驻波边耦合加速结构的数值模拟与计算

发布时间：2020-04-04 20:33

【摘要】：医用电子直线加速器已经广泛应用于放射治疗领域。边耦合加速结构因其良好的工作稳定性以及紧凑的结构特性等优点,已经成为最常用的医用加速结构。本文对工作频率为2998MHz的驻波边耦合加速结构进行了设计和实验研究。首先,论文使用CSTMWS对边耦合结构进行大量的模拟计算。为了得到高分路阻抗、高Q值的腔型,在保证单腔谐振频率为2998MHz下,论文对腔体鼻椎处的关键尺寸进行了综合优化。优化后的腔型有效分路阻抗约100MΩ/m,Q值为18730,R/Q为456。整个加速腔列由加速腔和耦合腔组合而成,基于双周期结构的色散理论,结构会引入ACA和CAC两个周期单元(A代表加速腔,C代表耦合腔)。通过对两个单元进行精确调频,优化得到了谐振于π/2模式下的加速电场。能量开关已是医用加速器中必不可少的装置。根据调变原理的不同,论文对三种能量调节方式进行了研究。基于操作简便的目的,本文提出单边横向插入调节活塞的方式。以4和6MeV作为电子出口的目标能量,论文进行了束流动力学仿真。结果显示,当最大电场幅值为36MV/m时,能量开关作用前后,电子可以由1OkeV分别加速到6.081MeV和4.001MeV,束团尺寸等特性满足设计要求。因独特的结构特性,边耦合结构中的电场是不对称的。首腔电场的对称性对束流品质至关重要。论文首先研究了首腔不对称电场的分析方法。为改善首腔电场的对称性,论文提出了两种改善方案。通过优化计算,两种方案可以将电场对称性分别提升5倍和10倍。为评估边耦合结构的结构性能,论文使用ANSYS Workbench对结构进行了热形变分析。在平均电场为23.8MV/m,占空比为2%的情况下,结构在鼻椎附近温度最高,为72.5℃。在耦合腔的外边缘形变最大,为73μm。由形变产生的频率偏移为-2.21MHz。以上数据为未来的冷却系统设计提供参考和依据。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL53

【参考文献】

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本文编号：2614045