电子直线加速器设计基础

电子直线加速器的最高电子能量已超过几万MeV，但由于工业辐射安全的限制，工业辐照电子直线加速器的最高能量定为10MeV。此外，直线加速器的注入和引出效率都很高；束流强度取决于注入器的入射强度和高频电源的荷载能力。一般受高频源的制约只能脉冲工作，脉冲电流可达几百mA，平均流强为1mA至十几mA，即束流功率为1kW到十几kW。

因电子束在电子直线加速器中是沿直线运动的，无同步辐射损失，所以被加速的电子束的能量不受原理性的限制，可以获得很高的能量，是建立超高能正负电子加速器（正负电子对撞机）的首选方案。 2100433B

电子直线加速器第一个人工核反应

带电粒子直线加速器是伴随着核科学以及微波高哦拼技术的发展而发展的，1932年Cockcroft 和 Walton研制成功700kV高压倍加器，开用400keV的质子加速器实现了世界上第一个人工核反应，他们也因此成功于1951年获得物理学诺贝尔奖 。

电子直线加速器回旋加速器

这一核反应实现后，核物理学家对带电粒子加速器产生了浓厚的兴趣并提出了更高的要求，这推动了加速器的发展，诞生了回旋加速器（cyclotron）等类型的加速器。但人们企图进一步提高回旋加速器的能量时遇到了很大的困难。

为克服回旋加速器的限制，沿直线轨道利用交变电场加速带电粒子的方案（即直线加速器的方案）被提出 。

电子直线加速器直线加速器

第一个高频直线加速器的概念是瑞典的Ising在1924年提出来的，他建议利用火花隙振荡器和传输线将射频场加到加速电极上，这个建议在当时并未付诸实施。

第一个运行的这类加速器是德国的Wideroe于1928年报道的，该装置由三个圆简电极组成，高频电场加在三个电极的两个间隙上。之后，美国加州大学伯克利分校的一个学生Sloan提出将Wideroe的方案扩展到10个电极和更多电极，并在1931年和Lawrence一起把汞离子加速到1.25MeV，1934年加速到2.85MeV。

这样低的重离子能量是不大可能引起核反应的，而当时的高频功率源水平还不能支持这类加速器进一步提高能量，因此该类加速器没有被发展起来。

不管怎样，直线加速器的原理已被证实，只要有适当的功率源可用，直线加速器必将成为加速器中的重要成员 。

电子直线加速器正式问世

微波功率源是电子直线加速器得以建造成功的关键。英国在第二次世界大战期间用于雷达的兆瓦级磁控管已研制成功，因此英国物理学家得天独厚地拥有10cm波长的功率源，英国原子能研究所建造了世界上第一台电子直线加速器，其长度为40cm，枪电压为45kV，以1MW、3000MHz的磁控管作为功率源，得到36mA、0.54MeV的电子束。1948年他们建立了反馈式行波电子直线加速器，以1.4MW的功率，得到4.5MeV的电子束。

在第二次世界大战末期，斯坦福大学的Hashen同Ginzton和 Woodyard审视了过去有关直线加速器可行性的结论，他们意识到战争期间研发的磁控管可以用来建造几个兆电子伏特的电子直线加速器。此后他们陆续建成了Mark Ⅰ、Mark Ⅱ、Mark Ⅲ。

20世纪50年代不少国家开始了电子直线加速器的设计和建造，包括法国和巴黎。

60年代中期，医用电子直线加速器已在医院应用，为减少加速器尺寸，开始研制驻波结构电子直线加速器。

80年代，自由电子激光及正负电子对撞机的不同方案问世，其关键技术就是高性能电子直线加速器，因此更高频段的直线加速器，高流强﹑低发射度、低能散的加速器得到发展并已取得不少成果。

随着超导技术的发展，超导直线加速器也问世了，近几年（截止2013年）能量回收直线加速器方案已在预研中，并在美国Jefferson实验室研究成功。

近几年（截止2013年）用于产生太赫兹（THz）辐射的FEL计划不断问世。

电子直线加速器基本结构：电子直线加速器可根据辐照工艺的要求作成立式或卧式。

加速器电子枪工作在脉冲状态，根据需要设计注入加速管的电子束能量、脉冲流强、束流直径和发散角等。一般采用皮尔斯型电子枪，并采用在较低温度下电子发射电流密度较大的六硼化镧作阴极材料。加速管由聚束段和加速段两部分组成。加速管采用恒温水冷却措施，使温度变化不大于1度，以确保电子束运行参数稳定。聚焦线圈根据理论计算中的束包络聚焦要求设置。微波功率源，可以采用磁控管或速调管，根据需要，对电子进行加速，提供能量。磁控管或速调管所需的脉冲高压由脉冲调制器供给。脉冲调制器一般采用软管线性脉冲调制器，由直流高压电源向充电变压器、脉冲形成线的电容器进行谐振充电。高功率脉冲闸流管为放电开关，脉冲形成线经闸流管、脉冲变压器初级绕组组成放电回路，在脉冲变压器初级形成高压，在变压器次级输出脉冲电高压。在电压稳定度要求较高时，调制器需采用脉冲电压稳定装置。磁控管或速调管输出的微波功率经波导、定向耦合器、环流器等组成的微波传输系统，通过陶瓷窗进入加速管，对于系统中的剩余功率，由另配的吸收负载所吸收。