电子加速器X射线发射率的MCNP分析

为满足现代X射线应用和设计电子加速器的靶结构和束流参数的需要,采用MCNP4B程序对2～20MeV能量范围内的电子束入射不同厚度钨靶的X射线发射率进行了系统的模拟计算和研究.结果表明在电子能量小于10MeV时,MCNP4B的结果与NCRP-51报告一致,但在10MeV以上,它们间的差别增大.该文结果对早期NCRP-51报告的结果有重要的改进,对于现代产生X射线的电子加速器靶的设计具有参数作用.     

用于电子束辐射治疗的一种Monte Carlo剂量算法的实验研究

在放射治疗中,MonteCarlo方法与其它传统方法相比能更加精确地计算剂量分布.最近,一种快速的MonteCarlo方法--VoxelMonteCarlo(VMC)引起了广泛的注意.作者用实验验证了VMC在水中的剂量计算精度.实验在德国PhilipsSL25医用加速器上进行,研究了3种能量的电子束(6MeV,10MeV和18MeV)在不同射野大小和不同入射方向情况下的剂量问题.水模采用德国PTW-Freiburg公司生产的水模系统,剂量探测器也采用其公司生产的"点式”电离室探测器,其灵敏体积为0.015cm3.VCM计算中的加速器模型采用"点源”入射电子束模型.结果表明,VCM理论计算和实验数据在绝大多数情况下符合较好,其偏差小于2%,在个别情况下,如极小射野(2cm×2cm)时的表面剂量分布和辐射场外的表面剂量分布,其偏差可达到4%,作者认为是所采用的入射电子束模型精度不够造成的.但是,此类偏差对临床应用的影响可忽略不计.     

电子辐照灭菌中剂量深度分布的分析

为研制加速器电子束邮件灭菌安全系统,用MonteCarlo(MCNP)程序模拟计算了4.5MeV电子束辐照复印纸和聚苯乙烯时吸收剂量随深度的变化。计算分析了邮件灭菌中电子束的能量、入射角度、复印纸厚度及上下铝衬底材料等对辐照效果的影响。结果表明,受照物质中的吸收剂量呈先增后减的趋势;电子束能量越高,穿透深度越大,吸收剂量峰值变低;入射角度变化,穿透深度不变;衬底材料可提高受照物质上表面的吸收剂量。结果与实验符合,验证了模拟的可信性,也显示出MCNP计算的速度快、效率高、应用灵活等优点。     

1.2m回旋加速器的应用及改进

我所1.2m回旋加速器于1981年投入运行.其加速氘核能量为13.5MeV,氦核能量27MeV.设置有4条束流输运管道,其中1条配有能量分辨率为0.5％的磁分析系统.1 加速器的应用加速器投入运行以来,主要用于核物理实验和同位素研制和生产两个方面。1.1 同位素的研制和生产利用加速器和同位素生产内外靶装置先后开展了~(211)At、~(199)T1、~(201)T1、~(111)In、~(67)Ga等医用同位素的制备和它们的生物医学效应研究.生产了~(57)Co、~(100)Cd等工业用源并已应用于科研、生产领域.     

高压直流连续波光阴极注入器

根据高平均功率自由电子激光对电子束的要求,提出了直流高压连续波光阴极注入器,并进行了相应的束流动力学过程研究.采用特殊结构设计的静电加速腔,其加速梯度可以达到10 MV/m.当静电场的加速距离10 cm,漂移空间50 cm时,脉冲宽度为10 ps,阴极表面的束斑半径为2 mm,束团电荷为0.5 nC的电子束,输出束流归一化发射度为5 mm·mrad;用PARMELA程序进行了粒子动力学模拟,注入器输出束流归一化发射度为5.8 mm·mrad.     

电子束辐照材料剂量分布的蒙特卡罗计算

采用蒙特卡罗程序EGSnrcMP模拟软件的用户代码DOSXYZnrc模拟计算了能量为4.0MeV在聚苯乙烯材料的三维剂量分布;计算了在2.5~4.0 MeV能量范围内电子在聚苯乙烯材料和水中的剂量深度分布;计算了不同电子束射野大小对剂量分布的影响.计算的结果以绝对剂量的形式给出,误差在1%以内.该程序能够提供优化电子束辐射加工工艺的一种高效实用的理论估算方法.     

基于非线性空间电荷振荡效应的电子束序列产生与优化

基于非线性空间电荷振荡效应可以进行超短电子束纵向整形,本文在清华大学汤姆逊散射X射线源平台上,利用此效应对ps间隔超短电子束序列的产生进行了优化研究.实验分别产生了总电荷量约为1 nC的7个和15个微束团,通过控制束流参数优化其聚束因子,并通过改变微波电子枪的发射相位实现了电子束微脉冲间隔从0.5到1.4 ps的调节.电子束序列形成后,由S波段加速管进一步将能量提高到～45 MeV以冻结纵向分布.本文还测量了该电子束相干渡越辐射产生的窄带太赫兹辐射,结果与电子束序列纵向结构预测一致.     

1MeV电子加速器与辐照加工

随着辐照加工技术的快速发展,电子加速嚣及其在辐照加工中的实际应用日益受到人们的重视,本文简要介绍1 MeV/50mA电子加速器的主要性能及其在辐照加工、科学研究方面发挥的作用.     

高能X射线整车原木辐照检疫中的感生放射性

利用加速器产生的高能电子束或者高能X射线进行原木辐照处理过程中,原木和车厢有可能会产生感生放射性,从而可能会对工作人员或后续的消费者带来不必要的辐射照射风险。采用Monte Carlo方法,使用FLUKA程序结合解析经验公式,以25 MeV和35 MeV高能X射线装置为例,建立了高能X射线整车原木辐照检疫中的感生放射性计算模型,并比较了16、20、25、35MeV的辐照装置可能产生的感生放射性核素的剂量率。结果表明:由于木材的感生放射性核素多为短寿命核素,故不需要考虑原木被辐照后的感生放射性的影响;但只有16MeV辐照装置能够满足工作人员每年20 mSv的剂量限值要求,因此需要对车厢经过辐照后对工作人员的长期辐照进行防护。     

静电加速器质子束在肿瘤细胞中的径迹模拟

为了更好地了解静电加速器质子束在肿瘤细胞中的作用,利用Gent4程序模拟了能量为1 MeV和2 MeV的质子在肿瘤细胞中的径迹结构,分别计算了它们在细胞核中的能量沉积,在细胞核内沉积的能量分别为0.227MeV和0.179 MeV.     

扫描电镜低电压操作时电子枪亮度的改进

在扫描电子显微镜上利用1—3KV的低加速电压操作,如果电子枪的几何关系保持不变,其亮度受到空间电荷效应的影响而显著下降。本文通过试验论述了缩短三极电子枪阳极与栅极的间距是提高低压电子枪亮度的有效方法。     

Development of Compact Standing－wave Guides with on－Axis Coupler of Electron Linac for Medical Radio

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐａｃｔＳｔａｎｄｉｎｇ－ｗａｖｅＧｕｉｄｅｓｗｉｔｈｏｎ－ＡｘｉｓＣｏｕｐｌｅｒｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＬｉｎａｃｆｏｒＭｅｄｉｃａｌＲａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙＬｉｎＹｕｚｈ...     

密封式中子管中电子电流形成过程

分析中子管中电子电流的形成过程．对于Philip型中子管,D 离子轰击靶产生的二次电子直射进入加速区,形成的电子电流仅是总电子电流的一部分．为完整地解释电子电流的形成,必须考虑到二次电子在加速电极内壁上的散射和新产生的二次电子进入加速区形成电子流的因素．     

Influence of pulse polarity on electron emission property of antiferroelectric ceramic

The electron emission property of a novel antiferroelectric cathode material lanthanum-doped lead zirconate stannate titanate （PLZST） on the application of positive or negative triggering voltage pulses has been investigated. All experiments were performed in a vacuum of 10-5 Torr and at room temperature. It was discovered that there were two electron emission pulses when low positive triggering voltage was applied to the rear electrode, and three electron emission pulses when high positive triggering voltage was applied. However there were always two electron emission pulses when negative triggering pulses were applied. This phenomenon is proposed to be a result of both field electron emission at triple junctions and electron emission caused by polarization reversal. The experimental observations indicate that domain movement in the vicinity close to the triple junction under applica- tion of the triggering voltage pulse may be a primary origin of electron emission from PLZST.     

Laser induced photoemission electron and the generation of high Rydberg states of atoms and molecules

Laser induced photoemission electron was produced by directing 532 nm and/or 355 nm onto stainless steel plate on a time of flight mass spectrometer. Multiple charged ions and high Rydberg states of atoms or molecules were successfully generated by impacts of the photoemission electrons. The high Rydberg states ( n ～40-100) thus produced were separated from ions, produced by direct electron impact ionization, by a 3 V DC electric field and then ionized by a delayed pulsed HV electric field in a ZEKE-PFI manner. Relationship between generation/property of high Rydberg states of atoms/molecules and experimental conditions could be investigated. Relationship between the electron accelerating voltage and high Rydberg states of Ar was described.     

A laser-plasma accelerator producing monoenergetic electron beams

Particle accelerators are used in a wide variety of fields, ranging from medicine and biology to high-energy physics. The accelerating fields in conventional accelerators are limited to a few tens of MeV m(-1), owing to material breakdown at the walls of the structure. Thus, the production of energetic particle beams currently requires large-scale accelerators and expensive infrastructures. Laser-plasma accelerators have been proposed as a next generation of compact accelerators because of the huge electric fields they can sustain (>100 GeV m(-1)). However, it has been difficult to use them efficiently for applications because they have produced poor-quality particle beams with large energy spreads, owing to a randomization of electrons in phase space. Here we demonstrate that this randomization can be suppressed and that the quality of the electron beams can be dramatically enhanced. Within a length of 3 mm, the laser drives a plasma bubble that traps and accelerates plasma electrons. The resulting electron beam is extremely collimated and quasi-monoenergetic, with a high charge of 0.5 nC at 170 MeV.     

利用相干渡越辐射测量自由电子激光的群聚

探讨了利用相干渡越辐射(CTR)来测量自由电子激光(FEL)群聚电子束的测量方法。根据相干渡越辐射(CTR)的特性,结合FEL中电子束群聚的特点,建立了理论模型。利用CAEP光阴极RF腔注入器、30 M eV射频加速器产生的30 M eV电子束及相应的FEL装置进行了实验验证。结果表明:群聚后电子束渡越辐射的强度大大高于非群聚电子束的辐射强度,而且辐射角也很小,反映了该辐射的相干性,由此可以给出电子束的群聚效果。     

电子束熔融直接金属成型工艺的研究

研究了工艺参数对电子束熔融工艺过程的影响,采用线性回归分析建立了一个数学模型.研究结果表明,扫描线宽与电子束电流、加速电压和扫描速度呈明显的线性关系,当搭接率为0.5时,所获得的层面质量优于搭接率小于0.5时的层面质量,回旋扫描路径可以减少热量的积累,有效地防止金属小液滴的飞溅,从而得到较好的层面质量.针对实验中出现的电子与粉末碰撞造成的未熔粉末的飞溅,采用优化的工艺参数对粉层进行预热,从而大大减少了未熔粉末的飞溅.对于扫描线的球化,采用功率与扫描速度的比值大于0.1的工艺参数进行扫描,获得了连续的扫描线.通过对工艺参数的优化,得到了性能优异的一维扫描线和二维层面,为三维实体的成型奠定了基础.     

提高高频离子源性能的研究

研制了一台4MV静电加速器用高频离子源;测试并分析了振荡器板压、离子源气压和引出电压对离子束品质的影响;在575V板压、7.7×10-4Pa气压、1.6kV引出电压和21kV聚焦电压的状态下,得到了束流为169μA、质子比为88%的稳定离子束.