CN106028618A - 低功耗微型电子感应加速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗微型电子感应加速器，包括对立的两个支架，每个支架的两端分别通过螺钉固定连接有端座，所述支架的中部设置有凸台，每个支架的凸台之间卡接有一个中心架，所述中心架上下两侧的中部均设置有沉头孔，所述中心架的两侧设置有卡槽，所述卡槽卡接在所述凸台上，并通过螺钉进行固定；所述中心架的中部通过支腿架空有一个与所述沉头孔同心分布的真空轨道环，所述真空轨道环上设置有一个与真空轨道环相切分布的电子发射器。本发明具有磁场激励功耗低、无冷却器从而缩小加速器整体体积的优点。

Description

低功耗微型电子感应加速器

【技术领域】

本发明涉及一种电子加速器，特别涉及一种低功耗微型电子感应加速器。

【背景技术】

电子感应加速器是粒子加速器中的一个重要分支，是利用感生电场来加速电子的一种装置。

根据麦克斯韦方程，变化的磁场可以产生涡旋电场，即：

或，

$\▿\×\stackrel{\→}{E}=-\frac{\∂\stackrel{\→}{B}}{\∂t}$

将电子通过电子枪注射到涡旋电场中，电子将会被加速，再通过辅助的引导磁场对电子施加洛伦兹力，使电子被约束在特定半径的环形轨道内进行加速旋转，便可以将电子加速到目标速度并引出电子。

传统的电子感应加速器，通常由电磁铁对环形轨道的垂直方向施加高频磁场，在电磁铁的两极间有一环形真空室，电磁铁受交变电流激发，在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、并具有对称分布的交变磁场，这个交变磁场又在真空室内激发感生涡旋电场，所产生涡旋电场的电场线是一系列绕磁感应线的同心圆，这时，若用电子枪把电子沿电场线的切线方向射入环形真空室，电子将受到环形真空室中的涡旋电场的作用而被加速；

上述采用电磁铁来产生高频磁场的电子感应加速器，因高频电流在具有电阻的导线中产生焦耳热，将会产生较高的功耗，并且为了降热，需要在加速器中附加繁杂的冷却系统，增加了电子加速器的应用成本。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有电子感应加速器功耗大、加速器中电磁铁激励线圈发热高的问题，提出一种低功耗微型电子感应加速器，具有磁场激励功耗低、无冷却器从而缩小加速器整体体积的优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种低功耗微型电子感应加速器，包括对立的两个支架，每个支架的两端分别通过螺钉固定连接有端座，所述支架的中部设置有凸台，每个支架的凸台之间卡接有一个中心架，所述中心架上下两侧的中部均设置有沉头孔，所述中心架的两侧设置有卡槽，所述卡槽卡接在所述凸台上，并通过螺钉进行固定；所述中心架的中部通过支腿架空有一个与所述沉头孔同心分布的真空轨道环，所述真空轨道环上设置有一个与真空轨道环相切分布的电子发射器；

所述中心架上、下两侧分别通过螺钉固定有第一磁轭，每个所述第一磁轭的一侧设置有磁极台，每个所述磁极台卡接在所述沉头孔中，每个所述第一磁轭另一侧两端对称设置有第一磁致伸缩阵列槽，中心设置有第一磁铁槽，每个所述第一磁致伸缩阵列槽内对应插接有磁致伸缩棒，每个所述第一磁铁槽内插接有磁钢棒，位于所述中心架上下两侧的磁钢棒异极相对；每个所述磁钢棒和磁致伸缩棒的上侧设置有第二磁轭，每个所述第二磁轭的一侧设置有与第一磁铁槽和第一磁致伸缩阵列槽位置对应的第二磁铁槽和第二磁致伸缩阵列槽，每个所述第二磁轭的另一侧两端分别设置有第一压电陶瓷槽，所述磁钢棒和磁致伸缩棒的顶端分别插接在所述第二磁铁槽和第二磁致伸缩阵列槽内；每个所述第一压电陶瓷槽内分别插接有压电陶瓷堆叠，每个所述端座上设置有第二压电陶瓷槽，每个所述压电陶瓷堆叠的另一端分别插接在对应的所述第二压电陶瓷槽内；每个所述端座与第一磁轭之间设置有两根穿过所述第二磁轭的圆柱导轨。

本发明的有益效果：本发明通过采用磁钢棒与磁致伸缩棒形成闭合磁路，并通过压电陶瓷堆叠对磁致伸缩棒的高频施压使磁致伸缩棒所在磁路的磁通量高频变化，从而使对应的两个磁钢棒之间穿过真空轨道环的磁通量产生高频变化，进而生成涡旋电场，为电子进行加速；这种采用压电陶瓷堆叠作为高频激励源的工作方式较之电磁线圈式的激励源，采用电压驱动，具有更少的电流，更低的发热和功耗；通过采用磁致伸缩棒的阵列组合，既能够增加磁致伸缩棒压缩时对磁路中磁通量的调节量，又能够避免磁致伸缩棒本身形成明显的涡流，提高了工作效率。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明低功耗微型电子感应加速器的整体结构示意图；

图2是本发明低功耗微型电子感应加速器的分解结构示意图；

图3是本发明中中心架和真空轨道环的装配结构示意图；

图4是本发明中第一磁轭的结构示意图；

图5是本发明中第二磁轭的结构示意图。

图中：1-支架、2-端座、3-第二磁轭、4-压电陶瓷堆叠、5-磁钢棒、6-磁致伸缩棒、7-圆柱导轨、8-第一磁轭、9-中心架、10-真空轨道环、11-电子发射器、12-支腿、201-第二压电陶瓷槽、301-第一压电陶瓷槽、801-第一磁致伸缩阵列槽、802-磁极台、803-第一磁铁槽、901-沉头孔、902-卡槽。

【具体实施方式】

参阅图1～图5，本发明一种低功耗微型电子感应加速器，包括对立的两个支架1，每个支架1的两端分别通过螺钉固定连接有端座2，所述支架1的中部设置有凸台，每个支架1的凸台之间卡接有一个中心架9，所述中心架9上下两侧的中部均设置有沉头孔901，所述中心架9的两侧设置有卡槽902，所述卡槽902卡接在所述凸台上，并通过螺钉进行固定；所述中心架9的中部通过支腿12架空有一个与所述沉头孔901同心分布的真空轨道环10，所述真空轨道环10上设置有一个与真空轨道环10相切分布的电子发射器11；

所述中心架9上、下两侧分别通过螺钉固定有第一磁轭8，每个所述第一磁轭8的一侧设置有磁极台802，每个所述磁极台802卡接在所述沉头孔901中，每个所述第一磁轭8另一侧两端对称设置有第一磁致伸缩阵列槽801，中心设置有第一磁铁槽803，每个所述第一磁致伸缩阵列槽801内对应插接有磁致伸缩棒6，每个所述第一磁铁槽803内插接有磁钢棒5，位于所述中心架9上下两侧的磁钢棒5异极相对；每个所述磁钢棒5和磁致伸缩棒6的上侧设置有第二磁轭3，每个所述第二磁轭3的一侧设置有与第一磁铁槽803和第一磁致伸缩阵列槽801位置对应的第二磁铁槽和第二磁致伸缩阵列槽，每个所述第二磁轭3的另一侧两端分别设置有第一压电陶瓷槽301，所述磁钢棒5和磁致伸缩棒6的顶端分别插接在所述第二磁铁槽和第二磁致伸缩阵列槽内；每个所述第一压电陶瓷槽301内分别插接有压电陶瓷堆叠4，每个所述端座2上设置有第二压电陶瓷槽201，每个所述压电陶瓷堆叠4的另一端分别插接在对应的所述第二压电陶瓷槽201内；每个所述端座2与第一磁轭8之间设置有两根穿过所述第二磁轭3的圆柱导轨7。

本发明工作过程：

本发明中具有两组激励系统，每组分别由位于同一垂直方向的压电陶瓷堆叠4和多个呈阵列分布的磁致伸缩棒6组成，两组激励系统结构相同，其中一组为导引磁场激励，另一组即为加速磁场激励。

由：

$m\frac{v^2}{R_0}={\mathrm{evB}}_{R_0}\left(t\right)$

P(t)＝mv

得

$R_0=\frac{P\left(t\right)}{{\mathrm{eB}}_{R_0}\left(t\right)}=\frac{{\[W(W+2{\mathrm{\ϵ}}_0)\]}^{\frac{1}{2}}}{{\mathrm{ceB}}_{R_0}\left(t\right)}=C$

式中，为引导磁场的磁感应强度，R₀为电子的轨道半径，W为电子的动能能量，ε₀为电子的静止能量；

所以电子加速轨道为恒定状态，本发明中采用的真空轨道环10内，电子将会在其中沿着涡旋电场进行旋转加速；

由：

得

式中，为加速磁场的磁感应强度，为电场强度，R₀为电子的轨道半径，φ(t)为加速磁通量；

由此看出，产生涡旋电场的变化磁场，在真空轨道环10内具有一个随时间变化的加速磁通量，在本发明中，当对压电陶瓷堆叠4施加高频变化的驱动电压时，磁致伸缩棒6在受压状态下产生逆磁致伸缩效应，改变了磁路中的磁通量，从而使真空轨道环10所围的区域内的磁通量高频变化，进而在真空轨道环10内产生涡旋电场；

为了使电子在不断增长的磁场中沿真空轨道环10的不变半径进行运动加速，加速磁场的磁感应强度与引导磁场的磁感应强度之间的比值恒为2:1；

本发明的有益效果：本发明通过采用磁钢棒与磁致伸缩棒形成闭合磁路，并通过压电陶瓷堆叠对磁致伸缩棒的高频施压使磁致伸缩棒所在磁路的磁通量高频变化，从而使对应的两个磁钢棒之间穿过真空轨道环的磁通量产生高频变化，进而生成涡旋电场，为电子进行加速；这种采用压电陶瓷堆叠作为高频激励源的工作方式较之电磁线圈式的激励源，采用电压驱动，具有更少的电流，更低的发热和功耗；通过采用磁致伸缩棒的阵列组合，既能够增加磁致伸缩棒压缩时对磁路中磁通量的调节量，又能够避免磁致伸缩棒本身形成明显的涡流，提高了工作效率。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种低功耗微型电子感应加速器，其特征在于：包括对立的两个支架，每个支架的两端分别通过螺钉固定连接有端座，所述支架的中部设置有凸台，每个支架的凸台之间卡接有一个中心架，所述中心架上下两侧的中部均设置有沉头孔，所述中心架的两侧设置有卡槽，所述卡槽卡接在所述凸台上，并通过螺钉进行固定；所述中心架的中部通过支腿架空有一个与所述沉头孔同心分布的真空轨道环，所述真空轨道环上设置有一个与真空轨道环相切分布的电子发射器；所述中心架上、下两侧分别通过螺钉固定有第一磁轭，每个所述第一磁轭的一侧设置有磁极台，每个所述磁极台卡接在所述沉头孔中，每个所述第一磁轭另一侧两端对称设置有第一磁致伸缩阵列槽，中心设置有第一磁铁槽，每个所述第一磁致伸缩阵列槽内对应插接有磁致伸缩棒，每个所述第一磁铁槽内插接有磁钢棒，位于所述中心架上下两侧的磁钢棒异极相对；每个所述磁钢棒和磁致伸缩棒的上侧设置有第二磁轭，每个所述第二磁轭的一侧设置有与第一磁铁槽和第一磁致伸缩阵列槽位置对应的第二磁铁槽和第二磁致伸缩阵列槽，每个所述第二磁轭的另一侧两端分别设置有第一压电陶瓷槽，所述磁钢棒和磁致伸缩棒的顶端分别插接在所述第二磁铁槽和第二磁致伸缩阵列槽内；每个所述第一压电陶瓷槽内分别插接有压电陶瓷堆叠，每个所述端座上设置有第二压电陶瓷槽，每个所述压电陶瓷堆叠的另一端分别插接在对应的所述第二压电陶瓷槽内；每个所述端座与第一磁轭之间设置有两根穿过所述第二磁轭的圆柱导轨。