專利名稱：射線束發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射線束發(fā)生裝置，更具體地說，是涉及一種可用于一電子束發(fā)射裝置中心一熱電子發(fā)生源。
越來越明顯由于空氣污染造成所謂的溫室效應(yīng)、酸雨和其它效應(yīng)，這已成為嚴(yán)重的環(huán)境問題，其根源是放射出的硫氧化物、氮氧化物等。硫氧化物、氮氧化物等通常存在于從熱電站，焚燒裝置排出的氣體中。一種從燃燒廢氣中去除這些有害成份的實用的方法是通過將電子束射入這些燃燒廢氣中以進(jìn)行脫硫和脫氧而實現(xiàn)的。


圖1示出了一燃燒廢氣處理系統(tǒng)的一示意圖，其中使用了一種射線束發(fā)生裝置對一燃燒廢氣進(jìn)行脫硫和脫氮。處理系統(tǒng)包括一產(chǎn)生高壓直流電的電源10、一發(fā)射一電子束的射線束發(fā)生裝置11和一燃燒廢氣的過流通道19。通道19有一發(fā)射窗15，發(fā)射窗15由一薄鈦層組成，發(fā)自射線束發(fā)生裝置11的電子束通過窗15射入過流通道19。穿過窗15發(fā)射的電子束輻射燃燒廢氣中的氧分子和水蒸汽分子等，從而這些分子成為游離基如OH、O、HO2等。由于游離基具有很強的氧化作用，它們氧化有害的成分SOx、NOx等以形成中間產(chǎn)物如硫酸和硝酸。這些中間產(chǎn)物與提前噴入的氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，而成為硫酸氨和硝酸氨。這些合成的硫酸氨和硝酸氨可取出用于化肥中的原料。
如上所述，通過使用如圖1所示的燃燒廢氣處理系統(tǒng)，可以從燃燒廢氣中排除這種有害的成分如SOx、Nox等，并取出可用于肥料原料的副產(chǎn)品如硫酸氨和硝酸氨。
射線束發(fā)生裝置11通常包括一包含通過接頭24a和24b接受電能的熱電子陰極的熱電子發(fā)生源12、一具有加速從熱電子發(fā)生源12射出電子的陰極的加速管13、一向由加速管13形成的高能電子束施加一磁場以控制電子束直徑的聚焦電磁鐵16以及一向直徑受控的電子束施加一磁場以偏轉(zhuǎn)電子束的偏轉(zhuǎn)電磁鐵17。熱電子發(fā)生源12和加速管13位于一腔18b中，該腔18b充滿了具有電絕緣特性的高壓氣體如SF6(六氟化硫)、CO2等。熱電子發(fā)生源12和加速管13的內(nèi)部以及位于電磁鐵17和窗15之間的繞合部件18a內(nèi)部的一射線束路徑腔處于一高度真空大氣壓下。加速管13提供的高能電子束通過改變由偏致電磁鐵17施加的磁場而偏轉(zhuǎn)或偏致，從而穿過窗15射向廢氣通道19的一預(yù)定區(qū)域。
圖2是一示意圖，示出了一可用于圖1所示的射線束發(fā)生裝置11中的一常規(guī)的熱電子發(fā)生源12。一熱電子發(fā)生源基本包括一在一真空腔中在真空條件下產(chǎn)生熱電子的一熱電子發(fā)生部件、一在真空腔中加熱熱電子發(fā)生部件的加熱器、一在真空腔外向加熱器提供直流或交流電的電源以及一連接加熱器和電源的連接件或電源接頭。在圖2所示的熱電子源12中，加熱器和熱電子發(fā)生部件已成為一常用部件或陰極22，它們由鎢、鉭等類似物制成。通過從一電源10(圖1)向陰極22提供一交流或直流電并使陰極22的溫度達(dá)到一預(yù)定高的值，可以產(chǎn)生數(shù)量足夠的熱電子。為了從鎢、鉭等制成的陰極22產(chǎn)生數(shù)量足夠的熱電子，必須加熱陰極22至2000～3000℃的溫度。
在圖2所示的熱電子發(fā)生源12中，一對供電線路穿過一由不銹鋼等制成的真空法蘭23延伸，并有在真空腔21外的接頭24a和24b以及連在腔21內(nèi)的陰極22的接頭24。電力通過電源加在接頭24a和24b上，由此電流通過供電線路流向陰極22。線路由絕緣體25同真空法蘭23隔開并固定插入真空法蘭23以保持腔21的真空狀態(tài)。
通常，通過法蘭23支接頭24的絕緣體25由陶瓷制成。絕緣體25通過銀焊由kovar合金-科瓦鐵鎳鈷合金(美國Westing House公司的一種商標(biāo))固定在真空法蘭23上。由于kovar合金的熱膨脹系數(shù)非常接近絕緣體25和真空法蘭23或陶瓷與不銹鋼，因此在中間連接絕緣體25和法蘭23的kovar合金能提供良好的真空密封。
但是必須在低于350℃的溫度范圍內(nèi)使用kover合金。另一方面，如上所述必須加熱鎢等制成的陰極22至2000-3000℃以從陰極22產(chǎn)生數(shù)量足夠的熱電子。因此，當(dāng)kovar合金在陶瓷絕緣體25連在法蘭23的固定部的溫度高于350℃時一些問題諸如破壞真空。破壞絕緣性等會產(chǎn)生。
針對上述問題及其它問題，熱電子發(fā)生源12通常包括用做散熱器的冷卻葉片26，葉片26由鋁合金制成并固定在接頭24a和24b上，如圖2所示。
如圖2所示的常規(guī)的熱電子發(fā)生源12的操作將在下面介紹。首先，將真空腔21中的空氣抽出以使腔內(nèi)處于高度真空狀態(tài)。然后在接頭24a和24b之間輸入一交流電壓以使電流在陰極流過并加熱陰極。于是熱電子從陰極22產(chǎn)生。從電源10(圖1)向接頭24a和24b中的一個如接頭24b施加一負(fù)的高電壓以形成一電場，從而使產(chǎn)生的熱電子導(dǎo)向真空腔21中的加速管13(圖1)。導(dǎo)向的熱電子加速并會聚在加速管中并從而形成一電子束。在圖1中的廢氣處理系統(tǒng)中的一電子束發(fā)射裝置中加熱陰極22的供給電力通常為約1KVA。陰極22產(chǎn)生的熱量通過接頭24導(dǎo)向絕緣體25以及接頭24a和24b并傳至冷卻葉片26，從那兒散發(fā)到外界。通過以上方式，接頭24a和24b冷卻。
如上所述，在現(xiàn)有的熱電子發(fā)生源12中，由陰極22產(chǎn)生的大量熱量由固定在電流供給接頭24a和24b上的冷卻葉片26散發(fā)。由于此結(jié)構(gòu)，陰極22產(chǎn)生的熱量也傳給真空法蘭23，導(dǎo)致法蘭部分的溫度升高。相應(yīng)地，由于法蘭23的高溫真空腔21中的壓力會損壞。而且，由于陰極22產(chǎn)生的熱量傳給冷卻葉片26并由其散發(fā)，陰極22會冷卻，從而結(jié)果使由輸入的電能產(chǎn)生熱電子的效率降低。
還可以應(yīng)用一種使用純水冷卻真空腔21的冷卻方法。許多熱電子發(fā)生源使用這種冷卻方法。在此方法中，如圖2所示，一冷卻管27圍繞在真空腔21的外周上，純水以一種冷卻液由一純水供給裝置28提供并流經(jīng)冷卻管27。但在此方法中，必須去除純水中的雜質(zhì)直到它可以用做電絕緣材料。通過增加這樣一種純水冷卻裝置，熱電子發(fā)生源12的整體尺寸會變大而且發(fā)生源的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。
本發(fā)明即是針對現(xiàn)有技術(shù)中的以上問題，而本發(fā)明的目的是提供一種射線束發(fā)生裝置，它能防止由于陽極產(chǎn)生的熱量而損壞真空腔中的壓力，并通過向陰極供電而產(chǎn)生熱電子。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明射線束發(fā)生裝置包括(a)一陰極，位于有一真空法蘭的真空腔內(nèi)，用于通過使本身發(fā)熱而產(chǎn)生熱電子；(b)一對供電線路，具有一對位于真空腔外的接頭，用于向陰極提供電流以加熱陰板，供電線路穿過真空法蘭延伸并通過絕緣體固定在真空法蘭上；(c)熱電子加速器，具有加速從陰極發(fā)出的熱電子的電極；以及(d)冷卻裝置，直接安裝在真空法蘭上并同供電線路的接頭分隔開。
冷卻裝置最好包括一個或多個冷卻葉片，而射線束發(fā)生裝置進(jìn)一步包括(e)至少一個向產(chǎn)生的熱電子施加一磁場以將它們會聚成一束的聚焦電磁鐵；以及(f)至少一個向所述的束施加一磁場以使它們偏致的偏致電磁鐵。
射線束發(fā)生裝置可以進(jìn)而包括一等離子發(fā)生腔，在空間上與真空腔相連并含有氣體，以通過將熱電子與氣體粒子或原子相碰撞并電離它們而產(chǎn)生等離子態(tài)離子，從而使射線束發(fā)生裝置小以產(chǎn)生離子束。另外，通過使用向離子添加電子的裝置以將離子轉(zhuǎn)化為中性粒子，可以發(fā)射中性離子束。
圖1是示出一電子束輻射裝置的示意圖；圖2示出了用于圖1所示裝置中的現(xiàn)有的熱電子發(fā)生源的一局部剖視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的一射線束發(fā)生裝置的一局部剖視圖；圖4示意性地示出了一離子束發(fā)生裝置的一主要部分。
下面將參照圖3和圖4解釋本發(fā)明的實施例。在這些圖中，相同的序號代表與圖1和圖2中所示同樣或相似的部件。
圖3示出了一射線束發(fā)生裝置11，此裝置11包括一本發(fā)明的熱電子束發(fā)生源。熱電子束發(fā)生裝置11包括一電子束源12、具有電極29的加速器以及聚集電磁鐵16和偏致偏轉(zhuǎn)電磁鐵17。與在圖1和圖2中所示的現(xiàn)有裝置相同，熱電子發(fā)生、加速、聚集、并偏轉(zhuǎn)從而做為一電子束從圖3的熱電子束發(fā)生裝置11中的一發(fā)射窗15發(fā)射。
在熱電子發(fā)生源12中，冷卻葉片或散熱葉片26固定地安裝在一真空法蘭23上，通過法蘭23供電線路在位于一真空腔21外的接點24a和24b與直接同腔室21內(nèi)的一陰極22相連的接頭24之間延伸。冷卻葉片26通過如螺栓固定在真空法蘭23上以同其相互緊靠或接觸，并發(fā)散法蘭23上的熱量。冷卻葉片26同絕緣體25隔開，絕緣體25支承外接頭24a和24b，冷卻葉片26通過絕緣體25而使接頭相互之間不接觸。冷卻葉片的數(shù)量不限于兩個，可使用多于兩個的冷卻葉片。有時也可以只使用一個冷卻葉片。
當(dāng)在一真空狀態(tài)下通過使從一低交流電源31例如容易為10V和100A發(fā)生的電流通過陰極22而使陰極22發(fā)熱時，則從陰極22發(fā)出熱電子“e”。此時，法蘭23交流電源31和冷卻葉片26在一相對于零電位為負(fù)的由一高直流電源30產(chǎn)生的高壓位下產(chǎn)生偏壓。因此，發(fā)出的熱電子具有負(fù)電荷因此在零電位方向加速。結(jié)果，熱電子成為一電子束，其形狀由連在加速電極29之間以向其施加一預(yù)定電壓的泄漏電阻34、來自直流電源30的負(fù)電壓以及來自交流電源31的電子束電流幅值決定。泄漏電阻34和電極20組成一加速管對熱電子進(jìn)行加速。
電子束從加速管發(fā)出并且其直徑由聚集電磁鐵16會聚。然后，電子束由偏致電磁鐵17偏轉(zhuǎn)或偏致。偏致了的電子束穿過發(fā)射窗15，此窗15設(shè)在處于一真空狀態(tài)下的一射線束路徑腔(一繞合部件18a)的末端并由包含鈦等的合金制成。射線束路徑腔和真空腔21的內(nèi)部由一如渦輪分子泵等的真空泵33保持在一高度真空狀態(tài)下。電子束最后發(fā)出一燃燒廢氣等類似物。
當(dāng)產(chǎn)生熱電子時，一幾十至幾百安培的電流流經(jīng)陰極22以加熱它。陰極22產(chǎn)生的熱量由真空腔21內(nèi)的接頭24和絕緣體25導(dǎo)向真空法蘭23，并且隨后熱量由冷卻葉片26發(fā)散。同現(xiàn)有技術(shù)中冷卻葉片直接連在真空腔外的接頭24a和24b的結(jié)構(gòu)相反，在此實施例中冷卻葉片26直接連在真空法蘭23上。因此，真空法蘭23的熱量通過冷卻葉片26快速向外發(fā)散，使得可以防止真空法蘭23產(chǎn)生不必要的過熱。由于真空法蘭23的溫度不會增加到相對很高的值，因此可以防止由過熱引起的真空法蘭23和絕緣體25之間接合部的真空破裂。此外，由于還可以防止接近真空法蘭23的真空腔21的一部分過熱，因此可以防止對真空程度的損壞。
另外，由于接頭24a和24b不與冷卻葉片26直接接觸，同圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)相比這些接頭不會變冷，因此可以通過向陰極22提供電能以有效加熱陰極22，從而有效產(chǎn)生熱電子。例如，當(dāng)使用一現(xiàn)有技術(shù)的冷卻結(jié)構(gòu)時，必須輸入一約1KVA的電功率以產(chǎn)生足夠數(shù)量的熱電子。另一方面，當(dāng)使用本發(fā)明的一冷卻結(jié)構(gòu)時，輸入約0.7KVA就足以產(chǎn)生一數(shù)量足夠的熱電子。而且，由于所需使用的電功率的減少，傳導(dǎo)給真空腔的熱量也會減少。因此，同現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相比，在產(chǎn)生熱電子時真空程度的損壞降低了好幾個級別。
圖4示出了一離子束發(fā)生裝置，其中使用了圖3所示的一熱電子發(fā)生源12。離子束發(fā)生源還包括一等離子發(fā)生腔32(或圖3中的一真空腔21)，此等離子發(fā)生腔32在空間上同一熱離子發(fā)生腔34相連并通過導(dǎo)管33從一氣體注入裝置(未示出)在其中導(dǎo)入如氬氣、氙氣等氣體。由熱電子發(fā)生源12產(chǎn)生的熱電子“e”從熱電子發(fā)生腔34進(jìn)入等離子發(fā)生腔32，在那里熱電子與氣體碰撞以產(chǎn)生等離子P。在等離子發(fā)生裝置中，當(dāng)一負(fù)高電壓施加在熱電子發(fā)生腔34而一正電壓施加在等離子發(fā)生腔32時，可以加速熱電子以形成一離子束。也可以在離子束下方提供一腔以向離子中加入電子，從而將離子轉(zhuǎn)化為中性粒子。中性粒子束可以做為一快速原子束發(fā)射到目標(biāo)物上。
在以上實施例中，冷卻葉片26用做一冷卻裝置。但無需說可用其它合適的冷卻裝置如一散熱器來代替冷卻葉片，前提是這種冷卻裝置連到真空法蘭23上。
如上所述，本發(fā)明的熱電子發(fā)生源12具有以下優(yōu)點。支承帶有絕緣體25的陰極22的真空法蘭23的溫度不會增加很多，真空法蘭23和真空腔21的過熱可以得到預(yù)防從而可以防止損壞腔中的真空。因此，可以省去通常用于一現(xiàn)有技術(shù)中的一純水型冷卻裝置，使得可以大大簡化裝置。但可以在一熱電子發(fā)生源中與本發(fā)明的冷卻裝置一同使用純水型冷卻裝置。此外，由于冷卻葉片26不與真空腔或室21外的接頭24a和24b接觸，由提供到陰極22的電能產(chǎn)生的熱電子的效率可以提高。
通過根據(jù)一具體實施例描述本發(fā)明，可以理解在不脫離本發(fā)明范圍的前提下可以在本發(fā)明中進(jìn)行各種改變和變化。
權(quán)利要求
1．一種射線束發(fā)生裝置，包括一陰極，位于有一真空法蘭真空腔內(nèi)，通過使本身發(fā)熱產(chǎn)生熱電子；一對供電線路，具有一對位于真空腔外的接頭，用于向陰極提供電流以加熱陰極，供電線路穿過真空法蘭延伸并通過絕緣體固定在真空法蘭上；熱電子加速器，具有加速從陰極發(fā)出的熱電子的電極；以及冷卻裝置，直接安裝在真空法蘭上并同供電線路的接頭分隔開。
2．如權(quán)利要求1所述的射線束發(fā)生裝置，其特征在于冷卻裝置包括一個或多個冷卻葉片。
3．如權(quán)利要求1或2所述的射線束發(fā)生裝置，進(jìn)一步包括至少一個聚集電磁鐵，用于向產(chǎn)生的熱電子施加一磁場以將熱電子會聚成一束；以及至少一個偏致電磁鐵，用于向射線束施加一磁場以偏轉(zhuǎn)此射線束。
4．如權(quán)利要求1至3中任一項所述的射線束發(fā)生裝置，其特征在于產(chǎn)生的射線束是一電子束。
5．如權(quán)利要求1至3中任一項所述的射線束發(fā)生裝置，其特征在于進(jìn)而包括一等離子發(fā)生腔，在空間上同真空腔相連并包含氣體，用于通過使產(chǎn)生的熱電子與氣體粒子或原子相碰撞而產(chǎn)生等離子態(tài)離子并電離它們，從而此裝置產(chǎn)生一等離子態(tài)離子束。
6．如權(quán)利要求5所述的束發(fā)生裝置，其特征在于進(jìn)而包括向等離子態(tài)離子添加電子的裝置以形成中性粒子從而此裝置產(chǎn)生一中性離子束。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種射線束發(fā)生裝置，包括一位于一真空腔內(nèi)用于產(chǎn)生熱電子的陰極，一對向陰極提供電流以加熱它的供電線路，具有加速從陰極產(chǎn)生的熱電子的電極的熱電子加速器，聚集和偏致電磁鐵，以及冷卻葉片。當(dāng)通過供電線路向陰極供給一電流而加熱陰極時，陰極產(chǎn)生熱電子而且產(chǎn)生的熱電子加速、聚集、偏致并做為一射線束發(fā)射。供電線路有一對位于真空腔外的接頭，并通過真空法蘭延伸且通過絕緣體固定到真空法蘭上。冷卻葉片直接安裝在真空法蘭上，但不與絕緣體和接頭接觸，從而使真空法蘭不會過熱并可防止腔中的真空損壞，而且可以提高熱電子的產(chǎn)生效率。
文檔編號H01J27/20GK1238551SQ99104138
公開日1999年12月15日 申請日期1999年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月20日
發(fā)明者西藤睦 申請人:株式會社荏原制作所