CN103079331B - 高频电极以及应用该高频电极的地拉米加速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频电极以及应用该高频电极的地拉米加速器，高频电极为阶梯形结构，包括相互连接的第一高频电极和第二高频电极，第一高频电极半径比第二高频电极半径小，第一高频电极和第二高频电极通过金属圆管来实现过渡连接。本发明提供的高频电极以及应用该高频电极的地拉米加速器，通过改变高频电极构造，采用不等直径的阶梯形高频电极，在较低的高频电压峰值下，就能使同样芯柱尺寸的加速器得到更高的端电压。

Description

高频电极以及应用该高频电极的地拉米加速器
技术领域
本发明涉及一种高频电极以及应用该高频电极的地拉米加速器，属于带电粒子加速器领域。
背景技术
地拉米加速器（Dynamitron Accelerator）的直流高压是由高频电极的高频电压，通过空间电容偶合到加速器芯柱的电晕环上后，经多级并联整流得到的直流电压串联后产生的。当人们要建造工作电压比较高的加速器时候(如4-5MV)，由于高压静电场的需要，高频电极直径和它与电晕环的距离都得相应增大，因而高频电极的高频电压峰值也随之增大。
在传统的地拉米加速器中均采用同一直径的圆柱形高频电极。本世纪初欧洲高压工程公司采用圆锥形的高频电极，建造了一台地拉米型的5MV串列加速器（The novel HVEE 5MV Tandetron A.Gottdang，D.J.W.Mous，R.G.Haitsma  NIM in Physics Research B 190(2002)177-182)。 它的高频电极与电晕环的距离从电压高端到低端线性减小，高频电极的宽度也相应地逐渐变窄，以保持它与各个电晕环之间有相等的偶合电容，希望每一整流节得到相同的直流电压。上述传统的圆柱形高频电极的缺点：第一，由于高压端电场需要，高频电极直径就要取得比较大；为了有相等的偶合电容从而有相等的整流节电压，在低压端高频电极直径也不得不与高压端相同。因此随高压指标升高，整个高频电极的尺寸变得很大；第二，高频电极通用性差，即使高压相近的地拉米加速器也必须全部更换高频电极。
后期的圆锥形高频电极的缺点：第一，由于高频电极与电晕环的偶合电容是与高频电极和电晕环的直径之比的自然对数成反比。因此采用圆锥形高频电极，很难做到从上到下所有偶合电容相等，这就会使得加速器芯柱轴向电压分布不均；第二，圆锥形的高频电极的制造和安装也较为复杂。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明采用的技术方案为：
高频电极，其特征在于：所述高频电极为阶梯形结构。
所述的高频电极，其特征在于：所述高频电极包括相互连接的第一高频电极和第二高频电极，所述第一高频电极的半径比第二高频电极的半径小。
所述第一高频电极半径 rf1=1000mm；所述第二高频电极半径rf2=1120mm。
还包括金属圆管，所述第一高频电极和第二高频电极通过金属圆管来实现过渡连接。
一种应用所述高频电极的地拉米加速器，其特征在于：包括所述高频电极、芯柱和电晕环，所述芯柱内部装有若干级整流硅堆，每一级整流硅堆左右成对安装电晕环，所述电晕环为半圆形结构。
还包括高压电极，所述高压电极设置在芯柱和电晕环顶部，所述高压电极为半圆球形结构。
所述高压电极半径rc=490mm。
还包括地电位屏蔽电极，高频电极绝缘支撑，屏蔽电极金属支撑和钢筒；所述地电位屏蔽电极设置在高压电极两侧，通过屏蔽电极金属支撑与钢筒内壁实现固定连接；所述高频电极通过高频电极绝缘支撑与钢筒内壁实现固定连接。
有益效果：本发明提供的高频电极以及应用该高频电极的地拉米加速器，通过改变高频电极构造，采用不等直径的阶梯形高频电极，在较低的高频电压峰值下，就能使同样芯柱尺寸的加速器得到更高的端电压。具有如下优点：（1）高频电极与电晕环间的偶合强，所须高频电压峰值低；（2）降低了容易发高压放电的整流芯柱顶部轴向电位梯度，其余大部份轴向电位梯度保持均匀；（3）高压电极及其邻近的高电位电晕环表面最高电场变化较为平缓；（4）相同大小的钢筒情况下，高频电极绝缘支撑加长，提高其耐电压性能；（5）高频电极通用性增大，在一定高压指标范围内电晕环和第一高频电极基本通用，降低了制造成本；（6）与圆锥形高频电极相比，结构简单、制造安装方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A部的放大图；
图3为本发明中高压电极和邻近电晕环表面电场强度分布关系图。
其中：芯柱1，高压电极2，电晕环3，第一高频电极4，第二高频电极5，地电位屏蔽电极6，高频电极绝缘支撑7，屏蔽电极金属支撑 8，钢筒9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示，包含一种高频电极，为阶梯形结构，所述高频电极包括相互连接的第一高频电极4和第二高频电极5，所述第一高频电极4的半径比第二高频电极5的半径小。还包括金属圆管，所述第一高频电极4和第二高频电极5通过金属圆管来实现过渡连接。作为优选方案，所述第一高频电极4半径 rf1=1000mm；和/或，所述第二高频电极5半径rf2=1120mm。
如图1和图2所示，为一种应用所述高频电极的地拉米加速器，包括高频电极、芯柱1和电晕环3，所述芯柱1内部装有若干级整流硅堆，每一级整流硅堆左右成对安装电晕环3，所述电晕环3为半圆形结构。还包括高压电极2，所述高压电极2设置在芯柱1和电晕环3顶部，所述高压电极2为半圆球形结构。还包括地电位屏蔽电极6，高频电极绝缘支撑7，屏蔽电极金属支撑8和钢筒9；所述地电位屏蔽电极6设置在高压电极2两侧，通过屏蔽电极金属支撑8与钢筒9内壁实现固定连接；所述高频电极通过高频电极绝缘支撑7与钢筒9内壁实现固定连接。
作为优选方案，所述高压电极2半径rc=490mm。
本实施例中的地拉米加速器与现有地拉米加速器不同，其高频电极是由不同半径的两部份组成。
①——加速器主机的芯柱，其内部装有若干级整流硅堆；
②——加速器高压电极；
③——芯柱外部电晕环，每一级整流硅堆都有一对左右安装的近似半园形的电晕环。每一对电晕环两端经空间电容分压作用，从高频电极的高频电压中得到一交变电压分量，提供硅堆进行整流得到一直流电压；
④——第一高频电极。由于它相对应的电晕环的电压是比较低，因此其半径rf1可以取得比较小。它与电晕环间的偶合电容（基本值）：Cseo=0.2783*Sc/ln（rf1/rc) (Sc为电晕环节高)，由于小的rf1值，可得到较大的Cseo值。因此，电晕环与高频电极间的偶合增强，所须的高频电压峰值相对下降；
⑤——第二高频电极。由于它相对应的电晕环的电压是比较高，因此其半径rf2要比较大。它与第一高频电极的连接，采用一个大直径的金属圆管来过渡。电晕环金属表面最大电场强度（基本值）：Eo=U/【rc*ln(rf2/rc)】(U为最高电晕环电压)，上述两公式只是在设计之初用来粗略选取基本加速器尺寸的，最后的尺寸需用电场的计算机数值计算来修正。图2为电场数值计算的结果—-高压电极和邻近电晕环表面电场强度分布。显然，在高电压区域的电场得到改善，最大值分布较为平缓。
另外，由于第二高频电极的半径大了，因此它与电晕环间的偶合电容会变小了，这就使得第二高频电极相对应的电晕环内的整流电压变低。也就是说，芯柱最上端的一段轴向电位梯度有一定程度下降。这应对减少此处常发生打火机率是有好处的。第二高频电极的高度这里选择7个电晕节高度为623mm，当rc=490mm，rf1=1000mm，rf2=1120mm时，Cse1=3.27pf，Cse2=2.83pf，计算得到这7个电晕环的内的整流直流电压下降了12%.这会造成这7个电晕环中最下面的一个电晕环与它对应的加速管电极之间的电位差为8.4kV左右．这个电位差不至于发生放电现象；
⑥——高压电极的接地屏蔽电极；
⑦——高频电极绝缘支撑；
⑧----屏蔽电极金属支撑；
⑨----加速器压力钢筒
其中半径为490mm的高压电极2和所有电晕环都是与3MV或4MV加速器的相同。半径为1000mm的第一高频电极是用4MV加速器的高频电极。只有一小段半径为1120mm的第二高频电极才是新做的。该加速器的最高压可达到5MV左右。
图3为本发明中高压电极和邻近电晕环表面电场强度分布关系图。
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)

1.一种应用高频电极的地拉米加速器，其特征在于：包括高频电极、芯柱（1）和电晕环（3）；所述高频电极为阶梯形结构；所述高频电极包括相互连接的第一高频电极（4）和第二高频电极（5），所述第一高频电极（4）的半径比第二高频电极（5）的半径小；所述第一高频电极（4）半径 rf1=1000mm；所述第二高频电极（5）半径rf2=1120mm；所述第一高频电极（4）和第二高频电极（5）通过金属圆管来实现过渡连接；所述芯柱（1）内部装有若干级整流硅堆，每一级整流硅堆左右成对安装电晕环（3），所述电晕环（3）为半圆形结构。
2.根据权利要求1所述的地拉米加速器，其特征在于：还包括高压电极（2），所述高压电极（2）设置在芯柱（1）和电晕环（3）顶部，所述高压电极（2）为半圆球形结构。
3.根据权利要求2所述的地拉米加速器，其特征在于：所述高压电极（2）半径rc=490mm。
4.根据权利要求2或3所述的地拉米加速器，其特征在于：还包括地电位屏蔽电极（6），高频电极绝缘支撑（7），屏蔽电极金属支撑（8）和钢筒（9）；所述地电位屏蔽电极（6）设置在高压电极（2）两侧，通过屏蔽电极金属支撑（8）与钢筒（9）内壁实现固定连接；所述高频电极通过高频电极绝缘支撑（7）与钢筒（9）内壁实现固定连接。
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