RU2714883C1 - Electronic accelerator braking radiation target - Google Patents

Electronic accelerator braking radiation target Download PDF

Info

Publication number
RU2714883C1
RU2714883C1 RU2019121048A RU2019121048A RU2714883C1 RU 2714883 C1 RU2714883 C1 RU 2714883C1 RU 2019121048 A RU2019121048 A RU 2019121048A RU 2019121048 A RU2019121048 A RU 2019121048A RU 2714883 C1 RU2714883 C1 RU 2714883C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
output
converter
input
housing
Prior art date
Application number
RU2019121048A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Курапов
Игорь Витальевич Шориков
Александр Валентинович Тельнов
Эдуард Александрович Шаравин
Сергей Александрович Путевской
Олег Владимирович Забелин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2019121048A priority Critical patent/RU2714883C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2714883C1 publication Critical patent/RU2714883C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H5/00—Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses
    • H05H5/02—Details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to an electronic accelerator braking radiation target. Target comprises in-series located along the radiation path, input and output collimators with through holes on the axis and a braking radiation converter arranged between them, made from material with thickness providing maximum output BR in direction of beam passage, and cooling channel. Target additionally comprises housing with inlet and outlet windows and compartment for installation of collimators, front input collimator is installed focusing system, consisting of focusing electrodes and solenoid, and cooling channel on one side adjoins BR converter and additionally installed on the side of output collimator to sealing element from low-density material on the other side. At that, cooling channel consists of two parts and in section by plane perpendicular to beam direction, represents two circular sectors with different angles, note here that part of channel with smaller at least three times angle makes inlet section while larger part represents discharge channel. Also, at least two temperature sensors are installed in contact zone of converter BR and input collimator.
EFFECT: high quality of the required braking radiation field owing to increasing field uniformity and increasing the number of quanta BR per unit surface, longer service life of the device, as well as improved operational capabilities by placing the target in a single housing with a spatial movement mechanism and fasteners.
6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для преобразования энергии пучка ускоренных электронов в энергию пучка тормозного излучения (далее ТИ) для проведения исследований свойств материалов, а также для проведения неразрушающего контроля состояния различных изделий.The invention relates to the field of accelerator technology and can be used to convert the energy of an accelerated electron beam to the energy of a beam of bremsstrahlung (hereinafter referred to as TI) for conducting studies of the properties of materials, as well as for conducting non-destructive testing of the state of various products.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкции устройства, способной обеспечивать формирование однородного равномерного поля облучения необходимого размера на расстоянии один метр от мишени с требуемым размером фокусного пятна пучка электронов на конвертере.The problem to which the invention is directed is to create a device design capable of generating a uniform uniform irradiation field of the required size at a distance of one meter from the target with the required size of the focal spot of the electron beam on the converter.

Из предшествующего уровня техники известна мишень тормозного излучения (патент RU №2310296, «Мишень импульсного ускорителя электронов», опубл. 10.11.2007 г, МПК: Н05Н 6/00, Мордасов Н.Г., Иващенко Д.М. и др.), содержащая прозрачный для ускоренного пучка электронов защитный экран, конвертер, подложку и удовлетворяет условию полного поглощения для электронов. Мишень установлена снаружи выводного окна ускорительной трубки.A bremsstrahlung target is known from the prior art (patent RU No. 2310296, “Target of a pulsed electron accelerator”, published on November 10, 2007, IPC: Н05Н 6/00, Mordasov NG, Ivashchenko DM, etc.) containing a protective shield transparent to an accelerated electron beam, a converter, a substrate, and satisfies the condition of complete absorption for electrons. The target is installed outside the output window of the accelerating tube.

Недостатком подобной мишени является то, что она не рассчитана для работы с непрерывным пучком ускоренных электронов, так как не имеет активного охлаждения и быстро разрушится под воздействием такого пучка, а также конструкция мишени не обеспечивает формирование поля ТИ с необходимыми параметрами ввиду отсутствия входного и выходного коллиматоров.The disadvantage of such a target is that it is not designed to operate with a continuous beam of accelerated electrons, since it does not have active cooling and quickly collapses under the influence of such a beam, and the target design does not provide the formation of a TI field with the necessary parameters due to the absence of input and output collimators .

Наиболее близким аналогом по технической и физической сущности выбрана мишень тормозного излучения электронного ускорителя, представленная в статье «Расчетное моделирование мишени тормозного излучения электронного ускорителя ЛУ-8-2» (авторы: Курапов Н.Н., Хромяк М.И., Тельнов А.В. и др. Расчетное моделирование мишени тормозного излучения электронного ускорителя ЛУ-8-2, Сборник докладов 13-й научно-технической конференции «Молодежь в науке», - г. Саров, ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2014, С. 235-242). Мишень тормозного излучения расположена соосно и функционально связана с выводным окном тракта транспортировки пучка ускоренных электронов. Мишень содержит расположенные последовательно по ходу излучения, входной и выходной коллиматоры с проходными отверстиями на оси и размещенный между ними конвертер ТИ, выполненный из материала с толщиной, обеспечивающей максимальный выход тормозного излучения в направлении прохождения пучка, и канал охлаждения. Канал охлаждения представлен в виде двух Г-образных каналов во входном и выходном коллиматорах расположенных на некотором небольшом удалении от зоны конвертации. В качестве материала конвертера ТИ выбран вольфрам. Входной и выходной коллиматоры выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности - меди. Входной и выходной коллиматоры выполнены с поперечными размерами достаточными для поглощения рассеянного ТИ.The closest analogue in terms of technical and physical nature was chosen as the target of bremsstrahlung of the electron accelerator, presented in the article "Calculated simulation of the target of bremsstrahlung of the electron accelerator LU-8-2" (authors: Kurapov NN, Khromyak MI, Telnov A. V. et al. Computational simulation of the bremsstrahlung target of the LU-8-2 electron accelerator, Collection of reports of the 13th scientific and technical conference “Youth in Science”, Sarov, FSUE RFNC-VNIIEF, 2014, p. 235 -242). The target of bremsstrahlung is coaxially and functionally connected to the exit window of the accelerated electron beam transport path. The target contains input and output collimators arranged in series along the radiation path with through holes on the axis and a TI converter located between them, made of a material with a thickness that ensures maximum output of bremsstrahlung in the direction of beam passage, and a cooling channel. The cooling channel is presented in the form of two L-shaped channels in the input and output collimators located at some small distance from the conversion zone. As the material of the TI converter, tungsten is selected. The input and output collimators are made of a material with a high coefficient of thermal conductivity - copper. The input and output collimators are made with transverse dimensions sufficient to absorb scattered TI.

Недостатком мишени является отсутствие прямого охлаждения конвертера в зоне конвертации, что может привести к локальному перегреву и разрушению мишени, а также недостаточная величина области с однородностью поля ТИ и количества квантов ТИ на единицу поверхности на определенном расстоянии от мишени. Диаметр области на расстоянии 1 метр от мишени с равномерностью плотности потока квантов ТИ ±10% составляет около 100 мм, что недостаточно для решаемых исследовательских и производственных задач. Также ввиду отсутствия корпуса с механизмами перемещения и элементами креплений ограничены эксплуатационные возможности устройства.The disadvantage of the target is the lack of direct cooling of the converter in the conversion zone, which can lead to local overheating and destruction of the target, as well as the insufficient size of the region with uniformity of the TI field and the number of TI quanta per unit surface at a certain distance from the target. The diameter of the region at a distance of 1 meter from the target with uniformity of the flux density of TI quanta ± 10% is about 100 mm, which is not enough for research and production tasks. Also, due to the lack of a housing with movement mechanisms and fastening elements, the device’s operational capabilities are limited.

Техническим результатом изобретения является повышение качества требуемого поля тормозного излучения за счет увеличения области с однородностью поля ТИ и увеличения количества квантов ТИ на единицу поверхности, а также увеличение срока службы устройства.The technical result of the invention is to improve the quality of the required field of bremsstrahlung by increasing the area with uniformity of the field TI and increasing the number of quanta TI per unit surface, as well as increasing the service life of the device.

Дополнительный технический результат заключается в повышении эксплуатационных возможностей за счет помещения мишени в единый корпус с механизмом пространственного перемещения и элементами креплений.An additional technical result is to increase operational capabilities by placing the target in a single housing with a spatial movement mechanism and fastening elements.

Технический результат достигается тем, что в мишени тормозного излучения электронного ускорителя, содержащем расположенные последовательно по ходу излучения, входной и выходной коллиматоры с проходными отверстиями на оси и размещенный между ними конвертер тормозного излучения, выполненный из материала с толщиной, обеспечивающей максимальный выход ТИ в направлении прохождения пучка, и канал охлаждения, новым является то, что дополнительно содержит корпус с входным и выходным окнами и отсеком для установки коллиматоров, перед входным коллиматором установлена фокусирующая система, состоящая из фокусирующих электродов и соленоида, а канал охлаждения с одной стороны прилегает к конвертеру ТИ и дополнительно установленному со стороны выходного коллиматора к уплотнительному элементу из низкоплотного материала с другой стороны, причем канал охлаждения состоит из двух частей и в сечении плоскостью, перпендикулярной направлению пучка, представляет собой два круговых сектора с различными по величине углами, причем часть канала с меньшим, по крайней мере, в три раза углом является подводящим участком, а большим - отводящим, также в зоне соприкосновения конвертера ТИ и входного коллиматора установлено, по меньшей мере, два термодатчика.The technical result is achieved by the fact that in the target of bremsstrahlung of an electron accelerator, which contains inlet and outlet collimators arranged in series along the axis of the radiation with through holes on the axis and a bremsstrahlung converter placed between them, made of a material with a thickness that ensures the maximum TI output in the direction of passage beam, and the cooling channel, new is that it additionally contains a housing with input and output windows and a compartment for installing collimators, in front of the input a focusing system consisting of focusing electrodes and a solenoid is installed by the olimator, and the cooling channel on one side is adjacent to the TI converter and additionally installed on the output collimator side to the sealing element of low-density material on the other hand, and the cooling channel consists of two parts and in plane section perpendicular to the direction of the beam, represents two circular sectors with different angles, and part of the channel with a smaller at least three times the angle i It wishes to set up a supply portion, and large - diverter, also in the contact zone of the converter input TI and collimator set of at least two thermal sensor.

Кроме этого, за выходным окном корпуса соосно пролетной оси пучка дополнительно может быть установлен выходной фильтр электронного и тормозного излучений. Выходной фильтр электронного и тормозного излучений может быть выполнен в виде конуса, основание которого пристыковано к выходному окну корпуса, а его центральная ось совмещена с осью мишени. Фокусирующая система мишени может быть установлена либо во входном окне корпуса, либо перед ним в тракте прохождения пучка ускоренных электронов. В корпусе мишени дополнительно может быть размещена радиационная защита. На корпусе мишени могут быть установлены механизмы пространственного перемещения и элементы креплений для переноски и перевозки изделия.In addition, an output filter of electronic and bremsstrahlung can additionally be installed behind the exit window of the housing coaxially with the beam axis. The output filter of electronic and bremsstrahlung can be made in the form of a cone, the base of which is docked to the output window of the housing, and its central axis is aligned with the axis of the target. The target focusing system can be installed either in the entrance window of the housing, or in front of it in the path of the beam of accelerated electrons. An additional radiation protection can be placed in the target body. On the target body, spatial movement mechanisms and fastening elements for carrying and transporting the product can be installed.

Влияние отличительных признаков патентной формулы устройства на технический результат.The influence of the distinctive features of the patent claims of the device on the technical result.

Дополнительное содержание корпуса с входным и выходным окнами и отсеком для установки коллиматоров, позволяет осуществлять центровку узлов мишени, что положительно сказывается на качестве требуемого поля ТИ, а также повышает эксплуатационные возможности устройства. Отсек для установки коллиматоров позволяет быстро заменить вышедшие из строя элементы конструкции, либо установить конвертер ТИ другой толщины.The additional content of the housing with input and output windows and a compartment for installing collimators allows centering of the target nodes, which positively affects the quality of the required TI field, and also increases the operational capabilities of the device. The collimator installation compartment allows you to quickly replace failed structural elements, or install a TI converter of a different thickness.

Установка перед входным коллиматором фокусирующей системы, состоящей из фокусирующих электродов и соленоида, позволяет собирать и сжимать пучок, обеспечивая его поперечные размеры в диаметре не более 2 мм и поставлять его на конвертер ТИ, что влияет на достижение вышеуказанного технического результата.The installation in front of the input collimator of a focusing system consisting of focusing electrodes and a solenoid allows you to collect and compress the beam, ensuring its transverse dimensions in diameter of no more than 2 mm and put it on the TI converter, which affects the achievement of the above technical result.

Канал охлаждения прилегает с одной стороны к конвертеру ТИ и дополнительно установленному со стороны выходного коллиматора к уплотнительному элементу из низкоплотного материала с другой стороны, позволяет пропустить поток охлаждающей жидкости наиболее близко к конвертеру для более эффективного охлаждения, что влияет на качество требуемого поля ТИ.The cooling channel is adjacent on one side to the TI converter and additionally installed on the output collimator side to a sealing element of low-density material on the other hand, allows the coolant flow to be passed closest to the converter for more efficient cooling, which affects the quality of the required TI field.

Выполнение канала охлаждения из двух частей и в сечении плоскостью, перпендикулярной направлению пучка, представляющей собой два круговых сектора с различными по величине углами, причем часть канала с меньшим, по крайней мере, в три раза углом является подводящим участком, а большим - отводящим, позволяет значительно увеличить скорость потока охлаждающей жидкости в зоне конвертации, что позволяет сделать теплоотвод от конвертера более эффективным и снизить «излишнюю» тепловую нагрузку на конвертер ТИ, влияющую также на качество поля ТИ.The implementation of the cooling channel in two parts and in section by a plane perpendicular to the beam direction, which is two circular sectors with different angles, and the part of the channel with at least three times smaller angle is the inlet section, and the larger one is the outlet section, which allows significantly increase the flow rate of the coolant in the conversion zone, which makes it possible to make the heat sink from the converter more efficient and reduce the “excessive” heat load on the TI converter, which also affects the quality of the TI field.

Установка в зоне соприкосновения конвертера ТИ и входного коллиматора, по меньшей мере, двух термодатчиков, обеспечивает регистрацию температуры в зоне конвертации, что позволяет контролировать тепловой режим работы мишени ТИ и при необходимости предотвратить перегрев и разрушение мишени.The installation in the contact zone of the TI converter and the input collimator of at least two temperature sensors provides temperature registration in the conversion zone, which makes it possible to control the thermal regime of the TI target and, if necessary, prevent overheating and destruction of the target.

Дополнительное размещение на выходе корпуса соосно пролетной оси пучка выходного фильтра электронного и тормозного излучений, позволяет поглощать и рассеивать часть квантов ТИ вылетающих по оси мишенного узла, тем самым лучше выравнивает дозу по поверхности на расстоянии один метр от конвертера ТИ, что также влияет на качество поля ТИ.The additional placement of an output filter of electronic and bremsstrahlung coaxially with the axis of the beam at the exit of the housing allows you to absorb and scatter part of the TI quanta emitting along the axis of the target assembly, thereby better aligning the dose over the surface at a distance of one meter from the TI converter, which also affects the quality of the field TI.

Выполнение выходного фильтра электронного и тормозного излучений в виде конуса, основание которого пристыковано к выходному окну корпуса, а его центральная ось совмещена с осью мишени, вносит небольшое рассеяние выходящего ТИ и обеспечивает создание равномерного поля облучения на расстоянии один метр от мишени ТИ.The implementation of the output filter of electronic and bremsstrahlung in the form of a cone, the base of which is docked to the exit window of the housing, and its central axis is aligned with the axis of the target, introduces a small scattering of the emerging TI and ensures the creation of a uniform radiation field at a distance of one meter from the TI target.

Размещение фокусирующей системы либо во входном окне корпуса, либо перед ним в тракте прохождения пучка, позволяет выбрать наиболее оптимальный вариант компоновки мишени для выбранного ускорителя.The placement of the focusing system either in the input window of the housing, or in front of it in the beam path, allows you to choose the most optimal target layout for the selected accelerator.

Установка на корпусе механизма пространственного перемещения и элементов креплений для переноски и перевозки изделия, позволяют без дополнительных усилий отрегулировать положение мишени в требуемой плоскости, что повышает эффективность работ, влияющих на качество поля ТИ и эксплуатационные возможности устройства.The installation on the body of the spatial movement mechanism and fastening elements for carrying and transporting the product, without any extra effort, allows you to adjust the position of the target in the desired plane, which increases the efficiency of work affecting the quality of the TI field and the operational capabilities of the device.

Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

Фиг. 1 - конструкция мишени тормозного излучения электронного ускорителя.FIG. 1 - design of the target of bremsstrahlung of an electron accelerator.

Фиг. 2 - форма канала охлаждения.FIG. 2 - shape of the cooling channel.

Фиг. 3 - спектр квантов ТИ с энергиями от 0 до 1.2 МэВ на расстоянии один метр от мишени ТИ.FIG. 3 - spectrum of TI quanta with energies from 0 to 1.2 MeV at a distance of one meter from the TI target.

Фиг. 4 - спектр квантов ТИ с энергиями от 0 до 8 МэВ на расстоянии один метр от мишени ТИ.FIG. 4 - spectrum of TI quanta with energies from 0 to 8 MeV at a distance of one meter from the TI target.

Фиг. 5 - распределение поглощенной дозы по поверхности на расстоянии один метр от мишени ТИ.FIG. 5 - distribution of the absorbed dose over the surface at a distance of one meter from the target TI.

Позициями на фиг. 1, 2 обозначены: 1 - конвертер ТИ, 2 - входной коллиматор, 3 - выходной коллиматор, 4 - радиационная защита, 5 - корпус, 6 - выходной фильтр электронного и тормозного излучений, 7 - канал охлаждения, 8 - фокусирующая система, 9 - термодатчики, 10 - входное окно корпуса, 11 - выходное окно корпуса, 12 - подводящий участок канала охлаждения, 13 - отводящий участок канала охлаждения, 14 - отсек для установки коллиматоров, 15 - уплотнительный элемент.With reference to FIG. 1, 2 are designated: 1 - TI converter, 2 - input collimator, 3 - output collimator, 4 - radiation protection, 5 - housing, 6 - output filter of electronic and bremsstrahlung, 7 - cooling channel, 8 - focusing system, 9 - temperature sensors, 10 - input window of the housing, 11 - output window of the housing, 12 - inlet section of the cooling channel, 13 - outlet section of the cooling channel, 14 - compartment for installing collimators, 15 - sealing element.

В варианте реализации мишень функционально связана с выводным окном тракта транспортировки пучка ускоренных электронов и содержит расположенные в корпусе 5 с входным 10 и выходными окнами и отсеком для установки коллиматоров 14 последовательно по ходу излучения, входной 2 и выходной 3 коллиматоры с проходными отверстиями на оси и размещенный между ними конвертер ТИ 1 и канал охлаждения 7.In an embodiment, the target is functionally connected to the exit window of the accelerated electron beam transport path and contains located in the housing 5 with input 10 and output windows and a compartment for installing collimators 14 sequentially along the radiation, input 2 and output 3 collimators with passage holes on the axis and located between them is a TI 1 converter and a cooling channel 7.

Конвертер ТИ 1 выполнен из тяжелоатомного материала с температурой плавления выше 3000°К и с толщиной, обеспечивающей максимальный выход ТИ в направлении прохождения пучка. Для возможности переустановки съемных конвертеров ТИ 1, а также в целях повышения технологичности конструкции коллиматоров 2, 3 конвертер ТИ 1 выполнен съемным и разборным и плотно зажат с помощью стягивающих шпилек (на фиг. не показаны). Конвертер ТИ 1 выполнен дискообразной формы, толщиной 1,5 мм и изготовлен из вольфрама. Выбирая материал для конвертера ТИ 1 мишенного узла, принимаем во внимание не только интенсивность ТИ, которая возрастает квадратично с увеличением заряда ядер вещества, но также доступность и дешевизну материала и его физические свойства, главным из которых является температура плавления. Большая часть энергии электронов при взаимодействии с конвертером превращается в тепло. Целесообразно из материалов с высоким Z в качестве материала конвертора выбрать вольфрам (Z=74). Температура плавления вольфрама составляет 3380°С. При определении толщины конвертера электронов в ТИ 1 учитываем два конкурирующих фактора: во-первых, чем толще мишень, тем большая доля кинетической энергии электронов преобразуется в энергию тормозного излучения; во-вторых, при увеличении толщины начинает сказываться поглощение тормозного излучения в материале мишени. Наибольшее количество квантов ТИ получается при толщинах конвертера 0,5…1,5 мм. Но максимальный пробег электронов с энергией 8 МэВ в вольфраме ~3,5 мм. Это означает, что некоторое количество электронов будет пролетать через конвертер, не передав ему всю свою энергию. Принимая во внимание как электрофизические, термодинамические, так и технологические факторы, выбираем толщину конвертера равной 1,5 мм.The TI 1 converter is made of a heavily atomic material with a melting point above 3000 ° K and with a thickness providing the maximum TI output in the direction of beam passage. To be able to reinstall removable TI 1 converters, as well as to improve the manufacturability of the design of collimators 2, 3, the TI 1 converter is made removable and collapsible and tightly clamped using tightening pins (not shown in Fig.). The TI 1 converter is made disk-shaped, 1.5 mm thick and made of tungsten. When choosing the material for the TI 1 converter of the target unit, we take into account not only the TI intensity, which increases quadratically with increasing charge of the nuclei of the substance, but also the availability and cheapness of the material and its physical properties, the main of which is the melting temperature. Most of the energy of electrons when interacting with the converter is converted into heat. It is advisable to choose tungsten (Z = 74) from materials with high Z as the material of the converter. The melting point of tungsten is 3380 ° C. When determining the thickness of the electron converter in TI 1, we take into account two competing factors: firstly, the thicker the target, the greater the fraction of the kinetic energy of the electrons is converted into energy of bremsstrahlung; secondly, with increasing thickness, the absorption of bremsstrahlung in the target material begins to affect. The greatest number of TI quanta is obtained with converter thicknesses of 0.5 ... 1.5 mm. But the maximum range of electrons with an energy of 8 MeV in tungsten is ~ 3.5 mm. This means that a certain number of electrons will fly through the converter without transferring all its energy to it. Taking into account both electrophysical, thermodynamic, and technological factors, we choose the thickness of the converter equal to 1.5 mm.

Канал охлаждения 7 заполнен охлаждающей жидкостью, в качестве которой использована дистиллированная вода и служит для отвода тепла от конвертера ТИ 1. Канал охлаждения 7 с одной стороны прилегает к конвертеру ТИ 1 и дополнительно установленному со стороны выходного коллиматора 3 к уплотнительному элементу 15 из низкоплотного материала с другой стороны. В качестве низкоплотного материала выбран алюминий. Канал охлаждения 7 состоит из двух частей и в сечении плоскостью, перпендикулярной направлению пучка, представляет собой два круговых сектора с различными по величине углами, причем часть канала с меньшим, по крайней мере, в три раза углом является подводящим участком 12, а большим - отводящим 13.The cooling channel 7 is filled with coolant, which is used as distilled water and is used to remove heat from the TI 1 converter. The cooling channel 7 is on one side adjacent to the TI 1 converter and additionally installed from the output collimator 3 to a sealing element 15 made of low-density material with the other side. As a low-density material, aluminum is selected. The cooling channel 7 consists of two parts and in a section with a plane perpendicular to the direction of the beam, represents two circular sectors with different angles, and the part of the channel with at least three times smaller angle is the inlet section 12, and the large - outlet thirteen.

В зоне соприкосновения конвертера ТИ 1 и входного коллиматора 2 установлено два термодатчика 9, при помощи которых возможно контролировать температуру в зоне конвертации электронов в ТИ. Размещение термопар осуществлено максимально близко к конвертеру ТИ 1.Two temperature sensors 9 are installed in the contact area of the TI converter 1 and the input collimator 2, with which it is possible to control the temperature in the zone of electron conversion into TI. Thermocouples are placed as close as possible to the TI 1 converter.

На корпусе 5 установлены механизм пространственного перемещения и элементы креплений для переноски и перевозки изделия (на фиг. не показаны). Вся конструкция выполнена во внешнем корпусе 5 цилиндрической формы. Механизм пространственного перемещения обеспечивает регулировку по трем плоскостям с учетом веса всего изделия. В конструкции мишени ТИ, в зонах близких к прохождению пучка электронов, использованы немагнитные материалы. Для обеспечения немагнитности конструкции материалом корпуса служит нержавеющая сталь. В корпусе 5 выполнена радиационная защита 4 из материала с плотностью выше 11 г/см3, в качестве которой использован свинец. Радиационная защита 4 выполнена литой и цилиндрической формы, с длиной 240 мм и диаметром 156 мм и служит для подавления фонового ТИ. Согласно расчетам, слоя свинца достаточно для создания требуемого размера поля облучения на исследуемом объекте и ослабления фонового излучения мишени. Центральный конус радиационной защиты 4 продолжает конический раструб выходного коллиматора 3 с максимально возможной точностью для данной конструкции и материалов.The housing 5 has a spatial movement mechanism and fastening elements for carrying and transporting the product (not shown in FIG.). The whole structure is made in an outer casing 5 of a cylindrical shape. The spatial movement mechanism provides adjustment in three planes, taking into account the weight of the entire product. Non-magnetic materials were used in the design of the TI target, in zones close to the passage of the electron beam. To ensure non-magnetic design, the material of the case is stainless steel. In the housing 5, radiation protection 4 is made of a material with a density higher than 11 g / cm 3 , which is used as lead. Radiation protection 4 is made of cast and cylindrical shape, with a length of 240 mm and a diameter of 156 mm and serves to suppress the background TI. According to the calculations, the lead layer is sufficient to create the required size of the irradiation field at the object under study and weaken the background radiation of the target. The central cone of radiation protection 4 continues the conical bell of the output collimator 3 with the greatest possible accuracy for this design and materials.

Входной 2 и выходной 3 коллиматоры выполнены цилиндрической формы, общей длиной 74 мм и диаметром 65 мм, и изготовлены из материала с коэффициентом теплопроводности не ниже 370 Вт/(м⋅°К). В качестве материала входного 2 и выходного 3 коллиматоров выбрана медь по следующим причинам: электрофизические свойства материала, обеспечивающие коллимацию пучка ТИ, обеспечение немагнитных свойств конструкции; хорошая теплопередача материала, достаточная тепловая стойкость. На оси коллиматоров 2,3 расположено проходное отверстие диаметром 2,5 мм (1 вариант) или 1,5 мм (2 вариант) для пролета электронов. Угол раствора центрального отверстия на выходе выбран равным 20°. Такой угол обеспечивает на расстоянии один метр от конвертера электронов в ТИ 1 мишенного узла область облучения диаметром 350 мм. Угол раствора центрального отверстия на входе выбран 30°.The input 2 and output 3 collimators are cylindrical in shape, with a total length of 74 mm and a diameter of 65 mm, and are made of a material with a thermal conductivity of at least 370 W / (m⋅ ° K). Copper was chosen as the material of input 2 and output 3 of collimators for the following reasons: electrophysical properties of the material, ensuring collimation of the TI beam, ensuring non-magnetic properties of the structure; good heat transfer of the material, sufficient heat resistance. On the axis of collimators 2,3 there is a passage hole with a diameter of 2.5 mm (1 option) or 1.5 mm (2 option) for the passage of electrons. The angle of the solution of the Central hole at the exit is chosen equal to 20 °. Such an angle provides an irradiation region with a diameter of 350 mm at a distance of one meter from the electron converter in TI 1 of the target assembly. The opening angle of the central hole at the inlet is 30 °.

Перед входным коллиматором 2 во входном окне корпуса 10, либо перед ним в тракте прохождения пучка установлена фокусирующая система 8, которая состоит из фокусирующих электродов и соленоида.In front of the input collimator 2 in the input window of the housing 10, or in front of it in the beam path, a focusing system 8 is installed, which consists of focusing electrodes and a solenoid.

За выходным окном корпуса 11 соосно пролетной оси пучка электронов установлен выходной фильтр электронного и тормозного излучений 6, который выполнен в виде конуса с диаметром основания 73 мм и высотой 40 мм. При этом основание конуса пристыковано к выходному окну корпуса, а его центральная ось совмещена с осью мишени. В качестве материала выбран алюминий, который достаточно эффективно поглощает электроны, прошедшие через конвертер ТИ 1, при этом длина свободного пробега для квантов ТИ со средней энергией 1.5 МэВ в алюминии составляет порядка 6 см.An output filter of electronic and bremsstrahlung 6, which is made in the form of a cone with a base diameter of 73 mm and a height of 40 mm, is installed behind the exit window of the housing 11 coaxially with the axis of passage of the electron beam. In this case, the base of the cone is docked to the output window of the housing, and its central axis is aligned with the axis of the target. The material chosen was aluminum, which absorbs electrons rather efficiently through the TI 1 converter, while the mean free path for TI quanta with an average energy of 1.5 MeV in aluminum is about 6 cm.

Устройство работает следующим образом. Пучок электронов диаметром ~3,5 мм от ускорителя (на фиг не показано) попадает в фокусирующую систему 8 мишени ТИ, в которой фокусируется до диаметра ~2 мм. Далее пучок проходит входное окно 10 корпуса 5, входное отверстие входного коллиматора 2, которое собирает и поглощает ареол пучка, и попадает на конвертер ТИ 1. В конвертере ТИ 1 происходит поглощение основной части энергии электронов и максимальное тепловыделение. Тепло, выделившееся в нем, отводится с помощью непрерывного потока дистиллированной воды, протекающего через подводящий 12 и отводящий 13 участки канала охлаждения 7 с большой скоростью. При этом с помощью термодатчиков 9 осуществляют контроль температуры в зоне конвертации. Далее, дополнительно поглощается еще некоторая часть энергии электронов, прошедших через конвертер ТИ 1, в уплотнительном элементе 15. Сформированный в конвертере ТИ 1 пучок ТИ проходит через выходной коллиматор 3 и попадает через выходное окно корпуса 11 на выходной фильтр электронного и тормозного излучений 6, который полностью поглощает электронное излучение, прошедшее через мишень ТИ, и формирует пространственное распределение поля ТИ. При этом рассеянное на большие углы ТИ, поглощается в выходном коллиматоре 3 и в радиационной защите 4.The device operates as follows. A beam of electrons with a diameter of ~ 3.5 mm from the accelerator (not shown in FIG.) Falls into the focusing system 8 of the TI target, in which it focuses to a diameter of ~ 2 mm. Next, the beam passes through the input window 10 of the housing 5, the input hole of the input collimator 2, which collects and absorbs the areola of the beam, and enters the TI 1 converter. In the TI 1 converter, the main part of the electron energy is absorbed and the maximum heat is released. The heat released in it is removed using a continuous stream of distilled water flowing through the supply 12 and the discharge 13 sections of the cooling channel 7 at high speed. In this case, using temperature sensors 9, they control the temperature in the conversion zone. Further, some of the energy of the electrons transmitted through the TI 1 converter is additionally absorbed in the sealing element 15. The TI beam formed in the TI 1 converter passes through the output collimator 3 and enters the output filter of electronic and bremsstrahlung 6 through the output window of the housing 11, which completely absorbs the electron radiation transmitted through the TI target, and forms the spatial distribution of the TI field. In this case, the TI scattered over large angles is absorbed in the output collimator 3 and in the radiation protection 4.

На предприятии разработан и создан макет устройства, на котором проведено моделирование теплового режима работы мишени ТИ электронного ускорителя. Результаты испытаний мишени ТИ приведены на фиг. 3-5. Из анализа фиг. 3 и 4 виден количественный состав ТИ образованного в мишени. Фиг. 5 показывает качество и однородность поля ТИ на расстоянии один метр от мишени. При выходном коллиматоре с углом вершины конуса 20° ТИ на одном метре от мишени образует область диаметром ~300 мм с требуемой однородностью поглощенной дозы ±10%, что существенно отличается от области, формируемой с помощью прототипа. Также увеличилось количество квантов ТИ падающих на единицу поверхности на расстоянии один метр от мишени ТИ. Таким образом, повысилось качество требуемого поля ТИ за счет увеличения однородности поля и количества квантов ТИ на единицу поверхности и увеличился срок службы устройства. Также, за счет помещения мишени в единый корпус с механизмом пространственного перемещения и элементами креплений повысились эксплуатационные возможности устройства.A mock device was developed and created at the enterprise, on which the thermal regime of the TI target of the electron accelerator was modeled. The test results of the TI target are shown in FIG. 3-5. From the analysis of FIG. Figures 3 and 4 show the quantitative composition of the TI formed in the target. FIG. 5 shows the quality and uniformity of the TI field at a distance of one meter from the target. At the output collimator with a cone apex angle of 20 °, the TI one meter from the target forms a region with a diameter of ~ 300 mm with the required uniformity of the absorbed dose of ± 10%, which differs significantly from the region formed using the prototype. The number of TI quanta incident on a surface unit at a distance of one meter from the TI target has also increased. Thus, the quality of the required TI field has improved due to an increase in the uniformity of the field and the number of TI quanta per unit surface and the device’s service life has increased. Also, by placing the target in a single building with a spatial movement mechanism and fastening elements, the device’s operational capabilities have increased.

Claims (6)

1. Мишень тормозного излучения электронного ускорителя, содержащая расположенные последовательно по ходу излучения входной и выходной коллиматоры с проходными отверстиями на оси и размещенный между ними конвертер тормозного излучения (далее ТИ), выполненный из материала с толщиной, обеспечивающей максимальный выход ТИ в направлении прохождения пучка, и канал охлаждения, отличающаяся тем, что дополнительно содержит корпус с входным и выходным окнами и отсеком для установки коллиматоров, перед входным коллиматором установлена фокусирующая система, состоящая из фокусирующих электродов и соленоида, а канал охлаждения с одной стороны прилегает к конвертеру ТИ и дополнительно установленному со стороны выходного коллиматора к уплотнительному элементу из низкоплотного материала с другой стороны, причем канал охлаждения состоит из двух частей и в сечении плоскостью, перпендикулярной направлению пучка, представляет собой два круговых сектора с различными по величине углами, причем часть канала с меньшим, по крайней мере, в три раза углом является подводящим участком, а большим - отводящим, также в зоне соприкосновения конвертера ТИ и входного коллиматора установлено, по меньшей мере, два термодатчика.1. The target of bremsstrahlung of an electron accelerator, comprising input and output collimators arranged in series along the radiation with bores on the axis and a bremsstrahlung converter (hereinafter referred to as TI) placed between them, made of a material with a thickness that provides the maximum TI output in the direction of beam passage, and a cooling channel, characterized in that it further comprises a housing with input and output windows and a compartment for installing collimators, a focuser is installed in front of the input collimator The system consists of focusing electrodes and a solenoid, and the cooling channel on one side is adjacent to the TI converter and additionally installed on the output collimator side to the sealing element of low-density material on the other hand, and the cooling channel consists of two parts and in cross section with a plane perpendicular the direction of the beam, is two circular sectors with different angles, and part of the channel with a smaller at least three times the angle is the inlet section, and the pain PWM - discharge, also in the contact area of the TI converter and the input collimator, at least two temperature sensors are installed. 2. Мишень по п. 1, отличающаяся тем, что за выходным окном корпуса соосно пролетной оси пучка дополнительно установлен выходной фильтр электронного и тормозного излучений.2. The target according to claim 1, characterized in that an output filter of electronic and bremsstrahlung is additionally installed behind the exit window of the housing coaxially with the beam axis. 3. Мишень по п. 2, отличающаяся тем, что выходной фильтр электронного и тормозного излучений выполнен в виде конуса, основание которого пристыковано к выходному окну корпуса, а его центральная ось совмещена с осью мишени.3. The target according to claim 2, characterized in that the output filter of electronic and bremsstrahlung is made in the form of a cone, the base of which is docked to the output window of the housing, and its central axis is aligned with the axis of the target. 4. Мишень по п. 1, отличающаяся тем, что фокусирующая система установлена либо во входном окне корпуса, либо перед ним в тракте прохождения пучка ускоренных электронов.4. The target under item 1, characterized in that the focusing system is installed either in the input window of the housing, or in front of it in the path of the beam of accelerated electrons. 5. Мишень по п. 1, отличающаяся тем, что в корпусе дополнительно размещена радиационная защита.5. The target under item 1, characterized in that the housing is additionally placed radiation protection. 6. Мишень по п. 1, отличающаяся тем, что на корпусе установлены механизм пространственного перемещения и элементы креплений для переноски и перевозки изделия.6. The target according to claim 1, characterized in that the body has a spatial movement mechanism and fastening elements for carrying and transporting the product.
RU2019121048A 2019-07-03 2019-07-03 Electronic accelerator braking radiation target RU2714883C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121048A RU2714883C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Electronic accelerator braking radiation target

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121048A RU2714883C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Electronic accelerator braking radiation target

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714883C1 true RU2714883C1 (en) 2020-02-20

Family

ID=69625756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019121048A RU2714883C1 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Electronic accelerator braking radiation target

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714883C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6369396B1 (en) * 1999-09-29 2002-04-09 International Business Machines Corporation Calibration target for electron beams
RU2310296C1 (en) * 2006-04-05 2007-11-10 Николай Григорьевич Мордасов Target for impulse electron accelerator
WO2017218021A1 (en) * 2016-06-17 2017-12-21 General Electric Company Target assembly and isotope production system having a grid section
CN107736082A (en) * 2015-06-30 2018-02-23 通用电气公司 Production sub-assembly and removable objective cross part for Isotope production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6369396B1 (en) * 1999-09-29 2002-04-09 International Business Machines Corporation Calibration target for electron beams
RU2310296C1 (en) * 2006-04-05 2007-11-10 Николай Григорьевич Мордасов Target for impulse electron accelerator
CN107736082A (en) * 2015-06-30 2018-02-23 通用电气公司 Production sub-assembly and removable objective cross part for Isotope production
WO2017218021A1 (en) * 2016-06-17 2017-12-21 General Electric Company Target assembly and isotope production system having a grid section

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Margarone et al. Full characterization of laser-accelerated ion beams using Faraday cup, silicon carbide, and single-crystal diamond detectors
Kekelidze et al. Status of the NICA project at JINR
Tatari et al. Design of a photoneutron source based on 10 MeV electrons of radiotherapy linac
Schweimer Fast neutron production with 54 MeV deuterons
RU2714883C1 (en) Electronic accelerator braking radiation target
Kasatov et al. Method for in situ measuring the thickness of a lithium layer
Zygmanski et al. Prototypes of self‐powered radiation detectors employing intrinsic high‐energy current
Bilki et al. Measurement of positron showers with a digital hadron calorimeter
Dauvergne et al. On the role of single particle irradiation and fast timing for efficient online-control in particle therapy
US7983396B2 (en) Thin walled tube radiator for bremsstrahlung at high electron beam intensities
Tavana et al. Ultra-high efficiency bremsstrahlung production in the interaction of direct laser-accelerated electrons with high-Z material
Andreev et al. Picosecond X-ray radiography of superdense high-temperature laser plasma
TW202304556A (en) Target material for particle beam generation apparatus
Meulders et al. Intensity measurements and shielding of a fast-neutron beam for biological and medical applications
Sadowski et al. Adaptation of selected diagnostic techniques to magnetic confinement fusion experiments
Guardo et al. Nuclear Astrophysics at ELI-NP: the ELISSA prototype tested at Laboratori Nazionali del Sud
Gordienko et al. Enhanced laser induced K X-rays generation during microchannel formation inside the object positioned in air
Coverdale et al. Dynamics of copper wire arrays at 1 MA and 20 MA generators
Alimov et al. Experimental study of ultrasmall-angle scattering of electron bremsstrahlung gamma-quanta (E e= 11.8 MeV)
Torrisi et al. Electron emission from laser irradiating target normal sheath acceleration (TNSA)
Bartels et al. Runaway electron effects
Welander et al. Measurements of hot electrons in the Extrap T1 reversed-field pinch
Yoshioka et al. Monte‐Carlo simulation of spatial distribution of characteristic x‐rays in multi‐film targets: source size of Al Kα x‐rays in W/Al film targets
Koval'chuk et al. The SNEG-13 neutron source: characteristics of the neutron and y-ray fields
Sun et al. Performance of polycapillary x‐ray lens for x‐ray sources with various spot sizes