CN116634651B - 一种移动式电子辐照加速器及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动式电子辐照加速器及其方法，该加速器包括电子辐照加速器、车载屏蔽系统和运输车辆，运输车辆上安装有车载屏蔽系统和电子辐照加速器，电子辐照加速器包括加速管、电子枪、微波信号源、微波系统、调制器和束下系统，微波系统包括磁控管、波导、四端环行器、水负载和移相器，加速管入口端连接有电子枪，调制器和微波系统中的三个磁控管电路连接，本发明通过采用驻波加速管和磁控管，可以在提高束流功率的前提下大幅缩小加速器的体积，采用多个磁控管和分段加速管，可以提高电子束功率，通过四端环行器可以实现多个磁控管之间的相位同步控制。
Description
技术领域
本发明涉及电子加速器技术领域，具体为一种移动式电子辐照加速器及其方法。
背景技术
电子辐照是一种应用广泛的加工处理技术，可用于食品辐照、医疗用品灭菌和辐照化工等领域。电子辐射加工在是利用高能电子与物质作用产生的物理化学和生物效应，使物质发生变化，形成人们所需性状的一种特殊手段。这个技术不仅可以杀死食品表面的病原菌，还可以杀死寄生在食品深层的昆虫和致病菌，防止食品霉烂变质损失，实现水果蔬菜的储存保鲜、抑制发芽、推迟后熟、延长水果蔬菜保鲜期和上货架期，甚至可以降解农产品中的农药残留，提高食品的卫生质量，电子辐射加工可以在常温下对物体进行处理，对物质无损伤、能耗低，其电子射线可深入到被辐照物的内部进行“工作”，而且不会带来任何残毒和废物残留，在应用和生产过程中没有三废产生，无环境污染；控制方法简便，适合产业化、规模化生产等特点，因此，电子辐射加工作为“绿色”加工技术，已广泛应用于医疗、农业、化工、环保、矿产等诸多领域，且正向现代科学技术前沿和新领域渗透，产生了巨大的经济效益和社会效益。
由于疫情爆发的突然性、局域性和时效性等特点，固定的电子辐照站难以满足疫情的应急处理要求，例如将病毒污染的医疗用品长途运输到电子辐照站的过程中，存在病毒扩散的巨大风险，而如果每个中小城市都建设电子辐照站，存在建设成本高昂(仅仅是屏蔽厂房的建设费用就高达500万元以上)，而平时的闲置率太高，经济效益非常差，如果将辐照装置做成车载的，由于电子的辐射剂量很高，屏蔽体的重量非常大，使得运载平台难以承受；且目前的大功率电子辐照加速器采用行波加速管和速调管方案，难以小型化，如果采用小型化的驻波加速管和磁控管，其束流功率难以满足应用需求。
所以，如何设计一种移动式电子辐照加速器及其方法，成为我们当前需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种移动式电子辐照加速器及其方法，解决了传统加速器移动不便和发出功率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种移动式电子辐照加速器，包括电子辐照加速器、车载屏蔽系统和运输车辆，运输车辆上安装有车载屏蔽系统和电子辐照加速器，电子辐照加速器包括加速管、电子枪、微波信号源、微波系统、调制器和束下系统，微波系统包括磁控管、波导、四端环行器、水负载和移相器，加速管入口端连接有电子枪，其出口端连接束下系统，加速管共分为三段，微波系统共设有多套，加速管的每一段都通过波导与一套微波系统中的四端环行器相连，调制器和微波系统中的磁控管电路连接，微波信号源通过同轴电缆连接微波系统中的四端环行器，且同轴电缆上连接有微波功率分配器和移相器。
进一步的，所述加速管包括第一端腔、耦合腔、中间腔、第二端腔、微波功率耦合器、束流孔道、加速管入口和加速管出口，加速管内部设有三个分段，分别为中间分段、左侧分段和右侧分段，中间分段由一个中间腔和其两侧的第二端腔组成，左侧分段由一个中间腔和其左侧第一端腔及其右侧第二端腔组成，右侧分段由一个中间腔和其左侧第二端腔及其右侧第一端腔组成，各个分段的中间腔和其两侧的腔体均通过束流孔道相通，且各个分段的中间腔左上端和右下端均设有耦合腔和其两侧的腔体相连，使其相通，加速管两端各设有加速管入口和加速管出口，和加速管内部两端的第一端腔相通，微波功率耦合器和中间腔相连，所述加速管采用驻波加速管。
进一步的，所述四端环行器一端设有第一端口，另一端设有第二端口和第四端口，靠近第一端口的四端环行器表面设有第三端口，第一端口通过波导连接磁控管，第二端口通过波导与加速管上的微波功率耦合器相连，第三端口通过波导与水负载相连，第四端口通过同轴电缆和移相器与微波信号源相连。
进一步的，所述车载屏蔽系统包括铅钢屏蔽体，运输车辆上固定铅钢屏蔽体，铅钢屏蔽体包括电子辐照室和屏蔽迷道，电子辐照室和屏蔽迷道内安装有物品传输链，电子辐照室内安装有电子枪、加速管、微波信号源、微波系统、真空系统和束下系统，设备室内安装有调制器、控制和操作平台和冷却系统。
进一步的，磁控管输出的微波功率从第一端口进，只能从第二端口出，微波功率从第二端口进，只能从第三端口出，微波功率从第三端口进，只能从第四端口出，微波功率从第四端口进，只能从第一端口出。
进一步的，磁控管工作输出微波功率的相位由微波信号源决定，不同磁控管输出的微波功率相位差经过调节移相器改变。
进一步的，真空系统用于提供加速管所需要的真空。
进一步的，冷却系统用于冷却加速管、磁控管和调制器。
进一步的，控制和操作平台用于控制电子辐照加速器运行。
一种电子辐照加速方法，包括步骤：
将加速管、电子枪、微波信号源、微波系统、真空系统、束下系统和屏蔽迷道安装于运输车辆上的铅钢屏蔽体内部，在铅钢屏蔽体外侧安装调制器、控制和操作平台和冷却系统；
通过控制和操作平台启动电子辐照加速器，电子辐照加速器工作过程为：微波信号源首先输出微波信号，经过同轴线缆、微波功率分配器和移相器进入每个四端环行器的第四端口，微波信号经过四端环行器和波导进入磁控管，然后调制器输出的高压脉冲功率加载到磁控管上，磁控管输出的微波功率经过四端环行器的第一端口和第二端口进入加速管内的微波功率耦合器，微波功率在加速管内建立加速电场，电子枪发射电子，电子通过加速管入口进入加速管内部，且通过耦合腔在第一端腔和中间腔之间传输，最终通过束流孔道从加速管入口一直加速到加速管出口，从加速管出口输出到束下系统，工作过程中，加速管反射的微波功率经过波导和四端环行器的第二端口和第三端口进入水负载内被吸收。
与现有的技术相比，本发明具备以下有益效果：本发明通过采用驻波加速管和磁控管，可以在提高束流功率的前提下大幅缩小加速器的体积，通过多个磁控管和分段加速管，可以提高电子束功率，通过四端环行器可以实现多个磁控管之间的相位同步控制，车载屏蔽系统实现了电子辐照加速器的可移动，满足不同用户的辐照需求。
附图说明
图1为本发明功能结构关系图。
图2为本发明加速管三维视图。
图3为本发明加速管X-Z平面剖视图。
图4为本发明加速管Y-Z平面剖视图。
图5为本发明四端环行器功能结构图。
图6为本发明车载结构图。
图中：1、加速管；2、电子枪；3、微波信号源；4、磁控管；5、波导；6、四端环行器；61、第一端口；62、第二端口；63、第三端口；64、第四端口；7、水负载；8、移相器；9、调制器；10、束下系统；11、第一端腔；12、耦合腔；13、中间腔；14、第二端腔；15、微波功率耦合器；16、束流孔道；17、加速管入口；18、加速管出口；21、铅钢屏蔽体；22、运输车辆；23、电子辐照室；24、屏蔽迷道；25、物品传输链；26、设备室；27、车载屏蔽系统。
具体实施方式
请参阅图1-图6，本发明提供技术方案：一种移动式电子辐照加速器，包括电子辐照加速器、车载屏蔽系统27和运输车辆22，运输车辆22上安装有车载屏蔽系统27和电子辐照加速器，电子辐照加速器包括加速管1、电子枪2、微波信号源3、微波系统、调制器9和束下系统10，微波系统包括磁控管4、波导5、四端环行器6、水负载7和移相器8，加速管1入口端连接有电子枪2，其出口端连接束下系统10，加速管1共分为三段，微波系统共设有三套，加速管1的每一段都通过波导5与一套微波系统中的四端环行器6相连，调制器9和微波系统中的三个磁控管4电路连接，微波信号源3通过同轴电缆连接微波系统中的三个四端环行器6，且同轴电缆上连接有微波功率分配器和移相器8，加速管1包括第一端腔11、耦合腔12、中间腔13、第二端腔14、微波功率耦合器15、束流孔道16、加速管入口17和加速管出口18，加速管1内部设有三个分段，分别为中间分段、左侧分段和右侧分段，中间分段由一个中间腔13和其两侧的第二端腔14组成，左侧分段由一个中间腔13和其左侧第一端腔11及其右侧第二端腔14组成，右侧分段由一个中间腔13和其左侧第二端腔14及其右侧第一端腔11组成，各个分段的中间腔13和其两侧的腔体均通过束流孔道16相通，且各个分段的中间腔13左上端和右下端均设有耦合腔12和其两侧的腔体相连，使其相通，加速管1两端各设有加速管入口17和加速管出口18，和加速管1内部两端的第一端腔11相通，微波功率耦合器15和中间腔13相连，加速管1采用驻波加速管，本发明通过采用驻波加速管和磁控管4，可以在提高束流功率的前提下大幅缩小电子辐照加速器的体积，通过多个磁控管4和分段的加速管1，可以提高电子束功率，通过四端环行器6和移相器8可以实现多个磁控管4之间的相位同步控制。
其中，四端环行器6一端设有第一端口61，另一端设有第二端口62和第四端口64，靠近第一端口61的四端环行器6表面设有第三端口63，第一端口61通过波导5连接磁控管4，第二端口62通过波导5与加速管1上的微波功率耦合器15相连，第三端口63通过波导5与水负载7相连，第四端口64通过同轴电缆和移相器8与微波信号源3相连。
其中，车载屏蔽系统27包括铅钢屏蔽体21，运输车辆22上固定铅钢屏蔽体21，铅钢屏蔽体21包括电子辐照室23和屏蔽迷道24，电子辐照室23和屏蔽迷道24内安装有物品传输链25，电子辐照室23内安装有电子枪2、加速管1、微波信号源3、微波系统、真空系统和束下系统10，设备室26内安装有调制器9、控制和操作平台和冷却系统。
其中，磁控管4输出的微波功率从第一端口61进，只能从第二端口62出，微波功率从第二端口62进，只能从第三端口63出，微波功率从第三端口63进，只能从第四端口64出，微波功率从第四端口64进，只能从第一端口61出。
其中，磁控管4工作输出微波功率的相位由微波信号源3决定，不同磁控管4输出的微波功率相位差经过调节移相器8改变。
其中，真空系统用于提供加速管1所需要的真空。
其中，冷却系统用于冷却加速管1、磁控管4和调制器9。
其中，控制和操作平台用于控制电子辐照加速器运行。
一种电子辐照加速方法，包括步骤：
在进行使用时，将加速管1、电子枪2、微波信号源3、微波系统、真空系统、束下系统10和屏蔽迷道24安装于运输车辆22上的铅钢屏蔽体21内部，在铅钢屏蔽体21外侧安装调制器9、控制和操作平台和冷却系统；
通过控制和操作平台启动电子辐照加速器，电子辐照加速器工作过程为：微波信号源3首先输出微波信号，经过同轴线缆、微波功率分配器和移相器8进入每个四端环行器6的第四端口64，微波信号经过四端环行器6和波导5进入磁控管4，然后调制器9输出的高压脉冲功率加载到磁控管4上，磁控管4输出的微波功率经过四端环行器6的第一端口61和第二端口62进入加速管1内的微波功率耦合器15，微波功率在加速管1内建立加速电场，电子枪2发射电子，电子通过加速管入口17进入加速管1内部，且通过耦合腔12在第一端腔11和中间腔13之间传输，最终通过束流孔道16从加速管入口17一直加速到加速管出口18，从加速管出口18输出到束下系统10，工作过程中，加速管1反射的微波功率经过波导5和四端环行器6的第二端口62和第三端口63进入水负载7内被吸收，其中三段加速管1所建立的加速电场相位差是固定的，这个相位差由移相器8控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种移动式电子辐照加速器，包括电子辐照加速器、车载屏蔽系统（27）和运输车辆（22），其特征在于：运输车辆（22）上安装有车载屏蔽系统（27）和电子辐照加速器，电子辐照加速器包括加速管（1）、电子枪（2）、微波信号源（3）、微波系统、调制器（9）和束下系统（10），微波系统包括磁控管（4）、波导（5）、四端环行器（6）、水负载（7）和移相器（8），加速管（1）入口端连接有电子枪（2），其出口端连接束下系统（10），加速管（1）共分为三段，微波系统共设有多套，加速管（1）的每一段都通过波导（5）与一套微波系统中的四端环行器（6）相连，调制器（9）和微波系统中的磁控管（4）电路连接，微波信号源（3）通过同轴电缆连接微波系统中的四端环行器（6），且同轴电缆上连接有微波功率分配器和移相器（8）；
所述四端环行器（6）一端设有第一端口（61），另一端设有第二端口（62）和第四端口（64），靠近第一端口（61）的四端环行器（6）表面设有第三端口（63），第一端口（61）通过波导（5）连接磁控管（4），第二端口（62）通过波导（5）与加速管（1）上的微波功率耦合器（15）相连，第三端口（63）通过波导（5）与水负载（7）相连，第四端口（64）通过同轴电缆和移相器（8）与微波信号源（3）相连；磁控管（4）输出的微波功率从第一端口（61）进，只能从第二端口（62）出，微波功率从第二端口（62）进，只能从第三端口（63）出，微波功率从第三端口（63）进，只能从第四端口（64）出，微波功率从第四端口（64）进，只能从第一端口（61）出；磁控管（4）工作输出微波功率的相位由微波信号源（3）决定，不同磁控管（4）输出的微波功率相位差经过调节移相器（8）改变；
所述加速管（1）包括第一端腔（11）、耦合腔（12）、中间腔（13）、第二端腔（14）、微波功率耦合器（15）、束流孔道（16）、加速管入口（17）和加速管出口（18），加速管（1）内部设有三个分段,分别为中间分段、左侧分段和右侧分段，中间分段由一个中间腔（13）和其两侧的第二端腔（14）组成，左侧分段由一个中间腔（13）和其左侧第一端腔（11）及其右侧第二端腔（14）组成，右侧分段由一个中间腔（13）和其左侧第二端腔（14）及其右侧第一端腔（11）组成，各个分段的中间腔（13）和其两侧的腔体均通过束流孔道（16）相通，且各个分段的中间腔（13）左上端和右下端均设有耦合腔（12）和其两侧的腔体相连，使其相通，加速管（1）两端各设有加速管入口（17）和加速管出口（18），和加速管（1）内部两端的第一端腔（11）相通，微波功率耦合器（15）和中间腔（13）相连，所述加速管（1）采用驻波加速管。
2.根据权利要求1所述的一种移动式电子辐照加速器，其特征在于：所述车载屏蔽系统（27）包括铅钢屏蔽体（21），运输车辆（22）上固定铅钢屏蔽体（21），铅钢屏蔽体（21）包括电子辐照室（23）和屏蔽迷道（24），电子辐照室（23）和屏蔽迷道（24）内安装有物品传输链（25），电子辐照室（23）内安装有电子枪（2）、加速管（1）、微波信号源（3）、微波系统、真空系统和束下系统（10），设备室（26）内安装有调制器（9）、控制和操作平台和冷却系统。
3.根据权利要求2所述的一种移动式电子辐照加速器，其特征在于：真空系统用于提供加速管（1）所需要的真空。
4.根据权利要求3所述的一种移动式电子辐照加速器，其特征在于：冷却系统用于冷却加速管（1）、磁控管（4）和调制器（9）。
5.根据权利要求4所述的一种移动式电子辐照加速器，其特征在于：控制和操作平台用于控制电子辐照加速器运行。
6.一种电子辐照加速方法，用于权利要求5所述的一种移动式电子辐照加速器，其特征在于，包括步骤：
将加速管（1）、电子枪（2）、微波信号源（3）、微波系统、真空系统、束下系统（10）和屏蔽迷道（24）安装于运输车辆（22）上的铅钢屏蔽体（21）内部，在铅钢屏蔽体（21）外侧安装调制器（9）、控制和操作平台和冷却系统；
通过控制和操作平台启动电子辐照加速器，电子辐照加速器工作过程为：微波信号源（3）首先输出微波信号，经过同轴线缆、微波功率分配器和移相器（8）进入每个四端环行器（6）的第四端口（64），微波信号经过四端环行器（6）和波导（5）进入磁控管（4），然后调制器（9）输出的高压脉冲功率加载到磁控管（4）上，磁控管（4）输出的微波功率经过四端环行器（6）的第一端口（61）和第二端口（62）进入加速管（1）内的微波功率耦合器（15），微波功率在加速管（1）内建立加速电场，电子枪（2）发射电子，电子通过加速管入口（17）进入加速管（1）内部，且通过耦合腔（12）在第一端腔（11）和中间腔（13）之间传输，最终通过束流孔道（16）从加速管入口（17）一直加速到加速管出口（18），从加速管出口（18）输出到束下系统（10），工作过程中，加速管（1）反射的微波功率经过波导（5）和四端环行器（6）的第二端口（62）和第三端口（63）进入水负载（7）内被吸收。
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