一種蛇形軌跡多腔電子加速器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于加速器設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種高能大功率的電子加速器，可用于食品和醫(yī)療器械輻照、輻射化工等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用于輻照加工產(chǎn)業(yè)的高能大功率電子加速器主要有兩類(lèi)：直線加速器和單腔加速器。直線加速器分為L(zhǎng)波段和S波段等，單腔加速器主要是IBA公司生產(chǎn)的梅花瓣型電子加速器。由于受到射頻功率源和加速結(jié)構(gòu)的限制，直線加速器很難將l〇MeV的電子束流功率提高到50kW以上。梅花瓣型電子加速器雖然可以獲得200kW的lOMeV電子束功率，但其腔內(nèi)表面的射頻損耗約為150kW，射頻功率損耗較大。此外，日本有人提出脊型加速器，但只對(duì)其進(jìn)行了原理性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，而沒(méi)有做出工程化的產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)直線加速器輸出的電子束束流功率難以提高以及單腔加速器射頻功率損耗大的問(wèn)題，提供一種具有多個(gè)諧振加速腔的電子加速器，從而降低射頻功率損耗，提高電子的傳輸效率、電子束束流功率和加速器運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種蛇形軌跡多腔電子加速器，包括電子槍、螺線管以及至少兩個(gè)并排設(shè)置在同一平面的諧振加速腔，相鄰諧振加速腔的腔體軸線之間的距離為腔體諧振波的半波長(zhǎng)，在每個(gè)所述的諧振加速腔內(nèi)設(shè)有一對(duì)不含有極頭的電極板，所述的電極板位于電子束流蛇形運(yùn)動(dòng)平面上，所述電子束流的運(yùn)動(dòng)軌跡在通過(guò)腔體軸線的平面上，在所述的電極板內(nèi)部設(shè)有供電子束流穿過(guò)的束流孔道，通過(guò)在諧振加速腔內(nèi)兩個(gè)電極板之間建立交變電場(chǎng)，使電子經(jīng)過(guò)時(shí)獲得加速；在并排設(shè)置的諧振加速腔的兩側(cè)對(duì)應(yīng)電極板的位置分別設(shè)有若干個(gè)偏轉(zhuǎn)磁鐵，所述偏轉(zhuǎn)磁鐵將電子束流進(jìn)行180度偏轉(zhuǎn)，電子束流相鄰兩次的偏轉(zhuǎn)方向相反，形成蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0005]進(jìn)一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，所述的電子槍采用柵控電子槍?zhuān)瑬艠O電壓為正弦波、方波或三角波，其頻率與所述諧振加速腔的諧振頻率相同，并對(duì)波形加載直流偏壓，用于控制引出電子束團(tuán)的長(zhǎng)度與強(qiáng)度。
[0006]進(jìn)一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，所述的一對(duì)不含有極頭的電極板為關(guān)于腔體軸線對(duì)稱(chēng)的平板，平板的邊緣可為直線或曲線。
[0007]進(jìn)一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，所述的諧振加速腔為柱狀腔體，腔體的橫截面為圓形、正方形或其它關(guān)于中心對(duì)稱(chēng)的形狀。
[0008]進(jìn)一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，不同的諧振加速腔之間的諧振頻率差小于1%。
[0009]進(jìn)一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，還包括用于產(chǎn)生和維持加速器內(nèi)真空的真空系統(tǒng)，用于產(chǎn)生和傳輸射頻功率的射頻系統(tǒng)，用于冷卻腔體和射頻源的冷卻系統(tǒng)，用于測(cè)量電子束運(yùn)行參數(shù)的束流測(cè)量系統(tǒng)，用于控制加速器運(yùn)行的控制系統(tǒng)，用于加速器支撐和定位的機(jī)械系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的有益效果如下：
[0011]⑴采用多個(gè)諧振加速腔后，每個(gè)腔體的長(zhǎng)度可以降低。加速lOMeV的電子束，單個(gè)腔體的長(zhǎng)度為4米左右；采用2個(gè)腔體，每個(gè)腔體2米左右；采用4個(gè)腔體，每個(gè)腔體則只要1米左右。腔體長(zhǎng)度降低后，可以采用更高加工精度的機(jī)床，機(jī)械加工的形變也容易控制，總體上的加工難度降低。
[0012](2)如果保持腔體長(zhǎng)度不變，采用多個(gè)腔體后，腔體內(nèi)的射頻場(chǎng)幅可以降低。腔體內(nèi)表面的射頻損耗功率與腔內(nèi)加速電場(chǎng)幅值的平方成正比，即如果加速場(chǎng)強(qiáng)降低為1/2,腔體內(nèi)表面的射頻損耗功率可以降低為1/4。而腔體內(nèi)表面的射頻損耗功率的降低可以提高射頻功率轉(zhuǎn)換為電子束功率的效率，因?yàn)榍惑w輸入的射頻功率等于腔體內(nèi)表面的射頻損耗功率與電子束功率的和
[0013](3)米用柵控電壓后，電子槍直接引出微脈沖電子束團(tuán)。微束團(tuán)的加速與偏轉(zhuǎn)過(guò)程中，電子束流包絡(luò)小，不產(chǎn)生電子損失，從而避免了電子損失造成的腔體發(fā)熱與形變等，使得強(qiáng)流電子束的加速與傳輸成為可能。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為蛇形軌跡雙腔電子加速器側(cè)視剖面圖；
[0015]圖2為蛇形軌跡雙腔電子加速器俯視圖；
[0016]圖3為柵控電壓波形示意圖；
[0017]圖4為柵控電子槍結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為現(xiàn)有技術(shù)的脊形加速器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為蛇形軌跡四腔電子加速器俯視圖；
[0020]圖7為蛇形軌跡四腔電子加速器側(cè)視剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022]本發(fā)明所提供的蛇形軌跡電子加速器采用多個(gè)諧振加速腔，諧振加速腔的形狀可以與現(xiàn)有的脊形加速器的腔體類(lèi)似，如圖5所示選用柱狀腔體。不同諧振加速腔之間的諧振頻率差小于1%，相鄰腔體軸線14的距離為腔體諧振波的半波長(zhǎng)。與現(xiàn)有的脊形加速器不同的是，本發(fā)明的電極板取消了極頭13(如圖5所示），為關(guān)于腔體軸線14對(duì)稱(chēng)的平板，平板的邊緣可為直線或曲線，例如長(zhǎng)方形電極板、梯形電極板或邊緣為曲線的電極板，這樣可以降低腔體內(nèi)表面的射頻損耗。多個(gè)諧振加速腔處于同一平面并排設(shè)置，諧振加速腔1為柱形腔，腔體的橫截面可以為圓形、正方形或其它關(guān)于中心對(duì)稱(chēng)的形狀，腔內(nèi)的束流運(yùn)動(dòng)平面上設(shè)有一對(duì)電極板2,如圖1所示。電子束流的運(yùn)動(dòng)方向垂直于諧振加速腔的軸線，運(yùn)動(dòng)軌跡在通過(guò)腔體軸線的平面上，并穿過(guò)電極板內(nèi)部的束流孔道3。相鄰諧振腔之間的束流孔道一般采用圓管，180度偏轉(zhuǎn)的束流孔道一般采用小真空盒。射頻功率輸入到諧振加速腔內(nèi)，在兩脊形電極板2的間隙內(nèi)建立交變電場(chǎng)，電子經(jīng)過(guò)時(shí)獲得加速。電子一次直線運(yùn)動(dòng)得到多次加速，加速的次數(shù)由諧振加速腔的數(shù)目決定。完成一次直線加速與傳輸后，偏轉(zhuǎn)磁鐵4將束流偏轉(zhuǎn)180度，偏轉(zhuǎn)的同時(shí)對(duì)電子束流進(jìn)行橫向聚焦與消色差。偏轉(zhuǎn)磁鐵4的形狀可以與現(xiàn)有的脊形加速器的偏轉(zhuǎn)磁鐵相同，此為公知技術(shù)。束流的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在同一個(gè)水平面上，但相鄰兩次的偏轉(zhuǎn)方向相反，即如果第一次順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，第二次則逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，從而形成類(lèi)似蛇的蜿蜒運(yùn)動(dòng)軌跡5。
[0023]電子槍6采用柵控電子槍?zhuān)瑬艠O電壓為正弦波、方波或三角波，其頻率與諧振加速腔的諧振頻率相同，并對(duì)波形加載直流偏壓，用于控制引出電子束團(tuán)的長(zhǎng)度與強(qiáng)度，正弦波偏壓如圖3所示，圖3中的陰影區(qū)域8是柵極10相對(duì)于陰極9大于零的電子引出電壓。柵極10距離陰極9很近，只需要相對(duì)陰極9加載100V左右的電壓就可以引出電子束。聚焦極1