能量输出的电子加速器射线源是医用放疗设备和工业CT设备发展中一个需要解决的关键技术问题。同步使用多能量的X射线可以提高放疗设备的定位精度，提高工业CT成像中材料的分辨率，在医疗卫生、公共安全、航空航天、国防装备、机械制造、核电建设等领域有着积极的作用。目前国内外调节电子直线加速器能量输出的主要技术为机械式的能量开关，通过机械结构改变耦合腔的谐振频率。但开关工作时，机械运动会影响真空环境，且容易产生高频击穿。本研究针对电磁能量开关进行研究。电磁能量开关使用电磁效应实现耦合腔谐振频率的改变，无机械运动影响真空变化，不产生高频击穿。本研究的重点为电磁能量开关物理机制的模拟和分析，研究中完成了机械能量开关、耦合环能量开关、铁氧体能量开关的建模，分析了机械能量开关和电磁能量开关的物理机制，确定了加速结构、耦合结构、能量开关的结构参数，完成了两种电磁能量开关初步的物理设计和机械设计，对未来研制电磁能量开关提供一定的思路和借鉴，愿能有广阔的应用前景，希望有助于我国医用加速器的发展，能在航空航天、兵器工业、制造工业、核电建设等需要加速器工业CT成像的行业发挥作用。本研究中试验腔体的加工尚未完成，实验研究有待进一步开展。本研究着重于物理机制的研究，研究中对于能量开关的具体实现方式和合理的机械结构，没有过多的深入研究。上述未解决的问题将是今后进一步研究的方向。