CN217608030U - 用于无损检测的x波段小焦点加速器 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种用于无损检测的X波段小焦点加速器，包括：磁控管，用于产生微波；加速管，用于将电子加速，其中，加速管为X波段加速管；微波系统，连接在磁控管和加速管之间，微波系统用于将磁控管产生的微波馈入加速管；电子枪，与加速管连接，用于向加速管内发射电子束；以及电子枪电源，用于向电子枪供电；其中，加速管、微波系统、磁控管和电子枪电源沿加速器的前后方向依次设置，从而决定加速器的长度。本公开中采用X波段加速管可以更容易地实现小焦点，图像分辨率高，并且将加速器所需的加速管、微波系统、磁控管和电子枪电源依次排列以限定加速器的长度，这样可以充分利用加速器的内部空间，缩小加速器的外形尺寸。

Description

用于无损检测的X波段小焦点加速器

技术领域

本公开涉及电子直线加速器技术领域，尤其涉及一种用于无损检测的X波段小焦点加速器。

背景技术

X射线源是指产生X射线的设备，通常采用X射线管(X光机) 和电子直线加速器。由于不同X射线源的工作原理不同，一般按照以下能量区间进行划分。产生能量低于500keV的X射线(这里的能量指的是打靶前电子束能量)主要采用X射线管作为X射线源，X 射线管的焦点尺寸可达到0.5mm以下，有利于提高辐射成像的空间分辨率，但由于能量低，射线穿透力弱，只能检测薄的工件。产生能量高于1MeV的X射线主要采用电子直线加速器作为X射线源，电子直线加速器产生的X射线能量高、穿透力强，可检测大型工件。

目前大多数电子直线加速器采用S波段加速管，相关的微波器件比如磁控管、四端环流器、波导、移相器等器件技术成熟且价格合理，市场上已大面积投入使用。以现有的一种无损检测用S波段2MeV加速器为例，加速器焦点尺寸约为1.5mm～2mm，空间分辨率大约为1.5～3LP/mm，其无法满足高精度加工件的检测。并且，该加速器的重量偏重，尺寸偏大。在很多应用场景里比如工业CT、车载式安检设备上都要求加速器机头重量轻结构小，该加速器无法满足更多的市场需求。

综上所述，目前的X射线源中X射线管虽然焦点小，图像分辨率高，但能量低，而S波段加速器则焦点偏大，图像分辨率低，重量重、机头尺寸偏大，无法满足特殊领域里的无损检测需求，因此需要一种焦点小、重量轻、结构紧凑的电子直线加速装置来满足该领域的市场需求。

实用新型内容

在一个方面，本公开提供了一种用于无损检测的X波段小焦点加速器，包括：磁控管，用于产生微波；加速管，用于将电子加速，其中，所述加速管为X波段加速管；微波系统，连接在所述磁控管和所述加速管之间，所述微波系统用于将所述磁控管产生的微波馈入所述加速管；电子枪，与所述加速管连接，用于向所述加速管内发射电子束；以及电子枪电源，用于向所述电子枪供电；其中，所述加速管、所述微波系统、所述磁控管和所述电子枪电源沿加速器的前后方向依次设置，从而决定加速器的长度。

根据本公开的实施例，所述微波系统包括波导和环流器，所述波导用于传递微波功率，所述环流器用于隔离向所述磁控管反馈的微波功率。

根据本公开的实施例，所述波导包括一个充气直波导和一个充气弯波导，所述充气直波导连接在所述磁控管和所述环流器之间，所述充气弯波导连接在所述环流器与所述加速管之间。

根据本公开的实施例，所述环流器包括四端环流器，所述四端环流器沿所述加速器的前后方向设置。

根据本公开的实施例，所述加速器还包括固态开关分机，所述固态开关分机用于将输入的直流高压转换为脉冲高压，所述固态开关分机与所述磁控管连接，所述磁控管用于接收所述固态开关分机的脉冲高压以产生微波。

根据本公开的实施例，在所述加速器的安装状态下，所述固态开关分机位于所述磁控管的底部。

根据本公开的实施例，所述加速器还包括外准直器以及外准直器控制单元，在所述加速器的安装状态下，所述外准直器控制单元位于所述磁控管的底部。

根据本公开的实施例，所述加速器还包括磁脉冲变压器，所述磁脉冲变压器连接所述固态开关分机和所述磁控管，所述磁脉冲变压器、所述固态开关分机和所述外准直器控制单元沿所述加速器的左右方向依次设置，从而决定所述加速器的宽度。

根据本公开的实施例，所述加速器还包括机头机架，所述机头机架呈框形结构，所述加速管、所述微波系统、所述磁控管和所述电子枪电源均设置于所述框形结构内部且沿所述框形结构的长度方向分布，所述磁脉冲变压器、所述固态开关分机和所述外准直器控制单元均设置于所述框形结构内部且沿所述框形结构的宽度方向分布。

根据本公开的实施例，所述电子枪电源包括电子枪低压电源和电子枪高压电源。

根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其中，加速管采用X波段加速管，可以更容易地实现小焦点，使得图像分辨率高，并且由于X波段加速管的体积和重量会更小，同时，将加速管、微波系统、磁控管和电子枪电源沿加速器的前后方向紧密排列，可以使得加速器的内部结构排布更紧凑，加速器的外形尺寸更小，能够在场地受限的场景下满足大型高精密加工件的无损检测需求。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的立体结构示意图。

图2是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的另一视角的立体结构示意图，其中隐藏了外准直器控制单元。

图3是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的正视示意图。

图4是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的俯视示意图。

图5是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的后视示意图。

图6是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的左视示意图。

图7是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的右视示意图。

图8是根据本公开实施例的磁控管和微波系统的立体结构示意图。

图9是根据本公开实施例的磁控管和微波系统的正视示意图。

图中，加速器100，磁控管110，加速管120，微波系统130，环流器131，充气直波导132，充气弯波导133，水冷大负载134，小负载135，电子枪电源140，固态开关分机150，外准直器160，外准直器控制单元161，磁脉冲变压器170，机头机架180。

需要注意的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，结构或区域的尺寸可能被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本文中，除非另有特别说明，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等方向性术语用于表示基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作。需要理解的是，当被描述对象的绝对位置改变后，则它们表示的相对位置关系也可能相应地改变。因此，这些方向性术语不能理解为对本公开的限制。

本公开的实施例提供一种用于无损检测的X波段小焦点加速器，包括：磁控管，用于产生微波；加速管，用于将电子加速，其中，所述加速管为X波段加速管；微波系统，连接在所述磁控管和所述加速管之间，所述微波系统用于将所述磁控管产生的微波馈入所述加速管；电子枪，与所述加速管连接，用于向所述加速管内发射电子束；以及电子枪电源，用于向所述电子枪供电；其中，所述加速管、所述微波系统、所述磁控管和所述电子枪电源沿加速器的前后方向依次设置，从而决定加速器的长度。在本公开的实施例中，采用X波段加速管可以更容易地实现小焦点，图像分辨率高，由于X波段加速管的体积小于S波段加速管，还可以减小加速管及其周围屏蔽的体积，减轻加速器的重量，并且，将加速器所需的加速管、微波系统、磁控管和电子枪电源依次排列以限定加速器的长度，这样可以充分利用加速器的内部空间，缩小加速器的外形尺寸，由此提供一种焦点小、重量轻、结构紧凑的电子直线加速装置来满足例如以加速器为辐射源的安检及无损检测等领域的应用需求。

图1是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的立体结构示意图。图2是根据本公开实施例的用于无损检测的X 波段小焦点加速器的另一视角的立体结构示意图，其中隐藏了外准直器控制单元。图3是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的正视示意图。图4是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的俯视示意图。图5是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的后视示意图。图6是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的左视示意图。图7是根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器的右视示意图。

如图1至图7所示，根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器100，至少可以包括磁控管110、加速管120、微波系统130、电子枪以及电子枪电源140。

磁控管110作为微波源，用于接收高压脉冲以产生微波，并将微波传递至加速管120。

加速管120具有多个加速腔，当电子束经过加速腔时可以获得加速和聚焦，实现对电子加速。在本公开的实施例中，加速管120采用 X波段加速管，相较于现有的S波段加速管，X波段的微波频率更高，则在达到相同电子束能量的情况下，X波段加速管的体积更小，相应地，加速管120周围的屏蔽体积也更小，加速管120的重量也减小。并且，由于X波段加速管的加速腔的电子俘获率比S波段加速管更低，则要达到同样的电子束能量，X波段加速管需要配置更多的加速腔，电子束每经过一个腔体都能被加速，同时获得聚焦。由于X波段加速管的加速腔数量多于S波段加速管，即X波段加速管在电子聚束设计上的设计灵活度明显优于S波段加速管，相较而言更容易实现小焦点。

微波系统130连接在所述磁控管110和所述加速管120之间，所述微波系统130用于将所述磁控管110产生的微波馈入所述加速管 120，即，微波系统130用于将磁控管110产生的微波功率传递至加速管120。

电子枪与所述加速管120连接，用于向所述加速管120内发射电子束，从而利用加速管120对电子束进行加速和聚焦。

电子枪电源140与电子枪电连接，用于向所述电子枪供电。

在本公开的实施例中，所述加速管120、所述微波系统130、所述磁控管110和所述电子枪电源140沿加速器100的前后方向依次设置，从而决定加速器100的长度。需要说明的是，在本文中，加速器 100的前后方向平行于加速器100的射线出射方向，加速器100的左右方向垂直于加速器100的射线出射方向，后续不再赘述。

在本公开的实施例中，加速管120采用X波段加速管120，可以更容易地实现小焦点，图像分辨率更高，并且由于X波段加速管120 的体积小于S波段加速管，相应地加速管120及其屏蔽的体积和重量会减小，同时，将加速管120、微波系统130、磁控管110和电子枪电源140沿加速器100的前后方向紧密排列，从而决定加速器120的长度，可以使得加速器100的外形尺寸尽量小。通过上述设计，本公开实施例可以提供一种焦点尺寸不大于0.5mm、重量轻、结构紧凑、产生的电子能量超过1.95MeV的X波段电子直线加速器，能够在场地受限的场景下满足大型高精密加工件的无损检测需求。

图8是根据本公开实施例的磁控管和微波系统的立体结构示意图。图9是根据本公开实施例的磁控管和微波系统的正视示意图。

如图8和图9所示，根据本公开的实施例，所述微波系统130包括波导和环流器131，所述波导用于传递微波功率，所述环流器131 用于隔离向所述磁控管110反馈的微波功率。波导连接磁控管110和加速管120，用于将磁控管110产生的微波功率传递至加速管120。环流器131设置在磁控管110和加速管120之间，环流器131与波导连接形成微波功率传输通道，在环流器131的隔断作用下，可以避免微波功率反馈至磁控管110。

根据本公开的实施例，所述波导包括一个充气直波导132和一个充气弯波导133，所述充气直波导132连接在所述磁控管110和所述环流器131之间，所述充气弯波导133连接在所述环流器131与所述加速管120之间。在本实施例中，磁控管110作为微波功率源，可以采用X波段同轴磁控管，磁控管110产生的微波功率通过波导以及环流器131馈入加速管120。具体地，波导只用了一个充气直波导132 和充气弯波导133，充气直波导132连接磁控管110与环流器131，充气弯波导133连接环流器131与加速管120，即磁控管110、充气直波导132、环流器131和充气弯波导133沿加速器100的前后方向依次排布。由此，可以在不影响磁控管110、环流器131与加速管120 之间的微波传输的情况下，尽量减少波导所占用的空间，以利于缩减加速器100的尺寸。

根据本公开的实施例，所述环流器131包括四端环流器，所述四端环流器沿所述加速器100的前后方向设置。四端环流器在加速器 100中主要起定向传输功率和隔离保护作用，在本实施例中，磁控管 110输出的微波功率馈入四端环流器的1口并定向传输到2口加速管 120，而加速管120反射回来的微波定向传输到3口水冷大负载134 被吸收，水冷大负载134反射的微波功率将被4口的小负载135吸收， 4口再次反射的微波功率已变得很低，即使返回到1口的磁控管110，也不会影响正常工作，从而保护磁控管110。四端环流器是差相移式环流器131，由魔T、π/2差相移器和3dB窄边裂缝电桥三部分组成。本公开实施例中，由于四端环流器需要隔离向磁控管110反馈的微波功率，在保证一定隔离度的情况下尽量压缩了魔T、π/2差相移器和电桥之间的连接部分，实现了小型化四端环流器。具体而言，在保证 30dB隔离度的情况下，使得四端环流器的长度比原来压缩了约1/3，由此可以减小加速器100的整体长度，实现加速器100的小型化。

可以理解，在其他的可选实施例中，环流器131可以不局限与四端环流器，例如环流器131还可以采用三端环流器等。

根据本公开的实施例，加速器100还包括用于为波导供气的充气系统。例如，充气系统可以包括六氟化硫气瓶、流量计、管道、阀门等，充气系统可以置于加速器100内部的空隙中。

根据本公开的实施例，所述加速器100还包括调制器以及固态开关分机150，所述固态开关分机150包括八个充放电模块，所述充放电模块用于将输入的直流高压转换为脉冲高压，所述固态开关分机 150与所述磁控管110连接，所述磁控管110接收所述固态开关分机 150的脉冲高压以产生微波。

调制器(图中未示出)采用轻型固态调制器，主要提供加速器 100所需的高压电源、低压电源及时序控制。固态开关分机150设置在加速器100内，具体地，在加速器100的安装状态下，固态开关分机150位于磁控管110的底部，用于形成脉冲高压提供给磁控管110以产生微波。具体地，固态开关分机150是以MARX发生器原理为基础把直流高压转换为脉冲高压的装置，当触发信号尚未到来时直流高压以并联的方式给每一个储能电容充电，当收到触发信号后所有的储能电容瞬间以串联的形式对负载放电。

在本公开的实施例中，由于磁控管110采用的是X波段磁控管，而X波段磁控管的工作电压低于S波段磁控管的工作电压，因此可以对固态开关分机150的结构进行压缩。常用的固态开关分机150由多个充放电模块组成，本实施例中在满足X波段磁控管工作电压需求的情况下可以适当减少充放电模块的数量，相应地固态开关分机 150的外形尺寸也会减小，即减少固态开关分机150所占用的空间，使得加速器100的内部结构更紧凑。

根据本公开的实施例，所述加速器100还包括外准直器160以及外准直器控制单元161，外准直器160设置在加速器100的出射射线的一侧且位于加速器100的外部，用于对加速器100的出射射线进行准直。可以理解，设置外准直器160后相当于延长了加速器100的长度。为了避免加速器100的长度过大，将外准直器160与外准直器控制单元161分隔设置，具体将外准直器控制单元161设置在加速器 100内部且与外准直器160电连接，用于控制外准直器160调整照射野。在加速器100的安装状态下，所述外准直器控制单元161位于所述磁控管110的底部，可以尽量避免对加速器100的长度造成影响。

根据本公开的实施例，所述加速器100还包括磁脉冲变压器170，所述磁脉冲变压器170连接所述固态开关分机150和所述磁控管110，所述固态开关分机150产生的高压脉冲通过磁脉冲变压器170被变换为适宜的脉冲后被供给至作为微波源的磁控管110。磁控管110在接收到高压脉冲后输出脉冲形式的微波，该微波通过微波系统130被传递至加速管120中。由于磁脉冲变压器170和固态开关分机150的体积相对而言较大，若采用常规设计将磁脉冲变压器170和固态开关分机150沿加速器100前后方向设置，会导致加速器100的长度过大，则加速器100的外形尺寸过大。因此，在本公开实施例中，将磁脉冲变压器170和固态开关分机150沿加速器100的左右方向设置。由于加速管120及其屏蔽本身具有一定的宽度，即使将磁脉冲变压器170 和固态开关分机150并列排布，加速器100的整体宽度也不会增大过多。如图1、图2、图4和图7所示，磁脉冲变压器170、固态开关分机150和外准直器控制单元161均位于磁控管110的下方，所述磁脉冲变压器170、所述固态开关分机150和所述外准直器控制单元161 沿加速器100的左右方向依次设置，从而决定加速器100的宽度，此时加速器100内部可以正常容纳加速管120及其屏蔽，而且不会导致加速器100的长度和宽度过大。

根据本公开的实施例，所述电子枪电源140包括电子枪低压电源和电子枪高压电源。电子枪是产生电子的核心部件，与加速管120管体焊接在一起，处于真空环境中。工作时需要加热枪灯丝，枪阴极受热后发射电子形成电子云，当出束时需要将高压加到电子枪，使电子加速并注入到加速管120的第一个加速腔内。目前，为了使电子枪正常工作，常用的加速器需要配置枪高压电源、高压线、脉冲变压器以及电子枪灯丝电源，其配套部件安装位置分散，浪费加速器100内的空间。而本实施例中的加速器100把电子枪低压、高压及升压功能整合到一个电源，形成电子枪电源140，节省了很多空间，使加速器100 结构更加紧凑。同时，由于整合后的电子枪电源140的体积相对较大，为避免电子枪电源140与加速器100内的其他部件例如磁控管110、加速管120等发生干涉，本公开实施例中将电子枪电源140沿加速器 100的前后方向设置，此时电子枪电源140既不会影响其他部件的正常安装，同时也不会使得加速器100的外形尺寸过大。

根据本公开的实施例，所述加速器100还包括机头机架180，所述机头机架180呈框形结构。机头机架180形成加速器100的外廓，外准直器160设置在机头机架180的外部，加速器100包括的其他部件设置在机头机架180内。在本公开的实施例中，加速管120、微波系统130、磁控管110及电子枪电源140均设置于所述框形结构内部且沿所述框形结构的长度方向分布，即沿加速器100的前后方向依次排列，决定了机头机架180的长度；磁脉冲变压器170、固态开关分机150和外准直器控制单元161均设置于所述框形结构内部且沿所述框形结构的宽度方向分布，即沿加速器100的左右方向依次排列，决定了机头机架180的宽度，其余的部件例如充气系统等设置在机头机架180的框形结构内剩余的空间中。由此，在保证加速器100能实现小焦点的情况下，可以对机头机架180的外形尺寸包括长度和宽度进行限制，以充分利用机头机架180内的空间，并且，可以通过将例如四端环流器、固态开关分机150等部件的尺寸进行适当缩小，以改变机头机架180的外形尺寸，实现加速器100的小型化需求。

根据本公开实施例的用于无损检测的X波段小焦点加速器具有以下技术效果中的至少一个方面：

(1)加速管120采用X波段加速管120，利用X波段加速管120 可以在实现小焦点的同时减小加速管120及其屏蔽的体积和重量，从而减小加速器100的整体尺寸，实现加速器100的小型化需求。

(2)将加速管120、波导、四端环流器、磁控管110及电子枪电源140沿加速器100的前后方向依次排列，从而限定加速器100的长度，将磁脉冲变压器170、固态开关分机150和外准直器控制单元 161沿加速器100的左右方向依次排列，从而限定加速器100的宽度，加速器100包括的其他部件配置在机头机架180的空隙内，由此可以充分利用加速器100内的空间。

(3)通过对四端环流器和固态开关分机150进行小型化设计，可以缩短加速器100的长度和宽度，使得加速器100的外形尺寸更小，同时通过对电子枪电源140的高低压整合使加速器100的结构更加紧凑，以适用于某些特殊工况。

虽然根据本公开总体技术构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本公开总体技术构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，包括：

磁控管，用于产生微波；

加速管，用于将电子加速，其中，所述加速管为X波段加速管；

微波系统，连接在所述磁控管和所述加速管之间，所述微波系统用于将所述磁控管产生的微波馈入所述加速管；

电子枪，与所述加速管连接，用于向所述加速管内发射电子束；以及

电子枪电源，用于向所述电子枪供电；

其中，所述加速管、所述微波系统、所述磁控管和所述电子枪电源沿加速器的前后方向依次设置，从而决定加速器的长度。

2.根据权利要求1所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述微波系统包括波导和环流器，所述波导用于传递微波功率，所述环流器用于隔离向所述磁控管反馈的微波功率。

3.根据权利要求2所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述波导包括一个充气直波导和一个充气弯波导，所述充气直波导连接在所述磁控管和所述环流器之间，所述充气弯波导连接在所述环流器与所述加速管之间。

4.根据权利要求2所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述环流器包括四端环流器，所述四端环流器沿所述加速器的前后方向设置。

5.根据权利要求1所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述加速器还包括固态开关分机，所述固态开关分机用于将输入的直流高压转换为脉冲高压，

所述固态开关分机与所述磁控管连接，所述磁控管用于接收所述固态开关分机的脉冲高压以产生微波。

6.根据权利要求5所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，在所述加速器的安装状态下，所述固态开关分机位于所述磁控管的底部。

7.根据权利要求5所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述加速器还包括外准直器以及外准直器控制单元，在所述加速器的安装状态下，所述外准直器控制单元位于所述磁控管的底部。

8.根据权利要求7所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述加速器还包括磁脉冲变压器，所述磁脉冲变压器连接所述固态开关分机和所述磁控管，

所述磁脉冲变压器、所述固态开关分机和所述外准直器控制单元沿所述加速器的左右方向依次设置，从而决定所述加速器的宽度。

9.根据权利要求8所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述加速器还包括机头机架，所述机头机架呈框形结构，所述加速管、所述微波系统、所述磁控管和所述电子枪电源均设置于所述框形结构内部且沿所述框形结构的长度方向分布，所述磁脉冲变压器、所述固态开关分机和所述外准直器控制单元均设置于所述框形结构内部且沿所述框形结构的宽度方向分布。

10.根据权利要求1所述的用于无损检测的X波段小焦点加速器，其特征在于，所述电子枪电源包括电子枪低压电源和电子枪高压电源。

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