固態(tài)微波功率系統(tǒng)在粒子加速器應用中的重要性研究

粒子加速器（particle accelerator）全名為“荷電粒子加速器”,帶電粒子在電場中會受力而得到加速、提高能量，因此，粒子加速器被定義為利用電磁場加速帶電粒子的裝置，它是人為地提供各種高能粒子束或輻射線的現(xiàn)代化裝備。

粒子加速器應用極廣，科研用途上高能物理實驗比如對撞機、成像，比如自由電子激光、同步輻射光源、散裂中子源、電鏡什么的都離不開加速器；醫(yī)療方面的如光子放療、質(zhì)子放療；工業(yè)方面如工業(yè)輻照的、集裝箱檢測等，甚至如曾經(jīng)的電視機的顯像管就是個小型加速器。

粒子加速器從形式上（原理上也有所不同）可以分為直線型和環(huán)形兩種。環(huán)形粒子加速器其實就是直線型粒子加速器的變種。

粒子加速器誕生最初為直線型，直線型加速器原理很簡單，就是利用盤荷波導內(nèi)的微波電場來加速帶電粒子，微波工作在行波狀態(tài)，理論上說這種結(jié)構(gòu)是可以無限提高粒子能量的，只要不停地級聯(lián)相同的加速單元。

環(huán)形加速器就是帶電粒子的運行軌道在一個封閉的環(huán)內(nèi)，這樣可以減少加速器的體積，且粒子可以在環(huán)里被逐漸積累，所以通常這個環(huán)叫作儲存環(huán)。其工作原理簡單地講就是粒子在儲存環(huán)里一圈一圈的轉(zhuǎn)，但每轉(zhuǎn)一圈就經(jīng)過一次高頻腔（相當于一個微波諧振腔），控制腔內(nèi)電磁場使每次粒子到達時都恰好為前向軸向電場，這樣粒子就相當于每次經(jīng)過高頻腔就被向前“踢”了一腳，也即被電場加速了一下

不過粒子的環(huán)形運動必然帶來同步輻射（Synchrotron Radiation），這對于以最大效率加速粒子為目的的實驗而言則是不小的災難，因為會有大量的不可抑制的能量損失。而對于同步輻射光源來講便是需要這種光束質(zhì)量優(yōu)秀的輻射來探測物質(zhì)組成成分，直線加速器幾乎不存在同步輻射現(xiàn)象，所以目前的同步輻射裝置都采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。

總而言之，直線加速器靠微波來加速粒子，微波由微波功率源系統(tǒng)獲得并由波導傳輸系統(tǒng)輸入到加速腔中，粒子經(jīng)初步加速后注入到環(huán)形加速器中進一步加速?；蛘咄ㄟ^級聯(lián)加速管，不采用環(huán)形加速器，直接加速到需要的能量點。

微波功率系統(tǒng)是直線加速器的重要組成部分,電子加速所需的能量依靠微波功率系統(tǒng)提供,其穩(wěn)定性關系到電子束的束流品質(zhì),并最終影響太赫茲輻射的波長以及輸出功率。

為順應科技和市場需求的發(fā)展，專門針對粒子加速器領域研發(fā)了粒子加速器專用固態(tài)微波功率源（固態(tài)微波功率放大器）。

目前市場上的微波功率放大器件主要分為電真空功率器件和半導體功率器件，而固態(tài)微波放大器為半導體功率器件。

在粒子加速器應用領域，全固態(tài)微波功率放大器相比傳統(tǒng)電真空功率器件的優(yōu)點如下：

高可靠性 ——全固態(tài)微波功率放大器采用低壓供電，多模塊并聯(lián)合成，因此個別模塊的損壞對整體性能影響較小，從使用的可靠性來說明顯高于電真空放大器。

高穩(wěn)定性 ——全固態(tài)微波功率放大器的幅度、相位在放大器工作狀態(tài)確定后主要受溫度的影響較大，電源波動的抑制較高，受電源波動的影響較小，而溫度變化是慢變化過程，低電平控制系統(tǒng)可有效地控制；

維護成本低 ——全固態(tài)微波功率放大器模塊價格較低，損壞時修復成本低，且無高壓、可在線更換，另外無壽命器件，不需備份價格昂貴的電真空管。