Устройство для облучения ускоренными электронами

 

Использование: относится к ускорительной технике, в частности к устройствам для облучения материалов через два выпускных окна прямоугольной формы с соотношением сторон более чем 10 : 1. Сущность изобретения: ускоренные электроны 2 по вакуумному электронопроводу попадают на вход импульсного коммутирующего электромагнита 3. К его обмотке подключен генератор 5 биполярных импульсов тока и генератор 6 тока развертки. Электронопровод подсоединен к вакуумной камере 7 с двумя выпускными окнами 8, 9. Выпускные окна направлены в противоположные относительно друг друга стороны. Параллельно выпускным окнам на вакуумной камере размещены два постоянных электромагнита 10, 11. Поле этих магнитов обеспечивает вход электронов в облучаемый объект под углом, близким к 90^o. Выбор выпускного окна и сканирование по его фольге осуществляет коммутирующий электромагнит. 4 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к применяемым в радиационной технологии устройствам для облучения ускоренными электронами листовых и рулонируемых материалов через два выпускных окна прямоугольной формы с соотношением сторон более чем 10:1. Больший размер выпускных окон определяется размерами обрабатываемых материалов и составляет, как правило, 1-2 м. Использование двух выпускных окон позволяет увеличить производительность радиационно-технологической установки, а также облегчает реализацию двустороннего облучения материалов. Габариты установки могут быть уменьшены путем изменения формы траекторий ускоренных электронов в вакуумной камере перед выпускными окнами посредством воздействия на них постоянным магнитным полем. Целью изобретения является уменьшение габаритов устройства для облучения ускоренными электронами и повышение коэффициента использования пучка. На фиг. 1 схематично изображено устройство для облучения ускоренными электронами; на фиг. 2 импульсы тока в обмотках коммутирующего электромагнита; на фиг.3 показано распределение индукции поперечного магнитного поля при включенных обмотках возбуждения постоянных электромагнитов в плоскости поперечного сечения устройства; на фиг.4 проекции траекторий электронов в вакуумной камере. Устройство для облучения ускоренными электронами содержит ускоритель электронов 1 (фиг.1), из которого ускоренный пучок электронов по вакуумному электронопроводу попадает на вход импульсного коммутирующего электромагнита 3, к обмотке 4 которого подключены генератор биполярных импульсов тока 5 и генератор тока развертки 6, и, далее, в вакуумную камеру 7 с двумя выпускными окнами 8, 9 на которой размещены постоянные электромагниты 10, 11. Устройство работает следующим образом. Пучок электронов 2, ускоренный ускорителем 1, направляется магнитным полем, заданным обмоткой возбуждения 4, расположенной на магнитопроводе коммутирующего электромагнита 3 и подключенной к генератору биполярных импульсов тока 5, на вход одного из отклоняющих электромагнитов 10, расположенных перед выпускным окном 8. К той же обмотке возбуждения 4 подключен генератор тока развертки 6, который осуществляет сканирование пучка, в результате чего на выпускном окне 8 формируется поле облучения необходимых размеров. После изменения полярности импульса тока в обмотке возбуждения 4 пучок электронов изменит направление движения и магнитным полем постоянного электромагнита будет направлен на выпускное окно 9. Переброс пучка электронов с окна 8 на окно 9 осуществляется генератором биполярных импульсов тока 5 поочередно с заданной частотой. Особенностью предложенного устройства как электронно-оптической системы является то, что большая часть отклонения сканируемых электронов (т.е. формирование поля облучения) происходит в краевых полях постоянных отклоняющих электромагнитов за пределами их апертуры. Из-за небольшого удаления постоянных электромагнитов друг от друга в результате суперпозиции их магнитных полей (поле в каждом из них в поперечной плоскости направлено в противоположные стороны), в плоскости симметрии устройства магнитное поле равно нулю, как показано на фиг.4, и нарастает при отходе от этой плоскости. Расчеты показали, что электронно-оптические свойства магнитного поля зависят от отношения расстояния между постоянными электромагнитами L к зазору между их полюсами S. (Величина зазора между полюсами электромагнитов зависит от ширины выпускного окна и составляет, как правило, 8-15 см). Как показало численное моделирование при уменьшении этого отношения меньше 6 (т.е. при сближении электромагнитов) из-за резкого нарастания магнитного поля по обе стороны от плоскости симметрии амплитуда сканирования уменьшается до критической величины, соизмеримой с поперечным сечением ускоренного пучка, что затрудняет получение достаточно однородного поля облучения на фольге выпускного окна; при увеличении отношения более 12 неоправданно возрастают поперечные размеры устройства для облучения. Достоинством предлагаемого устройства является то, что при сканировании пучка в суммарном поле двух электромагнитов требуется незначительное отклонение ускоренного пучка полем коммутирующего электромагнита от оси для того, чтобы он попал в то или другое выпускное окно. На фиг. 4 изображены проекции траекторий электронов полученные в результате численного моделирования в устройстве для облучения ускоренными электронами с соотношением L/S 8,4. Как видно из фиг.4 величина минимального угла отклонения (F_zmin) для формирования поля облучения длиной 1 м не превышает 2^о. Так как угол отклонения, при котором пучок попадает в выпускное окно, невелик, то амплитуда биполярных импульсов тока в обмотке возбуждения импульсного электромагнита может быть многократно уменьшена сравнительно с [3] что позволяет значительно уменьшить мощность системы питания, и обеспечить высокую крутизну фронтов прямоугольных импульсов тока в обмотках. Тем самым достигается одна из целей изобретения повышается коэффициент использования пучка, так как часть пучка, не попадающая в выпускное окно, многократно уменьшается. Коэффициент использования пучка повышается также вследствие того, что во всем диапазоне углов сканирования пучка в обоих выпускных окнах обеспечиваются близкие к нормальным углы падения электронов на плоскость фольги выпускного окна, таким образом минимизируются потери энергии ускоренного пучка в материале фольги. Из фиг. 3 видно, что при увеличении протяженности поля облучения угол минимального отклонения уменьшается, а не увеличивается, как это происходит в [3] т.е. поперечные размеры устройства для облучения ускоренными электронами не возрастают с ростом протяженности поля облучения. Кроме того, вследствие специфического распределения отклоняющего магнитного поля в результате суперпозиции полей двух электромагнитов, поперечные размеры области занятой отклоненным и развернутым пучком в вакуумной камере в предлагаемом устройстве для облучения существенно меньше, чем при формировании полей облучения, направленных навстречу же за счет совмещения функций коммутирующего и развертывающих электромагнитов в одном электромагните 3.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ УСКОРЕННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ, содержащее ускоритель электронов, коммутирующий электромагнит, обмотка возбуждения которого подключена к генератору биполярных импульсов тока, генератор тока сканирующей электромагнитной развертки, вакуумную камеру с двумя выпускными окнами прямоугольной формы с соотношением сторон более чем 10 : 1, установленными параллельно друг другу и оси симметрии устройства, два одинаковых постоянных электромагнита рамочной формы, охватывающих вакуумную камеру перед выпускными окнами, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства и повышения коэффициента использования пучка, к обмотке коммутирующего электромагнита подключен генератор тока сканирующей электромагнитной развертки, выпускные окна направлены на противоположные стороны, магнитопроводы постоянных электромагнитов параллельны плоскости симметрии устройства, причем отношение расстояния между постоянными электромагнитами к зазору между их полюсами больше 6, но меньше 12.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

TK4A - Поправки к публикациям сведений об изобретениях в бюллетенях "Изобретения (заявки и патенты)" и "Изобретения. Полезные модели"

Страница: 284

Напечатано: -

Следует читать: Адрес для переписки: 196641, Санкт-Петербург, пос. Металлострой, пром-зона “Металлострой”, дорога на Металлострой, 3, ФГУП “НИИЭФА им. Д.В.Ефремова”

Номер и год публикации бюллетеня: 4-1996

Код раздела: FG4A

Извещение опубликовано: 27.08.2004        БИ: 24/2004

---