RU2789164C1 - Источник тормозного излучения - Google Patents
Источник тормозного излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789164C1 RU2789164C1 RU2022110514A RU2022110514A RU2789164C1 RU 2789164 C1 RU2789164 C1 RU 2789164C1 RU 2022110514 A RU2022110514 A RU 2022110514A RU 2022110514 A RU2022110514 A RU 2022110514A RU 2789164 C1 RU2789164 C1 RU 2789164C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flange
- bremsstrahlung
- foils
- target
- electron
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке источников тормозного излучения на основе линейных ускорителей электронов. Технический результат - получение тормозного излучения с диаметром фокусного пятна меньшим 1 мм. Источник тормозного излучения содержит электронную пушку, ускоряющую структуру, электронопровод, к выходу которого вакуумноплотно присоединен первый фланец, который через прокладку герметично соединен со вторым фланцем. В апертуры фланцев впаяны соответственно первая и вторая круглые фольги, между которыми установлена цилиндрическая мишень диаметром меньше 1 мм, контактирующая своими торцами с обращенными друг к другу вогнутыми поверхностями вмятин в центрах первой и второй фольг. Прокладка выполнена в виде кольца с двумя поперечными диаметрально расположенными перегородками внутри, разделяющими полость, между первым и вторым фланцами на входную и выходную камеру, которые соединены хладотрубопроводами через цилиндрические каналы, выполненные в первом фланце, с системой циркуляции хладагента, контроля его температуры и давления. За вторым фланцем установлен магнит, межполюсное пространство которого расположено на оси цилиндрической мишени. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке источников тормозного излучения на основе линейных ускорителей электронов.
Известен источник тормозного излучения - линейный ускоритель электронов УЭЛР [Грызлов А.В., Ермаков А.Н., Каманин А.Н., Мельничук Г.В., Назаров B.C., Невский П.В., Сигалаев В.Н., Симонов А.С., Фрейдович И.А., Чудин В.Г., Шведунов В.И. ФГУП «НПП «ТОРИЙ» - Разработчик и изготовитель линейных ускорителей электронов для радиационных технологий и дефектоскопии. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Техническая физика и автоматизация. Выпуск 71. Труды научно-практической конференции «Радиационные технологии: достижения и перспективы развития - 2014. Ядерная медицина». 21-23 октября 2014 г. АО «НИИТФА». Москва 2015. с. 20-23. http://irbiscorp.spsl.nsc.ru/fulltext/WORKS/2014/%D0%92%D0%90%D0%9D%D0%A2-71(%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D 0%B5%20%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8).pdf], взятый за прототип, который содержит электронную пушку, ускоряющую структуру, электронопровод, к выходу которого присоединена плоская тормозная мишень, перекрывающая сфокусированный пучок электронов, система циркуляции хладоагента, контроля его температуры и давления, хладотрубопроводы.
Эффективный диаметр фокусного пятна тормозного излучения на поверхности мишени этого источника около 1 мм получен за счет фокусировки пучка электронов до размера около 1 мм.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение тормозного излучения с размером фокусного пятна меньшим 1 мм.
Предложенный источник тормозного излучения, также как в прототипе, содержит электронную пушку, ускоряющую структуру, электронопровод, тормозную мишень, систему циркуляции хладоагента, контроля его температуры и давления, хладотрубопроводы.
Согласно изобретению, к выходу электронопровода вакуумноплотно присоединен первый фланец, который через прокладку герметично соединен со вторым фланцем. В апертуры фланцев впаяны соответственно первая и вторая круглые фольги, между которыми установлена цилиндрическая мишень диаметром меньше 1 мм, контактирующая своими торцами с обращенными друг к другу вогнутыми поверхностями вмятин в центрах первой и второй фолы. Прокладка выполнена в виде кольца с двумя поперечными диаметрально расположенными перегородками внутри, разделяющими полость между первым и вторым фланцами на входную и выходную камеры, которые соединены хладотрубопроводами через цилиндрические каналы, выполненные в первом фланце, с системой циркуляции, контроля температуры и давления хладоагента ниже атмосферного в полости между фольгами. За вторым фланцем установлен магнит, межполюсное пространство которого расположено на оси цилиндрической мишени.
В качестве хладогента использован пар жидкого азота.
Первая и вторая фольга выполнены из сплава на основе бериллия.
Размер фокусного пятна тормозного излучения предложенного источника задается диаметром мишени, меньшим 1 мм, и меньше размеров фокусных пятен известных источников тормозного излучения.
На фиг.1 показана схема источника тормозного излучения.
На фиг.2 показаны радиальные распределения электронов, облучающих фольги и мишень и квантов в фокусе тормозного излучения из фольг и мишени при реализации известного и предлагаемого источников тормозного излучения.
На фиг.3 показаны зависимости ширины на половине высоты FWHMγ распределения квантов в фокусе тормозного излучения от размеров мишени при реализации известного и предлагаемого источников тормозного излучения.
На фиг.4 показаны зависимости выхода тормозного излучения от размеров мишени при реализации известного и предлагаемого источников тормозного излучения.
Источник тормозного излучения содержит электронную пушку 1 (фиг.1), ускоряющую структуру 2, электронопровод 3, к выходу 4 которого вакуумноплотно присоединен первый медный фланец 5, в апертуру которого вакуумноплотно впаяна первая круглая фольга 6 толщиной 0,1 мм, например, из алюмобериллиевого сплава, с вмятиной 7 в центре. Первый медный фланец 5 через кольцевую медную прокладку 8 герметично соединен со вторым медным фланцем 9, в апертуру которого впаяна вторая круглая фольга 10 с вмятиной 11 в центре. Вогнутости вмятин 7 и 11 первой 6 и второй 10 фольг обращены друг к другу.
Между первой 6 и второй 10 фольгами установлена цилиндрическая мишень 12 из вольфрама диаметром, например, d=0,8 мм и длиной, например, L=2 мм, контактирующая своими торцами с поверхностями вмятин 7 и 11 в центре фольг 6 и 10.
Медная прокладка 8 выполнена в виде кольца с поперечными перегородками 13 внутри, разделяющими полость между первым 5 и вторым 9 фланцами на входную камеру 14 и выходную камеру 15.
Входная 14 и выходная 15 камеры соединены через цилиндрические каналы 16, 17, 18, 19, выполненные в первом фланце 5, хладотрубопроводами 20 и 21 с системой 22 циркуляции хладоагента и контроля его температуры и давления. Система циркуляции 22 хладоагента и контроля его температуры и давления выполнена на основе известных устройств охлаждения с использованием жидкого азота [RU 2156419 С1].
Полость между первой 6 и второй 10 фольгами, входная камера 14 и выходная камера 15, каналы 16, 17, 18, 19 и хладотрубопроводы 20, 21 заполнены радиационно стойким хладоагентом, например, паром жидкого азота, при давлении в полости между фольгами ниже атмосферного, например, 0,9 атм.
За вторым фланцем 9 установлен очищающий магнит 23, медианная плоскость межполюсного пространства 24 которого совмещена с осью цилиндрической мишени 12.
В каждом импульсе электроны из пушки 1 (фиг.1) поступают в ускоряющую структуру 2, ускоряются в ней до энергии, например, Е0=18 МэВ. Сфокусированный до размера около 1 мм пучок ускоренных электронов проходит через выход 4 электронопровода 3 и облучает первую фольгу 6, цилиндрическую мишень 12, вторую фольгу 10, а также хладоагент между ними. Часть электронов пучка с высокой плотностью потока в пределах радиального отклонения, равного радиусу мишени 0,4 мм, через первую фольгу 6 попадают на мишень 12. Остальные электроны пучка с малой плотностью потока проходят через первую фольгу 6, вторую фольгу 10, хладоагент в полости между ними и выходят в атмосферу.
При взаимодействии с фольгами 6 и 10, хладоагентом в полости между ними и мишенью 12 электроны испытывают ионизационные и радиационные потери энергии и рассеяние. При этом, несмотря на относительно большую площадь облучения, выход тормозного излучения из фольг 6, 10 и хладоагента в полости между ними, небольшой вследствие их малых толщин, малых атомных номеров и малых плотностей их материалов и относительно малой плотности потока электронов за пределами области с радиусом, равным радиальному размеру мишени 12. Выход тормозного излучения из мишени 12 большой вследствие высокой плотности потока облучающих электронов вблизи оси пучка, высокого атомного номера и большой плотности материала. При этом малый радиальный размер мишени 12 обеспечивает малый размер фокусного пятна. Ионизационные потери энергии электронов в фольгах 6, 10, хладоагенте в полости между ними и мишени 12 приводят к их нагреванию. Охлаждение этих элементов для предотвращения потери их механической прочности происходит за счет передачи тепла к фланцам 5, 9 через фольги 6, 10, но, в основном, ввиду малых толщин фольг 6, 10, за счет циркуляции хладоагента от системы 22 циркуляции хладоагента и контроля его температуры и давления через хладотрубопроводы 20, 21, каналы 16, 17, 18, 19, камеры 14, 15 и полость между фольгами 6 и 10. При этом поддержание давления хладоагента ниже атмосферного системой 22 циркуляции хладоагента и контроля его температуры и давления создает сжимающее усилие между фольгами 6 и 10 для фиксации мишени 12 во вмятинах 7 и 11 фольг. Вышедшее через вторую фольгу 10 в атмосферу излучение содержит тормозное излучение из фольг 6, 10, хладоагента в полости между ними и мишени 12, а также вторичные электроны из фольг 6, 10, хладоагента в полости между ними и мишени 12. Магнитное поле очищающего магнита 23 в его межполюсном пространстве 24 выводит электроны из пучка излучения. Пучок излучения после очищающего магнита 23 - это тормозное излучение из мишени 12 с малым размером фокусного пятна на фоне малоинтенсивного тормозного излучения из фольг 6, 10 и хладоагента в полости между ними.
На фиг.2, в качестве примера, показано распределение электронов (кривая 1) в пучке с шириной на половине высоты FWHMe, равной 0,94 мм при энергии электронов в пучке Е0=18 МэВ. Такому распределению электронов при реализации источника-прототипа с плоской мишенью с поперечным размером, превышающим 3⋅FWHMe, и толщиной 1,5 мм, при которой выход тормозного излучения из мишени максимальный, соответствует распределение (кривая 2) квантов на поверхности мишени с шириной на половине высоты FWHMγ (d=10 мм, L=1,5 мм), равной 1 мм. Этому же распределению электронов при реализации предлагаемого источника тормозного излучения соответствует распределение (кривая 3) квантов тормозного излучения на поверхности второй фольги 10 с шириной на половине высоты FWHMγ (d=0,8 мм, L=2 мм), равной 0,66 мм, с мишенью 12 диаметром d=0,8 мм и длиной L=2 мм.
На фиг.3 при тех же параметрах пучка показаны зависимости FWHMγ распределений квантов в фокусе тормозного излучения от диаметра d мишени 12 и ее длины L. Здесь же приведена, соответствующая источнику-прототипу, зависимость FWHMγ распределения квантов тормозного излучения на поверхности плоской мишени с размером, превышающим 3⋅FWHMe, от его толщины (длины L). При реализации предлагаемого источника в диапазоне диаметров d мишени 12 до 1,2 мм и длин L до 3 мм FWHMγ намного меньше, чем при любых толщинах плоской мишени в источнике-прототипе.
Соотношение между выходами тормозного излучения из мишеней разного диаметра и длины при реализации предлагаемого источника и выходом при оптимальной толщине плоской мишени при реализации известного источника показано на фиг.4. В указанном выше диапазоне диаметров и длин мишени, выход тормозного излучения составляет 0,2-0,6 от максимально возможного. С учетом того, что токи пучков линейных ускорителей большие, такой выход тормозного излучения с малым размером фокусного пятна предлагаемого источника достаточен для использования в средствах неразрушающего контроля высокого разрешения.
Claims (3)
1. Источник тормозного излучения, содержащий электронную пушку, ускоряющую структуру, электронопровод, на выходе которого расположена тормозная мишень, систему циркуляции хладагента, контроля его температуры и давления, хладотрубопроводы, отличающийся тем, что к выходу электронопровода вакуумноплотно присоединен первый фланец, который через прокладку герметично соединен со вторым фланцем, в апертуры фланцев впаяны соответственно первая и вторая круглые фольги, между которыми установлена цилиндрическая мишень диаметром меньше 1 мм, контактирующая своими торцами с обращенными друг к другу вогнутыми поверхностями вмятин в центрах первой и второй фольг, при этом прокладка выполнена в виде кольца с двумя поперечными диаметрально расположенными перегородками внутри, разделяющими полость между первым и вторым фланцами на входную и выходную камеры, которые соединены хладотрубопроводами через цилиндрические каналы, выполненные в первом фланце, с системой циркуляции хладагента, контроля его температуры и давления, а за вторым фланцем установлен магнит, межполюсное пространство которого расположено на оси цилиндрической мишени.
2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хладагента использованы пары жидкого азота.
3. Источник по п. 1, отличающийся тем, что первая и вторая фольги выполнены из сплава на основе бериллия.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789164C1 true RU2789164C1 (ru) | 2023-01-30 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2156419C1 (ru) * | 1999-06-04 | 2000-09-20 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского | Автономная система азотного охлаждения для термостатирования стационарных объектов |
JP2007207706A (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | 電磁波発生装置 |
RU2468545C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Источник тормозного излучения |
RU2482641C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Источник тормозного излучения |
JP5288570B1 (ja) * | 2012-03-29 | 2013-09-11 | 克広 土橋 | 微小焦点放射線発生装置及び該微小焦点放射線発生装置に使用される放射線コリメーターと放射線ターゲット |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2156419C1 (ru) * | 1999-06-04 | 2000-09-20 | Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского | Автономная система азотного охлаждения для термостатирования стационарных объектов |
JP2007207706A (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | 電磁波発生装置 |
RU2468545C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2012-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Источник тормозного излучения |
RU2482641C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Источник тормозного излучения |
JP5288570B1 (ja) * | 2012-03-29 | 2013-09-11 | 克広 土橋 | 微小焦点放射線発生装置及び該微小焦点放射線発生装置に使用される放射線コリメーターと放射線ターゲット |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Вопросы атомной науки и техники. Серия: Техническая физика и автоматизация. Выпуск 71. Труды научно-практической конференции "Радиационные технологии: достижения и перспективы развития - 2014. Ядерная медицина", 21-23 октября 2014 г. АО "НИИТФА". Москва 2015. с. 20-23. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3239706A (en) | X-ray target | |
US6870894B2 (en) | Compact neutron generator | |
US4163901A (en) | Compact irradiation apparatus using a linear charged-particle accelerator | |
US3786258A (en) | Closed system neutron generator tube | |
US3417245A (en) | Neutron generating apparatus | |
JP2000284099A (ja) | 電子ビーム加速器を利用した産業用エックス線源及び電子線源 | |
RU2789164C1 (ru) | Источник тормозного излучения | |
GB2233536A (en) | Translating aperture electron beam current modulator | |
RU2786206C1 (ru) | Источник тормозного излучения | |
RU2789165C1 (ru) | Источник тормозного излучения | |
RU2784895C1 (ru) | Источник тормозного излучения | |
US5849252A (en) | Charged particle accelerator apparatus and electronic sterilizer apparatus using the same | |
Walker | Synchrotron radiation | |
US4090086A (en) | Method and apparatus for generating neutrons | |
Kutsaev et al. | Ir-192 radioisotope replacement with a hand-portable 1 MeV Ku-band electron linear accelerator | |
US3348089A (en) | Cyclotron accelerator having the electrostatic field appearing across a nonlinear gap | |
US3267315A (en) | X-ray source comprising plural removable modular units each having an anode targetand cathode | |
RU2731545C1 (ru) | Способ генерации рентгеновского излучения для многокадровой импульсной рентгенографии | |
KR20230133211A (ko) | 곡선 변환기를 포함하는 제동복사에 의한 방사성 동위원소 생산 시스템 | |
Silvestrov | Problems of intense secondary particle beams production | |
RU2531808C1 (ru) | Ускоритель заряженных частиц | |
Lai et al. | Characteristics of the cylindrical reflex triode driven by a four-stage linear transformer driver | |
CN108696977B (zh) | 用于产生高能量x射线辐射的x射线设备 | |
Miller | Industrial radiography and the linear accelerator | |
Boag et al. | Technical aspects of high current electron pulse generator |