一个新型简易电子直线加速器的关键技术研究

论文摘要

众所周知，电子直线加速器（E-LINAC）在多种国民经济领域具有广泛的应用，但它的结构复杂、造价高昂、维护要求高，因而限制了它的推广。因此，如何使其结构简单化，维护容易，造价降低，并同时保证高的能量转换效率，这对E-LINAC的应用推广是至关重要的。 本课题拟在技术上对于一个极大程度上简化的E-LINAC方案进行试验研究，并使得新型E-LINAC（NCEL）仍然有良好的性能：即速调管阴极发射的电子在完成放大微波功率的使命后，将之加以能量和相位的筛选，然后注入到加速管中进行加速。这中新结构有可能为E-LINAC的应用开辟新的领域。为了进一步简化系统，还同时使速调管经过正反馈使之工作在自激振荡模式，并可采取措施保证其频率、功率稳定性满足加速器的要求。这种全新的E-LINAC建成后因其结构紧凑，造价低廉，维护容易，故可对E-LINAC广泛地用于科研、教学和生产起重要的推动作用 本课题研究的新型简易加速器的一个特点，是注入电子是由KS4064-5MW速调管产生，它们已经占据了较窄的相位，且能量较一般E-LINAC中使用电子枪产生的束流能量高，且流强易于大幅度调节。 要实现这样的NCEL有许多关键的问题需要解决。电子束团的性能参量，如能量、流强、发射度，以及速调管自激振荡的频率稳定度等都必须符合加速器的要求。文中对大功率速调管的用毕束流的性能进行了跟踪模拟和实测，并对大功率速调管的自激振荡做了详尽的理论分析、模拟计算和试验，这些结果都表明实现NCEL是可行的。最后，根据对速调管用毕束流性能的测量结果设计了合适的加速管和聚焦磁场，并将加速管和速调管连成了一体，这就实现了NCEL。由于NCEL对高频功率馈入系统的特殊要求我们又单独设计了特殊的移相器，试验结果表明这些器件的性能完全符合设计要求。对NCEL进行了一系列的测量试验，结果都表明该NCEL样机可很好地运行，且输出束流的性能基本符合设计要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 E-LINAC的历史
• 1.2 E-LINAC的现状和应用
• 1.3 E-LINAC的组成部件及其特点
• 1.4 本课题的意义及相关背景
• 1.5 课题的理论基础
• 1.6 选择能量与相位的输运系统
• 1.7 NCEL与传统的E-LINAC的比较
• 1.8 论文的结构
• 第二章 新型E-LINAC的注入束团
• 2.1 大功率速调管的基本工作原理及主要性能指标的描述
• 2.2 大功率速调管用毕束流性能的模拟结果
• 2.3 大功率速调管用毕束流性能的测量
• 2.4 用毕束性能的测量结果
• 2.5 小结
• 第三章 大功率速调管自激振荡
• 3.1 相关背景
• 3.2 自激振荡相关的理论研究
• 3.3 自激振荡稳定性的分析
• 3.4 自激振荡的试验结果
• 3.5 结论
• 第四章 NCEL加速管的设计研究
• 4.1 引言
• 4.2 两种类型的加速管设计
• 4.3 粒子动力学模拟结果
• 4.4 测试结果
• 4.5 结论
• 第五章 新型E-LINAC系统的设计
• 5.1 微波功率系统的设计
• 5.2 真空排气系统的设计
• 第六章 新型E-LINAC样机试验结果
• 6.1 高频试验情况
• 6.2 加速器注入束流的性能
• 6.3 电离室的设计及定标
• 6.4 束流的加速情况
• 6.5 分析铁测能谱的相关问题
• 6.6 结论
• 第七章 论文的主要工作、创新点及相关成果
• 附录Ⅰ 简易加速器调试期间剂量测量
• 附录Ⅱ 简易加速器相关图片