专利名称：大功率加速器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于民用非动力核技术领域，涉及高频发射机、加速谐振腔、电子束加 速及轨道精密控制、高精度磁铁、纳秒电子束、大体积高真空技术。
背景技术：
目前，工业高能辐照主要采用钴源和电子直线加速器，前者加工量大、辐照剂量范 围宽、穿透能力强，但是钴源照射时间长，存在对环境的潜在危险，并且退役费用高；后者射 线定向使用，所以辐照效率高，断电后无辐射，但脉冲工作影响到辐照的均勻性、电子辐照 穿透深度浅，而且易耗品速调管价格昂贵。本实用新型很好的避免了两者的缺点，并且涵盖 了两者的优点，大功率高效率、既有电子束输出又有X射线输出，且温度对腔体的频率影响
发明内容本实用新型针对现有工业辐照的问题，目的是提供一种较为理想的大功率加速 器，使其能解决大功率高效率加速器现存的技术问题。本实用新型的目的是通过如下的技 术方案来实现的。一种大功率加速器，其特征是该加速器以半波长同轴谐振腔的TEM模式的辐向电 场来加速电子束，电子在腔的中心横截面内加速；在腔的上端面处进行功率的磁耦合；束 流功率100kW，足够打靶得到X射线束；加速腔的功率耦合与功率源分开，用同轴线连接，可 以独立调节；回转磁铁加边沿角以后具有很好的聚集作用；加速腔内外筒连接处采用一个 1/4圆弧；由加速腔(4)、高频功率源、电子枪(1)、聚焦透镜(2)、回转磁铁(3)、扫描系统、 控制系统、束流诊断系统、真空系统、冷却水系统组成；加速腔的辐向电场与电子束的轨道 平面都平行于地面。所述的高频功率源频率选定为90士2MHz，采用全固态十四极管的多级放大形式； 高频功率馈入加速腔采用耦合环的形式，功率放大器与匹配传输线相连，中间可接入定向 耦合器、直角弯头和伸缩节等，再与耦合器件相连接。这种方式物理概念清晰，可以插入测 量和调节装置，更重要的是将放大器与加速腔的设计分开进行，避免了在时间上需待高频 功率源和加速腔都做好后才能进行调试；电子枪采用栅控型三极枪，引出电压为60kV，脉 冲工作，脉冲宽度1. 8ns，脉冲流强0 200mA，束腰半径2mm，发射度小于50 π mmmrad,平均 流强稳定度0. ；回转磁铁如果用三块一组的方案，虽然调节手段较多，灵活可变，但成本 较高，安装复杂，不利于此新型加速器的工业化。本实用新型采用了单块磁铁方案，在磁铁 入口出口加了边沿角之后，对束流起到了很好的聚焦作用，可以得到很满意的全程包络。本 实用新型采用的单块磁铁成本较低，安装简单，有利于产品工业化。回转磁铁共九块，使束 流穿过加速腔四十次。所述的加速腔的外直径高约为2. 23 1.73，内表面覆以具有良好导电性能的 2mm无氧铜；腔内设有频率自动调节装置和相位自动调节系统的采样装置。
3[0007]本实用新型的优点是穿透能力强，照射时间短，对环保无潜在的危险，无废料处 理。具有大功率高效率、既有电子束输出又有X射线输出、温度对腔体的频率影响很小，理 论值仅有1.2kHz/°C，是较为理想的一种加速器。适用于医疗用品的消毒，食品的灭菌、保 鲜；高分子材料的交联、降解应用。
图1是本实用新型的加速结构示意图。图中1、电子枪，2、聚焦线圈，3、回转磁铁，4、加速腔。图2是本实用新型实施方式示意图。图中5、加速器，6、阀门，7、导向线圈，8、BPM束流探头，9、90度偏转铁，10、四极铁， 11、扫描铁，12、扫描盒，13、钛窗，14、收拢磁铁，15、靶，16、被照物体，17、传送带，18、悬挂链。
具体实施方式
以下结合附图将实施例作进一步描述。如图1、图2所示，大功率加速器5的加速 腔4由不锈钢焊成，外加水套和加强筋，其外筒内直径为2. 23米，内筒外直径0. 52米，高为 1. 73米。内外筒之间的连接没有采用传统的倾斜角加倒角的形式，而是直接采用一个半径 0.260米的1/4圆弧，这样提高了腔体分路阻抗，并且降低了加工难度。腔体内表面覆以具 有良好导电性能的2mm无氧铜。腔内设有频率自动调节装置和相位自动调节系统的采样装 置。电子枪1采用栅控型，引出电压为60kV，脉冲工作，重复频率90MHz，脉冲宽度1. 8ns，脉 冲流强200mA，束腰半径2mm，发射度小于50 π mmmrad,平均流强稳定度0. 1 %。回转磁铁3 共九块，束流穿过加速腔40次。回转磁铁采用单块磁铁方案。一共九块磁铁，由于第一圈 电子束的能量比较低，所以设计第一块磁铁的机械尺寸与其它八块不同。第一块磁铁的回 转角为194度，回转半径0. 1338米，出口入口边沿角为3. 5士0. 5度，缝隙为45毫米，真空 盒缝隙不小于40毫米。磁极边缘离加速腔外壁90毫米。其它八块回转磁铁回转角度198 度，回转半径0. 1734米，标准粒子的弧形轨道长度为0. 599米。边沿角及缝隙和其它回转 磁铁一样。磁极边缘离加速腔外壁94毫米。每块回转磁铁入口出口加了边沿角之后，得到 很满意的全程包络。不同的电子能量对应于不同的励磁电流。当励磁电流为0，电子不被弯 转，则成为电子束出口 9。电子束引出后，扫描磁铁10对束流进行士 18度扫描，扫描频率 100次/秒，保证剂量的均勻性达到士5%。扫描盒6末端有一金属薄膜窗口。用X射线来 辐照时，在窗外插入一重金属靶，利用高能电子的韧致辐射得到X射线。为保证加速腔内的 真空度优于1 X 10_6托，电子枪区域真空度优于1 X ΙΟ"7托，在腔底装一 1000升/秒离子泵， 在电子枪阳极处和电子枪真空管道处分别装了 100升/秒和50升/秒两台离子泵。加速 腔的工作温度定为35士2度，内外导体都装有冷却水通道。所辐照的传输线产品7经传输 线8输送，辐照后的传输线产品，如医疗用品的消毒，食品的杀菌、保鲜；高分子材料的降解寸。
权利要求一种大功率加速器，其特征是该加速器以半波长同轴谐振腔的TEM模式的辐向电场来加速电子束，电子在腔的中心横截面内加速；在腔的上端面处进行功率的磁耦合；束流功率100kW；加速腔的功率耦合与功率源分开，用同轴线连接；加速腔内外筒连接处采用一个1/4圆弧；由加速腔(4)、高频功率源、电子枪(1)、聚焦透镜(2)、回转磁铁(3)、扫描系统、控制系统、束流诊断系统、真空系统、冷却水系统组成；加速腔的辐向电场与电子束的轨道平面都平行于地面。
2.根据权利要求1所述的大功率加速器，其特征在于该加速器的高频功率源频率选定 为90士2MHz，采用四极管；电子枪(1)采用栅控型三极枪，引出电压为60kV，脉冲工作，脉冲 宽度1. 8ns，脉冲流强200mA ；回转磁铁(3)共9块，束流穿过加速腔(4)40次。
3.根据权利要求1所述的大功率加速器，其特征在于加速腔(4)的外直径高=2.23 米1. 73米，内表面覆以具有良好导电性能的无氧铜；腔内设有频率自动调节装置和相位 自动调节系统的采样装置。
专利摘要大功率加速器涉及高频发射机技术。其设计要点是束流功率100kW，足够插入靶得到X射线束，从而扩大辐照产品的种类范围；加速腔的功率耦合与功率源分开，用同轴线连接，可以独立调节；回转磁铁加边沿角以后具有很好的聚集作用；加速腔内外筒连接处采用一个1/4大圆弧，提高了腔体分路阻抗，并且加工更简单；温度对加速腔的频率影响很小；辐照加速器呈花瓣形，由加速腔、高频功率源、电子枪、聚焦透镜、回转磁铁、扫描系统、控制系统、束流诊断系统、真空系统、冷却水系统组成；加速腔的幅向电场与电子束轨道都平行于地面。解决了大功率高效率加速器现存的技术问题。优点是穿透能力强，照射时间短，对环保无潜在的危险，无废料处理。
文档编号H05H13/00GK201667758SQ20092014660
公开日2010年12月8日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者宋瑞英, 施惠栋 申请人:宁波超能科技股份有限公司