加速器原理介紹PPT課件

1、電子加速器及分類 電子加速器是一種使用人工方法使電子在真空中受磁場力控制、電場力加速而達(dá)到高能量的電磁裝置。 電子加速器是一種復(fù)雜的技術(shù)裝備，綜合了電子加速器原理、電磁場理論、高電壓、微波、磁鐵、電源、電氣電子、自動(dòng)控制、傳熱學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)和加工、真空、束流診斷與測量、劑量測量、輻射防護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域的綜合科學(xué)技術(shù)。 一、基本概念第1頁/共22頁電子直線加速器及原理 電子直線加速器是電子加速器中的一種類型，它是帶電粒子在高頻電場加速下，沿直線軌道傳輸?shù)募铀倨餮b置。電子直線加速器是利用微波加速電子，電子能量一般都較高（5MeV），輸出功率在幾千瓦到幾十千瓦。由于輻照安全的限制，工業(yè)輻照電子直線加速器的

2、最高能量一般定為10MeV。 電子直線加速器的應(yīng)用范圍很廣，目前，主要用于醫(yī)療器械和衛(wèi)生用品的輻照消毒滅菌、食品輻照保鮮、糧食滅蟲、進(jìn)出口食品檢驗(yàn)檢疫、中成藥滅菌、抗生素降解、環(huán)境保護(hù)、半導(dǎo)體器件改性、化工新產(chǎn)品開發(fā)等。一、基本概念第2頁/共22頁第二節(jié) 電子加速器及分類 電子加速器主要包括：電子槍、加速結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向聚焦系統(tǒng)、束流輸運(yùn)系統(tǒng)和高頻功率源或高壓電源五個(gè)基本部分。如下圖所示：二、基本結(jié)構(gòu)束流導(dǎo)向與聚焦系統(tǒng)電子槍注入分析輸運(yùn)系統(tǒng)加速結(jié)構(gòu)后輸運(yùn)分析系統(tǒng)靶室高真空設(shè)備束流檢測診斷設(shè)備供電與穩(wěn)定控制設(shè)備操作臺控制第3頁/共22頁加速器主體束下傳輸系統(tǒng)第4頁/共22頁調(diào)制器第5頁/共22頁第6頁

3、/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 電子槍是加速器的電子源，它產(chǎn)生一定能量、流強(qiáng)和形狀要求的電子束，并進(jìn)入加速管進(jìn)行加速。 電子槍為二極型的皮爾斯電子槍，由陰極（陰極熱子組件）、聚焦極和陽極組成。陰極發(fā)射的電子，經(jīng)聚焦極聚焦，通過陽極孔進(jìn)入加速管，電子槍的導(dǎo)流系數(shù)為0.068微樸。根據(jù)加速器的設(shè)計(jì)要求，電子槍的工作電壓為55-65KV ，發(fā)射束流連續(xù)可調(diào)，最大束流為1A 。注意事項(xiàng)： 1）陰極不允許長期暴露在大氣中 2）電子槍工作于溫度限制狀態(tài) 一、電子槍第7頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 1、20KW電子槍主要參數(shù)指標(biāo) 2、注意事項(xiàng) a）管內(nèi)不能含有氟（F2）、氯（Cl2）、氧 （O2）、一氧化碳

4、（CO）、二氧化硫（SO2）和水蒸汽（H2O）等對陰極有害的氣體，即使是較低的壓強(qiáng)也會(huì)引起陰極中毒，輕微的中毒也會(huì)引起束流的不穩(wěn)定。 b）整機(jī)電源系統(tǒng)中要有陰極發(fā)射電流的監(jiān)測裝置，隨時(shí)判斷電子槍的陰極發(fā)射是否正常，這對故障的分析和判斷極為有利。 c）整機(jī)電源系統(tǒng)要具備在發(fā)生打火以及鈦泵電流過流時(shí)，高壓能自動(dòng)切斷的功能。 d）在工作狀態(tài)下，嚴(yán)禁陰極暴露大氣，否則會(huì)造成電子槍的永久性損壞。一、電子槍參數(shù)名稱參數(shù)名稱符號符號標(biāo)稱值標(biāo)稱值最大值最大值說明說明陽極電壓（脈沖)Va50KV55KV脈沖寬度16s工作比D1.0%鈦泵電壓VTi4.5KV5KV第8頁/共22頁第五節(jié) 電子直線加速器系統(tǒng) 海維加

5、速器采用精心設(shè)計(jì)的盤荷波導(dǎo)加速管，采用行波加速原理，利用射頻場加速電子。主要參數(shù)： （1）頻率：S波段，2856MHZ （2）相速：射頻場中恒定相位沿加速結(jié)構(gòu)軸線傳輸?shù)乃俣?（3）工作模式：每周期（每腔）2/3模式 二、加速管第9頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 束流傳輸系統(tǒng)由聚焦線圈和束流輸出系統(tǒng)兩部分組成。聚焦線圈用來克服加速管中徑向電場和空間電荷的散焦力以得到良好的束流特性。輸出系統(tǒng)包括輸出導(dǎo)向、束流感應(yīng)圈及漂移管，輸出導(dǎo)向用于引導(dǎo)加速后的電子準(zhǔn)確地進(jìn)入束流測量感應(yīng)圈和掃描系統(tǒng)，束流感應(yīng)圈用來檢測加速器輸出脈沖束流。加速器束流傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下：三、束流傳輸系統(tǒng)第10頁/共22頁電子直線加

6、速器系統(tǒng) 微波功率源由固態(tài)源、速調(diào)管和調(diào)制器組成。固態(tài)源提供給速調(diào)管微波信號。調(diào)制器給速調(diào)管提供燈絲電流和高壓脈沖，同時(shí)供給電子槍所需的-60KV的脈沖高壓。速調(diào)管是一種周期性的調(diào)制電子注的速度來實(shí)現(xiàn)振蕩或放大功能的微波電子管，它放大來自固態(tài)源的微波信號（脈沖功率大于100W）至脈沖功率3.5MW以上。三者之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系見下圖所示：四、微波功率源第11頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 微波傳輸系統(tǒng)由真空窗（陶瓷窗）、吸收負(fù)載、定向耦合器、微波傳輸元件等組成。 要求：各部件能承受額定功率和駐波比。 參數(shù)：1）頻率：2856.25MHZ 2）平均功率：8Kw 3）駐波比：1.05 4）測損耗：主要是

7、真空窗的損耗 5）耦合度 6）系統(tǒng)通帶 注意事項(xiàng)： （1）平均功率 （2）充氣：低于額定值，則會(huì)出現(xiàn)打火現(xiàn)象 （3）連接安裝時(shí)要擰緊，否則會(huì)出現(xiàn)漏氣 （4）開機(jī)時(shí)注意微波滲漏五、微波傳輸系統(tǒng)第12頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 真空系統(tǒng)由電子槍、加速管（包括輸入、輸出耦合器）、束流輸出系統(tǒng)（包括輸出X、Y導(dǎo)向，束流感應(yīng)圈，漂移管）、掃描窗、離子泵及軟波導(dǎo)、抽空管道和超高真空閥門組成。 真空系統(tǒng)能夠保障加速器電子槍電子的正常發(fā)射、加速器束流的正常傳輸，確保加速腔體與微波部件在高功率微波信號作用下不被擊穿。 加速器真空系統(tǒng)要求離子泵必須每天24小時(shí)不間斷工作，即使加速器未正常出束也要求如此。供電時(shí)

8、必須考慮到這一點(diǎn)。 工作真空度應(yīng)高于510-6Pa。六、真空系統(tǒng)第13頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 恒溫系統(tǒng)由恒溫和水冷系統(tǒng)組成。恒溫水工作溫度要求380.5，總流量5.5噸/小時(shí)。水冷系統(tǒng)采用循環(huán)蒸餾水進(jìn)行冷卻。 恒溫系統(tǒng)供給定量恒溫循環(huán)蒸餾水使加速管恒溫，并冷卻加速器主要發(fā)熱部件，確保加速器達(dá)到額定的技術(shù)指標(biāo)，使之長期穩(wěn)定安全可靠地工作。七、恒溫系統(tǒng)第14頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 充氣系統(tǒng)使用的是六氟化硫氣體，其作用：1）提高微波絕緣強(qiáng)度，防止打火；2）利于速調(diào)管輸出陶瓷窗散熱。 充氣操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： 1氣瓶 2減壓閥 3過濾干燥器 4充氣閥 5放氣閥 6氣體分流器（五通） 7

9、大氣壓表 8隔離閥 9小氣壓表(大小氣壓表均有上、下限保護(hù)觸點(diǎn)信號輸出)八、充氣系統(tǒng)第15頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)由PLC和AIC組成。 加速器程序控制是將加速器的各分系統(tǒng)（如聚焦電源、電子槍、加速管、調(diào)制器、速調(diào)管、微波系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及束下掃描裝置等）有機(jī)地聯(lián)系起來，按照一定的程序提供電源和控制信號，使加速器能夠按照預(yù)設(shè)的過程，借助運(yùn)行鍵自動(dòng)產(chǎn)生加速器能量、束流、掃描寬度及自動(dòng)開啟、關(guān)閉高壓；并對加速器的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測。 電氣控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，邏輯清楚、性能穩(wěn)定可靠、易于維護(hù)。九、電氣控制系統(tǒng)第16頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 束流掃描系統(tǒng)

10、是讓加速器輸出的電子束經(jīng)過一橫向交變磁場，電子束受Lorentz力的作用，在垂直于束流和磁場的方向上作來回掃描，而輻照物品放置在輸送線上，垂直于掃描方向向前運(yùn)動(dòng)，從而保證了輻照的基本要求。其結(jié)構(gòu)如下：十、束流掃描系統(tǒng)第17頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 聚焦穩(wěn)流電源由5-8組聚焦用穩(wěn)流電源、輸出X、Y導(dǎo)向電源及掃描電源組成，所有電源控制均有本控和遙控兩種模式：置本控時(shí)，各電源的電流均可由面板電位器調(diào)節(jié)；置遙控時(shí)，它們都受內(nèi)置控制電路板控制。 十一、聚焦、導(dǎo)向及掃描電源第18頁/共22頁電子直線加速器系統(tǒng) 海維電子直線加速器主體結(jié)構(gòu)采用直立式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是： 加速管、冷卻水套、聚焦線圈的重量承受于底座支承板上，加速管與冷卻水套的承受力可由彈性支承機(jī)構(gòu)加以調(diào)整，安裝時(shí)已調(diào)節(jié)好，平時(shí)不得自己調(diào)整。 平臺、機(jī)柜與主體結(jié)構(gòu)不相連，以免振動(dòng)傳給主體結(jié)構(gòu)。 注意：主體部分由于直立式重心較高，不允許有沖擊力作用在上面。彈性支承安裝好后，平時(shí)不允許自己調(diào)整。