医用电子直线加速器磁偏系统的机械设计

　　0　引言

　　医用电子直线加速器由于具有强度大、治疗时间短,射线能量高,穿透能力强,皮肤反应小,剂量大,稳定性好等优点,因此目前在国内外医疗上具有广泛的应用。医用电子直线加速器主体(即加速管)通常水平或与水平成锐角放置,从加速管引出的电子束流需经磁偏系统,偏转90°或270°进入垂直方向进行治疗。

　　从加速管引出的电子束流往往能散度很大,因此要求磁偏系统有良好的消色差特性和聚焦特性。加速器磁偏系统的这种结构上的要求和这些良好的性能除了靠物理性能设计来保证以外,系统的机械结构设计和安装是非常关键的。本文在此介绍了它的结构设计以及定位安装等关键技术。

　　1　磁偏系统的原理及物理精度要求

　　磁偏系统由三组磁铁M1、M2、M3组成,如图2所示。电子束从A点输入磁偏系统,经过三组磁铁的磁极面和二个漂移空间L1、L2,在D点输出系统。

　　系统在物理性能上的精度要求有以下两方面:

　　(1)聚焦性能好,即束斑直径要小,其直径d≤2 mm。

　　(2)消色差特性好,当束斑能量变化±5%时,束斑直径位移ΔS<0.5 mm,角度位移ΔA<5mrad。

　　磁偏系统的这种物理精度要求正是通过合理的结构设计和加工定位安装来实现的。

　　2　磁偏系统的结构设计

　　磁偏系统的结构如图3所示,它由以下四部分组件组成。

　　2.1　真空组件

　　该组件主要是为了保证电子束在磁偏系统中的运动空间为真空气隙,要求真空盒不同间距处的中心面在同一平面上,即与三组磁铁气隙的对称平面共面。

　　2.2　三组磁铁组件

　　其主要功能是对真空盒盅通过的电子束起到消色差的作用。具有不同气隙,且磁极面为异形的磁铁M1、M2、M3对称平面要求共面。

　　根据磁铁理论,磁铁组件设计要求为:

　　各磁极面角度α°尺寸公差为±0.1°,每组磁铁的相对两磁极面间错位公差为±0.1 mm,相对两磁极面间距(气隙)尺寸关于其中心平面C-C的对称度公差为±0.01 mm,且两磁极面平行度、间距尺寸精度要求高。

　　为满足精度要求,在结构设计和加工艺上,采用如下的方法(见图4)。

　　先把每一组磁铁做为一个整体加工外表面。精加工A、B、D、H面后,从中间C-C处分成两件。再以A、B、D、H面为基准,用数控铣床加工异形磁极面的外轮廓。以A、B为基准,同时加工A’、B’,A"、B"面,这样可以保证A"、B"间距尺寸的对称要求,以及A’、B’,A"、B"的平行度要求。最后,分别以D、H面为定位基准面,用螺柱联接为三个独立的磁铁M1、M2、M3,以保证每组磁铁相对两磁极面间的错位公差。