CS264367B1

CS264367B1 - Betatron electromagnet connection

Info

Publication number: CS264367B1
Application number: CS874232A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Ing Pikulik
Original assignee: Pikulik Lubomir
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1987-06-09
Publication date: 1989-07-12
Also published as: CS423287A1

Abstract

obvod betatronu je tvořen elektroma^netem, který je přes první řízený spínací prvek připojen paralelně ke kondenzátoru. Ke kondenzátoru je dále přes druhý řízený spínací prvek připojena rekuperační tlumivka.the circumference of the betatron is formed by an electric motor, which is through the first driven the switching element connected in parallel to the capacitor. The capacitor is further over a second controlled switching element connected recuperation choke.

Description

Vynález se týká zapojení elektromagnetu urychlovače typu betatron, využívaného pro lékařské a průmyslové účely.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to the connection of a betatron accelerator solenoid used for medical and industrial purposes.

V betatronu bývá funkční magnetické pole vytvářeno elektromagnetem, tvořeným válcovým magnetickým jádrem, složeným z kruhových transformátorových plechů, přičemž k jádru jsou připevněny pólové nástavce. Mezi potovými nástavci je pak umístěna kruhová urychlovací komora. K vinutí elektromagnetu je připojen kondenzátor, s kterým elektro magnet tvoři paralelni nebo sériový rezonanční obvod. Ten je zpravidla napájený napětím o sítové frekvenci 50 Hz.In betatron, the functional magnetic field is generated by an electromagnet consisting of a cylindrical magnetic core composed of circular transformer plates, with pole pieces attached to the core. A circular acceleration chamber is then placed between the sweat extensions. A capacitor is connected to the solenoid winding with which the solenoid forms a parallel or series resonant circuit. It is usually supplied with a voltage of 50 Hz.

V elektromagnetu dochází k velkým tepelným ztrátám. Vzniklé teplo se odvádí systémem chlazeni, avšak kompaktnost konstrukce vedená snahou po malých rozměrech betatronu velmi ztěžuje odvod tepla^ zejména z prostoru pólových nástavců a středu jádra elektromagnetu. Zde teplota dosahuje vysokých hodnot, což snižuje životnost betatronu a nepřímo muže vést k výraznému prodlouženi celkové doby expozice. Tento nedostatek se výrazně projevuje zvláště u průmyslových betatronu, kde se pracuje zpravidla s dlouhými expozičními dobami.There is a large heat loss in the electromagnet. The heat generated is dissipated by a cooling system, but the compactness of the structure, due to the small size of the betatron, makes it very difficult to dissipate heat, especially from the pole pieces and the center of the electromagnet core. Here the temperature reaches high values, which reduces the life of betatron and indirectly can lead to a significant prolongation of the total exposure time. This deficiency is particularly pronounced especially in industrial betatron, where working is usually with long exposure times.

U stávajících betatronů vzniká potřeba zlepšeni ekonomiky provozu zkrácením expoziční doby. K tomu vede zejména zvýšeni expoziční rychlosti zářeni. Její zvýšení klasickými způsoby, tj. zvětšováním rozměrů urychlovací komory, zvyšováním energie vstřiku elektronů a nebo zvyšováním opakovači frekvence funkčního cyklu betatronů, které vede ke zvýšeni střední hodnoty expoziční rychlosti zářeni, je obtížné a naráží na řadu technických problémů. Zvýšení opakovači frekvence funkčního cyklu betatronů prostým zvýřovan/ťn frekvence napájecího proudu elektromagnetu je obtížné zejména vzhledem ke vzrůstu tepelných ztrát v tomto obvodu.For existing betatrons, there is a need to improve the operating economy by reducing exposure time. In particular, this results in an increase in the exposure rate of radiation. Increasing it by conventional means, ie increasing the dimensions of the acceleration chamber, increasing the electron injection energy, or increasing the repetition rate of the betatron functional cycle, which leads to an increase in the mean exposure rate of radiation, is difficult and encounters a number of technical problems. Increasing the repetition rate of the betatron function cycle by simply increasing the frequency of the solenoid supply current is difficult especially due to the increase in heat loss in this circuit.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení elektromagnetu betatronů podle vynálezu, kde paralelně ke kondenzátoru je jednak přes první řízený spínací prvek připojen elektromagnet a jednak přes druhý řízený spínací prvek je připojena rekuperační tlumivka.The aforementioned drawbacks are eliminated by the wiring of a betatron solenoid according to the invention, where a solenoid is connected in parallel to the capacitor on the one hand through a first controlled switching element and on the other hand by means of a second controlled switching element via a recuperation choke.

Výhodou zapojení podle vynálezu je výrazné sníženi tepelných ztrát v elektromagnetu, ve zvláštním případě až na polovinu původní hodnoty. Další výhodou je možnost až 80% zvýšeni expoziční rychlosti zářeni, přičemž tepelné ztráty nedosáhnou původní hodnoty.The advantage of the circuitry according to the invention is to significantly reduce the heat loss in the electromagnet, in particular to half the original value. Another advantage is the possibility of up to 80% increase in the exposure rate of radiation, while heat losses do not reach the original value.

Na připojeném výkresu je na obr. 1 uvedeno principielní zapojeni napájecího obvodu betatronů podle vynálezu a na obr. 2 jsou znázorněny průběhy proudů tekoucích jednotlivými větvemi obvodu.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows the principle circuit of the betatron power supply circuit according to the invention, and FIG. 2 shows the currents flowing through the individual branches of the circuit.

Obvod betatronů je tvořen elektromagnetem J, který je přes první řízený spínací prvek 4 připojen paralelně ke kondenzátoru 2. Ke kondenzátoru 2 je dále přes druhý řízený spínací prvek 5 připojena rekuperační‘tlumivka 3.The betatron circuit is formed by an electromagnet J, which is connected via a first controlled switching element 4 in parallel to the capacitor 2. A regenerative choke 3 is connected to the capacitor 2 via a second controlled switching element 5.

Perioda T. opakovači frekvence funkčního cyklu beta* tronu je.dána součtem první půlperiody napájecího proudu I_fJ, protékajícího elektromagnetem 1 betatronů a druhé půlperiody T? proudu I_L, protékajícího rekuperační ·> z* r~r >O,tlumivkou 3. Časový interval Tj přitom představuje funkční cyklus betatronu.The period T. of the repetition rate of the beta * tron function cycle is given by the sum of the first half-period of the supply current I _fJ , flowing through the betatron solenoid 1 and the second half-period T? the current I _L flowing through the regenerative ·> z * r ~ r> O, choke the third time interval Tj constitutes the functional cycle of the betatron.

Z periody je funkční pouze časový interval .Only the time interval is functional from the period.

V původních zapojeních, kdy opakovači frekvence funkčního cyklu betatronu je shodná s frekvencí napájecí sítě, se zbývající část periody T pouze podílí na tepelných ztrátách v elektromagnetu ϊ· V řešeni podle vynálezu tepelné ztráty v průběhu druhé půlperiody T? nevznikají v elektromagnetu 1, nýbrž v rekuperační tlumivce 3. Současně je účelné tuto druhou půlperiodu udělat menší vzhledem k první půlperiodě T^, čímž se dosáhne vyšší opakovači frekvence funkčního cyklu betatronu.In the original circuit, where the repetition rate of the betatron function cycle coincides with the frequency of the mains, the remainder of period T only contributes to the heat loss in the electromagnet romagnet · In the solution according to the invention, the heat loss during the second half period T? At the same time, it is expedient to make this second half-period smaller with respect to the first half-period T 1, whereby a higher repetition rate of the betatron functional cycle is achieved.

Za předpokladu nabitého kondenzátoru 2, rozpojeného druhého řízeného spínacího prvku 5 a sepnutého prvního řízeného spínacího prvku 4, prochází kóndenzátorem 2 a elektromagnetem 1 po dobu první půlperiody napájecí proud I,Assuming the charged capacitor 2, the second controlled switching element 5 is disconnected and the first controlled switching element 4 is switched on, the supply current I passes through the capacitor 2 and the electromagnet 1 for the first half period.

V okamžiku, kdy proud I„ klesne na nulu a na kondenzátoru 2 je plné napětí opačné polarity, uzavře se první řízený spínací prvek 4 a spíná druhý řízený spínací prvek 5. Nyní kondenzátorem 2 a rekuperační tlumivkou 3 prochází po dobu druhé půlperiody T? proud V okamžiku, kdy proud I_L klesne na nulu, rozpíná druhý řízený spínací prvek 5 a otevírá se první řízený spínací prvek 4. V tomto okamžiku je na kondenzátoru 2 plné napětí původní polarity a celý cyklus se opakuje. V časovém intervalu periody Tje nutné dodávat do obvodu energii pro kryti elektrických ztrát.When the current I 'drops to zero and the capacitor 2 is full of the opposite polarity voltage, the first controlled switching element 4 closes and the second controlled switching element 5 is closed. current When the current I _L falls to zero, the second expanding-driven switching element 5, and opens the first controlled switching element 4. At this point, the capacitor 2 to the original full voltage polarity and the cycle repeats. In the time interval T it is necessary to supply power to the circuit to cover the electrical losses.

Za obecného předpokladu, když opakovači frekvence funkčního cyklu betatronu je vyšší než kmitočet sítě, musí být obvod betatronu napájen ze zvláštního, například stejnosměrného zdroje, přes řízený spínací prvek. Ve zvláštním případě, kdy se jedná o sníženi tepelnýchIn general, if the repetition rate of the betatron function cycle is higher than the grid frequency, the betatron circuit must be fed from a separate, for example DC source, via a controlled switching element. In a special case, when it comes to reducing heat

264 36?264 36?

ztrát v elektromagnetu 1, to znamená, že opakovači * frekvence funkčního cyklu betatronu se rovná sítovému kmitočtu, může být obvod napájen přímo ze sítě. Zvýšeni střední hodnoty expoziční rychlosti zářeni je určeno poměrem T^/T^. Teoreticky se může bližit dvojnásobku původní hodnoty.of the losses in the solenoid 1, i.e. the repetition frequency of the betatron function cycle is equal to the mains frequency, the circuit can be fed directly from the mains. The increase in the mean exposure rate of radiation is determined by the ratio T ^ / T ^. In theory, it can approach twice the original value.

Claims

Connection of a betatron solenoid with a capacitor, characterized in that an electromagnet (1) is connected in parallel to the capacitor (2) via a first controlled switching element (4) and a regenerative reactor (3) is connected via a second controlled switching element (5).