重温 医用直线加速器与磁控管的工作原理

王存航

      1、 医用直线加速器的工作原理
　　在生物医学上，医用加速器是一种可以对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置。现在在放射治疗中电子直线加速器使用最普遍。医用直线加速器的原理是高能电子的速度被加速到达到亚光速，之后与微波电场相互作用，使电子获得更高的能量，电子的质量不断增大，但其速度增加不多。经过电场作用的高能电子可作为电子线治疗载体直接引出。加速器的磁控管是高能加速器的核心组件。
　　2、 磁控管的工作原理
　　2.1 磁控管的结构
　　磁控管自身可以发射出高功率的微波，它是一种自激振荡器。根据工作方式的不同，磁控管分为连续波磁控管和脉冲磁控管两类。连脉冲磁控管工作时，需要在磁控管的阳极给以脉冲电压。脉冲磁控管可以达到功率值很高的脉冲功率[3]。目前最为广泛应用的是多腔磁控管，其主要结构包括阳极及振荡系统，阴极及加热灯丝，磁铁，冷却设施，调频机构，能量输出装置。其中冷却过程也可采取自然冷却的方式，此时不需要冷却设备。阳极块多腔耦合腔链的频率特性决定磁控管的振荡频率。
       2.2 磁控管的工作原理
　　在低能量电子直线加速器中，普遍使用磁控管。磁控管可以利用电流和电压的变化改变磁场的强度，通过磁场强度的改变控制阳极电流，它是一种电子二极管，可以产生微波振荡。
　　作为一种自激振荡器，磁控管频率的稳定程度可以靠采用稳频措施和改善微波传输系统控制。在磁控管的作用空间内，电子将会同时受到三个场的作用。第一个场是恒定电场，在恒定电场的作用下，外加的脉冲调制器（即阳极电源）所产生的能量被转化为电子的动能，使电子拥有接近光速的速度。第二个场是恒定磁场，具有很高动能的电子在经过磁控管的作用空间时，由于自身带电，发生轨迹弯曲，以旋转运动的方式通过。第三个场是高频电磁场，进行旋转运动的电子，能够激发耦合腔链，产生交变电磁场，其波长位于微波频段。高频场与电子作用的作用是，将电子贮存的动能转化成微波能，因此电子的速度将会下降。磁控管是一个首尾相连接的环状腔链，电子束在其中进行旋转运动，它是一个驻波谐振腔链。与加速管不同的是，磁控管中的电子处在减速相位，从外加电源处获得的巨大动能在高频场的作用下被转换成微博能，但是加速场中的电子处于加速相位。
   
     河南  王工