欢迎来到技术文库! | 帮助中心 技术提升企业竞争力!
技术文库
全部分类
  • 化工机械>
    石油标准 机械标准 阀门标准
    化工机械
    石油标准 机械标准 阀门标准 管件接头 法兰标准 钢铁标准 金属冶金 锅炉标准 特种设备 重型机械 紧固件标 泵类标准 压缩机标 换热器标 联轴器标 过滤器标 人孔手孔 密封垫片 气体贮罐 轴承齿轮 仪器仪表 气动液压 油脂油品 焊接标准 铸造锻造 计量标准 涂料染料 化工原料 热处理标 无损检测 检验检测 管道工程 规章规范 机械制图 其他标准 工业自动化
  • 国外标准>
    JIS标准 BS标准 ASME标准
    国外标准
    JIS标准 BS标准 ASME标准 DIN标准 EN标准 ISO标准 ANSI标准 NF标准 KS标准 CSA标准 其他标准
  • 行业标准>
    煤矿能源 铁路标准 船舶标准
    行业标准
    煤矿能源 铁路标准 船舶标准 电气电力 电子信息 汽车标准 航空民航 纺织标准 家用电器 包装储运 质量管理 医药卫生 通信标准 交通标准 烟草标准 轻工标准 公安消防 检验检疫 核工业标准 环保气象 土地测绘 水利标准 林业标准 劳动安全 文体教育 广播影视 稀土标准 合格评定 军用标准 地方标准 其他标准 橡胶塑料 贸易标准 海洋标准 地震标准 密码行业标准 认证认可标准 旅游标准 金融标准 民政标准 团体标准 团体标准
  • 管理文献>
    经营企划 财务管理 生产管理
    管理文献
    经营企划 财务管理 生产管理 质量管理 仓储管理 销售管理 代理连锁 工程管理 信息管理 行政管理 经典理论 管理咨询 经营战略 管理决策 资本运营 组织管理 品牌管理 市场营销 广告经营 项目管理 成本管理 物流管理
  • 建筑标准>
    通用标准 建筑机械 建材标准
    建筑标准
    通用标准 建筑机械 建材标准 城建标准 路桥标准 给水排水 安装设计 工程结构 施工工艺 混凝土标准 门窗玻璃 材料验收 规章规范 地方其他
  • 书签 分享 收藏 举报 版权申诉 / 128

    高压变压器型电子加速器理论及实验研究

  • 上传人: ms****95
  • 文档编号:24696128
  • 上传时间:2020-02-26
  • 文档格式:PDF
  • 文档页数:128
  • 文档大小:3.70MB
  • 配套讲稿:

    如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。

    特殊限制:

    部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。

    关 键  词:
    高压 变压器 电子 加速器 理论 实验 试验 研究 钻研
    资源描述:

    《高压变压器型电子加速器理论及实验研究》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高压变压器型电子加速器理论及实验研究(128页珍藏版)》请在技术文库上搜索。

    1、分类号分类号 密级密级 UDC 编号编号 中国科学院研究生院中国科学院研究生院 博士学位论文博士学位论文 高压变压器型电子加速器高压变压器型电子加速器 理论与实验研究理论与实验研究 曹树春 曹树春 指导教师 袁平、研究员、博士 指导教师 袁平、研究员、博士 中国科学院近代物理研究所 中国科学院近代物理研究所 申请学位级别 工学博士 申请学位级别 工学博士 学科专业名称 核技术及应用 学科专业名称 核技术及应用 论文提交日期 2009 年 4 月 论文提交日期 2009 年 4 月 论文答辩日期 2009 年 5 月 论文答辩日期 2009 年 5 月 培养单位 中国科学院近代物理研究所 培养单。

    2、位 中国科学院近代物理研究所 学位授予单位 中国科学院研究生院 学位授予单位 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 陈熙萌 答辩委员会主席 陈熙萌 摘要 I 摘要 根据工业辐照对大功率电子加速器的需求,中科院近物所开展了高压变压器 型 DG 系列电子加速器的研制。本文的主要工作是围绕其中两个型号 DG-1.2 (1.2MeV/40mA)和 DG-2.5(2.5MeV/40mA)的研制及产业化而展开的研究。该类 型电子加速器具备技术和市场优势, DG 系列的研制成功,必将推动我国辐照加 工业的发展。 论文重点研究了基于空心变压器结构高压发生器的性能,改进了线圈、磁路 结构, 提高了发生器耦合效率;。

    3、 优化了高压电极结构, 改善了电极周围电场分布, 提升了发生器的绝缘性能,并评估了发生器高压击穿故障时的特性;选取了匹配 的无功补偿方式,提高了发生器的功率因数。设计出新型热辐射间热式强流电子 枪,研究了六硼化镧、六硼化镧钡两种材料热阴极的发射特性,均获得 300mA 以 上的稳定束流发射。分析了 DG 型束流加速、传输结构,改进了引出系统结构, 提高了束流引出效率; 构建了基于 PLC 的工业化加速器控制系统, 运行状况良好。 通过专家测试,DG-1.2 型已经达到设计参数 1.2MeV/40mA,并能够稳定运行 在 1.2MeV/50mA; DG-2.5 型, 1.6MeV/30mA 下通。

    4、过测试, 能够调试到 2.0MeV/40mA。 最后,分析了 DG 系列电子加速器的进一步发展方向,初步确定了 DG 加速器 的产业化目标。 关键词关键词:电子加速器,高压发生器,热阴极发射,PLC 控制系统,辐照加工 ABSTRACT II ABSTRACT Theoretical and Experimental Research on High Voltage Transformer Type Electron Accelerator CaoShuchun (Nuclear Technology and Application) Directed by YuanPing There is。

    5、 a great demand for high-power electron accelerator in industry, especially in industrial irradiation. In the past couple of years, R/D on high-voltage transformer type electron accelerators (a DG series) were carried out at IMP/CAS. The R/D and industrialization of two basic DG accelerators: DG-1.2。

    6、 (1.2 MeV/40 mA) and DG-2.5 (2.5 MeV/40 mA) will be presented in this dissertation. The developping level of industrial irradiation in China will be impulsed by the successful industrialization of DG accelerators, which had technology and market advantages. First this thesis will give an analysis of。

    7、 high-voltage generator of the DG series accelerators, which including coupling efficiency of the generator that was enhanced by ameliorating primary coils and magnetic inductors, optimizing electrical field by adjusting high-voltage electrode structure, and increasing power factor by reactive power。

    8、 compensation. Afterwards, the design and performance optimization of other components of DG accelerators are presented in detail. It includes analyses of the emission characteristics of the thermal electron gun cathode and its potential improvements; beam transmission and derivate system; and devel。

    9、opment of the industrial control system. Finally, based on the successful completion of the DG-1.2 and continuous development of the DG-2.5, further improvements of the DG series accelerators and its industrialization have been proposed. Key Words: Eelectron Accelerator, High Voltage Generator, Ther。

    10、mionic Cathode Emission, Control System of PLC, Industrial radiation 目录 目录 摘要 I ABSTRACT . II 第一章 引言 . 1 摘要 I ABSTRACT . II 第一章 引言 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.1.1 辐射化工技术概述 . 1 1.1.2 辐射加工关键设备 . 2 1.2 课题依据 . 3 1.3 论文结构 . 4 第二章 电子加速器发展现状及应用领域 7 第二章 电子加速器发展现状及应用领域 7 2.1 高压型电子加速器 . 7 2.2 国际及国内发展介绍 . 8 2.3 应用领域 12。

    11、 2.3.1 电子加速器在工业中的应用 12 2.3.2 电子加速器在农业中的应用 12 2.3.3 电子加速器在医疗卫生中的应用 13 第三章 高压变压器型电子加速器总体设计. 15 第三章 高压变压器型电子加速器总体设计. 15 3.1 总体结构 15 3.2 加速器系统组成 18 第四章 高压发生器性能研究 21 第四章 高压发生器性能研究 21 4.1 高压发生器基本工作原理 21 4.1.1 变压器的耦合 22 4.1.2 直流高压的产生 23 4.2 高压发生器结构 23 4.2.1 初级线圈 23 4.2.2 次级整流单元 24 4.2.3 磁导系统 28 4.2.4 供电系统 。

    12、29 4.3 高压发生器性能优化分析 33 4.3.1 绝缘性能 33 4.3.2 高压击穿性能分析 37 4.3.3 励磁系统耦合效率 41 4.3.4 发生器性质的讨论 51 目录 第五章 硼化物热阴极发射特性及强流电子枪结构设计与实验研究. 52 第五章 硼化物热阴极发射特性及强流电子枪结构设计与实验研究. 52 5.1 硼化物热阴极. 52 5.1.1 热电子发射现象 52 5.1.2 常用热阴极种类 53 5.1.3 硼化物热阴极的特点 54 5.1.4 硼化物热阴极发射理论 57 5.2 电子枪结构. 60 5.3 阴极发射性能测试. 62 5.3.1 温度特性测试 62 5.3.。

    13、2 发射性能测试 63 5.3.3 发射稳定性测试 65 第六章 束流传输与引出系统. 67 第六章 束流传输与引出系统. 67 6.1 加速管及加速电极结构. 67 6.1.1 加速管结构. 67 6.1.2 加速电极结构. 69 6.2 引出系统结构. 71 6.3 真空系统. 72 6.4 电子束光学传输的计算. 76 6.4.1 加速管内场分布 76 6.4.2 加速管内电子轨迹方程 78 6.4.3 加速管内电子束传输的计算 83 6.5 聚焦透镜及扫描磁铁的设计. 88 6.5.1 聚焦透镜设计 88 6.5.2 扫描磁铁设计 90 6.6 提高引出效率的研究. 93 第七章 控制。

    14、系统. 96 第七章 控制系统. 96 7.1 控制系统结构. 96 7.2 强电控制部分 100 7.3 弱电控制部分 101 7.3.1 控制原理及组成单元 101 7.3.2 硬件设计 103 7.3.3 软件设计 108 第八章 高压变压器型电子加速器的调试 109 第八章 高压变压器型电子加速器的调试 109 8.1 DG-1.2 型电子加速器的调试 . 109 8.2 DG-2.5 型电子加速器的调试 . 111 第九章 结论 112 参考文献. 114 第九章 结论 112 参考文献. 114 目录 发表文章 119 致谢 120 发表文章 119 致谢 120 第一章 引言 1。

    15、 第一章 引言 1.1 研究背景 世界各国普遍重视将核科学技术的应用重点从军用扩展到民用,已逐渐渗透 到国民经济和社会生活的各个领域。核应用技术是指除核武器与核电之外,原子 核科学技术与信息、材料、医学、生物、环境等学科交叉融合而应用于工业、农 业、医疗卫生、环境保护、资源勘探和公众安全等领域的高新技术。特别是同位 素与辐射技术,在美日等发达国家已形成了极具生命力的巨大产业,其经济规模 与就业人数已超过核电,对国家 GDP 增长产生了重要影响。 1.1.1 辐射化工技术概述 辐射加工技术起步于 20 世纪 50 年代中后期的美国,是其军工技术向民用转 移的过程中播下产业的种子。当时辐射化工产品。

    16、以军工为最大用户,通过市场机 制与军工装备进行配套,进而逐步扩大到民用市场,如电力、通讯、能源等领域。 具有代表性的是 Raychem 公司,创建初期仅有 33 人和一台 1MeV/6mA 的加速器, 主要研制生产热缩材料,1959 年申报了第一项聚乙烯热收缩材料专利权,1971 年发明 PTC 温控电伴热线,由于产品新颖、性能优越、市场需求旺盛,迅速发展 成为规模产业。到 1998 年 Raychem 公司从业人员已达到 8000 人,拥有 227 台加 速器,产品规格品种达 3000 多种,年销售额 18 亿美元。 日本辐射化工产业始于 1961 年,住友电工开发生产的 6kV 辐照交联电。

    17、力电 缆, 为辐射化工在电线电缆行业中的应用打开了窗口。 1966 年积水与东丽两家公 司生产了聚乙烯发泡材料。LSI 工厂利用辐射接枝技术生产了离子交换膜、电池 隔膜。辐射化工对日本主导产业贡献最大、最有显示度的是对汽车轮胎的辐射硫 化,1997 年的产值达到 1.02 万亿日元。亚洲地区,除日本外,韩国在辐射加工 方面发展也很快,耐热线缆、热缩材料、汽车轮胎制造等已形成规模;马来西亚 利用日本援建的 EB 装置,制造热缩材料,用 6.8 万居里 Co-60 源辐照交联天然 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 2 胶乳。 欧洲的辐射化工产业具有一定的基础, 以瑞士为例, STUDER 公司。

    18、有 110MeV 范围的加速器 6 台,还有几百万居里的 Co-60 源,在 1999 年之后用于生产电线、 电缆、热缩材料以及薄板、包装箱等的辐射固化。到上世纪末,随着产业结构的 优化, 欧洲地区的辐射化工产业进入了快速发展时期, 接连出现许多大公司。 IBA 在 1986 年成立时,仅是十几个人的小公司,后来在自身发展的基础上,一举收 购了美国的 STEAIGENICS、RDI、GQIFIC、SCANDITRONIX 等多家公司,成为辐射 产业界的跨国公司, 在全世界 47 个地区十二个国家有分支机构, 雇员 1200 多人, 2000 年产值超过 1 亿欧元。 我国辐射化工技术的研究与应。

    19、用已有四十多年的发展历史 1-2,九十年代在 “改革开放” 、 “科教兴国”与可持续发展战略方针指导下,同位素与辐射技术在 产业化发展方面取得了突出的进步与明显的成绩。据统计,到 2003 年底全国从 事同位素与辐射技术研发与生产的单位有 300 多家,其中工厂企业约 230 家,有 一定规模的科研院所 40 多家,高等院校约 20 所,应用放射性同位素与辐射技术 的企事业单位约 6000 余家,从业人员约 5 万人。2003 年同位素与辐射化工产业 的年产值约为 376 亿元(含离子注入等相关产值 200 亿元) ,以可比口径计算, 与 1999 年相比, 平均年增长率达到 18%。 辐射加。

    20、工行业已出现了一些产值过亿元 的企业,有的企业产值已经超过了 3 亿元。但是,总体产业规模和对国民经济的 贡献都还比较小,与发达国家相比存在明显差距。表现在大功率工业辐照加速器 的国产化份额小,辐射产品品种少、规模小、技术含量不高等。2004 年,国家发 展改革委员会将核应用技术产业列为重点发展的高新技术产业,提出要用五年左 右时间,使产业规模达到一千亿元,预计 2020 年将超过四千亿元。 1.1.2 辐射加工关键设备 国外辐射化工以采用高能电子束(Electron Beam)作为主流加工技术。因 为 EB 装置与 Co-60 装置比较,具有功率大、辐射场稳定、可调节、处理量大、 易维护、安。

    21、全性好等诸多优点,因此各种类型的工业用加速器已经成为辐射化工 第一章 引言 3 的主要装备,从而刺激了加速器技术的发展和辐照工艺的不断创新。现在世界范 围的加速器技术和制造水平正逐步走向专业化、智能化和系列化。目前,国外的 加速器制造厂家主要有:俄罗斯的 BINP、比利时的 IBA(美国的 RDI) 、法国的 Vivirad、日本的 Nissin。 国内电子加速器业虽然发展缓慢,最早开展这方面研究的主要是国立科研机 构, 例如: 中科院高能物理研究所 (IHEP) 、 中科院上海应用物理研究所 (SINAP) 、 中国原子能研究院(CIAE) ;但最近几年发展迅速,也涌现了诸如爱邦、达胜等 电。

    22、子加速器制造公司。 1.2 课题依据 根据中国同位素与辐射行业协会辐射加工专业委员会统计,截止 2007 年 10 月,我国已建和在建电子辐照加速器共 133 台(未包括部分外资企业的加速器) , 其中已投入运行的加速器生产线 100 台套,在建的加速器生产线 33 台,已建和 在建的加速器总功率 8258.2 kW,平均单台功率为 62.1 kW。其中国产 85 台套, 进口 48 台套,其具体细节及能区分布如表 1-1、表 1-2 所示。 表 1-1 我国已建在建电子辐照加速器生产国别(截止 2007 年 10 月) 国别 数量(台) 数量比重(%)功率(kW) 功率比重(%) 中国 85。

    23、 63.92 4348.7 52.65 俄罗斯 34 25.56 2339.5 28.33 美国 6 4.51 540 6.54 日本 5 3.76 690 8.36 法国 2 1.50 190 2.30 比利时 1 0.75 150 1.82 总计 133 8258.2 由统计数据,国产电子加速器所占的市场份额,数量上比重较高,但是加速器的 功率输出不占优势;根据能区分布,电子辐照中的低能区(0.20.8MeV)及高 能区(510MeV)的加速器所占份额较小,使用量最多的是中能区(14MeV)的 电子加速器。 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 4 表 1-2 我国电子辐照加速器能区分布(。

    24、截止 2007 年 10 月) 能区分布(MeV) 数量(台) 数量比重(%) 0.20.8 13 9.77 14 102 76.70 510 18 15.53 总计 133 对于高能区的电子加速器, 主要采用射频加速技术, 目前应用的有我国 IHEP、 CIAE 的电子直线加速器以及 IBA 的 Rhodotron 3。中、低能区的电子加速器,主 要采用直流高压技术, 若按照产生高压的方式划分, 有高频高压型、 平衡倍加式、 绝缘磁芯变压器型、高压变压器型四种;最具有代表性的高频高压型电子加速器 是美国 M.R.Cleland 发明的 Dynamitron 4,IBA(RDI) 、我国的 S。

    25、INAP、爱邦、达 胜均能够生产该类型的加速器;Nissin 的平衡倍加式和 Vivird 的绝缘磁芯变压 器型电子加速器国内也有应用。其中,用户评价最高、目前国内进口加速器份额 最多的是 BINP 的高压变压器型电子加速器 ELV 5,该类型加速器电能转换效率较 Dynamitron 为高、价格较 Nissin 为低、稳定性优于 Vivirad,但是研制难度大, 国内尚未有研制成功的先例。 结合我们近物所在加速器技术方面的知识储备,我们选择研制有很强市场竞 争力、有自主知识产权的高压变压型电子加速器,遵照辐射行业标准,定型为 DG 系列电子加速器。依据目前辐照工业的要求,制定了 DG 系列电。

    26、子加速器的技术 参数,能量范围 0.22.5MeV,最大功率 150kW;同时,根据市场的需求量,优 先开展了 DG-1.2 型(1.2MeV/40mA)和 DG-2.5 型(2.5MeV/40mA)的研制。 DG 型加速器采用空心变压器结构,使用中频供电,故电能转换效率高;高压 发生器与电子加速部分同心放置,使用气体绝缘,整体结构紧凑;基于 PLC 的控 制系统,分立式元器件电路结构,操作简便,故障率低;与工业辐照装置接口兼 容,工业化应用性价比高。该类型电子加速器产业化的成功,必将会推动我国电 子加速器业的发展。 1.3 论文结构 本文主要描述 DG-1.2 和 DG-2.0 型电子加速器。

    27、的结构组成,重点论述了高压 第一章 引言 5 发生器的性能优化,硼化物热阴极的发射性能及电子枪结构的设计,束流传输引 出和控制系统的构建。 第一章 引言:主要介绍了辐照行业飞速发展的研究背景,叙述了选择研制 高压变压器型电子加速器的依据。 第二章 电子加速器发展现状及应用领域:着重介绍目前辐照行业常用电子 加速器的发展状况、技术参数、性能优缺点、主要研制单位;电子加速器不同能 区、剂量的应用领域。 第三章 高压变压器型电子加速器总体设计:介绍了高压变压器型电子加速 器 DG 系列的技术参数,加速器的整体结构及基本工作原理;简要地叙述了加速 器系统的八大组成部分及各部分的主要功能。 第四章 高压。

    28、发生器性能研究:首先,介绍了高压发生器的工作原理及各组 成部件的结构,详细介绍了供电系统中发生器负载匹配无功补偿的原理、结构及 补偿效果;其次,对发生器的高压性能进行优化,修正了高压电极形状,并分析 了高压发生器高压端对地击穿、次级整流单元层间击穿时的电压分布,提出了优 化措施; 最后, 对发生器的耦合效率展开深入研究, 通过软件模拟结合实验数据, 调整了变压器型发生器的磁路结构,改进了初级线圈的结构,使发生整体耦合效 率提高且内部电压分布较为均匀。 第五章 硼化物热阴极发射特性及强流电子枪结构设计与实验研究:介绍了 热电子发射的发现过程,并对不同阴极发射材料进行了总结;然后着重介绍了硼 化物。

    29、阴极的性质、研究和应用的发展情况,并就 LaB6阴极介绍了热阴极的发射理 论; 最后, 介绍了电子枪及阴极发射性能测试设备的结构, 得出两种硼化物阴极: 六硼化镧及六硼化镧钡的发射特性曲线,并对测试结果作了扼要分析。 第六章 束流传输与引出系统:介绍了该系统中组成部分加速管、聚焦磁铁、 扫描磁铁、引出窗的结构,分析了 DG 型加速器真空系统结构的合理性,确定了 聚焦磁铁、扫描磁铁的结构参数;最后,详细叙述了 DG 型加速器束流传输方面 的计算,包括电子束传输理论及束流传输的软件模拟结果,并使用改进方案提高 了束流引出效率。 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 6 第七章 控制系统:介绍了基于。

    30、 PLC 的控制系统结构,分别就强电控制柜和 弱电控制柜介绍了各控制单元的组成部分及控制功能;最后,介绍了弱电控制部 分硬件及软件的设计。 第八章 高压变压器型电子加速器的调试:介绍了 DG-1.2 和 DG-2.5 调试过 程中面临的问题以及解决手段,罗列了两种类型加速器的专家测试情况。 第九章 结论:总结本文的工作,分析了 DG 系列电子加速器的进一步发展方 向,初步确定了 DG 加速器的产业化目标。 第二章 电子加速器发展现状及应用领域 7 第二章 电子加速器发展现状及应用领域 用于辐射加工的电子加速器有两大类,即电子直线加速器和直流高压型电子 加速器。直线加速器使电子在交变电磁场中获得。

    31、增益,采用的是微波技术或者脉 冲技术;这种加速器能量很高,一般为十几 MeV,也可达几十 MeV,功率一般在 1030kW。直流高压型加速器使电子在静电场中获得能量,采用的是直流高压技 术;由于受高压产生和加速间隙所需电气绝缘的限制,这种加速器的输出能量不 高, 一般从几百 keV 至几 MeV, 3MeV 以下的占绝大多数 (少数能量范围在 35MeV, 功率可达 100500kW) 6。 本章将重点介绍与研究相关的直流高压型电子加速器。 2.1 高压型电子加速器 直流高压型电子加速器的基本组成是高压发生器和与它连接在一起、抽成高 真空的加速系统。目前通用的该类型装置都采用相似的电子发射、加。

    32、速和引出技 术,所不同的主要是高压发生器的设计。 图 2.1 直流高压型电子加速器结构示意图 直流高压型电子加速器的基本原理框图如图2.1所示: 电子由加热阴极发射, 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 8 阴极材料通常是六硼化镧,也有用钨丝或者其他材料,阴极的寿命一般几千小时 左右,电子发射的强度由阴极加热温度或调节栅极电压实现控制。电子束在被抽 成高真空的加速管内首先被阳极引出,并被其后的各电极加速和聚焦。加速管由 绝缘环和金属电极片交错迭加组成,使用电阻强制分压,从而保护绝缘环并限制 火花放电和真空击穿。经加速和聚焦的电子束传输到喇叭状引出窗的入口,通过 扫描盒互相垂直的交变磁场,最终。

    33、均匀穿过钛箔,进行辐照加工。 2.2 国际及国内发展介绍 辐射加工行业所采用的直流高压电子加速器主要有高频高压型加速器 (Dynamitron) 、平衡倍加型(Cockcroft-Walton)加速器,绝缘芯变压器型加 速器(ICT) 、电子帘加速器、三相变压器型加速器和高压变压器型加速器。 1高频高压型加速器:用高频高压发生器产生高压,这种加速器的特点是: 输出能量高、输出电流大、高压纹波小、束流品质好,而且结构简单、工作稳定 可靠。其主要缺点是 RF 电源频率 100kHz,故利用效率较低,总效率一般不超过 60%。 首先由美国辐射动力公司 (RDI) 研制, 这种加速器最高能量可以达到 。

    34、5MeV, 最大功率可超过 100kW;国外生产单位主要是 IBA(Ion Beam Application)公 司,其主要参数如表 2-1: 表 2-1 IBA 公司 Dynamitron 系列电子加速器 Rated Voltage, kV Rated Beam Current, mA 550 70/100/160 800 70/100/160 1000 60/100 1500 40/65 2500 40 3000 34/50 4500 20/34 5000 10/20/34 现在该公司已研制成功了 5MeV/300kW 7 和 1.5MeV/100kW 自屏蔽式8Dynamitron 第二。

    35、章 电子加速器发展现状及应用领域 9 型电子加速器;国内生产单位是无锡爱邦辐照公司,占据国产加速器的大部分市 场,以及中科院上海应用物理研究所和江苏达胜热缩材料有限公司,其主要参数 如表 2-2、表 2-3、表 2-4 所示。 表 2-2 爱邦辐照公司系列电子加速器 型号 AB0.5 AB0.8 AB1.0AB1.5AB2.0AB2.5AB3.0AB4.0 AB5.0 能量 0.5MeV 0.8MeV 1.0MeV1.5MeV2.0MeV2.5MeV3.0MeV 4.0MeV 5.0MeV 束流 100mA 80 mA 80 mA67 mA50 mA40 mA34 mA25 mA 20 mA 。

    36、束功率 50kW 64 kW 80 kW100 kW100 kW100 kW100 kW 100 kW 100 kW 形式 自屏蔽 自屏蔽 自屏蔽 表 2-3 中国科学院上海应用物理研究所系列电子加速器 型 号 DD-1.5 DD-2.5 DD-3.0 DD-5.0 最高能量 (MeV) 1.5 2.5 3.0 5.0 束流(mA) 20,30,40 20,30 扫描宽度(mm) 900-1200 能量不稳定度 JSC时,J 表现为温度限制流; 当 JSCJTL,J 表现为空间电荷限制流。 5.2 电子枪结构 阴极的加热方式通常有直热式和间热式两种;但是由于 LaB6的特性,高温下 只与石墨或。

    37、难熔金属碳化物不会发生化学反应。若采用直热方式,石墨和难熔金 属碳化物的电阻都很小,给 LaB6 阴极的加热带来了很大的困难。其主要难点是: 加热电流太大,由电极导走的热量太多;阴极的加热效率太低,热屏蔽困难,阴 极的热稳定性变差 43;低电压、大电流、抗高压击穿能力强的加热电源研制难度 大。此外,大量的热辐射将破坏系统的真空度和电极的绝缘性,引起高压击穿, 产生寄生发射,使系统无法正常工作。阴极发射面积越大,这个问题越突出。间 热加热式中,有轰击式加热和热辐射传导加热两种方式,但是轰击式加热需要另 加一台轰击加速电源,而且该电源位于加速器高压端,这无疑会增加整个加速器 系统的不稳定因素,所以。

    38、我们采用传统的热辐射传导方式,并对加热结构进行改 进。 电子枪结构如图 5.5 所示,电子枪枪芯(图 5.6)置于钼制成的阴极筒中, 同时,阴极筒中枪芯的加热灯丝段,放置用钽筒制成的保温层;阴极筒与法兰之 间用不锈钢筒连接座隔开,保持枪芯段的温度。电子枪枪芯结构如图 5.6 所示, 阴极片置于用碳化钽制成的圆筒中,灯丝用钨丝绕制成螺线管状,前端抵到碳化 钽圆筒的背面,使热量传导到阴极片。 第五章 硼化物热阴极发射特性及强流电子枪结构设计与实验研究 61 (a)结构示意图 (b)实物照片 1-端子螺帽;2-端子螺杆;3-陶瓷密封件;4-法兰;5-不锈钢筒; 6-枪芯;7-钼筒;8-热屏蔽组件;9。

    39、-LaB6阴极片 图 5.5 电子枪结构图 1-法兰;2-加热部件;3-热屏蔽层;4-罩;5-圆筒; 6-角形片;7-屏蔽层; 8-六硼化镧圆片 图 5.6 电子枪枪芯结构图 该电子枪的阴极片直径 =10mm、厚度 d=2mm,有效发射面积约为 64mm 2;其 供电电源要求 10V/15A。 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 62 5.3 阴极发射性能测试 该枪的主要是为了 1.5MeV/300mA 脱硫脱硝用电子加速器设计的,同时兼顾 DG系列的强流型后续产品, 所以其发射电子流强要超过DG-1.2和DG-2.5的40mA。 另外,国外有人发现当将 LaB6与 BaB6或 SrB6混合。

    40、在一起时,其热电子发射 性能比 LaB6更好,这种多元稀土硼化物阴极材料在相同的工作温度下,其发射电 流密度是 LaB6的 2300 倍,其中六硼化镧钡阴极材料与 LaB6阴极材料相比,具 有发射电流密度大、逸出功低、二次发射系数大等优点 50。 为此,我们的实验是围绕六硼化镧、六硼化镧钡两种硼化物阴极展开的。 5.3.1 温度特性测试 首先,进行温度特性测试,主要检测电子枪加热结构的合理性。测温装置如 图 5.7 所示,主要由真空室、红外测温仪和电子枪加热电源组成,真空室的真空 由一台 620l/s 的分子泵和一台前级机械泵组成(泵系统图中未给出) ,真空度维 持在 10 -3Pa 以下;红。

    41、外测温仪、观察窗、电子枪阴极片处于同一轴线上,红外测 温仪透过观察窗的石英玻璃,使探测焦点位于阴极片的中心,从而实时地测量阴 极片的温度,红外测温仪黑度选择=0.8。阴极片的温度通过调节加热电源的电 压实现, 试验中采用固定的加热电源电压步长及热稳定时间, 逐步测试阴极温度。 图 5.7 温度特性测试装置结构图 温度特性测试了一把六硼化镧钡(0718)和两把六硼化镧阴极的电子枪,其 第五章 硼化物热阴极发射特性及强流电子枪结构设计与实验研究 63 电子枪的机械结构基本相同,但六硼化镧钡和六硼化镧枪芯中加热灯丝材料及机 械结构不同, 六硼化镧钡采用的是普通钨丝, 另两把六硼化镧采用的新型钨合金,。

    42、 电阻率较大,故其灯丝总长度较普通钨丝为短,热效率高。两把六硼化镧编号分 别为 Sample1(081218)和 Sample2(081220) 。由测试结果,在同等温度下,六 硼化镧灯丝结构所需的加热功率低于六硼化镧钡(由于所用红外测温仪的温度范 围 10001400,六硼化镧钡温度曲线中,低于 1000部分是采用铂铑合金 电偶测温获得) ,说明新型钨合金灯丝的热效率比普通钨丝高;在同等加热功率 下 Sample1 的阴极温度略高于 Sample2,但差异较小。温度基本随加热功率线性 增加,温度曲线如图 5.8 所示。 (a)六硼化镧钡阴极温度特性 (b)六硼化镧阴极温度特性 图 5.8 电。

    43、子枪阴极温度与加热功率关系曲线 5.3.2 发射性能测试 其次, 进行发射性能测试, 主要测试固定引出电压下, 阴极发射随温度变化; 及同一温度下,发射特性随引出电场的变化曲线。测试装置如图 5.9 所示:主要 由真空室、电子枪、法拉第筒及相应的电源组成,电极片与电子枪阴极平面的距 离为 3mm,电极片孔径20mm,负高压连接到电子枪法兰上,引出电压 03kV 可调,法拉第筒和阳极处于同一个电位,通过一个电流表接地,法拉第筒通有冷 却水。测试装置电路如图 5.10:电子枪电源(图中 Uh)控制阴极片的加热功率, 其电源输出参数由电压、电流表监测,引出负高压电源(图中 Uhv)调节电子束的 引出。

    44、电场,阴极发射电子束流强在高压电源输出负载端和阳极收集端同时监测。 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 64 1-法拉第;2-电极片;3-电子枪 1-电子枪灯丝;2-阴极片;3-阳极 图 5.9 发射特性测试装置结构图 图 5.10 发射特性测试电路示意图 (a)束流随加热电压变化曲线 (b)束流随引出电压变化曲线 图 5.11 六硼化镧钡发射特性 发射特性主要测试了六硼化镧钡(0718) 、六硼化镧(081220)和高纯六硼 化镧(0718,此枪芯为上文提及的六硼化镧钡阴极所采用的,只是更换了灯丝) 阴极的三把电子枪,测试结果如图 5.11、5.12 所示。在固定的引出电压下,六 硼化镧钡。

    45、的发射电流随加热功率而增加(即为阴极温度) ,若引出电场与空间电 荷效应相当时,发射电流会饱和,如图 5.11(a)中引出电场为 1kV,加热电源 的电压大于 10V 时,发射电流几乎不变;图 5.12(a)中 1.5kV 和图 5.12(b) 中加热电压升压状态时,束流变化曲线中均有不随加热功率变化的曲线段。但若 阴极片性能存在缺陷时,其发射电流并不随温度的增加而线性变化,如图 5.12 所示;不过,阴极片的缺陷只会影响发射特性曲线中的一段,其总体发射特性还 第五章 硼化物热阴极发射特性及强流电子枪结构设计与实验研究 65 是符合发射规律的,如图 5.12(b)所示,阴极在加热电源的 67.。

    46、5V 之间发射 特性紊乱,但有一定的重复规律性。当阴极温度固定时,发射电流随引出电场的 提高而增加,但总体趋势比 Child-Langmuir 所描述的电压 3/2 定律的值为低, 如图 5.11(b)所示,说明此时阴极没有完全工作于空间电荷限制状态。 (a)六硼化镧阴极 (b)高纯六硼化镧阴极 图 5.12 六硼化镧发射特性 5.3.3 发射稳定性测试 (a)六硼化镧钡阴极 (b)高纯六硼化镧阴极 图 5.13 电子枪发射稳定性曲线 最后,进行发射稳定性测试,采用与发射性能测试同样的设备。分别测试了 六硼化镧钡和高纯六硼化镧的发射稳定性,结果如图 5.13 所示(图(a)为了使 束流固定在 。

    47、300mA,故微调了电子枪加热电源输出电压;图(b)为加热电源输出 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 66 电压固定情况下的发射稳定性,其中没有考虑电网波动因素) 。微调节加热电源 的电压,便可实现束流稳定发射,如图 5.13(a) ;如不干预加热电源,阴极发射 会有少许波动,但波动的最大值不超过 4.2%,基本稳定发射,如图 5.13(b) 。 测试结果表明,电子枪的加热结构合理,阴极能够强流、稳定发射,但阴极 发射特性中的线性问题需要进一步研究。 第六章 束流传输与引出系统 67 第六章 束流传输与引出系统 阴极发射的电子束须经加速获得能量后,方可用于辐照;同时,在电子束的 加速和传输。

    48、过程中,尽量使其无损到达辐照区域。 6.1 加速管及加速电极结构 加速管及加速电极是高压加速器的关键部件,对其的主要要求是:具有良好 的真空性能,能维持较好的真空度;有足够的机械强度;对被加速器的粒子有较 好的聚焦作用;有良好的耐高电压性能。 6.1.1 加速管结构 为改善电场分布的均匀度,整个加速管由一段段的绝缘环与金属电极片交叠 封接而成。 1. 加速管材料要求 绝缘强度是加速管绝缘环的首要要求,绝缘环不仅要在额定电压下长期工作 不发生显著损伤,而且在故障高电压下短时间内不被击穿;另外,由于高电压绝 缘的需要,加速管轴向长度较长,绝缘环的径向厚度应该使加速管在加速器的内 部高气压下不被压破。

    49、,所以,绝缘环需要有很高的机械强度;同时,为了维持高 真空,绝缘环材料还必须有较低的出气率。Al2O3陶瓷材料满足这些要求,而且易 于压制成形和研磨加工。 电极片材料的要求是易于与绝缘环材料之间的封接、较低的出气率。 2. 加速管结构 高压型加速器的加速管通常是由一节节的短加速管轴向上连接而成的,每节 加速管由绝缘环和电极片交替封接,两端连接法兰而成。绝缘环与电极片的封接 方式有固态压力焊、真空钎焊,PVA 粘接、橡皮垫圈密封等几种,DG 型采用固态 压力焊或真空钎焊的封接技术,此类型的加速管可以避免粘接剂的有机物污染, 高压变压器型电子加速器理论与实验研究 68 若配以无油真空系统后,可以获得较。

    展开阅读全文
      技术文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    0条评论

    还可以输入200字符

    暂无评论,赶快抢占沙发吧。

    关于本文
    本文标题:高压变压器型电子加速器理论及实验研究
    链接地址:https://www.jswku.com/p-24696128.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们
    手机版 | MIP | 粤公网安备 44060602000677号 | 经营许可证(粤ICP备16048919号)| 本站法律顾问陈鑫辉律师(13807302170)
    ©2008-2020 by Guangdong Foushan Jswku.com Inc. All Rights Reserved.
    收起
    下载帮助
    侵权处理
    上传问题
    展开