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1、電子直線加速器基礎(chǔ)培訓(xùn) 原理及各系統(tǒng)介紹2014年1月 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(chǎng)力控制、電場(chǎng)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(chǎng)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(cè)量、劑量測(cè)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 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(chǎng)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
2、于輻照安全的限制，工業(yè)輻照電子直線加速器的最高能量一般定為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(cè)診 斷 設(shè) 備
3、供 電 與 穩(wěn) 定控 制 設(shè) 備 操 作 臺(tái)控 制 加 速 器 主 體 束 下 傳 輸 系 統(tǒng) 調(diào) 制 器 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(zhǎng)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 電子直線加速器系統(tǒng) 1、20KW電子槍主要參數(shù)
4、指標(biāo) 2、注意事項(xiàng) a）管內(nèi)不能含有氟（F 2）、氯（Cl2）、氧 （O2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）和水蒸汽（H2O）等對(duì)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(cè)裝置，隨時(shí)判斷電子槍的陰極發(fā)射是否正常，這對(duì)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)名稱符號(hào)標(biāo)稱值最大值說明陽極電壓（脈沖) Va 50KV 55KV脈沖寬度 16s工作比D 1.0%鈦泵電壓V
5、Ti 4.5KV 5KV 第五節(jié) 電子直線加速器系統(tǒng) 海維加速器采用精心設(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(chǎng)加速電子。主要參數(shù)： （1）頻率：S波段，2856MHZ （2）相速：射頻場(chǎng)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 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(chǎng)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(cè)量感應(yīng)圈和掃描系統(tǒng)，束流感應(yīng)圈用來檢測(cè)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
6、：三、束流傳輸系統(tǒng) 電子直線加速器系統(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(hào)。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(hào)（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 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）
7、測(cè)損耗：主要是真空窗的損耗 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) 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(hào)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)必
8、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) 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(zhǎng)期穩(wěn)定安全可靠地工作。七、恒溫系統(tǒng) 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大氣壓表 8隔離閥 9小氣壓表
9、(大小氣壓表均有上、下限保護(hù)觸點(diǎn)信號(hào)輸出) 八、充氣系統(tǒng) 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(hào)，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(duì)加速器的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 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) 電子直線加速器系統(tǒng) 束流掃描系統(tǒng)是讓加速器輸出的電子束經(jīng)過一橫向交變磁場(chǎng)，電子束受Loren
10、tz力的作用，在垂直于束流和磁場(chǎng)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) 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 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(tái)、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。十二、機(jī)械主體支撐系統(tǒng) 電子直線加速器系統(tǒng) 風(fēng)冷系統(tǒng)為波導(dǎo)、鈦窗及束下傳輸裝置提供風(fēng)冷，對(duì)波導(dǎo)、鈦膜及束下傳輸裝置進(jìn)行冷卻。一旦風(fēng)冷不正常或者停止工作，系統(tǒng)將會(huì)提示故障，確保了波導(dǎo)、鈦膜及束下傳輸裝置不會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而損壞。十三、風(fēng)冷系統(tǒng) 謝謝！
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