Содержание к диссертации
Введение
1. Компактные линейные ускорители электронов для промышленности и медицины 11
1.1. Линейные ускорители электронов для промышленности 11
1.2. Линейные ускорители электронов для интраоперационной электронной лучевой терапии 22
1.3. Генераторы и усилители сверхвысокочастотного диапазона ускорителей с интенсивными пучками 31
1.4. Выводы 34
2. Методы и программы, использованные при проектировании ускоряющих структур 35
2.1. Расчет электродинамических характеристик ускоряющей структуры со стоячей волной .36
2.2. Собственные поля пучка и нагрузка током в ускоряющей структуре со стоячей волной 42
2.3. Выводы 45
3. Линейный ускоритель для интраоперационной электронной лучевой терапии 46
3.1. Выбор ускоряющей структуры 46
3.2. Оптимизация геометрии 52
3.3. Расчет фонового излучения 60
3.4. Изготовление и настройка 68
3.5. Испытания ускорителя .78
3.6. Выводы 84
4. Линейный ускоритель для неразрушающего контроля и инспекции .86
4.1. Модификации разработанной ускоряющей структуры 86
4.2. Выводы 95
Заключение 96
Список литературы 98
- Генераторы и усилители сверхвысокочастотного диапазона ускорителей с интенсивными пучками
- Собственные поля пучка и нагрузка током в ускоряющей структуре со стоячей волной
- Оптимизация геометрии
- Модификации разработанной ускоряющей структуры
Введение к работе
Актуальность работы заключается в развитии установок для лучевой
терапии, инспекции и неразрушающего контроля объектов, а также для других
областей промышленности, требующих применения эффективных линейных
ускорителей электронов. Необходимо остановить рост онкологических
заболеваний не только в развитых, но и в развивающихся странах путем снижения
затрат на лучевую терапию, способствуя все более широкому ее распространению.
В связи с увеличением объемов движения грузов инспекционные установки
должны увеличивать эффективность поиска запрещенных объектов, быть более
простыми и компактными. В дополнение, законодательства стран изменяются,
благоприятствуя развитию передвижных инспекционных комплексов, призванных
повседневно защищать нашу жизнь от различных угроз. Появляются новые
отрасли применения прикладных компактных ускорителей. Таким образом, задача
улучшения эффективности ускоряющих систем компактных линейных
ускорителей электронов крайне востребована.
Цели работы
Разработка ускоряющей структуры для улучшения характеристик компактного линейного ускорителя электронов, используемого в установке интраоперационного электронного облучения пациентов, с регулируемой
энергией 4-12 МэВ и питанием от СВЧ генератора с импульсной мощностью до 2 МВт на частоте 9,3 ГГц.
Разработка ускоряющих структур с интенсивными пучками для компактных ЛУЭ нового поколения, которые могут быть использованы в медицине, инспекции, неразрушающем контроле и для решения прочих практических задач.
Задачи работы
Расчёт и оптимизация ускоряющих структур со стоячей волной трёхсантиметрового диапазона длин волн для использования в установках, применяющихся в перспективных областях медицины и промышленности.
Научная новизна работы
Разработаны новые эффективные ускоряющие системы ЛУЭ. Предложены улучшения в геометрии ускоряющих структур и в технологических процессах создания ускорителей. Создан новый, улучшенный образец коммерческой ускоряющей системы ЛУЭ для системы интраоперационного электронного облучения пациентов, который на сегодняшний день успешно испытан на работающей установке Mobetron производства компании IntraOp Medical [3] и установлен в отделении лучевой терапии. Разработка запущена в производство компанией Radmedex LLC [4].
Теоретическая и практическая значимость работы
Рассчитанная бипериодическая ускоряющая структура (БУС) линейного ускорителя электронов на 4-12 МэВ с регулируемой энергией для нового поколения ИОЭЛТ, производимая компанией Radmedex LLC для установки Mobetron, производимой, в свою очередь, компанией IntraOp Medical, повысит эффективность интраоперационной электронной лучевой терапии пациентов.
Проведены успешные испытания и приемка ускорителя. На сегодняшний день
произведено более 50 установок Mobetron, успешно работающих в
онкологических клиниках и излечивших более 25000 пациентов в 13 странах.
Рассчитанные с целью улучшения эксплуатируемых ЛУЭ бипериодические
ускоряющие структуры с высокими токами на энергии 1 МэВ и 6 МэВ,
работающие на частоте 9,3 ГГц, могут быть использованы в ускорителях,
применяющихся в установках лучевой терапии, инспекции грузов,
неразрушающего контроля сооружений, мобильных платформах мониторинга опасных веществ на территории городов и других областях промышленности.
Поддержка работы научными грантами
Разработка ускорителя на энергию 4 МэВ (с использованием современных клистронов и магнетронов различных длин волн) для получения мощного тормозного излучения электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне. В рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009-2013 гг., ГК П433.
Разработка ускорителя на 15 МэВ с током до 1 кА и длительностью импульса порядка 1 нс. В рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009-2013 гг., ГК П1222.
Аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы» 2009-2010, НИР 1.49.09.
Госзаказ Министерства образования и науки Российской Федерации, тема №00-Г-611-4056.
Стипендия Президента Российской Федерации молодым ученым и
аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и
разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики, на 2012-2014 гг.
Положения, выносимые на защиту
Результаты численного моделирования параметров ускоряющей структуры для нового ускорителя, предназначенного для работы в установке для ИОЭЛТ Mobetron. Среди важных усовершенствований параметров установки: уменьшена длина, снижен вес и улучшены параметры пучка на выходе коллиматора как следствие модернизации ускорителя.
Результаты оценки фонового излучения от разработанного ускорителя. Подтверждена относительная безопасность ускорителя для пациентов и персонала.
Результаты настройки ячеек и секций разработанного ускорителя. Ускоритель успешно создан и настроен на низком уровне мощности.
Результаты испытаний созданного ускорителя, интегрированного в установку Mobetron. Получены соответствующие медицинскому применению дозовые характеристики.
Модели компактных ускоряющих структур ЛУЭ для промышленности и медицины на энергии 1 МэВ и 6 МэВ, рассчитанные с использованием новой геометрии ячеек.
Апробация результатов диссертации
Основные положения диссертации были представлены на российских и международных конференциях, в частности на:
Международной конференции «XXII International Workshop on Charged Particle Accelerators»: Алушта, Украина, 8-14 сентября 2013 года.
Международной конференции «IV International Particle Accelerator Conference»: Шанхай, Китай, 12-17 мая 2013 года.
Международной конференции «XXIII Russian Particle Accelerator Conference»: Санкт-Петербург, Россия, 24-28 сентября 2012 года.
Международной конференции «III International Particle Accelerator Conference»: Новый Орлеан, США, 20-25 мая 2012 года.
Конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника - 2011»: Судак, Украина, 15-24 сентября 2011 года.
«Научных сессиях НИЯУ МИФИ» в 2009-2015 годах.
Результаты разработки улучшенного ускорителя для установки Mobetron представлены на семинарах в компании IntraOp Medical (США) и Radmedex LLC (США), являющейся разработчиком и изготовителем ускоряющих структур для системы Mobetron и финансировавшей данную разработку.
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, из которых 4 статьи - в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ, 6 статей опубликованы в периодических научных изданиях, индексируемых Web of Science и Scopus, 3 работы являются патентами Российской Федерации на полезную модель.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения и списка литературы, включающего 102 наименования. Содержание диссертации изложено на 106 страницах машинописного текста, включая 54 рисунка и 13 таблиц.
Генераторы и усилители сверхвысокочастотного диапазона ускорителей с интенсивными пучками
Рассматривая параметры работающих прикладных ускорителей электронов, используемых в промышленности, можно выделить следующие группы ускорителей: используемые для обработки материалов, радиационного облучения материалов, инспекции и неразрушающего контроля.
В области промышленной обработки поверхностей материалов мощность электронного пучка составляет порядка 0,1-1 кВт, для электронной сварки мощность пучка – 0,1-100 кВт, для резки и сверления мощность пучка – 0,1-10 кВт, для процессов плавления (например, нанесение материалов на поверхность металлов) мощность пучка – 1-20 кВт. За последние 50 лет для промышленной обработки материалов создано и работает порядка 7000 машин на основе ЛУЭ. Основными поставщиками являются Steigerwald Strahltechnik, PTR-Praezisionstechnik (Германия), Sciaky, PTR-Precision Technologies (США), Cambridge Vacuum Engineering (Великобритания), Techmeta (Франция), Nippon Electric, Mitsubishi Electric (Япония), PWI (Украина) [29].
Для того, чтобы обойти гамма-источники по параметрам интенсивности и глубины проникновения излучения в материал, промышленные установки для радиационного облучения материалов на основе линейных ускорителей создают с энергиями электронов 3-7 МэВ и мощностью пучка электронов до 100 кВт [30]. Радиационное облучение пищевых продуктов все еще запрещено во многих странах. Тем не менее, в странах, где разрешено радиационное облучение пищевых продуктов, имеется жесткое ограничение на максимальную энергию электронов в таких установках. В США, например, энергия электронов в установках для радиационного облучения пищевых продуктов не должна превышать 7,5 МэВ. Маркетинговые исследования показывают, что на сегодняшний день в мире для радиационного облучения материалов используется порядка 1800 установок на основе ЛУЭ. Основными поставщиками линейных ускорителей электронов для радиационного облучения материалов являются Varian, L-3 Services (США), Mevex (Канада), Mitsubishi Heavy Industries (Япония), AET (Япония) [31].
На основе линейных ускорителей электронов создаются комплексы для инспекции элементного состава грузов. Основной задачей таких комплексов является получение внутреннего изображения объекта с помощью потоков тормозного излучения. Основным требованием, выдвигаемым к устройствам для интроскопии, является их чувствительность по выявлению внутренних дефектов, существенно влияющих на надежность изделия и долговечность его эксплуатации. Параллельное развитие находят методы неразрушающего исследования внутренней структуры объекта, заведомо обладающего неоднородным составом как по форме, так и по элементному составу. Актуальность развития неразрушающего контроля крупногабаритных объектов обусловлена необходимостью качественного контроля грузов и транспортных средств как при международных, так и при внутренних перевозках. Сотрудники Токийского университета применяют мобильные ЛУЭ для неразрушающего контроля железобетонных конструкций мостов [32]. Установки для неразрушающего контроля объектов и инспекции используют ускорители на энергии в диапазоне 0,5-10 МэВ. Верхняя граница объясняется эффектами наведенной радиоактивности в материалах [2], а в диапазоне энергий ниже 0,5 МэВ по соотношению цены к параметрам все еще выигрывают традиционные рентгеновские аппараты [1, 33]. Большая часть установок неразрушающего контроля и инспекции работает в диапазоне 3-9 МэВ с мощностью дозы пучка на расстоянии 1 м от ускорителя в диапазоне 0,3-30 Гр. Такой выбор связан с ограничением, вызванным образованием нейтронов в материале мишени. Так, для вольфрама описываемый эффект возникает, если энергия электронов равна 6,18 МэВ и выше. Используются импульсные ЛУЭ трехсантиметрового, пятисантиметрового и десятисантиметрового диапазонов длин волн. На сегодняшний день в мире работает порядка 650 установок для инспекции и неразрушающего контроля объектов. Основные поставщики установок – Varian (США) и Nuctech (Китай) [34]. Что касается российской промышленности, с 1980 по 2013 год российскими предприятиями произведено более 200 ускорителей для осуществления промышленных радиационно-технологических процессов (без учета ускорителей для медицины, дефектоскопии и томографии). В эксплуатации на конец 2013 года в России находятся порядка 60 ускорителей [35]. Ускорители электронов для промышленности и медицины разрабатываются в Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск), Институте ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН (Новосибирск), НИИ ядерной физики имени Д. В. Скобельцына (Москва), НИЯУ МИФИ (Москва), ОАО МРТИ РАН (Москва), ФГУП НИИЭФА имени Д. В. Ефремова (Санкт Петербург), ФГУП НПП Исток (Фрязино), ФГУП НПП Торий (Москва), ФГУП РФЯЦ ВНИИТФ имени Е. И. Забабахина (Снежинск), ФГУП РФЯЦ ВНИИЭФ (Саров) [35].
Промышленные установки, использующие линейные ускорители электронов, работают на энергии до 15 МэВ. Рассмотрим ЛУЭ с энергией в диапазоне 2-15 МэВ, работающие на бегущей волне и созданные для ряда прикладных задач в радиационных технологиях, медицине, электронике, радиационном материаловедении, химии быстропротекающих процессов, изменении свойств полимерных материалов, сельскохозяйственных технологиях радиационной обработки продукции, кабельной промышленности, имитации радиационных поясов Земли при испытании бортовой космической аппаратуры и других областях промышленности. Типичные параметры ЛУЭ, работающих на бегущей волне, представлены в таблице 1 [36].
Собственные поля пучка и нагрузка током в ускоряющей структуре со стоячей волной
Другая модель, используемая при создании программ численного моделирования динамики пучка, описана в работе [14]. Рассмотрена самосогласованная задача. В основе решения лежат модели, определенные в работе [82]. Модель определения параметров пучка учитывает собственное электростатическое поле пучка и нагрузку током. Как показано в работах [12, 79, 80, 87, 88], поле, действующее на частицы пучка, можно представить, как сумму внешнего поля генератора и поля, которое излучает пучок. Учет собственного поля пучка приводит к изменению ускоряющего поля. Но это справедливо только в приближении заданного тока, когда рассматривается точечный сгусток, т. е. не учитываются внутренние степени свободы частиц в сгустке и амплитуда гармоники тока считается постоянной [14]. Модель, рассмотренная в [14], позволяет найти поле пучка с учетом изменения скорости частиц без ограничений на величину тока и длину пространства взаимодействия.
Рассмотрим резонатор длиной L, в котором движутся нерелятивистские или слаборелятивистские сгустки. Пусть пучок состоит из элементарных зарядов, представленных в виде бесконечно тонкого диска. В случае длительного взаимодействия частиц со структурой, уравнение для поля, возбуждаемого в резонаторе можно представить в виде [14]:
Здесь (4 - собственная частота, соответствующая г виду колебаний, QL нагруженная добротность, 1уГ - гармоника тока. В рассматриваемом случае длительность импульса тока значительно выше времени пролета пучка, гармоника тока является медленной функцией продольной координаты и поле медленно меняется за время пролета частиц через резонатор. В частном случае, для короткого резонатора комплексная амплитуда определяется следующим выражением [14]:
Шунтовое сопротивление RM в выражениях (25, 26) определяется следующим образом: Дш = (Er z)2L2Cr/(2PL(l + S) , где (Er z) = / Er zndSL , PL - мощность потерь в стенках резонатора, д - коэффициент связи системы с внешними цепями (например, системой питания). Выражение (26) можно также получить, если представить резонатор в виде эквивалентного колебательного контура с сосредоточенными параметрами [14]. 2.3. Выводы
В данной главе рассмотрен электродинамический подход к расчету основных параметров ускоряющих структур ЛУЭ со стоячей волной на основании различных теорий. Из рассмотренных выражений следует, что в приближении точечного сгустка доля энергии, полученной ускоряемым пучком при ускорении в структуре, питаемой СВЧ генератором, не превышает определенной величины, достигающей своего предельного значения в случае идеального согласования СВЧ тракта с ускоряющим резонатором. Однако для более корректного и точного численного моделирования динамики пучка в структуре необходимо учитывать внутренние степени свободы частиц в сгустке и изменение амплитуды гармоники тока.
Рассмотрены алгоритмы, которые используются в распространенных пакетах программного обеспечения для численного моделирования динамики пучка. С помощью данных программ было разработано большинство действующих ускорителей. Несмотря на использование различных алгоритмов и применение разных допущений, результаты работы таких программ, как HOMDYN, MAFIA, BEAMPATH, ASTRA, TREDI, PARMELA, соотносятся друг с другом в допустимых пределах.
В следующих главах рассматривается практический пример численного моделирования электромагнитных полей и динамики пучка в бипериодической ускоряющей структуре с боковыми ячейками связи линейного ускорителя электронов со стоячей волной. Ускоритель для интраоперационной электронной лучевой терапии имеет высокое эффективное шунтовое сопротивление и представляет случай согласования с СВЧ трактом, близкий к идеальному, что подтверждает частный случай модели, рассмотренной в главе 2.
Оптимизация геометрии
По результатам расчетов были изготовлены ячейки ускоряющих секций. Компании, занимающиеся изготовлением ячеек, находятся в Калифорнии, США. Там же производилась настройка отдельных ячеек и спаянных секций на рабочую частоту.
Из-за допусков на точность изготовления размеров ячеек экспериментально измеренные частоты ячеек могут отличаться от расчетных. В связи с этим, фазовая скорость на рабочей частоте может отличаться от расчетной на недопустимое с точки зрения динамики частиц значение. Поэтому возникает необходимость индивидуальной настройки ячеек структуры резонансным методом, что позволяет существенно снизить погрешность предварительно определенных резонансных частот ячеек путем компенсации изменения частоты расточкой какого-либо размера ячейки структуры [36].
Измерение частот ячеек проводилось с помощью анализатора частот Agilent 8510C (рис. 28). В соответствии с документацией [98, 99] была проведена калибровка измерений анализатора. Рис. 29. Адаптеры для калибровки измерений анализатора Agilent 8510C
В процессе настройки в программе SUPERFISH [68] проводились расчеты вариационных характеристик: зависимости рабочей частоты ускоряющей ячейки и ячейки связи от изменений размеров ячейки связи, трубки дрейфа в ускоряющей ячейке и поперечных размеров щели связи. В процессе измерения частот в первой изготовленной ячейке была выявлена расходимость сдвига частот ускоряющей ячейки и ячейки связи под влиянием щели связи в сравнении с расчетными величинами приблизительно в 1,5 раза. Для исправления ошибки были скорректированы входные параметры в модуле SF8, который входит в пакет программ SUPERFISH и используется для расчета влияния щели связи на частоты ячеек. После чего было проведено повторное моделирование ускоряющей ячейки и ячейки связи с помощью SUPERFISH. Это позволило в дальнейшем исключить лишние технологические операции при изготовлении ячеек. Сравнение расчетных и экспериментально измеренных вариационных характеристик приводится на рис. 29-32. Точные значения отклонений частот при изменении размеров не приводятся в диссертации по соглашению о неразглашении коммерческой тайны. Зависимость изменения частоты ячейки связи от изменения длины зазора. Изначально предполагалось два варианта механической подстройки ячеек: во-первых, изготовление с заведомо меньшим внутренним диаметром и его увеличение в процессе настройки, во-вторых, фиксация внутреннего диаметра для всех типов ячеек, но изготовление ячейки связи с увеличенными размерами и их уменьшение в процессе настройки. Благодаря расчетам в SUPERFISH установлено, что варьирование длины трубки дрейфа в ускоряющей ячейке и размеров ячейки связи достаточно для получения широкого диапазона настройки даже самых коротких ячеек, поэтому внутренний диаметр оставлен неизменным.
Сложность настройки заключается в том, что частоты ячеек можно настроить только в пределах определенного допуска. Для успешной настройки всей секции разница собственных частот ячеек должна быть минимальной. На рис. 33 изображена фотография готового макета одной из ячеек.
Следующая трудность заключалась в согласовании ввода мощности для короткой первой секции. В качестве ввода мощности используются трансформаторы типа волны (ТТВ), по одному на каждую секцию ускорителя. При стачивании окна связи подстройка довольно грубая: шаг стачивания равняется нескольким сотым долям миллиметра и частота легко может «перескочить» необходимую величину. Использование более мелкого шага стачивания возможно. Однако следствием применения меньшего шага является значительное удорожание ускорителя, что выходит за рамки поставленных требований. Кроме того, ошибка в согласовании ТТВ потребует изготовления еще одной ячейки, что также сильно повлияет на стоимость производства ускорителя. Более того, длина ячеек, соответствующих малым фазовым скоростям, достаточно короткая. Поэтому, для согласования ТТВ был выбран менее рискованный подход. С помощью расчетов, в т. ч. с использованием программы SUPERFISH, в ускоряющей ячейке на внутреннем диаметре напротив окна связи с ТТВ был вырезан объем, соответствующий имеющейся фрезе и необходимый для согласования ТТВ.
На полученных в заключении пайки и настройки секций круговых диаграммах полных сопротивлений видно, что весь ускоритель успешно настроен в пределах заданной рабочей частоты (рис. 34-38). Из графиков видно, что коэффициент связи в первой секции равен 3,70%, а во второй - 3,66%
Рабочая частота ускорителя равна 9306 МГц. Рабочая частота каждой ячейки отличается от рабочей частоты ускорителя в диапазоне ±5 МГц, а между секциями разница составляет 20 кГц. Коэффициент стоячей волны в нагрузке (КСВН) равен 1,15 для первой секции и 1,05 для второй секции. Экспериментально определенная добротность первой секции равна 6700±5%, а второй 7800±5%. Погонное эффективное шунтовое сопротивление всей структуры равно 100 МОм. В таблице 10 приводится сравнение экспериментальных и расчетных электродинамических параметров ускорителя.
Модификации разработанной ускоряющей структуры
Современные технологии неразрушающего контроля требуют применения ускорителей с высоким током электронного пучка, чтобы инспектировать объекты бльшей толщины за более короткое время. Более того, появляются новые области применения таких ускорителей, например, инспекция контейнеров и зданий при поиске взрывчатки. В случае, когда необходимо исследовать объекты большой площади, немаловажным требованием для подобных разработок является мобильность. Для этого случая был выполнен численный расчет параметров линейного ускорителя электронов на энергию 1 МэВ.
В качестве ускоряющей системы используется бипериодическая ускоряющая структура с боковыми ячейками связи. За основу геометрии ускоряющих ячеек и ячеек связи взята модель, используемая при разработке ускорителя для ИОЭЛТ, подробно описанная в главе 3.
В качестве инжектора планируется использовать электронную пушку M592 производства компании L3 Communications [102]. Параметры пучка на выходе пушки, использованные в численном моделировании ускоряющей секции, были предоставлены компанией Radmedex LLC. Основные параметры электронной пушки указаны в таблице 11. В качестве генератора для разработанных ускорителей предлагается использовать магнетрон PM2000X. Длительность импульса – 4 мкс, максимальный коэффициент заполнения – 0,0008.
Используя программу SUPERFISH [68], рассчитаны необходимые модели ячеек и с помощью данных по динамике пучка в структуре, полученных, используя программу PARMELA [69], проведен анализ перспективности ускорителя. Таблица 11. Параметры электронной пушки М592.
Из рис. 49 видно, что с помощью разработанной секции возможно получение довольно высоких токов порядка 900 мА для максимальной энергии электронов 1 МэВ при достаточной импульсной мощности источника, равной порядка 1 МВт. Коэффициент токопрохождения без использования магнитной фокусирующей системы достигает 58%. При использовании магнитной фокусирующей системы коэффициент токопрохождения равен порядка 75%. Следует отметить, что длина единственной ускоряющей секции составила менее 15 см. Результаты моделирования были сравнены со значениями, измеренными экспериментально на подобном ускорителе, изготовленном компанией AS&E (рис. 47) [33]. Значения энергии определены косвенно по измеренной мощности дозы. Действующий ускоритель работает с магнетроном мощностью 2 МВт на частоте 9300 МГц. Теоретические результаты совпадают в пределах 5% с экспериментальными на энергии 1 МэВ. В диапазоне энергий 1,5-2,0 МэВ расчетный ток пучка превышает экспериментальный. Это может быть связано с оптимизацией геометрии разработанной структуры, однако однозначный ответ можно дать только после изготовления ускорителя. Разработанная модель может быть наиболее востребована в разработке компактных ускорителей для неразрушающего контроля объектов большой площади и толщины в случаях, когда существуют ограничения на энергию получаемого излучения не более 1 МэВ.
Рассмотрим влияние мощности генератора на зависимость энергии и мощности дозы от тока пучка на выходе ускорителя (таблица 12).
Отметим, что в качестве основной рабочей частоты используется значение порядка 9300 МГц. В главе 3 показано, что новый дизайн ячеек позволяет не только получить высокое эффективное шунтовое сопротивление ускоряющей структуры, но и значительно уменьшить общую длину ускорителя. Данное свойство трехсантиметрового диапазона длин волн может быть использовано при разработке установок инспекции в тех областях, где, в первую очередь, важна мобильность технического устройства. Кроме использования в качестве повседневного мониторинга опасных веществ фургонов, оснащенных инспекционными установками на основе линейных ускорителей электронов, компактные инспекционные установки могут использоваться в местах боевых действий или частых вооруженных конфликтов для поиска взрывчатки. Таблица 12. Оценка потребляемой мощности в ускорителе на 1 МэВ.
Средняяамплитудаускоряющ.поля,МВ/м Энергия, МэВ Коэфф. токо-прохо-ждения,% Имп.токпучка,мА Полнаярассеяннаямощность,МВт Мощн.пучка,МВт Полнаямощн.,МВт КПД, % Мощн. дозы нарасст.1 м от источн.,Р/мин Имп. ток пучка, мА Полнаярассеяннаямощность,МВт Мощн.пучка,МВт Полнаямощн.,МВт КПД, % Мощн. дозы нарасст.1 м от источн.,Р/мин
В качестве примера также рассмотрен ускоритель с возможностью получения на выходе несколько бльшей энергии. За основу в расчетах положена максимальная энергия на выходе равная 6 МэВ. Импульсная мощность источника не превышает 2 МВт в соответствии с предложенным магнетроном, а магнитная фокусирующая система отсутствует. Токи инжекции рассматриваются равными 1 А и 1,4 А. Геометрия ячеек и длина ускорителя оптимизированы в соответствии с высокими входными токами и энергией 6 МэВ. Результаты, полученные с помощью расчета в программах SUPERFISH и PARMELA, изображены на рис. 50, где показана зависимость средней энергии электронов в пучке от тока пучка при использовании мощности СВЧ питания 1,5 МВт.