[实用新型]一种用于加速强流离子束的高电压加速管

说明书

技术领域

本实用新型涉及粒子加速器技术领域，特别涉及一种用于加速强流离子束的高电压加速管。

背景技术

现有的直流型高电压加速管通常是使用玻璃或陶瓷环与电极法兰通过粘接或焊接的方式组装而成。具有径向尺寸受限制、拆卸检修困难、制造费用高等缺点。对强流(例如百毫安即)、高电压(例如数百千伏)离子束加速时，为减小空间电荷对束的扩张效应，要求加速管间隙尽量短。因为绝缘耐压问题，绝缘外管的总长度都相当大。各段加速电极需相互套装，将加速间隙集中到加速管的中部。套装电极筒之间必须有一定间距以保证耐压，最终使得加速管绝缘环内径要做得很大，现有的一些结构是很难做到的。特别是在有强中子辐射的条件下，由于镍、铬等材料有活化问题，金属陶瓷封焊的瓷环不宜采用。

发明内容

本实用新型克服了现有技术中的不足，提供了一种结构简单、便于检修的可以在强辐射环境中使用的用于加速强流离子束的高电压加速管。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于加速强流离子束的高电压加速管，它主要由陶瓷绝缘环和电极法兰组装而成，法兰内部设置有加速电极，电极为筒状结构，外径逐个减小，电极相互套装且从两端伸入到中部区。

本实用新型还可以：

所述的绝缘环为陶瓷绝缘环，陶瓷绝缘环与电极法兰采用螺栓固定。

所述的陶瓷绝缘环与法兰之间采用真空密封圈密封，真空密封圈为金属材质。

所述的电极法兰外部固定有均压环。

所述的电极法兰安装有水冷管。

所述的电极靠中心的部分为钽或钨或钼材料制成，其轴心处开孔形成光栏。

所述的光栏孔周设置有耐高温的永磁体。

所述离子束入射端的电极设置有水冷管，其靠近光栏孔处装有四象限探针。

所述离子束出射端的电极后布置有偏压电极。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用陶瓷绝缘环作为主体，陶瓷绝缘环的数量由加速管的离子束流光学设计确定，绝缘陶瓷环间为金属法兰，绝缘陶瓷环与金属法兰之间通过螺栓紧固，同时采用真空密封圈密封，保证了结构的稳定和真空密封的可靠性。电极采用筒状结构，套装组装而成，这样能够在电极靠中心的光栏处形成短间隙的加速区，可用于在强辐射条件下的高电压、百毫安级离子的加速。

附图说明

图1加速管结构示意图

1绝缘环、2电极法兰、3螺栓、4真空密封圈、5均压环、6电极、7负偏压电极、8永磁体、9探针、10离子束

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

一种用于加速强流离子束的高电压加速管，它是有多个大绝缘环1作为绝缘主体，绝缘环1之间为电极法兰2。所述的绝缘环1优选陶瓷绝缘环，陶瓷绝缘环的两端环上沿周有若干通孔，陶瓷绝缘环与电极法兰通过这些通孔靠螺栓3固定。绝缘环1的数量及加速管的总长度由加速管的离子束流光学设计确定。电极法兰2的材料选用不易被活化的铝合金。绝缘环1端面与电极法兰2之间有真空密封圈4，真空密封圈4是由金属材料制成，如金属铅、铟等，这些金属出气少，有利于提高真空度，而且不像有机材料的橡胶圈或者粘结剂会在辐射作用下裂解、老化。

在每个电极法兰2外圈设置有内水冷通道，当有束功率打在电极上时不会使法兰发热，保证了结构的稳定性和真空密封的可靠性。为防止电晕，在电极法兰2外圈固定有圆圈状均压环5。加速管内部是一组加速电极6，电极6为筒状结构，从加速管的两端伸入到中部区，外径逐个减小相互套装且保持相互之间有一定的绝缘间距，电极6靠中心的部分用耐高温的钽、钨或者钼材料制成，其轴心处开孔形成光栏，几个电极的光栏构成一组短间隙的加速区。

在最低电位的电极6-5后布置有偏压电极7，也就是说，在离子束10出射端的电极6-5后布置有偏压电极7，它上面加有足够高的负电压以抑制低电位区的二次电子被加速回轰高电位区。电极光栏孔周加有耐高温的永磁体8，它产生的弱磁场可将电极上产生的二次电子控制在局部区域，减少X射线的辐射并减少加速电源的电流负载。在束流的入射端，电极筒的表面做有水冷管，保证在束流轰击下不被熔化损坏。在此筒靠近加速光栏处，还安装有一组四象限的束流位置探针9，由它取得的电流信号可以判断入射束的位置，这对于正确控制束流入射方向极为重要。

实施例1

如图1所示一种用于400kv、百毫安级的离子束加速管。离子种类可以是H⁺、D⁺、O⁺等。它用了四个大陶瓷绝缘环1作为绝缘主体。陶瓷绝缘环1间为LD31牌号铝合金法兰，陶瓷绝缘环1的两端环上沿周向开有16个通孔，陶瓷绝缘环1与电极法兰2通过这些通孔靠螺栓3紧固。瓷环端面与法兰之间用铟丝制成的真空密封圈4实现真空密封。每个电极法兰2上都有水冷通道，可防止发热。在电极法兰2的外圆周固定有均压环5。加速管的内部是一组电极6-1、6-2、6-3、6-4、6-5，每个电极靠中心的部分用钼制成，其轴心处开有Φ100的光栏孔，5个电极的光栏孔径相同，它们构成一组总长度为240mm的加速区，而加速管的长度则达到1200mm。各电极以筒状结构，从加速管两端伸入到中部区，外径逐个减小，相互套装并且保持相互之间有足够的绝缘距离，本实施例绝缘距离为20mm。在接地的最低电位电极6-5后布置有偏压电极7，偏压电极7上面加有负5kv电压，可以抑制低电位区的电子回轰到高电位区。在电极光栏孔周围安装有永磁体8，它产生的弱磁场可将电极上的二次电子控制在局部区域。在离子束10束流的入射端，锥形电极筒的表面布置有水冷管，保护电极免受散射离子的轰击而发热损坏。在电极6-1靠近加速光栏处安装有一组四象限束流位置探针9，由它取得的电流信号可以判断入射离子束10的位置。