專利名稱：大功率加速器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于民用非動力核技術領域，涉及高頻發(fā)射機、加速諧振腔、電子束加 速及軌道精密控制、高精度磁鐵、納秒電子束、大體積高真空技術。
背景技術：
目前，工業(yè)高能輻照主要采用鈷源和電子直線加速器，前者加工量大、輻照劑量范 圍寬、穿透能力強，但是鈷源照射時間長，存在對環(huán)境的潛在危險，并且退役費用高；后者射 線定向使用，所以輻照效率高，斷電后無輻射，但脈沖工作影響到輻照的均勻性、電子輻照 穿透深度淺，而且易耗品速調管價格昂貴。本實用新型很好的避免了兩者的缺點，并且涵蓋 了兩者的優(yōu)點，大功率高效率、既有電子束輸出又有X射線輸出，且溫度對腔體的頻率影響
發(fā)明內容本實用新型針對現(xiàn)有工業(yè)輻照的問題，目的是提供一種較為理想的大功率加速 器，使其能解決大功率高效率加速器現(xiàn)存的技術問題。本實用新型的目的是通過如下的技 術方案來實現(xiàn)的。一種大功率加速器，其特征是該加速器以半波長同軸諧振腔的TEM模式的輻向電 場來加速電子束，電子在腔的中心橫截面內加速；在腔的上端面處進行功率的磁耦合；束 流功率100kW，足夠打靶得到X射線束；加速腔的功率耦合與功率源分開，用同軸線連接，可 以獨立調節(jié)；回轉磁鐵加邊沿角以后具有很好的聚集作用；加速腔內外筒連接處采用一個 1/4圓弧；由加速腔(4)、高頻功率源、電子槍(1)、聚焦透鏡(2)、回轉磁鐵(3)、掃描系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)、束流診斷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)組成；加速腔的輻向電場與電子束的軌道 平面都平行于地面。所述的高頻功率源頻率選定為90士2MHz，采用全固態(tài)十四極管的多級放大形式； 高頻功率饋入加速腔采用耦合環(huán)的形式，功率放大器與匹配傳輸線相連，中間可接入定向 耦合器、直角彎頭和伸縮節(jié)等，再與耦合器件相連接。這種方式物理概念清晰，可以插入測 量和調節(jié)裝置，更重要的是將放大器與加速腔的設計分開進行，避免了在時間上需待高頻 功率源和加速腔都做好后才能進行調試；電子槍采用柵控型三極槍，引出電壓為60kV，脈 沖工作，脈沖寬度1. 8ns，脈沖流強0 200mA，束腰半徑2mm，發(fā)射度小于50 π mmmrad,平均 流強穩(wěn)定度0. ；回轉磁鐵如果用三塊一組的方案，雖然調節(jié)手段較多，靈活可變，但成本 較高，安裝復雜，不利于此新型加速器的工業(yè)化。本實用新型采用了單塊磁鐵方案，在磁鐵 入口出口加了邊沿角之后，對束流起到了很好的聚焦作用，可以得到很滿意的全程包絡。本 實用新型采用的單塊磁鐵成本較低，安裝簡單，有利于產(chǎn)品工業(yè)化?；剞D磁鐵共九塊，使束 流穿過加速腔四十次。所述的加速腔的外直徑高約為2. 23 1.73，內表面覆以具有良好導電性能的 2mm無氧銅；腔內設有頻率自動調節(jié)裝置和相位自動調節(jié)系統(tǒng)的采樣裝置。
3[0007]本實用新型的優(yōu)點是穿透能力強，照射時間短，對環(huán)保無潛在的危險，無廢料處 理。具有大功率高效率、既有電子束輸出又有X射線輸出、溫度對腔體的頻率影響很小，理 論值僅有1.2kHz/°C，是較為理想的一種加速器。適用于醫(yī)療用品的消毒，食品的滅菌、保 鮮；高分子材料的交聯(lián)、降解應用。

圖1是本實用新型的加速結構示意圖。圖中1、電子槍，2、聚焦線圈，3、回轉磁鐵，4、加速腔。圖2是本實用新型實施方式示意圖。圖中5、加速器，6、閥門，7、導向線圈，8、BPM束流探頭，9、90度偏轉鐵，10、四極鐵， 11、掃描鐵，12、掃描盒，13、鈦窗，14、收攏磁鐵，15、靶，16、被照物體，17、傳送帶，18、懸掛鏈。
具體實施方式
以下結合附圖將實施例作進一步描述。如圖1、圖2所示，大功率加速器5的加速 腔4由不銹鋼焊成，外加水套和加強筋，其外筒內直徑為2. 23米，內筒外直徑0. 52米，高為 1. 73米。內外筒之間的連接沒有采用傳統(tǒng)的傾斜角加倒角的形式，而是直接采用一個半徑 0.260米的1/4圓弧，這樣提高了腔體分路阻抗，并且降低了加工難度。腔體內表面覆以具 有良好導電性能的2mm無氧銅。腔內設有頻率自動調節(jié)裝置和相位自動調節(jié)系統(tǒng)的采樣裝 置。電子槍1采用柵控型，引出電壓為60kV，脈沖工作，重復頻率90MHz，脈沖寬度1. 8ns，脈 沖流強200mA，束腰半徑2mm，發(fā)射度小于50 π mmmrad,平均流強穩(wěn)定度0. 1 %?；剞D磁鐵3 共九塊，束流穿過加速腔40次?；剞D磁鐵采用單塊磁鐵方案。一共九塊磁鐵，由于第一圈 電子束的能量比較低，所以設計第一塊磁鐵的機械尺寸與其它八塊不同。第一塊磁鐵的回 轉角為194度，回轉半徑0. 1338米，出口入口邊沿角為3. 5士0. 5度，縫隙為45毫米，真空 盒縫隙不小于40毫米。磁極邊緣離加速腔外壁90毫米。其它八塊回轉磁鐵回轉角度198 度，回轉半徑0. 1734米，標準粒子的弧形軌道長度為0. 599米。邊沿角及縫隙和其它回轉 磁鐵一樣。磁極邊緣離加速腔外壁94毫米。每塊回轉磁鐵入口出口加了邊沿角之后，得到 很滿意的全程包絡。不同的電子能量對應于不同的勵磁電流。當勵磁電流為0，電子不被彎 轉，則成為電子束出口 9。電子束引出后，掃描磁鐵10對束流進行士 18度掃描，掃描頻率 100次/秒，保證劑量的均勻性達到士5%。掃描盒6末端有一金屬薄膜窗口。用X射線來 輻照時，在窗外插入一重金屬靶，利用高能電子的韌致輻射得到X射線。為保證加速腔內的 真空度優(yōu)于1 X 10_6托，電子槍區(qū)域真空度優(yōu)于1 X ΙΟ"7托，在腔底裝一 1000升/秒離子泵， 在電子槍陽極處和電子槍真空管道處分別裝了 100升/秒和50升/秒兩臺離子泵。加速 腔的工作溫度定為35士2度，內外導體都裝有冷卻水通道。所輻照的傳輸線產(chǎn)品7經(jīng)傳輸 線8輸送，輻照后的傳輸線產(chǎn)品，如醫(yī)療用品的消毒，食品的殺菌、保鮮；高分子材料的降解寸。
權利要求一種大功率加速器，其特征是該加速器以半波長同軸諧振腔的TEM模式的輻向電場來加速電子束，電子在腔的中心橫截面內加速；在腔的上端面處進行功率的磁耦合；束流功率100kW；加速腔的功率耦合與功率源分開，用同軸線連接；加速腔內外筒連接處采用一個1/4圓?。挥杉铀偾?4)、高頻功率源、電子槍(1)、聚焦透鏡(2)、回轉磁鐵(3)、掃描系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、束流診斷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)組成；加速腔的輻向電場與電子束的軌道平面都平行于地面。
2.根據(jù)權利要求1所述的大功率加速器，其特征在于該加速器的高頻功率源頻率選定 為90士2MHz，采用四極管；電子槍(1)采用柵控型三極槍，引出電壓為60kV，脈沖工作，脈沖 寬度1. 8ns，脈沖流強200mA ；回轉磁鐵(3)共9塊，束流穿過加速腔(4)40次。
3.根據(jù)權利要求1所述的大功率加速器，其特征在于加速腔(4)的外直徑高=2.23 米1. 73米，內表面覆以具有良好導電性能的無氧銅；腔內設有頻率自動調節(jié)裝置和相位 自動調節(jié)系統(tǒng)的采樣裝置。
專利摘要大功率加速器涉及高頻發(fā)射機技術。其設計要點是束流功率100kW，足夠插入靶得到X射線束，從而擴大輻照產(chǎn)品的種類范圍；加速腔的功率耦合與功率源分開，用同軸線連接，可以獨立調節(jié)；回轉磁鐵加邊沿角以后具有很好的聚集作用；加速腔內外筒連接處采用一個1/4大圓弧，提高了腔體分路阻抗，并且加工更簡單；溫度對加速腔的頻率影響很??；輻照加速器呈花瓣形，由加速腔、高頻功率源、電子槍、聚焦透鏡、回轉磁鐵、掃描系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、束流診斷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)組成；加速腔的幅向電場與電子束軌道都平行于地面。解決了大功率高效率加速器現(xiàn)存的技術問題。優(yōu)點是穿透能力強，照射時間短，對環(huán)保無潛在的危險，無廢料處理。
文檔編號H05H13/00GK201667758SQ20092014660
公開日2010年12月8日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權日2009年4月22日
發(fā)明者宋瑞英, 施惠棟 申請人:寧波超能科技股份有限公司