[发明专利]电子螺旋加速器有效
申请号: | 201410202889.1 | 申请日: | 2014-05-14 |
公开(公告)号: | CN103957655A | 公开(公告)日: | 2014-07-30 |
发明(设计)人: | 李金海;李春光;杨京鹤 | 申请(专利权)人: | 中国原子能科学研究院 |
主分类号: | H05H13/10 | 分类号: | H05H13/10 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 102413 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 电子 螺旋 加速器 | ||
技术领域
本发明涉及一种加速器,特别涉及一种电子螺旋加速器。
背景技术
电子加速器是一种常用的加速器,广泛应用于科学研究、医疗、无损探伤和材料辐照等领域。电子加速器的种类很多,包括静电高压加速器、电子直线加速器、电子感应加速器等。其中,用于材料辐照的大功率电子加速器目前主要采用电子直线加速器,如常用的S波段辐照加速器,其主力机型的束流参数为10MeV/20kW。受到射频利用效率和射频功率源的共同制约,电子直线加速器的束流功率很难突破30kW。
然而,为满足材料辐照等领域对电子加速器束流功率的要求不断提高的现实需求,需要发展50kW以上的大功率电子加速器,因此为了克服束流功率很难突破30kW这一困境,这就要求从加速原理和设备结构等角度对电子加速器做出改进。
射频功率源是电子加速器束流的能量来源,也是目前制约束流功率的主要因素之一。一般而言,射频功率源的频率越低,越容易获得更高的平均束流功率,其原因在于:随着频率的降低,射频功率源的射频功率产生、传输等部件(如:波导、陶瓷窗、谐振腔)和加速腔的尺寸随之增大,容易解决高功率下的散热问题;同时,由于解决了射频功率源和加速腔高功率下的散热问题,因此整个系统容易运行于连续波模式,在相同的平均束流功率下,相对于脉冲运行模式,连续波模式的束流脉冲流强较低,从而降低了空间电荷效应等不利因素的影响。因此,从提高电子加速器平均束流功率的角度来说,需要采用较低的射频工作频段以获得更大功率的辐照加速器。由于现有电子直线加速器射频功率源的工作频段一般在2~3GHz,因此可以考虑降低该工作频段来提高平均束流功率,但如何实现却成为棘手的问题。
射频利用效率是制约电子加速器束流功率的另一项主要因素,其原因在于:即使通过降低射频功率源工作频段的方式在一定程度上解决了电子加速器平均束流功率低的问题,而随着平均束流功率的提高,射频利用效率虽然也会提高,但由于程度有限,因此还有必要进一步提高射频利用效率和电子加速器的使用经济性,从而有利于在商业上的推广应用。
除了电子直线加速器,现有技术中还存在蛇形束流运动轨迹的电子加速器。然而此种电子加速器需要对电子束进行180度偏转,需要占用很大的空间,导致单位射频谐振腔长度内的束流加速次数难以提高,射频利用效率受到显著影响。
由此可见,可以通过降低电子加速器射频功率源的工作频段以提高其平均束流功率,但必须兼顾其使用经济性。由于兼顾二者在技术上存在较大困难,因此如何克服这一困难成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有电子加速器平均束流功率低,不能满足材料辐照等领域使用需求的问题,同时兼顾使用经济性,本发明提供了一种电子螺旋加速器。
该电子螺旋加速器包括射频谐振腔、一对脊形电极、四极磁铁、偏转磁铁、束流运动孔道、孔道入口、孔道出口,其射频功率源的工作频段为50~200MHz,所述射频谐振腔的形状为柱形空腔;
该电子螺旋加速器还包括栅控电子枪,其栅极电压波形为正弦波,工作频率与射频功率源的工作频段相同;
所述束流运动孔道包括束流偏转孔道和脊形电极束流孔道,束流偏转孔道穿过射频谐振腔壳体与脊形电极束流孔道相连通,束流运动孔道的空间结构为弹簧型三维螺旋结构或8字型三维螺旋结构;
束流偏转孔道外部设有四极磁铁和偏转磁铁,所述四极磁铁能够实现电子束的横向约束聚焦,所述偏转磁铁能够实现电子束的三维偏转运动;其中,每段束流偏转孔道外部设置的偏转磁铁不少于4块;
在一对脊形电极、四极磁铁和偏转磁铁的共同作用下,由孔道入口引入的电子束在束流运动孔道内经过加速、聚焦和偏转,最后由孔道出口出射,完成整个加速过程。
所述射频功率源的工作频段优选为100MHz。
所述射频谐振腔的形状优选为圆柱形空腔、八角柱形空腔或正方柱形空腔。
由于栅控电子枪栅极的作用,电子束直接形成为微脉冲模式,不需要束团的纵向聚束与切割,从而避免了由其引起的后续加速传输的束流损失。此外,栅控输出的电子束团的相宽较短,在其之后的加速过程中,束团能散就较小,由能散引起的束流损失就相应较小。加速器运行于连续波模式,由此可以提高电子束的平均流强。另外,由于射频功率源的工作频段,因此其谐振腔体积较大,水冷和散热问题相对容易解决。
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