C波段加速器初步热测实验

　  小型化电子直线加速器既可以为无损检测设备提供轻便的X射线源,也可用作紧凑型自由电子激光装置的注入器,因此具有较好的发展前景。由于提高加速器工作频率,可以使加速器整体尺寸减小,因此,发展高频加速器技术成为加速器小型化发展的一个重要方向。国际上,自20世纪中期以来,就开始研制C波段电子直线加速器,日本高能加速器研究机构(KEK)研制出用于正负电子直线对撞机的C波段加速结构[1],美国AET提出利用KEK的C波段加速器技术发展结构紧凑的医用C波段驻波加速结构[2]。国内,C波段加速器研制起步相对较晚,1999年中国原子能研究院曾报道研制1.5 MeV无损探伤用C波段电子直线加速器[3];2008年清华大学报道了开展C波段6~9 MeV驻波加速器研制的情况[4];中国工程物理研究院从2003年以来也一直从事C波段2 MeV驻波加速器的研制工作[5-7]。本文介绍了中国工程物理研究院开展的C波段驻波加速器研制工作的最新进展,给出了开展C波段加速器出束实验的初步结果,并介绍了实验中遇到的有待进一步解决的问题。

    1　C波段加速管的研制

    1.1　加速管设计

　  中国工程物理研究院C波段2 MeV驻波加速管的理论设计与研究于2005年完成,文献[5]对此进行了详细的研究报道。加速管由7个加速腔组成,其中,包括3个腔构成的聚束段和4个腔构成的加速段,加速管总长约163 mm。束流孔径直径为3.0 mm,工作模式为π/2。表1列出了C波段2 MeV驻波加速管的主要设计参数。

   1.2　加速管的冷测调试与焊接

　  建立了冷测调试平台、利用网络分析仪和精密加工车床进行了冷测调试,使加速管的各个冷测参数满足了理论设计要求。表2是冷测调试完成后测得的各腔频率,其中,f表示频率,fA表示加速腔频率,fC表示耦合腔频率,下标数字表示腔号。同时测得各加速腔之间耦合系数约为2%,整管π/2模频率为5 519.24 MHz,微波馈入口驻波比约为1.4,品质因数约为8 000,首腔、聚束腔和加速腔之间场强比约为3∶9∶10。

　  该加速管焊接后整管π/2模频率为5519.32MHz,驻波比约1.6,品质因数约为10000。图1是加速管腔链和波导焊接后的照片。

    2　C波段加速器出束实验

　  利用中国电子科技集团公司第十二研究所提供的2 MW磁控管作为微波功率源,建立了热测实验平台,如图2所示,并进行了初步出束实验。在该热测试验平台中,使用了我们现有的调制器和电源系统(仅对调制器进行了极少的改造,将脉冲高压宽度由原来的4μs调至约3μs)试验中,宏脉冲的脉冲重复频率为50 Hz。

　  为了研究C波段2 MeV驻波加速器X射线源的性能,进行了加速器初步出束实验。在重复频率50 Hz情况下,利用电离室剂量仪测试了加速器X射线剂量。为了能实时在线测量X射线剂量,根据加速器的特点,我们选用了0.6cm3Farmer型电离室为探头,Unidos剂量计为测读仪,探头和测读仪之间的信号传输采用光纤传输,并配有分别对应2~4,4~6,6~8,8~10 MV的有机玻璃电离室平衡帽。该剂量仪的电离室能量响应范围是30 keV~50 MeV。X射线剂量测试实验中,测得50 Hz重复频率下,加速管靶前1 m处的最大剂量率超过330 mGy/(min·m)。