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电子直线加速器系统的主要组成部分


时间:2021-08-30   阅读:人次


 电子直线加速器,电子直线加速器是带电粒子加速器的一种,它是利用高微波功率在行波、驻波加速结构中建立纵向电场对电子束进行加速,并且具有直线运动轨道,产生高能射线的加速装置。

不论是行波电子直线加速器,还是驻波电子直线加速器;不论是低能电子直线加速器,还是中高能电子直线加速器,基本结构是一致的。主要包括电子枪、加速管、微波功率源、微波传输系统、脉冲调制器、辐射系统、真空和水冷系统等等。
 
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1.电子枪
电子枪是产生、加速及会聚高能量密度电子束流的装置,它发射出具有一定能量、一定束流以及速度和角度的电子束(又称电子注)。电子枪是电子发射系统的核心器件,电子注参数的好坏直接影响到加速管质量的高低。加速管对电子枪除要求其发射的电子注必须具有很好的层流外,还要求其发射的电子注具有一定的注入流强、注入电压、足够的射程以及一定的注入角和注腰半径等。
2.加速管
盘荷波导加速管是由在一段光滑的圆形波导上周期性的放置具有中心孔的圆形膜片而组成,应用于行波电子直线加速器。盘荷波导实际是通过膜片给波导增加负载,是通过的微波速度减慢下来,是一种慢波结构,是直线加速器发展的关键技术。
边耦合加速管是由一系列相互耦合的谐振腔链组成,应用于驻波电子直线加速器。边耦合结构是把不能加速电子的腔移到轴线两侧,轴线上的腔都是加速腔,缩短了加速距离。由于驻波在加速管内所建立的电场强度提高,提高了加速效率。
3.微波功率源、微波传输系统
电子直线加速器的微波系统由微波功率源和微波传输系统组成。微波源提供加速管建立加速场所需的射频功率,作为微波源使用的有磁控管和速调管。行波用电子直线加速器和低能驻波电子直线加速器使用磁控管作为微波功率源。磁控管是微波自激振荡器,体积小、重量轻、工作电压低,但其工作频率易漂移,因此需采用自动稳频系统,提高频率稳定度。中高能驻波电子直线加速器使用速调管作为功率源。速调管是微波功率放大器,可以提供更高的微波输入功率,但是其设备体积大,工作电压高,需要配置有低功率的微波激励源来驱动。虽然其工作频率比较稳定,但也需自动调频系统使其与负载变化保持一致。
4.脉冲调制系统
在使用微波电场加速电子的加速器中,为了得到尽可能高的加速电场,瞬时微波功率很大,达到MW量级,因此微波源都是脉冲工作的。脉冲调制器是向这种微波源提供脉冲功率的电源,其工作原理是利用储能放电的原理形成高压脉冲,经脉冲调制器将该电压进一步放大后供微波功率源使用。脉冲调制器里有个关键的组件,闸流管,闸流管本质上是一个控制开关。
5.辐射系统
辐射系统的作用是按照需要对电子束进行X线转换和均整输出,或直接均整后输出电子射线,并对输出的X线或电子射线进行实时监测和限束照射。辐射头主要对产生的射线出行控制和调整,从而符合射线的扫描要求。
6.真空和水冷系统
真空系统可以保持电子运动区域和加速管内的高度真空状态,一方面可以防止电子枪阴极中毒、钨丝材料的热子或灯丝氧化,另一方面可以避免加速管内放电击穿,还可以减少电子与残余气体的碰撞损失。水冷装置是系统的后勤保障,保障重要部件在控制环境中正常工作。
 
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