[發明專利]一種帶電粒子真空加速結構

無效

• 申請號: 201310252732.5
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103338580A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 朱雋;夏連勝;何佳龍;陳思富;石金水;章林文;鄧建軍;趙剛;司國強
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H05H7/14
• 分類號: H05H7/14
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本發明屬于帶電粒子加速器領域，具體涉及一種帶電粒子真空加速結構，用于實現帶電粒子加速的真空加速結構。

背景技術

帶電粒子加速器是通過在電極間建立電場實現將通過電場的帶電粒子能量獲得增加的設備，在工業、國防和醫療等領域有著重要而廣泛的應用，如醫療領域常用的β刀、質子腫瘤治療儀等。目前的加速器結構龐大，造價昂貴，維護運行復雜，不能為普通國民接受。為了進一步推廣帶電粒子加速器的應用范圍，使得加速器深入到國民生活中去，提高國民生活質量和改善國民健康狀況，實現帶電粒子加速器小型化是一個重要發展方向。在當前技術條件下，實現帶電粒子加速器小型化的主要方法之一就是提高加速器的加速梯度（單位距離上帶電粒子獲得的能量），進而可以縮短加速器的長度，并大大降低加速器的造價和運行維護費用。

為實現在高的加速梯度下加速帶電粒子，需要在加速電極的陰極和陽極之間加上電壓形成場強較高的加速電場，并且加速電極的陰極和陽極之間必須在高電場作用下實現高壓絕緣。為了實現這種高壓絕緣，通常采用性能優越的絕緣材料。實際情況下，當較高的電壓加載到絕緣材料兩側的加速電極上形成高電場時，絕緣材料可能會發生沿面閃絡，并導致加速電極的陰極和陽極之間導通而失去對帶電粒子的加速能力。因此，帶電粒子加速器的加速梯度主要由陰陽極電極間的絕緣性能決定。大量的研究結果表明，大部分情況下，絕緣材料的沿面閃絡是由絕緣材料和真空交界面處局部的電場增強引發的二次電子雪崩效應引起的。要提高陰陽極電極間的絕緣性能，可以通過提高絕緣材料的抗沿面閃絡性能或改善電極和材料的結構實現，或同時采取上述兩種措施以達到提高電極間加速電場梯度的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種帶電粒子真空加速結構。

本發明解決其技術問題所采用的方案是：

本發明的一種帶電粒子真空加速結構，其特點是，所述的真空加速結構含有數層環狀的金屬材料層、數層環狀的絕緣材料層；所述的金屬材料層與絕緣材料層交替疊加構成同軸加速結構壁；同軸加速結構壁頂端和底端分別設置金屬材料層，頂端的金屬材料層設置有高電壓連接端子，底端金屬材料層設置有接地端。

所述的絕緣材料層和金屬材料層的厚度比的范圍為30~50：1。

所述絕緣材料層由聚酰亞胺或交聯聚苯乙烯制成；金屬材料層由銅或不銹鋼制成。

本發明的真空加速結構由絕緣材料層和金屬材料層交替疊加而成，在加速結構內側可以實現高真空環境。由于單位長度絕緣材料的絕緣性能隨著材料總厚度的減小而增加。當有電壓加載到加速結構兩端時，整個加速結構可以看成是由多個厚度較小的絕緣管道獨立疊加而成，因此整個加速結構的真空絕緣性能將得到提升。金屬材料層還能夠改變管道壁與真空交界面處的電場分布，使得電子的運動軌跡偏離加速結構內壁與真空交界面，抑制二次電子雪崩效應，進而提高加速結構的絕緣性能。

本發明的有益效果是，可以將真空加速結構的絕緣性能提高1.5-4倍，進而大幅提高加速器的加速梯度，實現帶電粒子加速器的小型化。

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附圖說明

圖1是本發明的帶電粒子真空加速結構軸線的剖面示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是實施例2的軸線剖面示意圖；

其中，1.第一絕緣材料層????2.第一金屬材料層?????3.高電壓連接端子?????4.接地端子?????5.真空區域?????11.第二絕緣材料層?????12.第二金屬材料層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步說明。

實施例1

圖1是本發明的帶電粒子真空加速結構軸線的剖面示意圖，圖2是圖1的俯視圖。圖1、圖2中，本發明的帶電粒子真空加速結構，含有數層環狀的金屬材料層、數層環狀的絕緣材料層，第一金屬材料層2是其中一層，第一絕緣材料層1是其中一層；所述的金屬材料層與絕緣材料層交替疊加構成同軸加速結構壁，加速結構內構成真空區域5。同軸加速結構壁頂端和底端分別設置金屬材料層，頂端的金屬材料層設置有高電壓連接端子3，底端金屬材料層設置有接地端子4。

所述的絕緣材料層和金屬材料層的厚度比為30：1。

本實施例中，金屬材料層和絕緣材料層的內外徑一致，絕緣材料層由聚酰亞胺制成，金屬材料層由不銹鋼制成。

金屬材料層與絕緣材料層采用膠體粘合壓制后緊密結合，膠體具有良好的粘接性能、密封性能、韌性以及絕緣性能。金屬材料層和絕緣材料層還可以采用電鍍、化學氣象沉積實現緊密結合。