应用型电子直线加速器用C波段大功率速调管物理设计

为满足C波段直线加速器功率源要求,本文设计了一支C波段大功率速调管。该速调管主要由电子光学系统、注-波互作用段及收集极构成,利用EGUN程序及一维、二维大信号计算程序等对各部分开展迭代优化后,对整管进行模拟仿真计算,最终完成了一支工作频率为5712 MHz、由6个谐振腔组成的大功率速调管物理设计。仿真结果表明,在工作电压120 kV、工作电流83.3 A条件下,输入功率为100 W时,该速调管得到了4.65 MW稳定输出功率,效率达到46.5%,增益达到46.7 dB。

X波段6 MeV驻波电子直线加速管设计与研制

介绍了以2.2 MW多注速调管作为功率源设计的X波段驻波轴耦合加速管,工作频率为9.3 GHz,工作模式π/2。借助CST优化加速管微波加速结构,实现靶区俘获能量最高6.3 MeV,粒子俘获效率为40.3%,束流流强为120 mA,管芯总长为335 mm(包含电子枪及转换靶),相比现有以1.5 MW磁控管驱动的近700 mm长X波段加速管,总长缩短52%。基于本设计完成腔体加工并进行了腔链调谐,加速管冷测参数与设计参数吻合。

基于多注速调管的S波段9MeV能量可调加速管设计与研制

设计了一种S波段9 MeV驻波电子直线加速管。工作频率为2998 MHz,管长为780 mm。其使用3.1 MW多注速调管作为微波功率源,最大工作比可达到2‰,同时通过调节加速管输入功率及电子枪高压,可实现打靶电子束能量连续可调,可应用于无损检测领域,为工业探伤提供合适的能量、提高探伤效率。本文以工业领域常用的9 MeV/6 MeV能挡为例进行仿真设计及束流测试。

反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管的设计与研制

设计并制备了一支可作为医疗加速器系统中功率源的反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管。介绍了速调管的整体设计细节及仿真过程,对电子光学及磁聚焦系统、高功率输能系统、高频互作用系统等主要部分的设计进行了论述,同时给出了样管的测试数据,在S波段加速器工作频率上获得了大于3 MW的峰值输出功率。

C波段10 MeV驻波电子直线加速管的优化仿真

为提高加速器整机小型化程度,本文对已有C波段10 MeV加速管进行了模拟优化设计。通过光速段腔体腔型优化设计提高单腔有效分流阻抗,实现加速效率提升,使腔链总长缩短;通过优化聚束段使腔链整体性能满足设计要求。优化后加速管腔链总长由原来的652降至492 mm,并且能量、剂量率、脉宽等参数满足设计要求,后续将对优化后的加速管进行工艺和热测验证。

大功率固态脉冲调制器技术分析

介绍了目前国际高能粒子加速器领域中大功率固态高压脉冲调制器的发展状况,讨论了串联开关型和感应叠加型两种技术路线的特点,后者因输入电压低、变压器采用同轴结构等原因有一定的优越性。建立了单元电路的简化模型,仿真显示减少单元电路漏感是实现快速脉冲的关键。该路线涉及大功率IGBT快速驱动技术、同轴磁芯设计等其它关键技术。最后给出了一台34 MW速调管的调制器设计方案和单元电路输出波形。

180kW全固态高压脉冲调制器的设计

为克服以真空电子管作为脉冲开关的传统调制器的缺点,介绍了一种以半导体器件作为脉冲开关的全固态高压脉冲调制器的设计工作。该调制器用于取代传统调制器来驱动速调管,输出脉冲功率180 kW(15 kV,12A)。分析了它的串联开关拓扑结构后讨论了开关器件的工艺和参数选择、均压网络对系统暂态和稳态能量的控制I、GBT驱动电路高压隔离与精确同步的解决方案以及系统控制策略的实现等关键技术。还开展了模拟打火条件下的快速过流保护试验并给出了试验波形。利用SABER软件对调制器电路的仿真和与实际测试波形的对比结果证明:这种固态调制器能够可靠工作。

正弦波速调管聚束理论在ns-200加速器上的应用

阐述了正弦波速调管聚束理论及具体实现方法,给出了相应的计算公式。结合ns 200加速器的结构特点,运用该法确定了聚束装置的主要参数:聚束筒长度、等效漂移长度、聚束电压等,为ns 200加速器设计了聚束装置。将该装置安装于加速器,通过调试,获得了半宽为3.5ns的聚束脉冲,实现了纳秒脉冲运行方式。

大功率微波真空电子器件的应用

大功率微波真空电子器件具有工作频率高、峰值和平均功率大等特点,已广泛应用于微波电子系统,在科学研究和国民经济方面的应用越来越广泛。在科学研究方面,它主要应用在高能粒子加速器和可控热核聚变加热装置等大型科学装置上,主要包括高峰值功率速调管、连续波和长脉冲高功率速调管和高功率回旋管等器件。在国民经济方面,则主要应用于天气雷达、导航雷达、医用和工业辐照加速器、电视广播和通信等微波电子系统,主要包括大功率脉冲和连续波速调管、分布作用速调管、行波管、磁控管和感应输出管等。为此,介绍了这些微波真空电子器件的技术现状、共性技术问题和发展趋势。

大功率速调管的技术现状和研究进展

本文介绍了大功率速调管的技术现状、发展动态和应用情况,介绍了我国在该领域开展的主要研究工作和取得的主要研究进展,并对速调管技术的发展进行了展望。

国产45MW速调管实验研究

对45 MW实验速调管的电子枪、谐振腔和聚焦磁场结构设计进行了优化研究与测试分析,并对实验管进行了高功率测试分析,以检验设计方案的可行性与合理性。在300 kV高压下,输出脉冲功率达45 MW,其重复频率12.5 Hz,脉宽为2μs,效率约42%,增益约49 dB。速调管电子枪导流系数约为2.05μp,与电子枪的理论设计基本吻合。从输出功率与电压的关系来看,速调管谐振腔与聚焦磁场的设计与优化可满足国产45 MW速调管的需要。

120 MW束流功率速调管电子枪设计

速调管电子枪是速调管重要部件之一,它为速调管高频腔提供直流电子注。对国产50MW速调管电子枪束流光学系统进行了模拟分析,并对电子枪陶瓷筒进行了重新设计和优化。为了在国产30MW速调管的基础上设计50MW速调管,采用进口钡钨电子枪阴极来减小蒸发和抑制打火,将电子注电压提高到320kV,电流和导流系数分别为346A和1.91μp,以满足速调管功率提高的需要。设计出低电场强度(22.1kV/mm)电子枪新结构,即在不影响电子枪内部束流稳定的前提下,将陶瓷筒设计成靠近阴极端半径较大而远离阴极端半径较小的形状,以避免高功率运行致使陶瓷筒的损坏。

食品辐照加速器用脉冲源的设计

介绍了所设计的一种食品辐照加速器用5.5MW脉冲源,它采用放大链形式,末级为速调管放大器,使用典型的线型调制器;阐述了工程应用中脉冲源各主要电路参数的计算和选择,详细说明了其中关键器件闸流管的应用;最后给出了样机的测试波形。结果证明,该体制的脉冲源可安全可靠地应用于民用加速器中。

微波技术在医用电子直线加速器加速管中的应用

目的:了解和掌握微波技术在医用电子加速器加速管中的应用。方法:介绍医用电子加速器、行波加速管和驻波加速管的原理及构成,并对两种加速管的结构、稳定系统及传输系统等进行比较。结果:驻波加速管具有较高的效率,加速管与电子枪较短,结构紧凑,但对脉冲调制器、自动稳频、偏转系统及微波传输系统均具有较高要求,而行波加速管虽然效率较低,但能谱好,能量调节较容易。结论:目前两种加速管均在电子直线加速器上得到应用,了解微波技术在医用电子加速器中的应用,更易于掌握医用电子加速器。

西门子加速器加速管真空问题判别及加速管更换

介绍了经实践和理论分析,采取先易后难的原则,得出了一套正确判断和排除加速器加速管真空故障流程的经验。并总结了更换加速管的步骤。

散裂中子源的高频系统和高功率微波器件

散裂中子源是利用高能质子束产生中子束的大科学装置。它在核物理研究、生产同位素和处理核燃料等方面有广泛应用。高功率微波器件是驱动散裂中子源的质子直线加速器的核心电子器件。本文介绍了美国、英国和日本已建成的散裂中子源的高频系统和采用的P波段高功率速调管,介绍了正在建设的中国散裂中子源CSNS和欧洲散裂中子源ESS的高频系统和采用的高功率微波器件。论文还讨论了P波段多注速调管和多注感应输出管的主要特点,以及采用这些新型高功率微波器件替代P波段大功率速调管的可能性。

正弦波速调管聚束理论及其应用

以正弦波速调管聚束理论为基础,详尽阐述了速调管聚束的具体实现方法,给出了相应的计算公式。实际应用该法,为NS-200加速器设计了聚束装置。

Siemens Primus型直线加速器速调管的维护与使用

对Siemens Primus型医用电子直线加速器速调管的维护方法及使用注意事项做出分析,对提高设备的使用率,故障原因判断及提高维修速度有积极作用,并且电子直线加速器中的速调管是相当昂贵的和重要的部件,因此在直线加速器使用中对其特别注意保养和维护是必要的。

直线加速器十年故障分析总结

目的分析和总直线加速器十多年来的故障。方法根据十多年来的故障维修记录 ,统计和分析直线加速器各阶故障率及故障特点。结果直线加速器使用早期由于机器不稳定故障率比较高 ,使用中期及其比较稳定 ,故障率比较低 ,使用后期由于零部件老化 ,故障率比较高。

西门子加速器加速管真空问题判别及加速管更换

介绍了经过实践和理论分析,采取先易后难的原则,得出了一套正确判断和排除加速器加速管真空故障流程的经验。并总结了更换加速管的步骤。