專利名稱：高頻電極以及應(yīng)用該高頻電極的地拉米加速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高頻電極以及應(yīng)用該高頻電極的地拉米加速器，屬于帶電粒子加速器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地拉米加速器(Dynamitron Accelerator)的直流高壓是由高頻電極的高頻電壓，通過(guò)空間電容偶合到加速器芯柱的電暈環(huán)上后，經(jīng)多級(jí)并聯(lián)整流得到的直流電壓串聯(lián)后產(chǎn)生的。當(dāng)人們要建造工作電壓比較高的加速器時(shí)候(如4-5MV)，由于高壓靜電場(chǎng)的需要，高頻電極直徑和它與電暈環(huán)的距離都得相應(yīng)增大，因而高頻電極的高頻電壓峰值也隨之增大。在傳統(tǒng)的地拉米加速器中均采用同一直徑的圓柱形高頻電極。本世紀(jì)初歐洲高壓工程公司采用圓錐形的高頻電極，建造了一臺(tái)地拉米型的5MV串列加速器(The novelHVEE 5MV Tandetron A.Gottdang, D.J.W.Mous, R.G.Haitsma NIM in Physics ResearchB 190(2002) 177-182)。它的高頻電極與電暈環(huán)的距離從電壓高端到低端線性減小，高頻電極的寬度也相應(yīng)地逐漸變窄，以保持它與各個(gè)電暈環(huán)之間有相等的偶合電容，希望每一整流節(jié)得到相同的直流電壓。上述傳統(tǒng)的圓柱形高頻電極的缺點(diǎn):第一，由于高壓端電場(chǎng)需要，高頻電極直徑就要取得比較大；為了有相等的偶合電容從而有相等的整流節(jié)電壓，在低壓端高頻電極直徑也不得不與高壓端相同。因此隨高壓指標(biāo)升高，整個(gè)高頻電極的尺寸變得很大；第二，高頻電極通用性差，即使高壓相近的地拉米加速器也必須全部更換高頻電極。后期的圓錐形高頻電極的缺點(diǎn):第一，由于高頻電極與電暈環(huán)的偶合電容是與高頻電極和電暈環(huán)的直徑之比的自然對(duì)數(shù)成反比。因此采用圓錐形高頻電極，很難做到從上到下所有偶合電容相等，這就會(huì)使得加速器芯柱軸向電壓分布不均；第二，圓錐形的高頻電極的制造和安裝也較為復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:高頻電極，其特征在于:所述高頻電極為階梯形結(jié)構(gòu)。根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電極，其特征在于:所述高頻電極包括相互連接的第一高頻電極和第二高頻電極，所述第一高頻電極的半徑比第二高頻電極的半徑小。所述第一高頻電極半徑rfI=IOOOmm ;所述第二高頻電極半徑rf2=1120mm。還包括金屬圓管，所述第一高頻電極和第二高頻電極通過(guò)金屬圓管來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)渡連接。一種應(yīng)用所述高頻電極的地拉米加速器，其特征在于:包括所述高頻電極、芯柱和電暈環(huán)，所述芯柱內(nèi)部裝有若干級(jí)整流硅堆，每一級(jí)整流硅堆左右成對(duì)安裝電暈環(huán)，所述電暈環(huán)為半圓形結(jié)構(gòu)。 還包括高壓電極，所述高壓電極設(shè)置在芯柱和電暈環(huán)頂部，所述高壓電極為半圓球形結(jié)構(gòu)。所述高壓電極半徑rc=490mm。還包括地電位屏蔽電極，高頻電極絕緣支撐，屏蔽電極金屬支撐和鋼筒；所述地電位屏蔽電極設(shè)置在高壓電極兩側(cè)，通過(guò)屏蔽電極金屬支撐與鋼筒內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)固定連接；所述高頻電極通過(guò)高頻電極絕緣支撐與鋼筒內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)固定連接。有益效果:本實(shí)用新型提供的高頻電極以及應(yīng)用該高頻電極的地拉米加速器，通過(guò)改變高頻電極構(gòu)造，采用不等直徑的階梯形高頻電極，在較低的高頻電壓峰值下，就能使同樣芯柱尺寸的加速器得到更高的端電壓。具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)高頻電極與電暈環(huán)間的偶合強(qiáng)，所須高頻電壓峰值低；(2)降低了容易發(fā)高壓放電的整流芯柱頂部軸向電位梯度，其余大部份軸向電位梯度保持均勻；(3)高壓電極及其鄰近的高電位電暈環(huán)表面最高電場(chǎng)變化較為平緩；(4)相同大小的鋼筒情況下，高頻電極絕緣支撐加長(zhǎng)，提高其耐電壓性能；(5)高頻電極通用性增大，在一定高壓指標(biāo)范圍內(nèi)電暈環(huán)和第一高頻電極基本通用，降低了制造成本；(6)與圓錐形高頻電極相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造安裝方便。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A部的放大圖；圖3為本實(shí)用新型中高壓電極和鄰近電暈環(huán)表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布關(guān)系圖。其中:芯柱1，高壓電極2，電暈環(huán)3，第一高頻電極4，第二高頻電極5，地電位屏蔽電極6，高頻電極絕緣支撐7，屏蔽電極金屬支撐8，鋼筒9。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1和圖2所示,包含一種高頻電極,為階梯形結(jié)構(gòu),所述高頻電極包括相互連接的第一高頻電極4和第二高頻電極5，所述第一高頻電極4的半徑比第二高頻電極5的半徑小。還包括金屬圓管，所述第一高頻電極4和第二高頻電極5通過(guò)金屬圓管來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)渡連接。作為優(yōu)選方案，所述第一高頻電極4半徑rfI=IOOOmm ;和/或,所述第二高頻電極5半徑 rf2=1120mm。如圖1和圖2所示，為一種應(yīng)用所述高頻電極的地拉米加速器，包括高頻電極、芯柱I和電暈環(huán)3，所述芯柱I內(nèi)部裝有若干級(jí)整流硅堆，每一級(jí)整流硅堆左右成對(duì)安裝電暈環(huán)3，所述電暈環(huán)3為半圓形結(jié)構(gòu)。還包括高壓電極2，所述高壓電極2設(shè)置在芯柱I和電暈環(huán)3頂部，所述高壓電極2為半圓球形結(jié)構(gòu)。還包括地電位屏蔽電極6，高頻電極絕緣支撐7，屏蔽電極金屬支撐8和鋼筒9 ;所述地電位屏蔽電極6設(shè)置在高壓電極2兩側(cè)，通過(guò)屏蔽電極金屬支撐8與鋼筒9內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)固定連接；所述高頻電極通過(guò)高頻電極絕緣支撐7與鋼筒9內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)固定連接。作為優(yōu)選方案,所述高壓電極2半徑rc=490mm。本實(shí)施例中的地拉米加速器與現(xiàn)有地拉米加速器不同，其高頻電極是由不同半徑的兩部份組成。①一加速器主機(jī)的芯柱，其內(nèi)部裝有若干級(jí)整流硅堆；②——加速器高壓電極；③一芯柱外部電暈環(huán)，每一級(jí)整流硅堆都有一對(duì)左右安裝的近似半園形的電暈環(huán)。每一對(duì)電暈環(huán)兩端經(jīng)空間電容分壓作用，從高頻電極的高頻電壓中得到一交變電壓分量，提供硅堆進(jìn)行整流得到一直流電壓；④——第一高頻電極。由于它相對(duì)應(yīng)的電暈環(huán)的電壓是比較低，因此其半徑rfl可以取得比較小。它與電暈環(huán)間的偶合電容(基本值):Cseo=0.2783*Sc/lnrfl/rc (Sc為電暈環(huán)節(jié)高)，由于小的rfl值，可得到較大的Cseo值。因此，電暈環(huán)與高頻電極間的偶合增強(qiáng)，所須的高頻電壓峰值相對(duì)下降；⑤——第二高頻電極。由于它相對(duì)應(yīng)的電暈環(huán)的電壓是比較高，因此其半徑rf2要比較大。它與第一高頻電極的連接，采用一個(gè)大直徑的金屬圓管來(lái)過(guò)渡。電暈環(huán)金屬表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度(基本值):Eo=U/(rc*lnrf2/rc) (U為最高電暈環(huán)電壓)，上述兩公式只是在設(shè)計(jì)之初用來(lái)粗略選取基本加速器尺寸的，最后的尺寸需用電場(chǎng)的計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算來(lái)修正。圖二為電場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果一-高壓電極和鄰近電暈環(huán)表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布。顯然，在高電壓區(qū)域的電場(chǎng)得到改善，最大值分布較為平緩。另外，由于第二高頻電極的半徑大了，因此它與電暈環(huán)間的偶合電容會(huì)變小了，這就使得第二高頻電極相對(duì)應(yīng)的電暈環(huán)內(nèi)的整流電壓變低。也就是說(shuō)，芯柱最上端的一段軸向電位梯度有一定程度下降。這應(yīng)對(duì)減少此處常發(fā)生打火機(jī)率是有好處的。第二高頻電極的高度這里選擇7個(gè)電暈節(jié)高度為623mm.當(dāng)rc=490mm, rf 1 =1000mm, rf2=1120mm時(shí)，Csel=3.27pf,Cse2=2.83pf .計(jì)算得到這7個(gè)電暈環(huán)的內(nèi)的整流直流電壓下降了 12%.這會(huì)造成這7個(gè)電暈環(huán)中最下面的一個(gè)電暈環(huán)與它對(duì)應(yīng)的加速管電極之間的電位差為8.4kV左右.這個(gè)電位差不至于發(fā)生放電現(xiàn)象；⑥——高壓電極的接地屏蔽電極；⑦——高頻電極絕緣支撐；⑧——屏蔽電極金屬支撐；⑨----加速器壓力鋼筒其中半徑為490mm的高壓電極2和所有電暈環(huán)都是與3MV或4MV加速器的相同。半徑為IOOOmm的第一高頻電極是用4MV加速器的高頻電極。只有一小段半徑為1120mm的第~■聞?lì)l電極才是新做的。該加速器的最聞壓可達(dá)到5MV左右。圖3為本實(shí)用新型中高壓電極和鄰近電暈環(huán)表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布關(guān)系圖。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.高頻電極，其特征在于:所述高頻電極為階梯形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻電極，其特征在于:所述高頻電極包括相互連接的第一高頻電極(4)和第二高頻電極(5)，所述第一高頻電極(4)的半徑比第二高頻電極(5)的半徑小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻電極，其特征在于:所述第一高頻電極(4)半徑rfI=IOOOmm ;所述第二高頻電極(5)半徑rf2=1120mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高頻電極，其特征在于:還包括金屬圓管，所述第一高頻電極(4)和第二高頻電極(5)通過(guò)金屬圓管來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)渡連接。
5.一種應(yīng)用所述高頻電極的地拉米加速器，其特征在于:包括所述高頻電極、芯柱(I)和電暈環(huán)(3)，所述芯柱(I)內(nèi)部裝有若干級(jí)整流硅堆，每一級(jí)整流硅堆左右成對(duì)安裝電暈環(huán)(3)，所述電暈環(huán)(3)為半圓形結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地拉米加速器，其特征在于:還包括高壓電極(2)，所述高壓電極2設(shè)置在芯柱(I)和電暈環(huán)(3)頂部，所述高壓電極(2)為半圓球形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地拉米加速器，其特征在于:所述高壓電極(2)半徑rc=490mmo
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的地拉米加速器，其特征在于:還包括地電位屏蔽電極(6)，高頻電極絕緣支撐(7)，屏蔽電極金屬支撐(8)和鋼筒(9);所述地電位屏蔽電極(6)設(shè)置在高壓電極(2)兩側(cè)，通過(guò)屏蔽電極金屬支撐(8)與鋼筒(9)內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)固定連接；所述高頻電極通過(guò)高頻電極絕緣支撐(7)與鋼筒(9)內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)固定連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高頻電極以及應(yīng)用該高頻電極的地拉米加速器，高頻電極為階梯形結(jié)構(gòu)，包括相互連接的第一高頻電極和第二高頻電極，第一高頻電極半徑比第二高頻電極半徑小，第一高頻電極和第二高頻電極通過(guò)金屬圓管來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)渡連接。本實(shí)用新型提供的高頻電極以及應(yīng)用該高頻電極的地拉米加速器，通過(guò)改變高頻電極構(gòu)造，采用不等直徑的階梯形高頻電極，在較低的高頻電壓峰值下，就能使同樣芯柱尺寸的加速器得到更高的端電壓。
文檔編號(hào)H05H5/00GK203039991SQ20122071854
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者賴偉全, 斯厚智, 俞章華, 俞江 申請(qǐng)人:江蘇達(dá)勝加速器制造有限公司