加速器原理介绍课件

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。
3
第二节 电子加速器及分类
二、基本结构
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：
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5×10-6Pa。
14
电子直线加速器系统
七、恒温系统
恒温系统由恒温和水冷系统组成。恒温水工作温度要求38℃±0.5℃，总 流量5.5吨/小时。水冷系统采用循环蒸馏水进行冷却。
12
电子直线加速器系统
五、微波传输系统
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
16
电子直线加速器系统
九、电气控制系统
电气控制系统由PLC和AIC组成。 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。
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
8
电子直线加速器系统
一、电子枪
1、20KW电子枪主要参数指标
参数名称
符号
标称值
最大值
说明
阳极电压（脉冲)
Va
50KV
55KV
脉冲宽度
τ
16μs
工作比
D
1.0%
钛泵电压
VTi
4.5KV
5KV
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（H2O）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。
11
四、微波功率源
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：
13
六、真空系统
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。
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。
15
电子直线加速器系统
八、充气系统
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)
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
6
7
一、电子枪
电子直线加速器系统
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 。
（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）2π/3模式
10
电子直线加速器系统
三、束流传输系统
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：
2
一、基本概念
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。
电子直线加速器基础培训
——原理及各系统介绍
2014年1月
1
一、基本概念
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。
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。
9
二、加速管Hale Waihona Puke 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 射频场加速电子。 主要参数：