[发明专利]电子束照射设备和方法

说明书

                      技术领域

本发明涉及电子束照射设备和方法，尤其涉及使用电子束来照射从热电站或类似的地方排出的燃烧废气以从废气中去除有毒成分的电子束照射设备和方法。

                      技术背景

随着经济的发展，要求越来越多的能量。在能量要求的不断增长中，能源仍然依赖于矿物燃料如煤和石油。然而，由于矿物燃料的燃烧产生的有害产物或污染物对全球的污染负有责任。应该认为由于空气污染引起的全球变暖和酸雨的全球问题是由如SOx和NOx成分造成的，这些成分包含在从热电站或类似的地方排出的燃烧废气中。有一种用于去除有毒成分如SOx和NOx的方法，这种方法利用电子束照射燃烧废气以脱硫和脱硝(即去除有毒成分如SOx和NOx)。

在利用电子束处理燃烧废气的废气处理系统中，如燃烧废气中的氧(O₂)、水蒸汽(H₂O)分子被从照射窗口发射的电子束照射，以形成具有高氧化强度的基如OH、O和HO₂，该窗口包括由Ti或类似的物质制成的薄膜。这些基使有毒成分如SOx和Nox氧化以产生硫酸和硝酸作为中间产品。这些中间产品与先前加入废气中的铵气(NH₃)起反应以产生作为化肥材料还原的硫酸铵和硝酸铵。因此，这个用于处理废气的系统可以从燃烧废气中去除有毒成分如SOx和NOx，并且同时还原硫酸铵和硝酸铵作为用作化肥材料的有用的副产品。

图3示出根据这个例子用于上面废气处理系统的电子束照射设备。

电子束照射设备11主要包括具有灯丝或类似东西的热电子发生器12、用于加速从热电子发生器12发射的电子的加速管13、通过将磁场施加到加速管13中形成的高能量电子束来控制电子束直径的聚焦电磁铁16、以及通过将磁场施加到其直径由聚焦电磁铁16控制的电子束在x和y方向上偏转电子束的扫描电磁铁17、18。x方向是图3示出的水平方向，y方向是垂直于x方向并且垂直于图3的图表面的方向。外层提供了外壳19和照射窗口20，外层的内部保持在1.33×10^-3到1.33×10^-4Pa(10^-5到10^-6托)的高真条件。由加速管13形成的高能量电子束通过将磁场施加到电子束的扫描电磁铁17、18偏转和扫描，并且经过照射窗口20发射到外面的废气通道(图3中未示出)的某一区域。

由包括灯丝或类似东西的热电子发生器12产生的热电子通过例如加速管13中大约800kV的高压来加速以形成高速电子束。然后，通过聚焦电磁铁16控制电子束的射束直径，这样形成线性电子束，它具有如图3示出例子中传播方向上大致相同的直径，然后它指向由扫描电磁铁17、18形成的磁场。聚焦电磁铁16包括在电磁铁轴向布置的环形线圈的电磁铁，并且形成相对于电子束轴对称的磁场。通过磁场的幅度和方向来控制电子束的射束直径。换句话说，通过磁场的幅度和方向来控制电子束的聚焦。因此，直流I_o提供到电磁铁的线圈，电子束的收敛和发散程度由直流I_o的幅度来调节。

通过扫描电磁铁17、18在x和y方向上扫描其直径由聚焦电磁铁16控制的电子束。扫描电磁铁17包括一个电磁铁，它具有一对电极用于在y方向上偏转电子束，扫描电磁铁18包括一个电磁铁，它具有一对电极用于在x方向上偏转电子束。通过控制提供到扫描电磁铁17、18的线圈的电流幅度和方向，控制在x和y方向上的偏转角度，因此，扫描电子束并且控制电子束的照射位置。在一个例子中，使用扫描电磁铁17的矩形波在y方向(纬度方向)上扫描电子束，使用扫描电磁铁18的正弦波在x方向(经度方向)上扫描电子束。

然而，通过扫描电磁铁18在x方向上扫描电子束时，如果在相应于扫描两端的最大扫描位置A、B附近的偏转角度较大，则通过电磁铁产生的磁场来偏转电子束，使得输出电子束的角度与电子束的入射角不同。因此，由于凸透镜或类似的东西产生的透镜效应，电子束在相应于最大扫描位置A、B的照射窗口位置A、B收敛。特别地，如图3的照射窗口位置A、B和C所示，当射束直径大约是10cm时，例如在中心位置C，在相应于扫描两端的最大扫描位置A、B的射束直径大约是5cm。这样，电子束的照射区域在最大扫描位置A、B显著地收敛。照射窗口20包括钛(Ti)薄膜，因此，如果电子束在最大扫描位置A、B或在它的附近收敛，则电子束的能量密度在那里增加，导致对照射窗口的损坏。