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1、电子直线加速器基础培训 原理及各系统介绍2014年1月1电子加速器及分类 电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电场力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科学技术。 一、基本概念2电子直线加速器及原理 电子直线加速器是电子加速器中的一种类型，它是带电粒子在高频电场加速下，沿直线轨道传输的加速器装置。电子直线加速器是利用微波加速电子，电子能量一般都较高（5MeV），输出功率在几千瓦到几十千瓦。由
2、于辐照安全的限制，工业辐照电子直线加速器的最高能量一般定为10MeV。 电子直线加速器的应用范围很广，目前，主要用于医疗器械和卫生用品的辐照消毒灭菌、食品辐照保鲜、粮食灭虫、进出口食品检验检疫、中成药灭菌、抗生素降解、环境保护、半导体器件改性、化工新产品开发等。一、基本概念3第二节 电子加速器及分类 电子加速器主要包括：电子枪、加速结构、导向聚焦系统、束流输运系统和高频功率源或高压电源五个基本部分。如下图所示：二、基本结构束流导向与聚焦系统电子枪注入分析输运系统加速结构后输运分析系统靶室高真空设备束流检测诊断设备供电与稳定控制设备操作台控制4加速器主体束下传输系统5调制器67电子直线加速器系统
3、 电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行加速。 电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器的设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发射束流连续可调，最大束流为1A 。注意事项： 1）阴极不允许长期暴露在大气中 2）电子枪工作于温度限制状态 一、电子枪8电子直线加速器系统 1、20KW电子枪主要参数指标 2、注意事项 a）管内不能含有氟（F2）、氯（Cl2）、氧 （O2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）和水蒸汽（H2
4、O）等对阴极有害的气体，即使是较低的压强也会引起阴极中毒，轻微的中毒也会引起束流的不稳定。 b）整机电源系统中要有阴极发射电流的监测装置，随时判断电子枪的阴极发射是否正常，这对故障的分析和判断极为有利。 c）整机电源系统要具备在发生打火以及钛泵电流过流时，高压能自动切断的功能。 d）在工作状态下，严禁阴极暴露大气，否则会造成电子枪的永久性损坏。一、电子枪参数名称参数名称符号符号标称值标称值最大值最大值说明说明阳极电压（脉冲)Va50KV55KV脉冲宽度16s工作比D1.0%钛泵电压VTi4.5KV5KV9第五节 电子直线加速器系统 海维加速器采用精心设计的盘荷波导加速管，采用行波加速原理，利用
5、射频场加速电子。主要参数： （1）频率：S波段，2856MHZ （2）相速：射频场中恒定相位沿加速结构轴线传输的速度 （3）工作模式：每周期（每腔）2/3模式 二、加速管10电子直线加速器系统 束流传输系统由聚焦线圈和束流输出系统两部分组成。聚焦线圈用来克服加速管中径向电场和空间电荷的散焦力以得到良好的束流特性。输出系统包括输出导向、束流感应圈及漂移管，输出导向用于引导加速后的电子准确地进入束流测量感应圈和扫描系统，束流感应圈用来检测加速器输出脉冲束流。加速器束流传输系统的结构如下：三、束流传输系统11电子直线加速器系统 微波功率源由固态源、速调管和调制器组成。固态源提供给速调管微波信号。调制
6、器给速调管提供灯丝电流和高压脉冲，同时供给电子枪所需的-60KV的脉冲高压。速调管是一种周期性的调制电子注的速度来实现振荡或放大功能的微波电子管，它放大来自固态源的微波信号（脉冲功率大于100W）至脉冲功率3.5MW以上。三者之间的结构关系见下图所示：四、微波功率源12电子直线加速器系统 微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元件等组成。 要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ 2）平均功率：8Kw 3）驻波比：1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会
7、出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏五、微波传输系统13电子直线加速器系统 真空系统由电子枪、加速管（包括输入、输出耦合器）、束流输出系统（包括输出X、Y导向，束流感应圈，漂移管）、扫描窗、离子泵及软波导、抽空管道和超高真空阀门组成。 真空系统能够保障加速器电子枪电子的正常发射、加速器束流的正常传输，确保加速腔体与微波部件在高功率微波信号作用下不被击穿。 加速器真空系统要求离子泵必须每天24小时不间断工作，即使加速器未正常出束也要求如此。供电时必须考虑到这一点。 工作真空度应高于510-6Pa。六、真空系统14电子直线加速器系统 恒温系统由恒温和水冷系
8、统组成。恒温水工作温度要求380.5，总流量5.5吨/小时。水冷系统采用循环蒸馏水进行冷却。 恒温系统供给定量恒温循环蒸馏水使加速管恒温，并冷却加速器主要发热部件，确保加速器达到额定的技术指标，使之长期稳定安全可靠地工作。七、恒温系统15电子直线加速器系统 充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防止打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。 充气操作系统结构图如下： 1气瓶 2减压阀 3过滤干燥器 4充气阀 5放气阀 6气体分流器（五通） 7大气压表 8隔离阀 9小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)八、充气系统16电子直线加速器系统 电气控制系统由PLC和AIC组
9、成。 加速器程序控制是将加速器的各分系统（如聚焦电源、电子枪、加速管、调制器、速调管、微波系统、充气系统、恒温系统、真空系统以及束下扫描装置等）有机地联系起来，按照一定的程序提供电源和控制信号，使加速器能够按照预设的过程，借助运行键自动产生加速器能量、束流、扫描宽度及自动开启、关闭高压；并对加速器的运行过程进行监测。 电气控制系统采用模块化设计，逻辑清楚、性能稳定可靠、易于维护。九、电气控制系统17电子直线加速器系统 束流扫描系统是让加速器输出的电子束经过一横向交变磁场，电子束受Lorentz力的作用，在垂直于束流和磁场的方向上作来回扫描，而辐照物品放置在输送线上，垂直于扫描方向向前运动，从而
10、保证了辐照的基本要求。其结构如下：十、束流扫描系统18电子直线加速器系统 聚焦稳流电源由5-8组聚焦用稳流电源、输出X、Y导向电源及扫描电源组成，所有电源控制均有本控和遥控两种模式：置本控时，各电源的电流均可由面板电位器调节；置遥控时，它们都受内置控制电路板控制。 十一、聚焦、导向及扫描电源19电子直线加速器系统 海维电子直线加速器主体结构采用直立式结构，其特点是： 加速管、冷却水套、聚焦线圈的重量承受于底座支承板上，加速管与冷却水套的承受力可由弹性支承机构加以调整，安装时已调节好，平时不得自己调整。 平台、机柜与主体结构不相连，以免振动传给主体结构。 注意：主体部分由于直立式重心较高，不允许有冲击力作用在上面。弹性支承安装好后，平时不允许自己调整。十二、机械主体支撑系统20电子直线加速器系统 风冷系统为波导、钛窗及束下传输装置提供风冷，对波导、钛膜及束下传输装置进行冷却。一旦风冷不正常或者停止工作，系统将会提示故障，确保了波导、钛膜及束下传输装置不会因为温度过高而损坏。十三、风冷系统21谢谢！22 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
