CN103068140A - 一种电子负载抑制型高压加速管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子负载抑制型高压加速管，包括电子枪阴极发射面、电子枪吸极和若干段加速管；在加速管之间设置有次级电子限束光栏装置，且所述次级电子限束光栏装置能有效地阻挡次级电子轨迹。本发明提供的电子负载抑制型高压加速管，首次采用的次级电子限束光栏装置作为一种重要的补充措施，与现有的“粒子陷阱”装置相配合，能够全面消除4~5MV加速器的“电子负载”现象，能够减少高压锻炼时间，更快达到加速器额定高压；同时能够降低次级电子在上部加速管上产生的X射线的强度，增加高压稳定性；另外大口径的次级电子限束光栏装置，能够降低其对电子枪区域真空抽速的影响；并且与其他抑制次级电子的方法相比，结构简单、安装方便。

Description

一种电子负载抑制型高压加速管

技术领域

本发明涉及一种高压电子加速器，尤其涉及一种能够抑制甚至消除电子负载的高压加速管。

背景技术

直流高压加速器，例如静电加速器、电子整流ELV加速器及地拉米（Dynamitron）高频高压加速器等，带电离子都是在高真空的加速管中进行加速的。在加速管内部由于迷散束流、残余气体碰撞、电极表面污染等因素，常会有正负离子交换等现象发生；当加速器电压比较高时，如4~5MV时，加速管就用得比较长了，所产生的次级离子或电子就有可能被加速到比较高的能量；这些次级离子或电子再去轰击其它电极时，或许产生的次级电子的产额比入射粒子数量还要多；此后，正负离子交换现象会愈演愈烈，加速器将发生严重的所谓“电子负载”现象，即大量的次级电子作为加速器电流负荷；甚至加速管发生打火，限制了加速器的电压继续上升。如何抑制和消除这个“电子负载”现象，更确切的说如何提高出现“电子负载”现象的电压‘域’是这类加速器一直研究的课题。

在加速质子或重离子的静电加速器或串列加速器中，使用两种电场类型的加速管：玻璃胶接的斜场加速管和陶瓷焊接的小孔径直场加速管，均对抑制和消除“电子负载”现象起到良好的作用，使加速器电压达到十几MV以上。但是这类加速器多是用于核物理方面的研究，束流一般很小，为几十微安。对于辐照应用的电子加速器，束流要求就大得多，一般为几十毫安到上百毫安。因此上述两种类型的加速管不能再被采用了。

上世纪中期美制3MV地拉米加速器中，采用大孔径的玻璃胶接的直场加速管。在加速管中部装了一个所谓的“粒子陷阱”，可将其中的光栏上产生的次级粒子抑制在该陷阱之内。在近期比利时iba生产的5MV地拉米加速器中，除中部装了一个“粒子陷阱”外，并没有公开说明还有别的抑制“电子负载”装置；但从它的加速管上端与电子枪连接结构可知：电子枪吸极底部发生的次级电子并没有受到任何抑制，可被加速的路程会很长，获得的能量会很大；因此，极有可能导致一定程度的次级电子负载效应；或许要经过较长时间的、严格程序的高压锻炼才能消除。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电子负载抑制型高压加速管，对电子枪吸极底部发生的次级电子进行有效抑制。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电子负载抑制型高压加速管，包括电子枪和加速管，在加速管之间设置有次级电子限束光栏装置，且所述次级电子限束光栏装置设置在次级电子轨迹上，用于阻挡次级电子。

所述电子枪设置在顶部，包括电子枪阴极发射面、电子枪栅极、电子枪吸极；所述加速管主要由内电极、加速管蝶形电极和陶瓷环组成；

优选的，所述次级电子限束光栏装置最好能够设置在最初的几段加速管之间，最好设置在第一段加速管和第二端加速管之间。

所述电子限束光栏装置的个数可以为一个，也可以为两个以上，可以根据加速管的总长具体选择。

优选的，所述加速管之间还设置有粒子陷阱装置；整根加速管上的粒子陷阱装置的个数可以为一个，也可以为两个以上，可以根据整根加速管的总长具体选择；一般的设置位置也可以根据需要具体设定，一般设置在中间的几段加速管之间或者最末的几段加速管之间。

优选的，所述电子枪吸极的内孔出口处采用二次倒角结构，这样可以增大该区域金属表面附近的电场径向分量，当这部分表面受到离子轰击时，所产生的次级电子就会受到该径向电场力作用，发生横向运动；由于次级电子初始能量很小，不大的径向电场作用下也会使次级电子作较大程度的横向偏离，这就容易被大口径的次级电子限束光栏装置拦截。

有益效果：本发明提供的电子负载抑制型高压加速管，首次采用的次级电子限束光栏装置作为一种重要的补充措施，与现有的粒子陷阱装置相配合，能够全面消除4~5MV加速器的“电子负载”现象，能够减少高压锻炼时间，更快达到加速器额定高压；同时，能够降低次级电子在上部加速管上产生的X射线的强度，增加高压稳定性；另外，大口径的次级电子限束光栏装置，能够降低其多电子枪区域真空抽速的影响；并且，与其他抑制次级电子的方法（比如钭场加速管、小孔径直场加速管）相比，结构简单、安装方便。

附图说明

图1为顶部加速管和电子枪结构以及电场等位线分布示意图；

图2为电子枪吸极底部发射的次级电子及次级电子限束光栏装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

次级粒子的产额与电极材料、电极表面有机物污染以及入射粒子的能量等有关，对特定的加速管来说，次级电子所能加速的最大能量关系到次级发射效应能否持续增长发展下去。本案通过计算机模拟加速管某电极处受到离子轰击后，所产生的次级电子的加速轨迹，以其轨迹长短和次级电子可获得的最大能量为判椐，来判断加速管电极某种安排的抑制次级电子的性能。

一种电子负载抑制型高压加速管，如图1所示为该加速器的顶部加速管和电子枪结构以及电场等位线分布。

电子枪阴极发射面6用于发射主加速电子束。

电子枪栅极7与电子枪阴极发射面6电位相同。

电子枪吸极1的内径为40mm，在其内孔的出口处采用二次倒角结构（32°*8mm，63.4°*6mm），通过二次倒角结构来增大该区域金属表面附近的电场径向分量，当这部分表面受到离子轰击时，所产生的次级电子就会受到该径向电场力作用，发生横向运动；由于次级电子初始能量很小，不大的径向电场作用下也会使次级电子作较大程度的横向偏离，这就容易被大口径的次级电子限束光栏装置4拦截。

除上述部件外，图1中还标识出了加速管内电极2、加速管蝶形电极3、加速管瓷环8和电场等位线9等，其中电场等位线9是采用PoissonFisf解场程序进行计算获得的，将计算结果输入到描迹程序中即可描绘出次级电子轨迹5。

图2为该加速器的电子枪吸极底部发射的次级电子及次级电子限束光栏装置4的示意图，图中标识出了电子枪阴极发射面6、电子枪栅极7、电子枪吸极1、次级电子限束光栏装置4和次级电子轨迹5等。

所述次级电子限束光栏装置4的孔径为40mm，设置在第一段加速管和第二端加速管之间，距离电子枪吸极1底部294mm；且所述次级电子限束光栏装置4设置在次级电子轨迹上，能有效地阻挡次级电子轨迹；由于电子枪吸极1的设计，使得次级电子有较大的径向偏离，因此该次级电子限束光栏装置4可以设置在距离电子枪吸极1比较近的地方，限制次级电子的最大能量；同时次级电子限束光栏装置4的大孔径设计，对于电子枪区域真空抽气是十分重要的；另外该电子限束光栏装置4也可以连接成“粒子陷阱装置”，但是朝电子枪阴极发射面6一边的加速管电极电位就不用反接了，因为该次级电子限束光栏装置4发出的朝电子枪阴极发射面6方向的次级离子只能被加速很短的路程。

所述次级电子轨迹5的描绘可以采用自编描迹程序进行，其能够描绘电子、质子和任何离子，并可以同时计算出轨迹上任一点的速度、与该点的电场电位值互相校核。图中的次级电子轨迹5表明，次级电子限束光栏装置4可将次级电子的长度限制在11个加速管瓷环内，最大能量为9个有效环电压；一般每环电压为32kV，次级电子最大能量≤300keV，这将有效地抑制加速器“电子负载”现象的发生。而现有的地拉米加速器并无这方面的措施，经轨迹描绘的次级电子的长度可跨越三段加速管，次级电子最大能量可达1MeV左右，发生“电子负载”现象的可能性大为增加。

在江苏达胜加速器制造公司生产的4MV和4.5MV场拉米加速器的加速管中，采用本发明方案，在第四段加速管和第五端加速管之间、第七段加速管和第八端加速管之间分别安装两个粒子陷阱装置，在第一段加速管和第二端加速管之间安装一个次级电子限束光栏装置4；这样加速器在经过不太长的高压锻后便可达到额定输出功率4.5MV20mA，特别是在高压锻炼过程中从没有出现过“电子负载”现象。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电子负载抑制型高压加速管，包括电子枪和加速管，其特征在于：在加速管之间设置有次级电子限束光栏装置（4），且所述次级电子限束光栏装置（4）设置在次级电子轨迹上。

2.根据权利要求1所述的电子负载抑制型高压加速管，其特征在于：所述次级电子限束光栏装置（4）设置在第一段加速管和第二端加速管之间。

3.根据权利要求1所述的电子负载抑制型高压加速管，其特征在于：所述整根加速管中还设置有一个或两个粒子陷阱装置。

4.根据权利要求1所述的电子负载抑制型高压加速管，其特征在于：所述电子枪吸极（1）的内孔出口处采用二次倒角结构。

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