技術領域

本發(fā)明涉及用于檢測系統(tǒng)的加速設備，加速設備基于以帶電粒子的能量可調射束實現(xiàn)兩個能級之間可調的脈沖韌致輻射的加速器，采用帶電粒子的脈沖式發(fā)生和加速技術，本發(fā)明還涉及為了這樣的目的構建直線加速器。

背景技術：

產(chǎn)生脈沖式帶電粒子束的直線加速器廣泛用于海關檢測系統(tǒng)檢查大型集裝箱。在這樣的探測器中，帶電粒子束聚焦在位于加速器末端的減速靶上。在離開準直儀后，帶電粒子束被嚴格地校準到被檢查物體方向上的窄束中。已經(jīng)穿過了該物體的射束部分由一組探測器記錄。來自這些探測器的信號使該物體內容物的圖像得以重建。

上個年代已經(jīng)看到了基于在兩個能級和強度級之間電子可調的加速器的非侵入檢測系統(tǒng)的集中發(fā)展。對這樣的韌致輻射源的需求由檢查某些物體的重要性確定，如檢測核裂變物質（OgorodnikovS.;Petrunin,V.Processingofinterlacedimagesin4-10MeVdualenergycustomssystemformaterialrecognition.PhysicalReviewSpecialTopics–AcceleratorsandBeams5(104701),2002）。

實際上一切現(xiàn)存的檢測系統(tǒng)所用加速器，尤其是由美國的VarianMedicalSystems公司生產(chǎn)的廣泛使用的加速器，（Whittum,D.H.,Trail,M.E.,Meddaugh,G.E.,Stateoftheartinmedicalandindustriallinear-acceleratorsystems,VacuumElectronicsConference,2008.IVEC2008.IEEEInternational,PublicationDate:22-24April2008,pp.8-11），以及中華人民共和國的同方威視生產(chǎn)的加速器（Ch.Tang,H.Chen,Y.Liu,X.Wang,Low-EnergyLinacsandtheirApplicationsinTsinghuaUniversity,ProceedingsofLINAC2006,Knoxville,TennesseeUSA,pp.256-258）采用磁控管作為微波電源，能夠滿足這樣的加速器強加的重要需求（緊湊、機動、廉價）。

不過，除了緊湊和重量輕以外，對檢測系統(tǒng)中采用的加速器尤其是使用能量調整脈沖的加速器強加的其他需求包括：工作區(qū)域外的背景輻射低、擊中減速靶的帶電粒子束窄、脈沖劑量率的穩(wěn)定性和射束的能量高以及對每個能級獨立地調整劑量率的可能性。

由于沿著加速器或其一部分的長度，要實現(xiàn)粒子的可變加速率、能量可變增益的需要，在設計使用能量調整的電子直線加速器時，人們遇到許多特定問題。

因此，在采用磁控管作為高頻電源的加速器中，為了調整脈沖加速射束的能量，人們必須通過調整向陰極施加的高壓脈沖的振幅，調整加速場的級別，即調整所產(chǎn)生的微波功率。高壓脈沖的振幅變化引起由磁控管產(chǎn)生的震蕩頻率變化，所以需要失調補償?shù)奶厥獯胧?，失調就是高頻信號的頻率與加速器的諧振頻率不一致。此外，如果高頻信號的振幅變化不伴隨著由磁控管產(chǎn)生的磁場的恰當變化（它必然隨信號不同而不同），磁控管的運行便遠非最佳，降低了檢測方法的靈敏度。在最佳情況下，微波功率的變化范圍顯著收窄，進而加速射束的變化范圍也收窄。

在采用速調管作為微波電源的直線加速器中，為了通過調整加速場的級別而調整脈沖加速射束的能量，實現(xiàn)由速調管放大的微波功率級別的調整是通過調整入口低強度高頻信號的振幅，在向陰極施加的微波脈沖的振幅不變時該信號具有不變的頻率。如果與磁控管對比，速調管提供了更寬范圍的能級變化、脈沖加速射束能量和脈沖韌致輻射劑量率的更高穩(wěn)定性。不過，當今的單束速調管由于需要采用螺線管使加速器中帶電粒子束聚焦，尺寸大且具有的質量大。它們在高電壓下運行因此需要油絕緣，所以基于速調管的電子加速器的尺寸大并且其成本相當高。

存在著能夠以能量調整模式使用的使用能量調整脈沖的電子直線加速器（RU,2282955,C2）。它包括電子源、超高頻發(fā)生器、電源、控制系統(tǒng)、加速系統(tǒng)，該加速系統(tǒng)包括使用駐波的集聚段和使用行波的加速段；每段都包括具有電子束漂移管和電磁連接孔徑（“窗口”）的約束單元。加速器包括發(fā)射微波功率的器件和超高頻功率引出器件，前者連接到射束在其路徑上遇到的加速段的第一個單元（這個單元鄰近集聚段的最后一個單元），而后者連接到加速段的最后一個單元。通過調整帶電粒子的電流能夠調整能量，并且這個過程按照推測不影響加速系統(tǒng)的集聚段中加速場的振幅，而且加速段中能量增益不因為射束的電流負載而減小。以上介紹的加速器的主要問題是劑量率與射束的能量之間的相互依賴，這使得在每個個別脈沖的情況下對射束的能級獨立調整劑量率不可能。

存在著使用能量調整的電子直線加速器（US,7,208,889,B2），包括：

-產(chǎn)生電磁波的電源；

-產(chǎn)生帶電粒子脈沖的注入器；

-加速段（第一段），適于產(chǎn)生上述帶電粒子的脈沖，用于產(chǎn)生上述電磁波并將其能量傳遞到上述粒子的脈沖；

-另一個加速段（第二段），適于產(chǎn)生從第一段行進的上述帶電粒子的脈沖并將能量傳遞到上述粒子的脈沖；

-相移器件，被放置在電源與第二加速段之間，適于交替地移動上述電磁波的相位和以預設相位引導電磁波到第二加速段。

不過，這樣設計的具有分開的高頻鏈接的兩段組成的加速系統(tǒng)，微波電源系統(tǒng)和真空系統(tǒng)兩段都過于復雜，易出故障，并且在每段中都需要非常復雜的系統(tǒng)用于控制和頻率調整。

存在著采用行波的電子加速器（US,7,130,371,B2），用于以兩個級別之間的脈沖韌致輻射能量的調整和對每種能量獨立的劑量率調整產(chǎn)生高頻韌致輻射。它包括韌致輻射源、微波電源系統(tǒng)、三電極電子槍的控制電極的調制器（對各個脈沖提供電子槍發(fā)出射束電流級別調整）、高壓電源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、連接到加速器的控制器、控制面板和減速靶。在這種加速器中，韌致輻射源包括注入器，適于從第一電壓脈沖和第二電壓脈沖產(chǎn)生電子束并引導射束到加速段，它適于通過電磁信號的脈沖使電子束脈沖形成和加速。

高壓電源系統(tǒng)包括至少時鐘脈沖發(fā)生器，適于形成具有第一頻率的電磁信號脈沖和具有第二頻率的電磁信號脈沖；換向開關，適于傳遞具有第一或第二頻率的電磁信號脈沖；激勵器和速調管，用于放大上述電磁信號脈沖的振幅。

高壓電源系統(tǒng)包括上述速調管的調制器、適于產(chǎn)生上述第一振幅的電壓的第一脈沖和上述第二振幅的電壓的第二脈沖的注入器的調制器以及使上述注入器的調制器與上述速調管的調制器的操作同步的器件。這種加速器的發(fā)射頻譜適于多種物質的辨認。

上述設備和它實施的產(chǎn)生韌致輻射的方法（US,7,130,371,B2）能夠對各個脈沖調整加速射束的能量和電流。在這種設備中，射束能量的調整是基于加速結構中電磁波（以行波）的相速度對電磁信號的頻率的依賴性。隨著電磁信號頻率的提高，電磁波的相速度以及隨之而來加速射束的能量降低。

加速射束的電流級別的調整是基于注入器（三電極電子槍的注入器）的電流對控制電極上送入電壓的依賴性。隨著控制電極上送入電壓的提高，注入和加速的射束的電流增大。

因此，由于同時調整時鐘脈沖發(fā)生器的頻率和送入電子槍的控制電極的電壓，有可能調整由加速電子束在撞擊減速靶時產(chǎn)生的韌致輻射能量的較高的級別并且實現(xiàn)韌致輻射所需劑量率。這種方法的本質特征是使用行波的加速結構和用作高頻信號放大器的速調管。

不過，使用行波的加速結構（US,7,130,371,B2）使得產(chǎn)生緊湊的加速器不可能，因為眾所周知為了使用從微波電源（速調管、磁控管）供給的相等功率實現(xiàn)加速射束的相等能量，使用行波的加速結構的長度是使用駐波的加速結構情況下的大約兩倍。此外，使用行波的加速結構需要在其表面上安裝粗重的螺線管以約束和聚焦射束。但是螺線管的場強無法對各個脈沖調整；所以上述設備不允許產(chǎn)生在高能量和低能量都能同樣聚焦良好的射束。

本發(fā)明的最接近類似物和原型是使用能量調整的韌致輻射產(chǎn)生方法（WO2010/019228;US,2010/0038563,А1），采用以下步驟：

-從高壓電源系統(tǒng)向微波電源連續(xù)送入第一級別的電能和第二級別的電能，電能的第一和第二級別不同；

-由微波電源連續(xù)產(chǎn)生其第一功率級別發(fā)生在第一頻率的第一高壓功率脈沖和與第一功率級別不同的其第二功率級別發(fā)生在與第一頻率不同的第二頻率的第二高壓功率脈沖，所述頻率至少部分地取決于第一和第二級別的能量；

-向加速器的諧振器送入上述高頻功率的第一和第二脈沖；送入它們時可以作為包括具有第一固定功率級別的第一高頻功率脈沖后跟隨著具有第二固定功率級別的第二高頻功率脈沖的脈沖序列，并且在這種情況下兩個固定功率級別可以相等；

-在向加速結構送入第一高頻功率脈沖期間使第一高頻脈沖的第一頻率與加速器的諧振頻率同步；

-在向加速結構送入第二高頻功率脈沖期間使第二高頻脈沖的第二頻率與加速器的諧振頻率同步；

-把帶電粒子注入加速結構的諧振器；有可能在向加速器送入第一高頻功率脈沖期間以射束的第一電流注入第一種帶電粒子，以及在向加速器送入第二高頻功率脈沖期間在射束的與第一電流不同的第二電流期間引導第二種帶電粒子；

-由加速器連續(xù)以加速結構的第一諧振頻率使注入的帶電粒子加速到第一能級，然后以加速結構的第二諧振頻率加速的第二能級，所述頻率至少部分地取決于第一和第二級別的能量；

-由第一種和第二種加速帶電粒子連續(xù)轟擊靶，以第一和第二能級產(chǎn)生韌致輻射。

實施這種方法時使用以可調能量產(chǎn)生韌致輻射的設備（WO2010/019228;US,2010/0038563,А1），它包括以下部件：

-加速結構，使電子加速；

-帶電粒子源，用于使粒子送入加速結構，作為這樣的源，人們可以使用電子槍；

-高頻功率發(fā)生器，向加速結構選擇地送入第一和第二高頻功率脈沖；第二高頻功率脈沖的功率和頻率不同于第一高頻功率脈沖的功率和頻率；

-在向加速結構送入第一高頻功率脈沖期間使功率發(fā)生器的第一頻率與加速結構的第一諧振頻率同步的器件（第一器件），如具有控制器的形式；

-在向加速結構送入第二高頻功率脈沖期間使功率發(fā)生器的第二頻率與加速結構的第二諧振頻率同步的器件（第二器件），如具有控制器的形式，其設計不同于第一控制器的設計；

-位于加速結構末端的靶，它與加速電子的相互作用引起韌致輻射；第一種加速帶電粒子與靶的相互作用在第一能級引起韌致輻射，而第二種加速帶電粒子的相互作用在第二能級引起韌致輻射，它不同于第一能級。

此外，該設備能夠被賦予適于向上述功率發(fā)生器送入電力的電源；該電源能夠適于向帶電粒子源選擇地送入至少不同的第一和第二電壓，以向加速結構送入至少不同的（第一和第二）電流。

在高頻功率發(fā)生器具有磁控管的形式時，該設備被賦予調制器，用于選擇地控制磁控管運行在第一電功率以產(chǎn)生第一高頻功率脈沖以及控制磁控管運行在與第一電功率不同的第二電功率以產(chǎn)生第二高頻功率脈沖，并且電功率源能夠與連接著電子槍的調制器分開和獨立地安裝，而且調制器能夠具有固態(tài)調制器的形式。

如果高頻功率發(fā)生器具有速調管的形式，使用第一自動頻率調節(jié)方法使第一高頻功率脈沖的第一頻率與加速結構的第一諧振頻率同步，并且使用與第一調節(jié)方法不同的第二自動頻率調節(jié)方法使第二高頻功率脈沖的第二頻率同步。

不過上述方法（WO2010/019228;US,2010/0038563,А1）的公知基本實施例使用磁控管，它產(chǎn)生的頻率能夠隨脈沖變化，作為送入電功率變化的結果，所以人們必須安裝控制或校正設備以便精確地產(chǎn)生所要求的頻率。采用磁控管的設備的這些特征自動地歸因于采用速調管作為電源的設備的變型，所以這種方法沒有附加的修改便不行。速調管的設計不作介紹。

帶電粒子束物理學的專家理解，在一切上述產(chǎn)生韌致輻射的方法和這樣的產(chǎn)生所用的設備中，人們應當或者調整高頻電源的頻率或者使用具有不同頻率的兩個源，而這導致過度復雜和可靠性降低，并且使用傳統(tǒng)的速調管伴隨著使用螺線管和電壓超過100kV的高壓電源，結果無非是質量和尺寸增加。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是便利韌致輻射的產(chǎn)生和簡化以在兩個能級之間可調的脈沖產(chǎn)生脈沖韌致輻射的設備的設計，所述設備能夠用于檢測系統(tǒng)中，減小其尺寸以及改進其可靠性。

更確切地說，本發(fā)明的目的是開發(fā)以下方法：由于以相同能級但是不同的電流級別脈沖地產(chǎn)生帶電粒子束，以在兩個能級之間可調的脈沖產(chǎn)生脈沖韌致輻射，隨后以上述高頻功率脈沖的送入與所述射束的電流的所述脈沖的送入同步，以所述第一和第二帶電粒子束的電流的級別的變化同時調整上述脈沖的功率級別的可能性，通過以不同的高頻功率級別但是相等頻率送入高頻功率脈沖，把粒子的第一射束加速到預設的第一能級以及把粒子的第二射束加速到預設的第二能級，實現(xiàn)了在每個能級的劑量率的獨立調整；以及開發(fā)實施這種產(chǎn)生韌致輻射方法的設備。

通過創(chuàng)建對每個預設能級以調整劑量率級別的可能性來調整（對獨立脈沖的）兩個級別之間能量產(chǎn)生韌致輻射的方法，應付了這種挑戰(zhàn)，實現(xiàn)了以下步驟：

-在某種情況下由所述第一和第二加速帶電粒子脈沖射束撞擊減速靶交替地產(chǎn)生韌致輻射，此時上述射束的固定能級和電流不同，但是韌致輻射劑量率在兩種情況下相同；

-被交替送入的所述第一和第二加速帶電粒子脈沖射束使用包括陰極、陽極和控制電極的電子槍產(chǎn)生，方式為向所述電子槍的陰極交替地送入不同振幅（所述振幅對若干所述固定能級不同）的電壓脈沖，使得所述脈沖以脈沖間短間隔成對送入，這些間隔比對間間隔短得多；

-采用使用駐波的加速結構，把所述第一和第二帶電粒子脈沖射束分別加速到第一和第二能級，方式為以短的對內脈沖間間隔和相同頻率但是不同的固定功率級別的成對的高頻功率脈沖影響所述第一和第二帶電粒子束的行進；進行設置以提供以下功能：

-使上述第一高頻功率脈沖的送入時間與所述第一帶電粒子束的電流的脈沖送入時間的同步；

-使上述第二高頻功率脈沖的送入時間與所述第二帶電粒子束的電流的脈沖送入時間的同步；

-使由所述電子槍形成的帶電粒子的電流脈沖對的送入頻率與上述高頻功率脈沖的配對的送入頻率的同步；

-同時以所述第一和第二帶電粒子束的電流級別的變化，通過上述高頻功率脈沖的功率級別的變化，對各個脈沖調整帶電粒子束的能量；

-在帶電粒子撞擊位于所述加速結構末端的小直徑電子管道的末端放置的所述減速靶時產(chǎn)生韌致輻射；

-通過調整所述第一和第二帶電粒子束的電流，調整所述韌致輻射劑量率。

根據(jù)本發(fā)明，期望由低強度的加速場影響所述加速結構中（由所述電子槍產(chǎn)生的）所述第一和第二帶電粒子束的行進，用于所述粒子速度的調制，實現(xiàn)部分的粒子集聚成束；然后由高級別的加速場影響聚束后射束的行進，引起加速、附加的粒子集聚成束以及粒子通量的聚焦；然后所述通量由強度更高的加速場影響，然后聚焦并最終將所述聚焦的通量加速達到預設的速度。

通過創(chuàng)建（對各個脈沖）使用兩個能級之間可調的能量和對每個所述固定能級調整劑量率的可能性來產(chǎn)生脈沖韌致輻射的設備，應付了這種挑戰(zhàn)，包括：

-賦予了諧振器并以使用駐波的加速結構的形式設計的用于帶電粒子加速的加速結構；

-帶電粒子源，適于產(chǎn)生帶電粒子束并向所述加速結構的所述諧振器脈沖地送入；這個源實際上具有（對各個脈沖）能夠調整兩個預設級別之間電流的電子槍的形式，所述電子槍被賦予三個電極：陰極、陽極和控制電極；

-位于上述加速結構末端的小直徑電子管道；

-位于所述電子管道末端的靶；在加速的帶電粒子束撞擊這個靶時產(chǎn)生韌致輻射，對不同射束所述劑量率相等，更精確地說，在第一束加速的帶電粒子撞擊所述靶時產(chǎn)生第一能級的韌致輻射，在第二束加速的帶電粒子撞擊所述靶時產(chǎn)生第二能級（它不等于所述第一能級）的韌致輻射；

-高頻電源系統(tǒng)，包括：

-賦予了采用永磁體的聚焦系統(tǒng)的脈沖式多束放大速調管，所述速調管適于具有相等頻率但是不同固定功率級別的所述第一和第二高頻功率脈沖的放大和連續(xù)交替送入所述加速結構的所述諧振器；

-激勵器，適于把所述第一高頻功率和所述第二高頻功率都連續(xù)地脈沖式送入上述速調管以及對各個脈沖實現(xiàn)兩個預設級別之間所述第一和第二高頻功率級別的調整，對兩個能級產(chǎn)生的震蕩的頻率相等，其中所述第一高頻功率和所述第二高頻功率具有兩個不同的級別；

-高壓電源系統(tǒng)，包括：

-適于向上述速調管和上述電子槍的陰極送入電功率的調制器形式的電功率源，上述電功率的級別對所述第一和第二能量相同并且也適于以脈沖間短間隔送入上述電脈沖對，所述脈沖間短間隔比對間間隔短得多，因此實現(xiàn)經(jīng)由上述電壓脈沖級別的變化來調整所述第一和第二束的電流；

-向所述電子槍的所述控制電極送入電功率的源，適于向所述控制電極送入與上述粒子束的上述能級對應的不同振幅的交替電脈沖，以及也適于以脈沖間短間隔送入成對電脈沖，所述脈沖間短間隔比對間間隔短得多，實現(xiàn)經(jīng)由上述電壓脈沖級別的變化來調整所述第一和第二束的電流；

控制器，實現(xiàn)：

-使上述第一高頻功率脈沖的送入時間與所述第一束帶電粒子的電流脈沖的送入時間同步；

-使上述第二高頻功率脈沖的送入時間與所述第二束的電流脈沖的送入時間同步；

-使由所述電子槍產(chǎn)生的所述第一和第二束帶電粒子的電流成對脈沖的送入頻率與由所述激勵器產(chǎn)生的成對高頻功率脈沖的送入頻率和要由所述速調管放大的高頻功率脈沖的送入頻率同步；

-冷卻系統(tǒng)，實現(xiàn)上述加速結構、上述減速靶、上述速調管和上述調制器的冷卻，

以及，此外，所述設備被賦予控制系統(tǒng)，經(jīng)由向所述控制器發(fā)布用于實現(xiàn)與所述第一和第二束的電流級別變化同時地調整所述高頻功率脈沖的能級的命令，對于各個脈沖實現(xiàn)調整加速的帶電粒子束的能級。

根據(jù)本發(fā)明，期望所述調制器被賦予向所述速調管和所述電子槍的陰極都供應所述第一級別的電功率的可能性，實現(xiàn)由所述速調管對兩種上述高頻功率脈沖的放大以及由電子槍產(chǎn)生兩束帶電粒子。

根據(jù)本發(fā)明，也期望所述調制器是固態(tài)調制器。

根據(jù)本發(fā)明，也期望上述激勵器被賦予合成器、固態(tài)微波放大器和使用PIN二極管的電子衰減器。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望所述加速結構被賦予用于在所述加速場的低級別集聚的單元（第一單元），用于在高于所述第一單元中級別的級別加速和聚焦的另一個單元（第二單元），以及第三和其他單元用于在高于所述第二單元中級別的所述加速場的相同級別加速和聚焦；從所述第一單元向所述第二單元送入粒子束時，在所述單元之間180°相位移的情況下，所述第一和第二單元的間隙中心之間距離的選擇必須使得加速的粒子束的中心位于所述第二單元中加速場最大附近的區(qū)域中。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望所述加速結構的所述第一和第二單元的間隙中心之間距離Lg遵循以下公式：

其中：β0=v0/c，v0為在集聚單元的入口處帶電粒子通量的速度，λ為自由空間中高頻電源的電磁波的長度，c為光速，n=1,2,3…

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望在所述加速結構中，根據(jù)所述第二單元的間隙中心中所述束的電流的第一諧波的最大振幅的啟發(fā)，選擇在所述第一單元的間隙的加速場的高頻電壓Ug：

其中：U0為由電子源供應的電壓，n=1,2,3…

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望在所述加速結構的壁上有安裝的連接環(huán)路，實現(xiàn)所述加速場和加速的帶電粒子束的恰當能級的控制。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望上述加速結構和上述電子槍位于高滲透性磁屏蔽材料制成的屏蔽內部。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望電離室被安裝在面向所述韌致輻射束的減速靶的側面。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望所述電子槍、與所述減速靶在一起的上述加速結構以及上述屏蔽內部放置的所述電離室被局部輻射屏蔽圍繞以形成和引導所述韌致輻射束。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望所述高頻功率系統(tǒng)被賦予波導，實現(xiàn)把由上述速調管放大的所述高頻功率脈沖引導到上述加速結構，使得與所述減速靶在一起的上述電子槍、上述加速結構和上述電子管道由上述輻射屏蔽圍繞，它們全部位于與環(huán)境隔離的相同真空隔間中并且被賦予位于上述波導中并對上述高頻脈沖可滲透的真空窗口。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望所述泵送系統(tǒng)被賦予被安裝到上述波導的吸氣泵，該吸氣泵不要求電源并且在所述設備的服務壽命期間實現(xiàn)在上述真空隔間中保持高真空度并經(jīng)由上述波導的窄壁中的孔連接到上述真空隔間。

此外，根據(jù)本發(fā)明，期望經(jīng)由所述波導的窄壁中的孔連接到所述真空隔間的濺射離子泵被安裝到上述波導上，其中所述濺射離子泵的電流是所述真空隔間內部的真空度的函數(shù)。

附圖說明

利用以下包含/附帶的圖，以下通過使用本發(fā)明的產(chǎn)生韌致輻射的設備，根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生韌致輻射的實例展示了本發(fā)明:

圖1是產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明設備的實施例的設計；

圖2是顯示了圖1上顯示的產(chǎn)生韌致輻射的設備操作模式的圖；

圖3是實現(xiàn)在兩個固定能級之間調整能量的模式下獲得的加速帶電粒子束的能量譜，顯示為射束平均電流Iav與射束能級E之間的關系；

圖4是被連續(xù)地引導到減速靶的成對脈沖的不同能級的相同射束的圖像：圖4中a、a1、a2是對于低能級的射束；圖4中b、b1、b2是對于高能級的射束：用于對比網(wǎng)格步長=1毫米的刻度網(wǎng)格的圖像。

圖5是其設計/布局顯示在圖1上的產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明設備的一般視圖/外觀。

介紹的本發(fā)明方法實施例的若干實例不是面面俱到的；它們對本發(fā)明的實施例未強加限制，并且它們在專利申請中包含的權利要求書之內。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明，（對于各個脈沖）以兩個固定能級之間的可調能級產(chǎn)生韌致輻射的方法能夠以圖1所示的產(chǎn)生韌致輻射的設備形式實施。

所述設備（圖1）包括韌致輻射源1、高頻電源系統(tǒng)2、高壓電源系統(tǒng)3、冷卻系統(tǒng)4、控制器5和控制系統(tǒng)6。

韌致輻射源1包括：

-用于對帶電粒子束加速的加速結構，被賦予諧振器并且具有帶有駐波的加速結構7的形式；

-適于產(chǎn)生帶電粒子并向加速系統(tǒng)7的諧振器脈沖式送入帶電粒子束的源，具有三電極電子槍8的形式，經(jīng)由陶瓷絕緣體與加速結構7連接并包括陰極9、控制陰極10和陽極（未顯示在附圖上），（對于各個脈沖）能夠調整兩個固定能級之間的電流；

-在加速結構7末端處安裝的小直徑電子管道11；

-減速靶12，位于電子管道11末端并且在經(jīng)由電子管道11從加速結構7送入的加速帶電粒子束撞擊減速靶12時，能夠產(chǎn)生韌致輻射。

加速結構7和電子槍8都被放置在由高滲透性磁性屏蔽材料制作的屏蔽14之內。

此外，電離室15被安裝在面向韌致輻射束13的減速靶12的側面。

此外，在上述屏蔽14內部，電子槍8和加速結構7與電子管道11、減速靶12和電離室15一起被安裝在具有孔17的局部輻射屏蔽16的內部空穴中，孔17能夠形成并引導韌致輻射束13。

根據(jù)本發(fā)明，在加速結構7的壁上有一個連接環(huán)路18，實現(xiàn)由加速結構7產(chǎn)生的加速場和加速的帶電粒子束19的恰當能級的控制。

此外，根據(jù)本發(fā)明，與減速靶12在一起的電子槍8、加速結構7和電子管道11（它們全都被輻射屏蔽16圍繞）位于與環(huán)境隔離的相同真空隔間中，并且具有一個真空窗口20。

此外，根據(jù)本發(fā)明，具有駐波的加速結構7被賦予用于在所述加速場的低級別集聚的單元（第一單元），用于在高于第一單元中級別的級別加速和聚焦的另一個單元（第二單元），以及第三和其他單元用于在高于第二單元中級別的加速場的相同級別加速和聚焦。從第一單元向第二單元送入粒子束時，在所述單元之間180°相位移的情況下，第一和第二單元的間隙中心之間的距離的選擇必須使得加速的粒子束的中心位于第二單元中加速場最大附近的區(qū)域中。

此外，根據(jù)本發(fā)明，加速結構7中第一和第二單元的間隙中心之間的距離Lg遵循以下公式：

其中：β0=v0/c，v0為在集聚單元的入口處帶電粒子通量的速度，λ為自由空間中高頻電源的電磁波的長度，c為光速，n=1,2,3…。

此外，根據(jù)本發(fā)明，在所述加速結構7中，根據(jù)第二單元的間隙中心中所述束的電流的第一諧波的最大振幅的啟發(fā)，選擇在第一單元的間隙的加速場的高頻電壓Ug：

其中：U0為由電子源供應的電壓，n=1,2,3…。

如果必要，在加速結構7的外表面上能夠安裝校正線圈21。

在加速結構7中，經(jīng)由送入加速結構7的高頻電源的級別變化調整射束的最終能量，對于整個能量范圍加速射束的可能最大與可能最小能量的比值不小于2.0，而減速靶上射束的直徑不小于2.0毫米。

根據(jù)本發(fā)明，高頻電源系統(tǒng)2包括脈沖放大速調管22和激勵器23。速調管22引導由速調管22放大的高頻電源脈沖經(jīng)由波導24、鐵素體解耦裝置25和真空窗口20到加速結構7。波導24被賦予用于供給絕緣氣體的系統(tǒng)26和放電傳感器27。波導24和鐵素體解耦裝置25都充滿了絕緣氣體以預防高頻擊穿。在真空窗口20放電的情況下，波導24或鐵素體解耦裝置25的放電傳感器27產(chǎn)生阻塞信號，并且停止由激勵器23形成高頻信號的過程。

脈沖放大速調管22被賦予采用永久磁鐵（未顯示在附圖上）的聚焦系統(tǒng)，并且適于放大和向加速結構的諧振器連續(xù)交替地送入具有相等頻率但是不同預設功率級別的第一和第二高頻功率脈沖。

作為脈沖放大速調管22，人們能夠使用小的多束速調管，例如類似于KIU–147A（Multy-beamklystronswithreversepermanentmagnetfocusingsystemastheuniversalrfpowersourcesforthecompactelectronaccelerators,I.A.Frejdovich,P.V.Nevsky,V.P.Sakharovetal,inProceedingsofRuPAC2006,Novosibirsk,Russia,p.100）,它以低電壓運行并能夠使用小的調制器；在這樣情況下使用多束電子槍產(chǎn)生電子束，然后它們穿過速調管的諧振器和由永久磁鐵產(chǎn)生的磁場中的漂移管。由于速調管和激勵器頻率控制設備的這樣的設計，所以產(chǎn)生韌致輻射裝置的質量和尺寸都被顯著地降低。

脈沖放大速調管22由于其多束設計以低電壓運行，因為使用了賦予永久磁鐵的聚焦系統(tǒng)而緊湊，并且能夠激勵加速結構的微波場。

不過，即使由螺線管產(chǎn)生磁場，使用低壓繼而有小型速調管22的固態(tài)調制器的可能性也使得這種裝置的尺寸顯著地降低。

多束脈沖放大速調管22具有高放大系數(shù)，實現(xiàn)使用低功率輸出的激勵器23，能夠保持高頻穩(wěn)定性。其功率輸出對于各個脈沖實現(xiàn)按照需要的精度調整。

激勵器23被連接到速調管22并且它適于向速調管22連續(xù)地脈沖式送入第一高頻功率和第二高頻功率（高頻功率的兩種不同級別），并且其設計對于由韌致輻射13的源I所產(chǎn)生的各個脈沖實現(xiàn)在兩個固定級別之間調整送入速調管22入口的高頻電源的第一和第二級別，產(chǎn)生震蕩的頻率對于兩個能級都是相等的。

此外，根據(jù)本發(fā)明，激勵器23被賦予合成器、固態(tài)微波放大器和使用PIN二極管的電子衰減器（未顯示在附圖上）。

此外，根據(jù)本發(fā)明，泵送系統(tǒng)28被賦予被安裝到波導24上的吸氣泵（未作為分開單元顯示在附圖上），不要求電源以及在所述設備的服務壽命期間實現(xiàn)在上述真空隔間中保持高真空度并經(jīng)由上述波導的窄壁中的孔連接到上述真空隔間。此外，泵送系統(tǒng)28被賦予濺射離子泵（未作為分開單元顯示在附圖上），被安裝在波導24上，并且經(jīng)由波導的窄壁中的孔連接到真空隔間，以便控制真空度和萬一在真空度下降時產(chǎn)生阻塞信號，因為其電流取決于真空隔間內部的真空度。真空室主要由吸氣泵抽氣，而濺射離子泵被用于控制真空度。這使得該源在長期存儲后能夠快速投入運行，并且保證了參數(shù)的穩(wěn)定性以及該系統(tǒng)的可靠運行，

低電壓供電系統(tǒng)3包括：

-以調制器29形式的電源，適于向速調管22和電子槍8的陰極9送入電力，對于第一和第二能級，該電源的級別相同；以及

-用于控制電子槍8的電極10的電源30。

調制器29被電氣連接到速調管22并且適于以短的對內脈沖間的間隔（所述脈沖間短間隔比對間的間隔短得多）向速調管22送入成對的電脈沖，并且能夠經(jīng)由電子槍8的陰極9處的電壓脈沖級別的變化，調整第一和第二束的電流。

此外，根據(jù)本發(fā)明，調制器29是固態(tài)調制器，適于向速調管22和電子槍8的陰極9送入第一電功率，實現(xiàn)速調管22對兩種上述高頻功率脈沖放大以及電子槍8產(chǎn)生兩束帶電粒子。

送入控制電極10的電功率源30適于向控制電極10送入粒子束的預設能級對應的不同振幅的交替電脈沖。電功率源30適于以短的脈沖間的間隔（所述脈沖間短間隔比對間的間隔短得多）送入成對的電脈沖，能夠經(jīng)由上述電壓脈沖級別的變化，調整第一和第二束的電流。

冷卻系統(tǒng)4包括流體冷卻器31、溫度傳感器陣列32和液體流動檢測器，并且能夠冷卻加速結構7、速調管22、調制器29和減速靶12。

控制器5被電氣連接到韌致輻射13的源1、高頻電源系統(tǒng)2、高壓電源系統(tǒng)3和冷卻系統(tǒng)4，并且適于使速調管22向加速結構7送入第一高頻功率脈沖的時間與電子槍8送入第一束帶電粒子的電流脈沖的時間同步；使向加速結構7送入第二高頻功率脈沖的時間與電子槍8送入第二束的電流脈沖的時間同步；使電子槍8產(chǎn)生的第一和第二束帶電粒子的電流的成對脈沖的送入頻率與激勵器產(chǎn)生的成對高頻電源脈沖的送入頻率和速調管22放大的高頻功率脈沖的送入頻率同步。

控制器5的操作顯示在與描述能量、功率和電流脈沖的送入的上述參數(shù)同步地產(chǎn)生韌致輻射的設備操作模式圖上（圖2），其中，τ是脈沖的持續(xù)時間，T1是脈沖對的脈沖間的間隔，T2是對間的間隔（對送入之間的時間）。經(jīng)由送入電子槍8的控制電極10的電壓變化實現(xiàn)了束電流的調整。

此外，根據(jù)本發(fā)明，該設備被賦予控制系統(tǒng)6，經(jīng)由向控制器5發(fā)送恰當命令以便改變高頻功率脈沖的能級同時改變第一和第二束的電流級別，對于各個脈沖實現(xiàn)調整加速的帶電粒子束的能級。

對于各個脈沖以調整兩個預設級別的能級而產(chǎn)生韌致輻射的方法在產(chǎn)生韌致輻射的上述設備中實施如下。

控制系統(tǒng)6（圖2）發(fā)出命令，命令控制器5向高頻電源系統(tǒng)2和高壓電源3發(fā)送能量信號。由控制器5發(fā)出的能量信號設置由激勵器23所產(chǎn)生的高頻功率脈沖的振幅，從而設置加速結構7中加速場的振幅、加速束的能量和韌致輻射13頻譜的上邊界。

此外，在每個單獨操作信號的情況下，由控制器5發(fā)出的能量信號設置向電子槍8的控制電極10送入的振幅，從而電子槍8電流的振幅、加速束的電流和韌致輻射13的劑量率。

經(jīng)由向電子槍8的陰極9送入由調制器29產(chǎn)生的電壓脈沖（對于全部預設能級它們是相等的），同時向控制電極10供給由電功率源30產(chǎn)生的不同能級的不同振幅的交替電脈沖而產(chǎn)生具有相同能級但是不同電流級別的帶電粒子的交替第一和第二束，并且上述脈沖以短的對內脈沖間的間隔被成對地發(fā)送，所述脈沖間短間隔比對間的間隔短得多。

在第一和第二束的形成期間，向速調管22送入的電功率保持不變。

電子槍8負責將第一和第二束粒子注入具有駐波的加速結構7的諧振器中。

由速調管22放大的第一和第二高頻功率脈沖經(jīng)由充滿絕緣氣體的波導24、鐵素體解耦裝置25和真空窗口20被連續(xù)地送入加速結構7的諧振器，并且在其到達諧振器后，上述脈沖激發(fā)了該處的加速場。

包括由電子槍8產(chǎn)生的第一和第二束帶電粒子的通量受到加速場的影響，產(chǎn)生粒子速度的調制，引起將通量中的粒子部分地集聚成束；然后部分集聚的通量受到更高強度加速場的影響，引起加速，另外的粒子集聚成束并將粒子通量聚焦；然后該通量受到更高強度加速場的影響并聚焦，最終聚焦的通量被加速至預設速度。

在加速結構7中，第一和第二束帶電粒子分別被加速至第一和第二預設能級。這種加速通過由激勵器23產(chǎn)生并由速調管22放大以及具有不同高頻功率級別的高頻功率脈沖影響第一和第二束帶電粒子的行進而實現(xiàn)。上述脈沖以短的對內脈沖間的間隔T1以成對脈沖的形式送入加速結構7的諧振器，該間隔比對間的間隔T2短得多，后者例如可以等于500微秒。

正如圖2所示，從速調管22向加速結構7送入上述第一高頻功率脈沖的時間與從電子槍8送入第一束帶電粒子的電流脈沖的時間同步；從速調管22向加速結構7送入上述第二高頻功率脈沖的時間與從電子槍8送入第二束帶電粒子的電流脈沖的時間同步；由電子槍8形成的帶電粒子的電流的脈沖對的送入頻率與由激勵器形成的上述高頻功率脈沖對的送入頻率同步。在由速調管22放大第一和第二高頻功率期間，向上述速調管送入的電功率保持不變。

由于與電子槍8產(chǎn)生的第一和第二束電流級別的變化同時地調整激勵器23的功率輸出，經(jīng)由加速結構7產(chǎn)生的加速場的級別變化（對于各個脈沖）調整帶電粒子束的能量。

圖3顯示了由磁性光譜儀對加速帶電粒子束能譜的測量結果，（對于各個脈沖）在兩個預設值之間可調的能量E是平均電流Iav的函數(shù)。

在兩種情況下，低和高能級的加速結構7以相同的頻率運行，由多束脈沖放大速調管產(chǎn)生的高頻功率的第一脈沖在時間上與束電流的第一脈沖同步，而第二功率脈沖與電流的第二脈沖同步。

加速場的能級受控于加速結構7的加速單元之一中安裝的連接環(huán)路18。

脈沖式韌致輻射13通過以不同預設能級和不同預設電流以第一和第二束加速帶電粒子對減速靶12的連續(xù)轟擊產(chǎn)生，使得韌致輻射13的劑量率與預設值相等。

在位于上述加速結構7的末端的小直徑電子管道11末端放置的減速靶12產(chǎn)生韌致輻射13。

通過調整由電子槍8產(chǎn)生的第一和第二束的帶電粒子的電流實現(xiàn)韌致輻射13的預設劑量率。

使用了減速靶12后面安裝的離子化室控制韌致輻射13的劑量率。

利用磁屏蔽14，在電子槍8和加速結構7中的寄生磁場被降低到不超過地球磁場等級的等級，以便確保加速的電子束擊中減速靶12的中心。束19在減速靶12上的位置能夠使用校正線圈21進行調整。

圖4顯示了具有成對脈沖不同能級的第一和第二束在連續(xù)與減速靶12碰撞之前的圖像：圖4中a、a1、a2是對于低能級的射束；圖4中b、b1、b2是對于高能級的射束：用于對比網(wǎng)格步長=1毫米的刻度網(wǎng)格的圖像。

圖5顯示了用于產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明設備的一般外貌，其設計/布局顯示在圖1中。

因此，根據(jù)本發(fā)明，使用產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明設備，產(chǎn)生韌致輻射的方法能夠以兩個預設能級之間的可調能量產(chǎn)生韌致輻射，并且能夠對每個預設能級獨立地調整劑量率。該設備的尺寸被顯著地減小，在打算用于檢測系統(tǒng)的設備情況下這是重要的，該設備的可靠性被改進。

在帶電粒子束物理學的專業(yè)人員必須理解，在本發(fā)明的框架內，產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明方法和產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明設備都能夠改進和修改。

工業(yè)應用

使用產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明方法的產(chǎn)生韌致輻射的本發(fā)明設備能夠使用在檢測系統(tǒng)中，并且它能夠使用公知的技術以及公知的材料和裝備制造。