核素制备用强流电子直线加速器BBU抑制结构的制作方法

核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构
技术领域
1.本发明涉及核医学技术领域，尤其涉及一种核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构。


背景技术：

2.核医学行业面临放射性核素供应短缺的现象愈发严峻，原因在于全球范围内的放射性核素依赖于极少数的研究用反应堆制备。这些研究用反应堆建堆时间久远、维护成本高、年产量低，并且面临废物处置难的安全性问题。除了已关闭的研究用反应堆外，多数计划于2025年前后关闭，将造成永久性减产，导致中游核医学企业原材料采购资源紧张且采购成本上升。国际上加拿大trumpy实验室和日本有相应的电子加速器驱动制备同位素的方案，但国内关于电子加速器驱动制备同位素的技术方案仍然是空白。
3.现有的39.8mev/39.8kw强流电子直线加速器的脉冲峰值流强为600ma、脉冲长度约为2.7μs(包括7700多个束团)，由此将造成很强的bbu效应(包括再生bbu效应及累积bbu效应)，必须采取相应措施加以抑制，否则很难在加速器出口获得满足相对较高流强的束流。这里的再生bbu效应只存在于单根加速管中，而累积bbu效应则由各加速管互相耦合、累积导致，两者互相影响。严重制约了核素制备用强流电子直线加速器的发展。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构，其能够有效抑制再生bbu的强度，还可使加速管中的高次模具有足够大的频率分散以形成足够强的失谐效应，从而有效抑制bbu效应。
5.为了实现上有目的，本发明公开了一种核素制备用强流电子直线加速器的bbu抑制结构，其包括加速管组件，所述加速管组件包括多个依次连接的加速管，所述加速管呈类等梯度结构，所述加速管的长度为1.35m。
6.与现有技术相比，本发明的加速管呈类等梯度结构，加速管的长度为1.35m，其在综合考虑加速器建造与运行经济性的情况下，采用长度尽可能短的类等梯度结构的加速管，以通过简单的方式有效抑制再生bbu的强度，还可使加速管中的高次模(hom：h i gher order mode)具有足够大的频率分散以形成足够强的失谐效应，从而有效抑制bbu效应。
7.较佳地，所述加速管组件包括第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管，所述第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管依次连接，且所述第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管均呈类等梯度结构，所述第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管均为1.35m。
8.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括螺线管磁铁，所述螺线管磁铁套设在所述第一加速管外。
9.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括第一调速管，所述第一调速管连接所述第一加速管，所述第一调速管用于调节所述第一加速管的馈入功
率。
10.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括第二调速管，所述第二调速管连接所述第二加速管，所述第二调速管用于调节所述第二加速管的馈入功率。
11.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括多个三合一四极磁铁，相邻加速管之间均设置有所述三合一四极磁铁。
12.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括两个三合一四极磁铁，所述第二加速管和第三加速管之间设有所述三合一四极磁铁，所述第四加速管远离所述第三加速管的一端设有所述三合一四极磁铁。
13.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括校正组件，所述校正组件包括多个校正二极磁铁，所述校正二极磁铁分布在所述核素制备用强流电子直线加速器内，并沿电子束的传输方向布置，所有校正二极磁铁共同将所述电子束的传输方向的轨道中心约束在所述加速管的中心轴上。
14.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器工作在625hz的高重复频率中，以使所述核素制备用强流电子直线加速器产生的电子束的脉冲流强为0.6a，脉冲长度为2.7μs。
15.较佳地，所述核素制备用强流电子直线加速器的各个部件的准直精度小于0.2mm。
附图说明
16.图1是本发明中长度为1.35m的加速管前6个通带中同步二极模的频率、冲击因子及q值分布示意图；
17.图2是本发明中三合一四极磁铁及校正二极磁铁均关闭时bbu效应的计算结果；
18.图3是本发明中三合一四极磁铁打开及校正二极磁铁关闭时bbu效应的计算结果；
19.图4是本发明中三合一四极磁铁及校正二极磁铁均打开时bbu效应的计算结果。
具体实施方式
20.为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
21.请参阅图1-图4所示，本实施例的核素制备用强流电子直线加速器的bbu抑制结构包括加速管组件，加速管组件包括多个依次连接的加速管，加速管呈类等梯度结构，加速管的长度为1.35m。
22.较佳地，加速管组件包括第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管，第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管依次连接，且第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管均呈类等梯度结构，第一加速管、第二加速管、第三加速管和第四加速管均为1.35m。进一步地，该核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括螺线管磁铁，螺线管磁铁套设在第一加速管外。
23.可以理解的是，在对39.8mev/39.8kw强流电子直线加速器中的bbu效应进行计算评估前，需要对加速管进行初步设计并获得其中的高次模数据，最终经过大量计算和讨论后确定采用长度为1.35m的类等梯度行波盘荷波导加速管，工作模式为2π/3。为了使束流在加速管中具有较高的传输效率，同时降低高次模的阻抗，适当改变加速管的盘片孔径尺寸，
从加速管入口到出口由27.887mm逐步渐变到23.726mm(slac型3m长等梯度加速管的盘片孔径由26.220mm逐步渐变到19.093mm)。
24.另外，考虑到二阶高次模是bbu效应的主要根源，增大盘片孔径尺寸渐变步长到0.122mm(slac型3m长等梯度加速管的盘片孔径尺寸渐变步长为0.085mm)，由此可增大加速管中各二极模的频率间隔。
25.还有，除聚束系统中的第一加速管外，在第二加速管、第三加速管和第四加速管的第2到第6个盘片的圆周上布置4个额外的孔径相同的小孔(与第二加速管、第三加速管和第四加速管对应的小孔直径尺寸分别为9mm、11mm以及13mm)，改变小孔所在加速单元中hem11模的频率，从而在一定程度上抑制再生bbu效应。
26.利用mafia，对加速管中的二极模特性(包括冲击因子及对应的q值等)进行了计算。如图1所示，给出了长度为1.35m的加速管中前6个通带中与所加速电子束的速度相同步的二极模特性分布。此处，同步二极模指的是相速度β＝1的二极模。
27.利用自主开发的基于matlab的bbu效应计算程序，可对39.8mev/39.8kw强流电子直线加速器中的bbu效应进行评估。较佳地，以二极模横向尾场理论基础，将电子束宏脉冲中的每个微束团看作点电荷，将束流线中的二极磁铁看作漂移空间。需要注意的是，该程序未计入第一加速管上螺线管磁场对电子束的影响，但是从以往相关加速器的实际束流实验中可以知道螺线管磁场对于抑制再生bbu效应非常有利。
28.较佳地，核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括第一调速管，第一调速管连接第一加速管，第一调速管用于调节第一加速管的馈入功率。
29.较佳地，核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括第二调速管，第二调速管连接第二加速管，第二调速管用于调节第二加速管的馈入功率。
30.较佳地，核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括多个三合一四极磁铁，相邻加速管之间均设置有三合一四极磁铁。
31.较佳地，核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括两个三合一四极磁铁，第二加速管和第三加速管之间设有三合一四极磁铁，第四加速管远离第三加速管的一端设有三合一四极磁铁。
32.较佳地，核素制备用强流电子直线加速器bbu抑制结构还包括校正组件，校正组件包括多个校正二极磁铁，校正二极磁铁分布在核素制备用强流电子直线加速器内，并沿电子束的传输方向布置，所有校正二极磁铁共同将电子束的传输方向的轨道中心约束在加速管的中心轴上。
33.较佳地，核素制备用强流电子直线加速器工作在625hz的高重复频率中，以使核素制备用强流电子直线加速器产生的电子束的脉冲流强为0.6a，脉冲长度为2.7μs。
34.较佳地，核素制备用强流电子直线加速器的各个部件的准直精度小于0.2mm。
35.图2-图4分别示出了三合一四极磁铁及校正二极磁铁均关闭、三合一四极磁铁打开及校正二极磁铁关闭、三合一四极磁铁及校正二极磁铁均打开等三种情况下bbu效应的典型计算结果，由左至右、由上至下所对应的电子束初始注入轨道位置及角度偏差分别为 200μm/ 200μrad、 200μm/-200μrad、 400μm/ 400μrad以及 400μm/-400μrad，加速管中各加速单元的准直公差控制在0.2mm(1σ)。
36.由图图2-图4可知：
37.1)三合一四极磁铁对于bbu效应具有非常积极的抑制作用，可有效降低加速器出口束流横向位置偏差的分散；
38.2)相对于三合一四极磁铁，校正二极磁铁对于bbu效应的抑制作用要相对弱一些，主要是由于加速器总长度较短(仅包含有四个加速管)且各项公差的控制比较严格，但采用轨道校正仍是直线加速器控制束流品质的必备手段之一；
39.3)电子束初始注入轨道位置及角度偏差越小(一般可分别控制在
±
200μm和
±
200μrad以内)，加速器出口电子束横向位置偏差的分散越小；
40.4)电子束初始注入轨道位置及角度偏差分别为 200μm/ 200μrad、 200μm/-200μrad、 400μm/ 400μrad以及 400μm/-400μrad时，加速器出口各束团横向位置偏差均比加速管的最小孔径
±
9.547mm(对应直径19.093mm)小很多，这说明脉冲流强为0.6a、脉冲长度为2.7μs的电子束流可顺利加速并传输到加速器出口；
41.5)加速器出口各束团之间横向位置偏差的分散越小，多个束团累积到一起之后的束斑尺寸相对于单个束团束斑尺寸增大的量也越小，由此可以更加灵活地对束流横向分布进行调整以满足实际打靶要求。
42.结合图1-图4，本发明的加速管呈类等梯度结构，加速管的长度为1.35m，其在综合考虑加速器建造与运行经济性的情况下，采用长度尽可能短的类等梯度结构的加速管，以通过简单的方式有效抑制再生bbu的强度，还可使加速管中的高次模具有足够大的频率分散以形成足够强的失谐效应，从而有效抑制bbu效应。
43.以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。