跑道式医用电子回旋加速器的原理

例谈几种常见加速器的工作原理

例谈几种常见加速器的工作原理 浙江奉化中学 王军明 加速器的全称是“带电粒子加速器”,顾名思义，它是利用电磁场加速带电粒子的装置。带电粒子包括电子、质子、α粒子和各种离子。加速器将电磁能量转移给带电粒子,使带电粒子速度加快,能量增高。自1931年首台静电加速器问世以来，这种作为探索原子核结构而发展起来的粒子加速器得到迅速的发展。加速器类型已增加到20多种。数量已达五千多台。按粒子在加速过程中的轨迹和加速原理相结合的分类方法：可分为高压加速器、感应加速器、直线加速器和回旋加速器。04年高考又把“回旋加速器”列入考试大纲，所以本文结合例题简单谈谈这几类加速器的工作原理。 一、高压加速器 高压加速器是利用直流电场加速带电粒子的加速器。这类加速器结构简单，造价低廉。 例1、串列加速器是用来产生高能离子的装置。如图（一）中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b 处有很高的正电势U,a 、c 两端均有电极接地（电势为零）。现 将速度很低的负一价碳离子从a 端输入，当离子到达b 处时， 可被设在b 处的特殊装置将其电子剥离，成为n 价正离子， 而不改变其速度大小，这些正n 价碳离子从c 端飞出后进入 一与其速度方向垂直的、磁感应强度为B 匀强磁场中，在磁 场中做半径为R 的圆周运动，已知碳离子的质量 kg m 26100.2-?=，v U 5105.7?=，,2,50.0==n T B 基 元电荷c e 19106.1-?=,，求R. 解析：设碳离子到达b 处时的速度为1v ,从c 端射出时的速度为2v ，由能量关系得eU mv =2121 ……①，neU mv mv +=21212221……②，进入磁场后，碳离子做圆周运动，可得R v m B nev 222=……③ ， 由以上三式可得 e n mU nB R )1(21+=……④ ， 由④式及题给数值可得R=0.75m 二、感应加速器 例2，电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场加速电子的。在圆形磁铁两极之间有一环形真空管，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环形室内产生很强的电场，使电子加速。被加速的电子同时在洛仑兹力的作用下沿圆形轨道运动。在10-1ms 内电子已经能获得很高的能量了。最后把电子引入靶室，进行实验工作。北京正负电子对撞机的环行周长为=240m,加速后电子在环中做匀速圆周运动的速率接近光速，其等效电流大小I=8mA,则环中约有多少个电子在运行？ 解析：一周内每个电子通过每一截面一次，设电子个数为N,周期为T.则,T Ne I =c L T =,

最新高考物理速度选择器和回旋加速器解题技巧及练习题

最新高考物理速度选择器和回旋加速器解题技巧及练习题 一、速度选择器和回旋加速器 1．如图所示的直角坐标系xOy ，在其第二象限内有垂直纸面向里的匀强磁场和沿y 轴负方向的匀强电场。虚线OA 位于第一象限，与y 轴正半轴的夹角θ=60°，在此角范围内有垂直纸面向外的匀强磁场；OA 与y 轴负半轴所夹空间里存在与OA 平行的匀强电场，电场强度大小E =10N/C 。一比荷q =1×106C/kg 的带电粒子从第二象限内M 点以速度v =2.0×103m/s 沿x 轴正方向射出，M 点到x 轴距离d =1.0m ，粒子在第二象限内做直线运动；粒子进入第一象限后从直线OA 上的P 点（P 点图中未画出）离开磁场，且OP =d 。不计粒子重力。 (1) 求第二象限中电场强度和磁感应强度的比值0 E B ； (2)求第一象限内磁场的磁感应强度大小B ； (3)粒子离开磁场后在电场中运动是否通过x 轴？如果通过x 轴，求其坐标；如果不通过x 轴，求粒子到x 轴的最小距离。 【答案】(1)32.010m/s ?；(2)3210T -?；(3)不会通过，0.2m 【解析】 【详解】 (1)由题意可知，粒子在第二象限内做匀速直线运动,根据力的平衡有 00qvB qE = 解得 30 2.010m/s E B =? (2)粒子在第二象限的磁场中做匀速圆周运动，由题意可知圆周运动半径 1.0m R d == 根据洛伦兹力提供向心力有 2 v qvB m R = 解得磁感应强度大小 3210T B -=? (3)粒子离开磁场时速度方向与直线OA 垂直，粒子在匀强电场中做曲线运动，粒子沿y 轴负方向做匀减速直线运动，粒子在P 点沿y 轴负方向的速度大小 sin y v v θ=

加速器原理总结

加速器原理总结 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

加速器原理总结 第一章：绪论 1、加速器的分类： 1) 按加速粒子的种类分: ①电子加速器;②离子加速器;③全粒子加速器. 2) 按粒子运动轨道形状分: ①直线加速器;②回旋加速器;③环形加速器. 3) 按加速电场的种类分 ①高压;②感应;③高频共振加速器; 2、加速器束流品质 （1）粒子的品种（电子、离子、全粒子） （2）束流能量及可调范围; （3）束流的能散度：E E ? （4）束流强度及时间特性：I，直流束或脉冲束。 （5）束流的发射度： ' (,) S r r ε π =() mm mrad ? 3、粒子运动参数的相对论表达式 相对速度：v c β= 粒子质量： m= 粒子能量：

2 0mc ε=; 22 mc ε== = 001)W εεε=-=- 2 0() w P mv m c mc c c βεβ β+==== 由：22 mc ε== = 1 2 220 ()βεεε=- ? 1112222 2 00001122000111()[()()][()]11 [(2)][(2)]P w c c c w w w c c εεεεεεεεεεεε=-=-+=+=-+=+ 第二章 带电粒子的产生→电子枪和离子源 1、电子枪-基本结构和工作原理 （1）热发散电子枪的结构及工作原理 （2）场致式电子枪的结构及工作原理 2、离子源-基本结构和工作原理 （1）高频离子源的结构及工作原理; （2）双等离子源的结构及工作原理; （3）ECR 离子源的结构及工作原理. （4）离子源中产生等离子体的基本过程：电离、离解过程；复合过程；动态平衡。 3、离子源的束流品质 （1）束流强度； （2）束流的发射度；

回旋加速器原理和考点分析

回旋加速器原理和考点分析 作者：丑佳丽 黑龙江省铁力职业教育中心学校 【内容摘要】 回旋加速器的原理和意义，并利用原理解决相关问题。增大加速电压或微粒的核质比增大，能使一个带电粒子获得很大的速度(能量), 但所占的空间范围大。能不能在较小的范围内实现多级加速呢因此人们创造出回旋加速器。回旋加速器的构造：两个D 形金属盒，粒子源，半径为R D ,大型电磁铁，高频振荡交变电压U.回旋加速器是产生大量高能量的带电粒子的实验设备．交变电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期相等。高频交流电源的周期与带电粒子在D 形盒中运动的周期相同是加速条件。回旋加速器的优点是体积小,缺点是粒子的能量不会很高。高频考点：回旋加速器中的D 形金属盒，它的作用是静电屏蔽。带电粒子从电场中获得能量。 做题过程中注意应用公式推导和运算。 【关键词】 带电粒子 加速 回旋加速器 一、如何能使带电粒子在较小的范围内实现多级加速 1．如何使一个带电的微粒获得速度（能量） 由动能定理K E W ?= 221mv qU = m qU v 2= 2.如何使一个带电粒子获得很大的速度(能量) 拓展：如: ①增大加速电压；②使微粒的核质比增大，等等。 3.带电粒子一定，即q/m 一定，要使带电粒子获得的能量增大，可采取什么方法 4.实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需要的能量（不能）怎么办 多级加速::带电粒子增加的动能为 ) (2 121321212 02n n U U U U q qU qU qU qU mv mv E ++++=+++==-= ? 分析：方法可行，但所占的空间范围大。能不能在较小的范围内实现多级加速呢因此人们创造出回旋加速器。 二、 回旋加速器的原理和考点 回旋加速器 图1 图2 图3

医用电子直线加速器发展历程

加速器发展历程 放疗技术的发展历程 、从国际上 1) 1895 年：伦琴发现了X 线。 2) 1896 年：用X 线治疗了第1 例晚期乳腺癌； 3) 1896 年：居里夫妇发现了镭； 4) 1913 年：研制成功了X 线管，可控制射线的质和量； 5) 1922 年：生产了深部X 线机； 6) 1923 年：首次在治疗计划中应用等剂量线分布图； 7) 1934 年：应用常规分割照射, 沿用至今； 8) 1951 年：制造了钴60 远距离治疗机和加速器，开创了高能X 线治疗深部恶性肿 瘤的新时代； 9) 1953 年：第一台行波电子直线加速器在英国使用； 10) 1957 年：在美国安装了世界上第一台直线加速器，标志着放射治疗形成了完全独立 的学科； 11) 1959 年：Takahashi 教授提出了三维适形概念； 12) 20 世纪50 年代：开始应用高能射线大面积照射霍奇金淋巴瘤, 使其成为可治愈 的疾病； 13) 20 世纪70 年代：随着计算机的应用和CT、MRI 的出现, 制造出三维治疗计划系 统和多叶光栅，实现了三维适形放疗，放射治疗学进入了从二维到三维治疗的崭新时代； 14) 20 世纪80 年代：出现了多叶光栅 (即多叶准直器)，可调节X 射线的

强度，开创了调强放射治疗( IMRT) ； 15) 最近十年，广泛开展了立体定向放射外科(SRS)、三维适形放疗 (3-dimentional conformal radio- therapy, 3D-CRT) 、调强适形放疗( intensity modulated radiotherapy, IMRT) 和图象引导放疗 ( image-guided radiotherapy, IGRT) 等新技术。

高中物理速度选择器和回旋加速器技巧(很有用)及练习题及解析

高中物理速度选择器和回旋加速器技巧(很有用)及练习题及解析 一、速度选择器和回旋加速器 1．某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A 为粒子加速器，加速电压为U 1；B 为速度选择器，磁场与电场正交，电场方向向左，两板间的电势差为U 2，距离为d ；C 为偏转分离器，磁感应强度为B 2，方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子（初速度忽略，不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动，打在照相底片D 上。求： (1)磁场B 1的大小和方向 (2)现有大量的上述粒子进入加速器A ，但加速电压不稳定，在11U U -?到11U U +?范围内变化，可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化，使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ，则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。 【答案】（1）2112U m B d U e = 2）()()11112222m U U m U U D B e e +?-?=，()11min 1 U U U U U -?=() 11max 1 U U U U U +?=【解析】 【分析】 【详解】 （1）在加速电场中 2112 U e mv = 12U e v m = 在速度选择器B 中

2 1U eB v e d = 得 1B = 根据左手定则可知方向垂直纸面向里； （2）由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化，最小值为 1v = 1 12 mv R eB = 最大值为 2v = 2 22 mv R eB = 打在D 上的宽度为 2122D R R =- 22D B = 若要使不同速度的粒子都有机会通过速度选择器，则对速度为v 的粒子有 1U eB v e d = 得 U=B 1vd 代入B 1 得 2U U = 再代入v 的值可得电压的最小值 min U U =最大值 max U U =

高考物理速度选择器和回旋加速器解题技巧讲解及练习题

高考物理速度选择器和回旋加速器解题技巧讲解及练习题 一、速度选择器和回旋加速器 1．某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A 为粒子加速器，加速电压为U 1；B 为速度选择器，磁场与电场正交，电场方向向左，两板间的电势差为U 2，距离为d ；C 为偏转分离器，磁感应强度为B 2，方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子（初速度忽略，不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动，打在照相底片D 上。求： (1)磁场B 1的大小和方向 (2)现有大量的上述粒子进入加速器A ，但加速电压不稳定，在11U U -?到11U U +?范围内变化，可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化，使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ，则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。 【答案】（1）2112U m B d U e = 2）()()11112222m U U m U U D B e e +?-?=，()11min 1 U U U U U -?=() 11max 1 U U U U U +?=【解析】 【分析】 【详解】 （1）在加速电场中 2112 U e mv = 12U e v m = 在速度选择器B 中

2 1U eB v e d = 得 1B = 根据左手定则可知方向垂直纸面向里； （2）由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化，最小值为 1v = 1 12 mv R eB = 最大值为 2v = 2 22 mv R eB = 打在D 上的宽度为 2122D R R =- 22D B = 若要使不同速度的粒子都有机会通过速度选择器，则对速度为v 的粒子有 1U eB v e d = 得 U=B 1vd 代入B 1 得 2U U = 再代入v 的值可得电压的最小值 min U U =最大值 max U U =

感应加速器的原理和技术

感应加速器的原理和技术 张伦 （国防科大三院三队，长沙，410072） 摘要：简要分析了回旋加速器存在的缺陷，说明了感应加速器的原理，并对相关技术进行了初步的探究。 关键词：感应加速器 1 问题的提出 目前，粒子加速器按照粒子加速过程中路径的不同可分为直线型和曲线形，在中学的学习中，我们简要的了解了直线型加速器和劳伦兹回旋加速器的相关原理。劳伦兹加速器能够实现在小范围内利用较低电压加速粒子的目的，减少了加速器的建造成本和体积，但是劳伦兹加速器在粒子加速上有不可避免的自身缺陷： 最初发明回旋加速器的思想是：粒子在无场的D 型盒内转半个周期的时间，必须严格等于D 型间隙的加速场变化半个周期的时间。可是实际上，考虑高速情况下粒子质量的相对论效应，粒子在磁场中的旋转周期是随着粒子能量的增长而增长的。[1] ZeB m T c π2= （1） 2/120)1(β-=m m ~质量相对论效应 （2） 另一方面由于磁感应强度B 沿着半径增大而减小，两者更加大了在粒子加速过程中旋转周期c T 与加速电场周期间的差距。从而使粒子 不能与加速电场“谐振”而导致在电场中减速，限制了最大速度。

2 解决原理 由电磁感应定律可知：随时间变化的磁感应强度B 会感生涡旋电场，其大小和分布由下式决定： t B E ??-=?? （3） 在电子感应加速器中，通常采用轴对称分布的磁场，因此涡旋电场的形状是闭合的圆环，电场的方向则与磁感应强度增长的所组成的右手螺旋系统方向相反。由于涡旋电场的性质，进入到电场区并符合一定初始条件的粒子，有可能被这样的涡旋电场连续的加速而获得较大的速度，并且在这个过程中不受粒子质量相对论效应的影响。这样就克服了回旋加速器的速度限制。 3、感应加速器原理和技术 3.1沿恒定轨道加速电子的条件 在轨道附近的环形狭窄区域，设置了迫使电子做圆周运动的导引磁场，为了使电子在加速过程中沿一个恒定的轨道运动，必须是导引磁场强度)(0 t B R 随时间的增长率与粒子动量)(t P 的增长率之间保持平衡，由此决定粒子加速过程中运动的平衡轨道[2]，下面我们探究两者之间关系： 粒子在磁场中作圆周运动，洛伦兹力提供向心力，满足 )()()(020 2t B t ev R t mv R = （4） 即 ) ()(00t eB t P R R = （5）

高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧及经典题型及练习题(1)

高中物理速度选择器和回旋加速器解题技巧及经典题型及练习题(1) 一、速度选择器和回旋加速器 1．如图为质谱仪的原理图。电容器两极板的距离为d ，两板间电压为U ，极板间的匀强磁场的磁感应强度为B 1,方向垂直纸面向里。一束带电量均为q 但质量不同的正粒子从图示方向射入，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B 2的匀强磁场，磁场B 2方向与纸面垂直，结果分别打在a 、b 两点，若打在a 、b 两点的粒子质量分别为1m 和2m .求： (1)磁场B 2的方向垂直纸面向里还是向外? (2)带电粒子的速度是多少? (3)打在a 、b 两点的距离差△x 为多大? 【答案】(1)垂直纸面向外 (2)1U v B d = (3)12122()U m m x qB B d -?= 【解析】 【详解】 (1)带正电的粒子进入偏转磁场后，受洛伦兹力而做匀速圆周运动， 因洛伦兹力向左，由左手定则知，则磁场垂直纸面向外. (2)带正电的粒子直线穿过速度选择器，受力分析可知： 1U qvB q d = 解得：1U v B d = (3)两粒子均由洛伦兹力提供向心力 2 2v qvB m R = 可得：112m v R qB = ，222 m v R qB = 两粒子打在底片上的长度为半圆的直径，则： 1222x R R ?=- 联立解得：12122() U m m x qB B d -?= 2．如图所示，水平放置的平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，两板间存在场强为 E 的匀强电场和垂直纸面向里的磁感应强度为 B 匀强磁场.现有大量带电粒子沿中线 OO ′ 射

入，所有粒子都恰好沿 OO ′ 做直线运动.若仅将与极板垂直的虚线 MN 右侧的磁场去掉，则其中比荷为 q m 的粒子恰好自下极板的右边缘P 点离开电容器.已知电容器两板间的距离为2 3mE qB ，带电粒子的重力不计。 （1）求下极板上 N 、P 两点间的距离； （2）若仅将虚线 MN 右侧的电场去掉，保留磁场，另一种比荷的粒子也恰好自P 点离开，求这种粒子的比荷。 【答案】（1）3mE x =2）'4'7q q m m = 【解析】 【分析】 （1）粒子自 O 点射入到虚线MN 的过程中做匀速直线运动，将MN 右侧磁场去掉，粒子在MN 右侧的匀强电场中做类平抛运动，根据类平抛运动的的规律求解下极板上 N 、P 两点间的距离；（2）仅将虚线 MN 右侧的电场去掉，粒子在 MN 右侧的匀强磁场中做匀速 圆周运动，根据几何关系求解圆周运动的半径，然后根据2 ''m v q vB R = 求解比荷。 【详解】 （1）粒子自 O 点射入到虚线MN 的过程中做匀速直线运动， qE qvB = 粒子过 MN 时的速度大小 E v B = 仅将MN 右侧磁场去掉，粒子在MN 右侧的匀强电场中做类平抛运动， 沿电场方向：2 2 322mE qE t qB m = 垂直于电场方向：x vt = 由以上各式计算得出下极板上N 、 P 两点间的距离2 3mE x qB = （2）仅将虚线 MN 右侧的电场去掉，粒子在 MN 右侧的匀强磁场中做匀速圆周运动，设经过 P 点的粒子的比荷为 ' ' q m ，其做匀速圆周运动的半径为 R ，

回旋加速器

第六节 回旋加速器 ●教学目标 一、知识目标 1.知道回旋加速器的基本构造及工作原理. 2.知道回旋加速器的基本用途. 二、能力目标 先介绍直线加速器，然后引出回旋加速器，并对两种加速器进行对比评述，引导学生思维，开阔学生思路. 三、德育目标 1.通过介绍两种加速器的利和弊，告诉学生应辩证地去看待某一事物. 2.通过介绍回旋加速器不利的一面，希望学生掌握现在的基础知识，将来能研究出更切合实际的加速器. ●教学重点 回旋加速器的工作原理. ●教学难点 回旋加速器的基本用途. ●教学方法 阅读法、电教法、对比法 ●教学用具 实物投影仪、CAI 课件 ●课时安排 1课时 ●教学过程 ［投影］本节课的教学目标： 1.知道回旋加速器的基本构造及工作原理. 2.知道加速器的基本用途. ●学习目标完成过程 一、引入新课 在现代的物理学中，为了进一步研究物质的微观结构，需要能量很高的带电粒子去轰击原子核，为了使带电粒子获得如此高的能量，就必须设计一个能给粒子加速的装置——加速器. 二、新课教学 让学生阅读课文，然后回答以下问题： ［问题1］用什么方法可把带电粒子加速？ ［学生答］利用加速电场给带电粒子加速. ［板书］由动能定理W =ΔE k qu =22 1mv ， v =m qu /2 ［问题2］带电粒子一定，即q/m 一定，要使带电粒子获得的能量增大，可采取什么方法？ ［学生答］带电粒子一定，即q/m 一定，要使带电粒子获得的能量增大，可增大加速电场两极板间的电势差. ［问题3］实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需的能量？（不能）怎么办？ ［学生答］实际所加的电压，不能使带电粒子达到所需要的能量.不能，可采用高极加

加速器原理及应用教学大纲

《加速器原理及应用》教学大纲 Principle of Accelerator 一、课程基本信息 课程名称：加速器原理及应用 Principle of Accelerator 课程代码：0805080220201 课程类别：专业课 学时：40学时 学分：3个学分 考核方式：考查 二、教学目的及要求 本课程重点讲述加速器基本概念、基本原理及其应用.希望学生通过本课程学习,深入了解各类加速器的工作原理、结构性能特点、及其主要应用领域. 三、教材 《加速器物理基础》陈佳洱编著，原子能出版社，1993年。 四、参考文献 1、《加速器原理》，徐建铭编著，科学出版社，1973年 2、《粒子加速器原理》, 杜伟燮编著，原子能出版社，1984年 3、《神通广大的射线装置-带电粒子加速器》,方守贤编著，清华大学出 版社，2001年 4、《加速器理论》，刘乃泉主编，清华大学出版社，2004年 五、先修课程 要求学生具备《高等数学》、《大学物理》、《数学物理方法》、《线性代数》、《电动力学》、《理论力学》、《高频电子学》等课程基础。 六、成绩评定 平时成绩、期末成绩各占30%和70%。 七、主要教学内容

第一章绪论(4学时) 一、加速器的基本构成 二、加速器的发展简史 三、加速器的分类 四、加速器的应用 五、粒子运动参量的相对论述 第二章带电粒子源(4个学时) 一、带电粒子束的主要参数 二、离子源的工作原理及结构 三、离子源的主要类型 四、电子和正电子源 第三章高压加速器(4学时) 一、概述 *二、高压发生器 三、高压电场与绝缘介质 四、加速管 五、高压加速器的其它技术 *六、典型高压加速器及其应用 第四章带电粒子在恒定磁场中的运动与聚焦(4学时) 一、粒子的封闭轨道和运动方程 二、带电粒子在均匀磁场中的运动方程 三、带电粒子在常梯度磁场中的运动 四、带电粒子在交变梯度磁场中的运动 第五章感应型加速器(4学时) *一、电子感应加速器工作原理 二、电子感应加速器的结构 三、电子束的性能及电子感应加速器的应用 四、直线感应加速器 第六章回旋加速器(8学时) 一、前言

高中物理速度选择器和回旋加速器试题(有答案和解析)

高中物理速度选择器和回旋加速器试题(有答案和解析) 一、速度选择器和回旋加速器 1．某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A 为粒子加速器，加速电压为U 1；B 为速度选择器，磁场与电场正交，电场方向向左，两板间的电势差为U 2，距离为d ；C 为偏转分离器，磁感应强度为B 2，方向垂直纸面向里。今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子（初速度忽略，不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动，打在照相底片D 上。求： (1)磁场B 1的大小和方向 (2)现有大量的上述粒子进入加速器A ，但加速电压不稳定，在11U U -?到11U U +?范围内变化，可以通过调节速度选择器两板的电势差在一定范围内变化，使得加速后的不同速度的粒子都有机会进入C ，则打在照相底片D 上的宽度和速度选择器两板的电势差的变化范围。 【答案】（1）2112U m B d U e = 2）()()11112222m U U m U U D B e e +?-?=，()11min 1 U U U U U -?=() 11max 1 U U U U U +?=【解析】 【分析】 【详解】 （1）在加速电场中 2112 U e mv = 12U e v m = 在速度选择器B 中

2 1U eB v e d = 得 1B = 根据左手定则可知方向垂直纸面向里； （2）由可得加速电压不稳后获得的速度在一个范围内变化，最小值为 1v = 1 12 mv R eB = 最大值为 2v = 2 22 mv R eB = 打在D 上的宽度为 2122D R R =- 22D B = 若要使不同速度的粒子都有机会通过速度选择器，则对速度为v 的粒子有 1U eB v e d = 得 U=B 1vd 代入B 1 得 2U U = 再代入v 的值可得电压的最小值 min U U =最大值 max U U =

加速器原理总结

加速器原理总结 第一章：绪 论 1、加速器的分类： 1) 按加速粒子的种类分: ①电子加速器;②离子加速器;③全粒子加速器. 2) 按粒子运动轨道形状分: ①直线加速器;②回旋加速器;③环形加速器. 3) 按加速电场的种类分 ①高压;②感应;③高频共振加速器; 2、加速器束流品质 （1）粒子的品种（电子、离子、全粒子） （2）束流能量及可调范围; （3）束流的能散度： E E ? （4）束流强度及时间特性：I ，直流束或脉冲束。 （5）束流的发射度：'(,) S r r επ = ()mm mrad ? 3、粒子运动参数的相对论表达式 相对速度：v c β= 粒子质量：0 1m β =- 粒子能量：

2 0mc ε=; 22 mc ε== = 001)W εεε=-= 2 0() w P mv m c mc c c βεβ β+==== 由：22 mc ε== = 1 2 220 ()βεεε=- ? 1112222 2 00001122000111()[()()][()]11 [(2)][(2)]P w c c c w w w c c εεεεεεεεεεεε=-=-+=+=-+=+ 第二章 带电粒子的产生→电子枪和离子源 1、电子枪-基本结构和工作原理 （1）热发散电子枪的结构及工作原理 （2）场致式电子枪的结构及工作原理 2、离子源-基本结构和工作原理 （1）高频离子源的结构及工作原理; （2）双等离子源的结构及工作原理; （3）ECR 离子源的结构及工作原理. （4）离子源中产生等离子体的基本过程：电离、离解过程；复合过程；动态平衡。 3、离子源的束流品质 （1）束流强度； （2）束流的发射度；

回旋加速器与高考物理讲解

回旋加速器与高考物理讲解

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回旋加速器与高考物理 河南省信阳高级中学陈庆威201５.1２.0８ 一、命题分析 无论是2008广东物理卷第４题、２00９年江苏物理第14题、2０10年山东第２５题、２０1１天津理综物理第12题，还是201５年我们刚经历过的浙江高考物理第２5题。回旋加速器这个名字总是熟悉地出现在我们的高考试卷中。 回旋加速器是教材中带电粒子在电磁场中的运动的重要实例,也是近代物理的重要实验装置，是高考考查的重点和热点，高考试题中它可能为选择题,也可能为计算题，一旦出现在计算题中，多半要成为压轴题。这种题的综合性强、难度大、分值高、区分度大，因此也成为我们学习的重点，备考的热点。 二、工作原理 回旋加速器的工作原理如图所示,设离子源中放出的是带正电的粒子,带正电的粒子以一定的初速度v 进入下方D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运动半周 后回到窄缝的边缘，这时在Ａ 1、A 1 ＇间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加 速,速率由v 0变为v 1 ，然后粒子在上方D形盒的匀强磁场中做圆周运动，经过半个周 期后到达窄缝的边缘Ａ 2',这时在A 2 、A 2 ′间加一向下的电场,使粒子又一次得到加速, 速率变为v 2 ，这样使带电粒子每通过窄缝时被加速,又通过盒内磁场的作用使粒子回旋到窄缝,通过反复加速使粒子达到很高的能量。 ? 1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期,粒子每经过一个周期，被电场加速二次。 ２、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是一个初速度为零的匀加速直线运动。?３、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次,每次增加的动能为;所有各次半径之比为:；?4、对于同一回旋加速器，其粒子 的回旋的最大半径是相同的。?５、由最大半径得:; ?回旋周数:; ?所需时间：。

关于医用电子直线加速器,你必须了解这些!

关于医用电子直线加速器，你必须了 解这些！ 近些年，国内的医用加速器技术水平取得了较大进步，在技术的先进性、质量的可靠性，产品的一致性和稳定性方面都得到了不同维度的提升。大体而言，国产放疗设备已经形成了一个完整的体系，具备了提供整套放疗解决方案以服务于患者治疗的能力。 虽如此，国内电子直线加速器高端市场仍主要为医科达、瓦里安、西门子等三家进口企业占领。国产厂商包括新华医疗、东软医疗、海明医疗、利尼科、广东中能、海博科技等主要还是以中低端产品为主，上海联影近几年也涉足了放疗领域，但还未见产品正式上市。 本篇主要以电子直线加速器的基础概念知识为主，在下一篇中，器械之家将主要针对国内电子直线加速器市场及品牌做重点阐述。 电子直线加速器的工作原理 医用电子直线加速器是利用微波电场对电子进行加速，产生高能射线，用于人类医学实践中的远距离外照射放射治疗活动的大型医疗设备，通过下面这个

视频来了解一下电子直线加速器的工作原理：它能产生高能X射线和电子线，具有剂量率高，照射时间短，照射野大，剂量均匀性和稳定性好，以及半影区小等特点，广泛应用于各种肿瘤的治疗，特别是对深部肿瘤的治疗。 医用电子直线加速器的分类 01 按输出能量划分 按照输出能量的高低划分，医用电子直线加速器一般分为低能机、中能机和高能机三种类型。不同能量的加速器的X射线能量差别不大，一般为4、6、8MV，有的达到10MV以上。 低能医用电子直线加速器 低能医用电子直线加速器是一种经济实用的放射治疗装置，可以满足约85%需进行放射治疗的肿瘤患者的需要，而需要进行放射治疗的肿瘤患者又占全部肿瘤患者的70%左右。 (1)只提供一挡X-辐射，用于治疗深部肿瘤，x-辐射能量4—6MV，采用驻波方式时加速管总长只有30cm左右，无需偏转系统，同时还可省去聚焦系统及束流导向系统，加速管可直立于辐射头上方，称为直束式。直束式的一个优点是靶点对称。

回旋加速器原理和考点分析

回旋加速器 回旋加速器原理和考点分析 作者：丑佳丽黑龙江省铁力职业教育中心学校 【内容摘要】回旋加速器的原理和意义，并利用原理解决相关问题。增大加速电压或微粒的核质比增大，能使 一个带电粒子获得很大的速度（能量）,但所占的空间范围大。能不能在较小的范围内实现多级加速呢因此人们创 造出回旋加速器。回旋加速器的构造：两个D形金属盒，粒子源，半径为R D,大型电磁铁，高频振荡交变电压U.回旋加速器是产生大量高能量的带电粒子的实验设备?交变电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期相等。 高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期相同是加速条件。回旋加速器的优点是体积小，缺点是粒子的能量不会很高。高频考点：回旋加速器中的D形金属盒，它的作用是静电屏蔽。带电粒子从电场中获得能量。做题过程中注意应用公式推导和运算。 【关键词】带电粒子加速回旋加速器 一、如何能使带电粒子在较小的范围内实现多级加速 1如何使一个带电的微粒获得速度（能量） 由动能定理W E K qU 1mv2v 2qU 2.如何使一个带电粒子获得很大的速度（能量） 拓展：如：①增大加速电压；②使微粒的核质比增大，等等。 3.带电粒子一定，即q/m 一定，要使带电粒子获得的能量增大，可采取什么方法 4.实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需要的能量（不能）怎么办 多级加速::带电粒子增加的动能为 1 2 1 2 E mv mv0qU 2 2 qU i qU? qU n q(U i U2 U3 U n) 分析：方法可行，但所占的空间范围大。能不能在较小的范围内实现多级加速呢因此人们创造出回旋加速器。 回旋加速器的原理和考点 图1 —M 二鱷益蜒列缰

医用直线加速器比较表

医用直线加速器比较表 厂商Elekta VARIAN SIEMENS 说明 机型Precise Clinac EX Primus 基本结构Elekta加速器的高度集成化控制系统、性能绝佳的敞开式设 计保证可加速器的高开机率。其他厂家的产品都是封闭式设 计，常因机器设计不佳而停机，更换加速管时间长。 加速管行波驻波驻波最低的加速器使用消耗费用：驻波加速管对真空度的要求、能 量的转换、能谱的宽度等几个方面都优于驻波加速管。Elekta 保持和发展了行波管加速原理，通过独特的设计使一台加速器 可提供3档电子线。一机多用。其他厂家加速器最多产生两个 光子线。Elekta加速器具有低功耗、高效率、长寿命，自1953 年生产世界上第一台直线加速器以来，从未更换过加速管。 机架类型滚筒式中心轴承式中心轴承式Elekta滚筒机架磨损小，等中心变化小，十年精度1mm，终身 保证机架等中心精度在2mm（V和S都采用中心轴承式，十年 等中心偏差超过2mm），且为敞开式设计，散热性能好，连续 工作时间长，便于维修。 微波功率源仅用磁控管（ 5.5MW） 即可需速调管（5.5MW）加 微波驱动 需速调管（7MW）加 微波驱动 Elekta使用EEV公司的长寿命磁控管，停机时间短，运行费 用低，且无条件保修2年。 低运行费用的微波功率源：Elekta公司采用的微波功率源是 磁控管，集振荡器和放大器为一体，结构简单，不需额外的微 波振荡器（或微波驱动器）等组件，从而简化功率源的结构。 磁控管的体积小，能安装在机架上，直接把微波馈送到加速管， 不需特殊接头，且易更换，停机时间短（而速调管必须配上配 上微波振荡器才能实现磁控管的功能，磁控管的寿命比速调管 短一半，但由于振荡器的寿命与磁控管差不多，导致使用速调 管的费用为使用磁控管的4～5倍。

回旋加速器与高考物理

回旋加速器与高考物理 河南省信阳高级中学陈庆威 2015.12.08 一、命题分析 无论是2008广东物理卷第4题、2009年江苏物理第14题、2010年山东第25题、2011天津理综物理第12题，还是2015年我们刚经历过的浙江高考物理第25题。回旋加速器这个名字总是熟悉地出现在我们的高考试卷中。 回旋加速器是教材中带电粒子在电磁场中的运动的重要实例，也是近代物理的重要实验装置，是高考考查的重点和热点，高考试题中它可能为选择题，也可能为计算题，一旦出现在计算题中，多半要成为压轴题。这种题的综合性强、难度大、分值高、区分度大，因此也成为我们学习的重点，备考的热点。 二、工作原理 回旋加速器的工作原理如图所示，设离子源中放出的是带正电的粒子，带正电的粒子以一定的初速度v 进入下方D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运动 半周后回到窄缝的边缘，这时在A 1、A 1 '间加一向上的电场，粒子将在电场作用下 被加速，速率由v 0变为v 1 ，然后粒子在上方D形盒的匀强磁场中做圆周运动，经 过半个周期后到达窄缝的边缘A 2'，这时在A 2 、A 2 ′间加一向下的电场，使粒子又 一次得到加速，速率变为v 2 ，这样使带电粒子每通过窄缝时被加速，又通过盒内磁场的作用使粒子回旋到窄缝，通过反复加速使粒子达到很高的能量。 1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速二次。 2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是一个初速度为零的匀加速直线运动。 3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为；所有各次半径之比为：； 4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。 5、由最大半径得：；

回旋加速器的原理

回旋加速器的原理 回旋加速器的工作原理如图所示，设离子源中放出的是带正电的粒子，带正电的粒子以一定的初速度v 0进入下方D 形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运行半周后回到窄缝的边缘，这时在A 1、A 1′间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加速，速率由v 0变成v 1，然后粒子在上方D 形盒的匀强磁场中做圆周运动，经过半个周期后到达窄缝的边缘A 2′，这时在A 2A 2′间加一向下的电场，使粒子又一次得到加速速率变为v 2，这样使带电粒子每通过窄缝时被加速，又通过盒内磁场的作用使粒子回旋到窄缝，通过反复加速使粒子达到很高的能量. 带电粒子在磁场中运动的半径为R =qB mv ，所以粒子被加速后回旋半径一次比一次增大， 而带电粒子在磁场中运动的周期T =qB m 2，所以粒子在磁场中运动的周期始终保持不变，这 样只要加在两个电极上的高频电源的周期与带电粒子在磁场中运动的周期相同，就可以保证粒子每经过电场边界AA 和A ′A 时正好赶上合适的电场方向而被加速. 由于相对论效应，当粒子速率接近光速时，粒子的质量将显著增加，从而粒子做圆周运动的周期将随粒子速率的增长而增长，如果加在D 形盒两极的交变电场的周期不变的话，粒子由于每次“迟到”一点而不能保证经过窄缝时总被加速，因此，为了使粒子每次穿过窄缝时仍能不断得到加速，必须使交变电场的周期随着粒子加速的过程而同步变化，根据这个原理设计的回旋加速器叫做同步回旋加速器.另外采用多级电场加速的直线型装置不存在这种困难，这种多级加速装置在过去没有条件建造，现在已经建造出来，科学家们称它为直线加速器，长度达几千米到几十千米，如图所示的长约3 km 的斯坦福大学直线加速器.

医用直线加速器

医用直线加速器 医用加速器是生物医学上的一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装 置。带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场，将各种不同种类的带电 粒子加速到更高能量的电磁装置，常称“粒子加速器”，简称为“加速器”。要 使带电粒子获得能量，就必须有加速电场。依据加速粒子种类的不同，加速电场 形态的不同，粒子加速过程所遵循的轨道不同被分为各种类型加速器。目前国际 上，在放射治疗中使用最多的是电子直线加速器。 电子直线加速器 电子直线加速器是利用具有一定能量的高能电子与大功率微波的微波电场相互作用，能量电子直接引出，可作电子线治疗。电子打击重金属靶，产生韧致辐射，发射X射线，作X线治疗。根据电子与微波电场的作用方式不同，电子直线加速器分为行波加速器和驻波加速器。一个最简单的电子直线加速器至少要包括，一个加速场所（加速管），一个大功率微波源和波导系统，控制系统，射线均整和防护系统。当然市场上作为商品的设备要远比这些复杂，但这些基本部件都是必不可少的。 基本介绍 医用加速器按照能量区分可以分为低能机、中能机和高能机。 不同能量的机器的X 线能量差别不大一般为4/6/8MeV，有的到10MeV。按照X 能量的档位加速器分为单光子、双光子和多光子。 低中高能机的区分主要在于给出的电子线的能量。 和高能物理用电子直线加速器相比，1—50MeV 属于低能范围，但对临床 使用，能量为50MeV 的医用电子直线加速器属于高能范围。 低能医用电子直线加速器 (1)只提供一挡X-辐射，用于治疗深部肿瘤，x-辐射能量4—6MV，采用驻 波方式时加速管总长只有30cm 左右，无需偏转系统，同时还可省去聚焦系统 及束流导向系统，加速管可直立于辐射头上方，称为直束式。直束式的一个 优点是靶点对称。

医用电子直线加速器介绍

医用电子直线加速器介绍1.外照射治疗机 同位素远距离治疗机 深部X射线治疗机 医用电子加速器 医用质子加速器 医用中子发生器 医用重离子加速器 医用-介子发生器 2.内照射治疗机 射线后装机 中子后装机 3.立体定向放射外科治疗装置 γ-刀 X-刀 质子刀 中子立体定向放疗装置

医用电子直线加速器按其能量范围分为低、中、高三类。 四、医用电子直线加速器的原理 1.基本原理 2.系统框图 3.主要组成部分

●加速系统 ●辐射系统 ●剂量检测系统 ●机架、治疗床及辐射头运动系统 ●控制系统 ●温控及充气系统 4.加速系统 加速系统是医用电子直线加速器的核心。由加速管、微波传输系统、微波功率源、脉冲调制器等组成。

加速管由电子枪、加速结构、引出系统、离子泵组成。电子枪产生供加速的电子，其阴极被加热后产生热发射电子，在阴极和阳极间的高压电场作用下，以一定的初始能量从阳极中心孔道穿出注入加速结构。 加速结构有行波和驻波两种加速结构，是对电子进行加速的核心器件。微波功率经耦合波导馈入后，在其中产生行波或驻波电磁场。驻波结构可以在同样长度上比行波获得更高的能量增益。引出系统的作用是将电子束引出，分为直束式和偏转式两种，低能机的加速管较短，大多采用直束式，中、高能机的加速管较长，必须采用带偏转磁铁的偏转式引出系统。离子泵用以吸收气体，使加速管里维持真空状态。 4.2微波传输系统 微波传输系统主要包括： 弯波导及直波导

定向耦合器 吸收水负载 三端环流器 4.3微波功率源 低、中能机常用磁控管作微波功率源。 磁控管是微波自激震荡器，体积小，工作电压低，但其工作频率易漂移，因此需采用自动稳频系统，提高频率稳定度。 高能机需较高的微波功率，常用多腔速调管作为微波功率源。速调管是微波功率放大器，体积大，工作电压高，需要有前置激励来驱动，频率比较稳定，但也需自动调频系统使其与负载变化保持一致。

加速器原理教学大纲

《加速器原理》教学大纲 一课程的目的和基本要求。 《加速器原理》是原子核物理、核技术、辐射防护与环境工程等本科专业的专业课之一，本课程讲授的主要内容为加速器的基本理论、基本原理、基本结构和基本技术。本课程的教学目的和基本要求为：通过本课程的学习使学生掌握加速器的基本理论、基本原理、基本结构和基本技术，并对加速器理论和技术研究的最新进展有较为充分的了解，培养学生分析问题和解决问题的能力；使一部分学生毕业后能够适应利用加速器开展原子核物理、核技术应用方面的研究工作；使一部分学生毕业后能适应加速器物理与加速器技术方面的研究开发工作。 二教学内容和学时分配。 本课程教学 第一章：绪论（4学时） 教学内容要点：加速器的发展历史及用途；加速器的分类；加速器的束 流特性；带电粒子在电磁场中的运动方程。 第二章：粒子源与束流品质（8学时） 教学内容要点：电子枪的结构及原理；离子源的结构与原理（包括：潘 宁离子源、高频离子源、双等离子源、ECR离子源等）；离子源的束流 品质（束流的相空间理论、束流发射度、束流亮度、束流能散度、束流 强度、束流能量等）；离子源束流发射度的测量方法。 第三章：高压倍压加速器（6学时） 教学内容要点：高压倍压加速器的基本组成及加速原理；倍压高压电源 的基本结构、升压原理及局限性；高压的稳定与测量；带电粒子的加速 与传输；离子束传输的聚焦元件（电透镜、磁透镜）；倍压加速器的束 流特性。倍压加速器的典型事例及用途； 第四章：高压静电加速器（6学时） 教学内容要点：高压静电加速器的基本组成及加速原理，静电起电机的 基本结构、升压原理及局限性；静电加速器的加速管及加速原理；串列