一種蛇形軌跡多腔電子加速器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于加速器設計技術，具體涉及一種高能大功率的電子加速器，可用于食品和醫療器械輻照、輻射化工等領域。
【背景技術】
[0002]目前，用于輻照加工產業的高能大功率電子加速器主要有兩類:直線加速器和單腔加速器。直線加速器分為L波段和S波段等，單腔加速器主要是IBA公司生產的梅花瓣型電子加速器。由于受到射頻功率源和加速結構的限制，直線加速器很難將lOMeV的電子束流功率提高到50kW以上。梅花瓣型電子加速器雖然可以獲得200kW的lOMeV電子束功率，但其腔內表面的射頻損耗約為150kff，射頻功率損耗較大。此外，日本有人提出脊型加速器，但只對其進行了原理性的驗證實驗，而沒有做出工程化的產品。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于針對直線加速器輸出的電子束束流功率難以提高以及單腔加速器射頻功率損耗大的問題，提供一種具有多個諧振加速腔的電子加速器，從而降低射頻功率損耗，提高電子的傳輸效率、電子束束流功率和加速器運行的穩定可靠性。
[0004]本實用新型的技術方案如下:一種蛇形軌跡多腔電子加速器，包括電子槍、螺線管以及至少兩個并排設置在同一平面的諧振加速腔，相鄰諧振加速腔的腔體軸線之間的距離為腔體諧振波的半波長，在每個所述的諧振加速腔內設有一對不含有極頭的電極板，所述的電極板位于電子束流蛇形運動平面上，所述電子束流的運動軌跡在通過腔體軸線的平面上，在所述的電極板內部設有供電子束流穿過的束流孔道，通過在諧振加速腔內兩個電極板之間建立交變電場，使電子經過時獲得加速;在并排設置的諧振加速腔的兩側對應電極板的位置分別設有若干個偏轉磁鐵，所述偏轉磁鐵將電子束流進行180度偏轉，電子束流相鄰兩次的偏轉方向相反，形成蛇形運動軌跡。
[0005]進一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，所述的電子槍采用柵控電子槍，柵極電壓為正弦波、方波或三角波，其頻率與所述諧振加速腔的諧振頻率相同，并對波形加載直流偏壓，用于控制引出電子束團的長度與強度。
[0006]進一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，所述的一對不含有極頭的電極板為關于腔體軸線對稱的平板，平板的邊緣可為直線或曲線。
[0007]進一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，所述的諧振加速腔為柱狀腔體，腔體的橫截面為圓形、正方形或其它關于中心對稱的形狀。
[0008]進一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，不同的諧振加速腔之間的諧振頻率差小于1 %。
[0009]進一步，如上所述的蛇形軌跡多腔電子加速器，其中，還包括用于產生和維持加速器內真空的真空系統，用于產生和傳輸射頻功率的射頻系統，用于冷卻腔體和射頻源的冷卻系統，用于測量電子束運行參數的束流測量系統，用于控制加速器運行的控制系統，用于加速器支撐和定位的機械系統。
[0010]本實用新型的有益效果如下:
[0011](1)采用多個諧振加速腔后，每個腔體的長度可以降低。加速lOMeV的電子束，單個腔體的長度為4米左右;采用2個腔體，每個腔體2米左右;采用4個腔體，每個腔體則只要1米左右。腔體長度降低后，可以采用更高加工精度的機床，機械加工的形變也容易控制，總體上的加工難度降低。
[0012](2)如果保持腔體長度不變，采用多個腔體后，腔體內的射頻場幅可以降低。腔體內表面的射頻損耗功率與腔內加速電場幅值的平方成正比，即如果加速場強降低為1/2，腔體內表面的射頻損耗功率可以降低為1/4。而腔體內表面的射頻損耗功率的降低可以提高射頻功率轉換為電子束功率的效率，因為腔體輸入的射頻功率等于腔體內表面的射頻損耗功率與電子束功率的和
[0013](3)米用柵控電壓后，電子槍直接引出微脈沖電子束團。微束團的加速與偏轉過程中，電子束流包絡小，不產生電子損失，從而避免了電子損失造成的腔體發熱與形變等，使得強流電子束的加速與傳輸成為可能。
【附圖說明】
[0014]圖1為蛇形軌跡雙腔電子加速器側視剖面圖；
[0015]圖2為蛇形軌跡雙腔電子加速器俯視圖；
[0016]圖3為柵控電壓波形示意圖；
[0017]圖4為柵控電子槍結構示意圖；
[0018]圖5為現有技術的脊形加速器結構示意圖；
[0019]圖6為蛇形軌跡四腔電子加速器俯視圖；
[0020]圖7為蛇形軌跡四腔電子加速器側視剖面圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0022]本實用新型所提供的蛇形軌跡電子加速器采用多個諧振加速腔，諧振加速腔的形狀可以與現有的脊形加速器的腔體類似，如圖5所示選用柱狀腔體。不同諧振加速腔之間的諧振頻率差小于1%，相鄰腔體軸線14的距離為腔體諧振波的半波長。與現有的脊形加速器不同的是，本實用新型的電極板取消了極頭13(如圖5所示)，為關于腔體軸線14對稱的平板，平板的邊緣可為直線或曲線，例如長方形電極板、梯形電極板或邊緣為曲線的電極板，這樣可以降低腔體內表面的射頻損耗。多個諧振加速腔處于同一平面并排設置，諧振加速腔1為柱形腔，腔體的橫截面可以為圓形、正方形或其它關于中心對稱的形狀，腔內的束流運動平面上設有一對電極板2，如圖1所示。電子束流的運動方向垂直于諧振加速腔的軸線，運動軌跡在通過腔體軸線的平面上，并穿過電極板內部的束流孔道3。相鄰諧振腔之間的束流孔道一般采用圓管，180度偏轉的束流孔道一般采用小真空盒。射頻功率輸入到諧振加速腔內，在兩脊形電極板2的間隙內建立交變電場，電子經過時獲得加速。電子一次直線運動得到多次加速，加速的次數由諧振加速腔的數目決定。完成一次直線加速與傳輸后，偏轉磁鐵4將束流偏轉180度，偏轉的同時對電子束流進行橫向聚焦與消色差。偏轉磁鐵4的形狀可以與現有的脊形加速器的偏轉磁鐵相同，此為公知技術。束流的偏轉運動在同一個水平面上，但相鄰兩次的偏轉方向相反，即如果第一次順時針偏轉，第二次則逆時針偏轉，從而形成類似蛇的蜿蜓運動軌跡5。
[0023]電子槍6采用柵控電子槍，柵極電壓為正弦波、方波或三角波，其頻率與諧振加速腔的諧振頻率相同，并對波形加載直流偏壓，用于控制引出電子束團的長度與強度，正弦波偏壓如圖3所示，圖3中的陰影區域8是柵極10相對于陰極9大于零的電子引出電壓。柵極10距離陰極9很近，只需要相對陰極9加載100V左右的電壓就可以引出電子