Федеральное агентство по атомной энергии фгуп «цнииатоминформ» центр «атом-инновация» материалы инновационного форума росатома июнь, 2007 год москва партнеры форума

Вид материала

Документы

Содержание Компактный линейный ускоритель электронов для радиационных технологий

Подобный материал:

• Инструкция о порядке ведения учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных, 877.05kb.
• Федеральная целевая программа "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники", 3538.74kb.
• Федеральная целевая программа "национальная технологическая база" на 2007 2011 годы, 4200.13kb.
• Федеральная целевая программа "национальная технологическая база" на 2007 2011 годы, 4193.34kb.
• Федеральная целевая программа "национальная технологическая база" на 2007 2011 годы, 4193.39kb.
• Предварительная программа мероприятий окончательный вариант программы участники двифа-2010, 121.02kb.
• Международный конкурс «Энергия Будущего 2008» «ядерно-энергетические транспортные установки», 375.47kb.
• Первая сессия политического форума, 1317.07kb.
• Устав Международного агентства по атомной энергии, 652.86kb.
• Всероссийский Форум «Дом семьи Россия!», 25.65kb.

Компактный линейный ускоритель электронов для радиационных технологий

Алимов А.С., Ишханов Б.С., Пахомов Н.И., Шведунов В.И., ИИЯФ МГУ

Скачков В.С., ИТЭФ

Основу предлагаемого проекта составляет реализованный в прототипе на основе бипериодической ускоряющей структуры с внутренними ячейками связи ускоряющий модуль на энергию 1 МэВ, максимальный средний ток пучка 26 мА и максимальную мощность 26 кВт, работающий на частоте 2450 МГц. По требованию заказчика соотношение энергии и мощности пучка на выходе модуля могут изменяться от 0.5 до 1.5 МэВ и от 35 до 18 кВт, соответственно. При последовательном соединении идентичных ускоряющих модулей может быть построен ускоритель на энергию кратную 0.6 МэВ, возрастающую пропорционально числу модулей, с сохранением среднего тока пучка [3; 2506].

По величине энергии ускоритель относится к группе среднеэнергетичных (0.5 кэВ – 5 МэВ) промышленных ускорителей электронов. Высоковольтные ускорители в указанном диапазоне энергии широко используются в промышленности в настоящее время. Они применяются в радиационных технологиях, например, для очистки сточных вод и выбросных газов; сшивания кабельной изоляции; производства термоусаживающихся изделий, пленок, пенополиэтилена; вулканизации компонентов шин; стерилизации и пр.

Активное внедрение радиационных технологий связано с получением новых материалов с улучшенными потребительскими свойствами.

Уникальность и новизна предлагаемого в настоящем проекте ускорителя заключаются в том, что он создается как линейный ускоритель непрерывного действия с оригинальными системами инжекции и формирования электронных сгустков [1; 124] и СВЧ-питания [1; 126, 2; 118].

Коэффициент захвата непрерывного пучка электронной пушки в режим ускорения с использованием традиционных схем инжекции составляет ~50%. Нам удалось обеспечить аналогичный коэффициент захвата пучка в режим ускорения с использованием существенно упрощенной, максимально компактной и, соответственно, менее дорогостоящей, по сравнению с традиционными, системы инжекции.

1) В качестве энергии инжекции мы выбрали энергию 15 кэВ, совпадающую с напряжением питания клистрона 15 кВ, тем самым, получив возможность запитывать электронную пушку не от отдельного источника питания, а от источника питания клистрона.

2) Мы разработали электронную пушку на энергию 15 кэВ с двумя промежуточными анодами и регулировкой тока от 0 до 250 мА без существенных изменений оптических характеристик пучка.

3) Мы расположили электронную пушку непосредственно на входном фланце ускоряющей секции без пространства дрейфа и фокусирующих элементов. Эффективный захват (50%) и предварительное группирование пучка реализованы в первых ячейках ускоряющей секции [5; 2556].

4) В основу используемой системы высокочастотного питания заложен автоколебательный принцип работы клистрона и ускоряющей секции, позволяющий отказаться от задающего генератора и развязывающего циркулятора между клистроном и секцией. Система, состоящая из клистpона и ускоряющей секции, становится чрезвычайно компактной, а процедура ввода мощности и работа секции - максимально простыми и надежными [1; 125, 4; 804].

В результате проведенных работ на основе изложенных выше оригинальных принципов был создан прототип компактного промышленного линейного ускорителя электронов непрерывного действия со следующими параметрами:

• энергия пучка электронов – 1 МэВ;
  
• средний ток пучка - 0–26 мА;
  
• максимальная средняя мощность пучка – 26 кВт;
  
• длина ускорителя (без вывода энергии) – 1 м;
  
• рабочая частота – 2450 МГц;
  
• мощность, потребляемая от сети ~75 кВт;
  
• эффективность от розетки ~35%.
  

В состав ускорителя входят электронная пушка, установленная без пространства дрейфа на входном фланце ускоряющей структуры, клистрон, подводящий волновод с вакуумным портом, через который производится высоковакуумная откачка магниторазрядным насосом. Система вывода пучка включает сильфон с установленными на нем корректорами, сканирующими пучок в двух плоскостях, вакуумный клапан, вакуумный порт с сильфоном, через которые производится откачка турбомолекулярным насосом. В экспериментах для поглощения пучка мы использовали цилиндр Фарадея, рассчитанный на рассеянную мощность до 60 кВт.

Средний ток пучка 26 мА является рекордным током для СВЧ-ускорителей. Прямых аналогов данного ускорителя не существует. Несомненным достоинством предлагаемого ускорителя является возможность регулировки выходного тока от десятков микроампер до 26 мА при сохранении энергии пучка в диапазоне 100050 кэВ, что позволяет в широком диапазоне варьировать дозовые режимы в процессе промышленного облучения. Созданный ускоритель, предлагаемый нами для коммерциализации, занимает промежуточное место между ускорителями прямого действия и импульсными резонаторными ускорителями, обладая такими преимуществами, как компактность, простота эксплуатации, возможность изменения параметров в процессе работы, возможность внедрения в существующие технологические линии.

После сборки ускорителя-прототипа были проведены эксперименты по ускорению пучка с целью получения проектных значений среднего тока пучка, I_пучка=26 мА, энергии пучка, W=1 МэВ, мощности пучка, Р_пучка=26 кВт при коэффициенте захвата I_пучка/I_пушки=50%. В процессе экспериментов с ростом нагрузки током пучка энергия пучка увеличивалась и достигла максимума W=1024 кэВ при токе I_пучка=26.1 мА и мощности пучка P_пучка=26,7 кВт. Оценки потерь пучка из измеренного баланса мощности при I_пушки=52 мА, I_пучка=26.1 мА показали, что потери тока пучка составили I_потерь=25.9 мА, мощность потерь Р_потерь2 кВт, что соответствует средней энергии потерь потерь>77 кэВ.

Литература:

1. А.С.Алимов, Д.И.Ермаков, Б.С.Ишханов и др. Линейный ускоритель электронов непрерывного действия на энергию 600 кэВ (средний ток пучка 50 мА)/ПТЭ. –2002. –№5. – С. 121–128.
   
2. А.С.Алимов, Д.И.Ермаков, Б.С.Ишханов и др. Двухсекционный линейный ускоритель электронов непрерывного действия на энергию 1,2 МэВ, средний ток пучка 50 мА/ПТЭ. – 2002. – №5. – С. 114–120.
   
3. A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. Industrial High-Current Electron LINACs/Proc. 2001 Particle Accelerator Conference. – 2001. – P. 2506–2508.
   
4. A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. Industrial High-Current Electron LINACs/Proc. 2000 European Particle Accelerator Conference. – 2000. – P. 803–805.
   
5. A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. A Compact Industrial High-Current Continuous Wave Electron LINAC/Proc. 1999. Particle Accelerator Conference. – 1999. – P. 2555–2558.