CN113692101A - 一种紧凑型电子加速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型电子加速器，包括：电源钢筒和高压电源；安装在加速钢筒中的加速管，其与高压电源连接；偏转磁铁和扫描磁铁；矩形漂移管，其穿设在扫描磁铁中；收缩磁铁，其设置在扫描磁铁下方；引出窗，其设置在收缩磁铁下方；电子束在加速管中被加速至额定能量后，经偏转磁铁偏转，扫描磁铁大角度扫描展开，然后由收缩磁铁进行收缩，最后由引出窗引出。本电子加速器采用电子束超大角度扫描展开和收缩技术，高度尺寸大幅度压缩；再结合电子束90°偏转技术，将加速管引出的电子束形成直角分布，进一步将电子加速器的高度尺寸减小，结构更紧凑。

Description

一种紧凑型电子加速器
技术领域
本发明属于电子加速器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种紧凑型电子加速器。
背景技术
电子加速器作为非动力核技术的一个重要分支，已经在许多行业产生了巨大影响，促进相关行业的产品和技术升级。电子加速器在应用到具体科研生产中时，时常发生安装空间不适合的问题，尤其是针对已有的生产线和科研场所，现场空间经常受限，急需尺寸紧凑、布局结构方便灵活的电子加速器。
电子加速器产生点状电子束，直径5～30mm，需要扫描展开成大尺寸的带状电子束，便于对大尺寸物品的辐照处理。电子束穿过引出窗膜和空气层时，会损失能量，增加散射，造成边缘引出的电子束和中部引出的电子束在辐照物上的照射剂量有差异，扫描展开的发散角度越大，这种剂量的差异就越大，因此，常规电子加速器扫描展开角度在10°～25°之间，200keV以下的低能电子加速器的扫描展开角度更小，在18度以内。这样就造成扫描盒的高度很高，安装调试空间要求大，所需的防护成本也高，影响电子加速器的推广应用。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种紧凑型电子加速器，包括：
电源钢筒；
高压电源，其安装在所述电源钢筒中；
安装在加速钢筒中的加速管，其与所述高压电源连接；
偏转磁铁，其设置在所述加速钢筒外；扫描磁铁，其设置在所述偏转磁铁下方；矩形漂移管，其穿设在所述扫描磁铁中；收缩磁铁，其设置在所述扫描磁铁下方；引出窗，其设置在所述收缩磁铁下方；电子束，其在加速管中被加速至额定能量后，经偏转磁铁偏转，扫描磁铁大角度扫描展开，然后由收缩磁铁进行收缩汇聚，最后由引出窗引出。
优选的是，其中，所述高压电源上设置有高压电源高压电极；加速管高压电极，其与所述高压电源高压电极相接；电子枪，其安装在所述加速管中；所述电源钢筒和加速钢筒中充有用于内部绝缘的SF6或CO2和N2的混合气体。
优选的是，其中，所述加速管可设置为横卧布置，加速管与所述高压电源直接相接。
优选的是，其中，所述加速管可设置为横卧布置，所述电源钢筒与加速钢筒直接连通，加速管与所述高压电源通过电缆相接。
优选的是，其中，所述加速管可设置为立式布置，加速管与高压电源之间通过高压电缆或充气绝缘的高压传输线相接；
所述加速管与高压电源之间通过高压传输线相接时，加速钢筒与电源钢筒通过管道直接连通。
优选的是，其中，所述偏转磁铁用于将电子束偏转90°或270°，实现加速管与输出的电子束成直角分布。
优选的是，其中，所述扫描磁铁由长方向扫描磁极和短方向扫描磁极组成，且长方向扫描磁极和短方向扫描磁极为共用一个框架铁芯的结构，所述长方向扫描磁极选用用于优化磁场分布、缩短磁极间距和降低激磁电流的凸出磁极；所述扫描磁铁用于将电子束展开成出射角度为±35°～60°的带状束；
优选的是，其中，所述扫描磁铁的激磁电流波形优选为使用数字化波形发生器控制；
所述矩形漂移管优选为壁厚薄、抗压性能好的矩形波纹管结构；且所述矩形漂移管为长方向空间大，短方向距离短的窄型结构。
优选的是，其中，所述收缩磁铁用于将大角度发散的电子束收缩成小角度发散电子束、平行电子束或负角度的汇聚电子束，可减少电子束穿过引出窗和空气层时，边缘电子束和中部电子束之间的产品照射剂量差异，优选的发散角度在18°以内。
优选的是，其中，所述收缩磁铁产生偏转磁场，且偏转磁场的中部磁场强度为零，电子束在收缩磁铁的中部不发生偏转；偏转磁场从收缩磁铁中部开始，沿着扫描展开方向，磁场强度从零开始线性增加，电子束从中心到边缘的发散角度或最大汇聚角度，从0°线性增加到最大发散角度或最大汇聚角度；所述收缩磁铁优选为方便调整发散角度的电磁铁
本发明至少包括以下有益效果：本电子加速器采用电子束超大角度扫描展开和收缩技术，高度尺寸大幅度压缩，大幅度减少空间尺寸；再结合电子束90°偏转技术，将加速管引出的电子束形成直角分布，进一步将电子加速器的高度尺寸减小，结构紧凑，结构布局灵活方便，生产成本低。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明提供的紧凑型电子加速器结构示意图；
图2为本发明提供的紧凑型电子加速器偏转磁铁、扫描磁铁和矩形漂移管处放大示意图；
图3为本发明提供的紧凑型电子加速器扫描磁铁和矩形波纹管结构示意图；
图4为本发明提供的紧凑型电子加速器加速管通过高压电缆与高压电源相接的结构示意图；
图5为本发明提供的紧凑型电子加速器加速管立式放置，且加速管与高压电源通过高压电缆相接的结构示意图；
图6为本发明提供的紧凑型电子加速器加速管立式放置，且加速管与高压电源通过高压传输线相接的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-6所示：本发明的一种紧凑型电子加速器，包括：
电源钢筒2；
高压电源1，其安装在所述电源钢筒2中；安装在加速钢筒6中的加速管5，其与所述高压电源1连接；
偏转磁铁7，其设置在所述加速钢筒6外；扫描磁铁9，其设置在所述偏转磁铁7下方；矩形漂移管8，其穿设在所述扫描磁铁9中；收缩磁铁10，其设置在所述扫描磁铁9下方；引出窗11，其设置在所述收缩磁铁10下方；电子束12，其在加速管5中被加速至额定能量后，经偏转磁铁7偏转，扫描磁铁9大角度扫描展开，然后由收缩磁铁10进行收缩汇聚，最后由引出窗11引出。
工作原理：高压电源1产生的直流高压在加速管5内部产生加速电场，电子束12由加速电场加速到额定能量，电子束离开加速管5后，由偏转磁铁7偏转90°或270°，然后经过扫描磁铁9进行大角度扫描展开成带状电子束，展开角度为35°～60°，电子束12达到设定的扫描宽度后，由收缩磁铁10对偏转角度后的电子束12进行收缩，形成与垂直引出方向夹角为﹣10°～25°的小角度展开、平行或汇聚的电子束，最后电子束12由引出窗11引出到空气中；本电子加速器的电子束先通过扫描磁铁9的扫描展开，再由收缩磁铁10进行收缩汇聚，减小了电子加速器的整体高度，使电子加速器的结构更紧凑。
在上述技术方案中，所述高压电源1上设置有高压电源高压电极3；加速管高压电极4，其与所述高压电源高压电极3相接；高压电源高压电极3和加速管高压电极4用于产生加速电场，电子枪51，其安装在所述加速管5中，电子枪51用于发射电子束；所述电源钢筒2和加速钢筒6中充有用于内部绝缘的SF6或CO2和N2的混合气体。
在上述技术方案中，如图1所示，所述加速管5可设置为横卧布置，所述电源钢筒2与加速钢筒6直接连通，加速管5与高压电源1直接相接；加速管5与高压电源1直接相接时，电子束12经偏转磁铁7偏转90°后，再由扫描磁铁7大角度扫描展开，并由收缩磁铁10进行角度收缩，然后再由引出窗11引出，这种设置整体设备高度低，结构紧凑。
在上述技术方案中，如图4所示，所述加速管5可设置为横卧布置，加速管5与所述高压电源1通过高压电缆相接，加速管5通过高压电缆与高压电源1相接时，电子束由偏转磁铁偏转90°后，再由扫描磁铁9进行大角度扫描，由收缩磁铁10进行角度收缩，最后由引出窗11引出，这种设置整体设备高度低，高压电源1可任意放置，布局自由。
在上述技术方案中，如图5、图6所示，所述加速管5可设置为立式布置，加速管5与高压电源1通过高压电缆或充气绝缘的高压传输线连接，所述加速管5与高压电源1通过高压传输线相接时，加速钢筒6与所述电源钢筒2通过管道直接连通；电子束12离开加速管5后，直接由扫描磁铁9进行大角度扫描展开，再经收缩磁铁10进行角度收缩，然后由引出窗11引出，这种设置整体设备高度略高，但结构更为紧。
在上述技术方案中，所述偏转磁铁7用于将电子束偏转90°或270°，实现加速管5与输出的电子束成直角分布，偏转磁铁7为电子加速器结构布局提供了更多的选择方案。
在上述技术方案中，所述扫描磁铁9由长方向扫描磁极13和短方向扫描磁极14组成，且长方向扫描磁极13和短方向扫描磁极14为共用一个框架铁芯的结构，这种设置相比长短方向各自独立特性的结构占用的高度空间节省一半；所述长方向扫描磁极13选用用于优化磁场分布、缩短磁极间距和降低激磁电流的凸出磁极，同时凸出磁极还可以避免电子束大角度偏转带来的不利影响；由于短方向扫描磁场较小，因此短方向扫描磁极14直接使用框架铁芯的两条边作为磁极，无需使用凸出磁极；所述扫描磁铁9用于将电子束12展开成出射角度为±35°～60°的带状束，整体设备高度可以大幅度压缩。
在上述技术方案中，所述扫描磁铁9的激磁电流波形优选为使用数字化波形发生器控制，调整扫描磁铁9的激磁电流波形，便于在引出窗11上获得均匀的电子束12分布，或者实现需要的特定分布；
所述矩形漂移管8优选为壁厚薄、抗压性能好的矩形波纹管结构，这种设置使得扫描磁场损耗小，畸变小，可大幅度提高扫描频率；且所述矩形漂移管8为长方向空间大，短方向距离短的窄型结构，这种设置保证长方向扫描偏转磁场的间距小，减少扫描磁场的损耗。
在上述技术方案中，所述收缩磁铁10用于将大角度发散的电子束12收缩成小角度发散电子束、平行电子束或负角度汇聚电子束，可减少电子束穿过引出窗和空气层时，边缘电子束和中部电子束之间的产品照射剂量差异，尤其是低能电子束，比如能量为80～200keV的电子束，边缘电子束与中心电子束之间的夹角越大，穿过引出窗和空气层后的电子束在产品上的照射剂量差异越大，优选的发散角度在18°以内。
在上述技术方案中，所述收缩磁铁10产生偏转磁场，且偏转磁场的中部磁场强度为零，电子束在收缩磁铁的中部不发生偏转；偏转磁场从收缩磁铁10中部开始，沿着扫描展开方向，磁场强度从零开始线性增加，电子束从中心到边缘的发散角度或汇聚角度，从0°线性增加到最大发散角度或最大汇聚角度或最大汇聚角度；所述收缩磁铁10优选为方便调整发散角度的电磁铁。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种紧凑型电子加速器，其特征在于，包括：
电源钢筒；
高压电源，其安装在所述电源钢筒中；
安装在加速钢筒中的加速管，其与所述高压电源连接；
偏转磁铁，其设置在所述加速钢筒外；扫描磁铁，其设置在所述偏转磁铁下方；矩形漂移管，其穿设在所述扫描磁铁中；收缩磁铁，其设置在所述扫描磁铁下方；引出窗，其设置在所述收缩磁铁下方；电子束，其在加速管中被加速至额定能量后，经偏转磁铁偏转，扫描磁铁大角度扫描展开，然后由收缩磁铁进行收缩汇聚，最后由引出窗引出。
2.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述高压电源上设置有高压电源高压电极；加速管高压电极，其与所述高压电源高压电极相接；电子枪，其安装在所述加速管中；所述电源钢筒和加速钢筒中充有用于内部绝缘的SF6或CO2和N2的混合气体。
3.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述加速管可设置为横卧布置，所述电源钢筒与加速钢筒直接连通，加速管与所述高压电源直接相接。
4.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述加速管可设置为横卧布置，加速管与所述高压电源通过电缆相接。
5.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述加速管可设置为立式布置，加速管与高压电源之间通过高压电缆或充气绝缘的高压传输线相接；
所述加速管与高压电源通过高压传输线相接时，加速钢筒与所述电源钢筒通过管道直接连通。
6.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述偏转磁铁用于将电子束偏转90°或270°，实现加速管与输出的电子束成直角分布。
7.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述扫描磁铁由长方向扫描磁极和短方向扫描磁极组成，且长方向扫描磁极和短方向扫描磁极为共用一个框架铁芯的结构，所述长方向扫描磁极选用用于优化磁场分布、缩短磁极间距和降低激磁电流的凸出磁极；所述扫描磁铁用于将电子束展开成出射角度为±35°～60°的带状束。
8.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述扫描磁铁的激磁电流波形优选为使用数字化波形发生器控制；
矩形漂移管优选为壁厚薄、抗压性能好的矩形波纹管结构；且所述矩形漂移管为长方向空间大，短方向距离短的窄型结构。
9.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述收缩磁铁用于将大角度发散的电子束收缩成小角度发散电子束、平行电子束或负角度的汇聚电子束，可减少电子束穿过引出窗和空气层时，边缘电子束和中部电子束之间的产品照射剂量差异，优选的发散角度在18°以内。
10.如权利要求1所述的紧凑型电子加速器，其特征在于，所述收缩磁铁产生偏转磁场，且偏转磁场的中部磁场强度为零，电子束在收缩磁铁的中部不发生偏转；偏转磁场从收缩磁铁中部开始，沿着扫描展开方向，磁场强度从零开始线性增加，电子束从中心到边缘的发散角度或最大汇聚角度，从0°线性增加到最大发散角度或最大汇聚角度；所述收缩磁铁优选为方便调整发散角度的电磁铁。
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