大功率辐照加速器X射线转换靶研究

论文摘要

加速器产生的高能电子束打靶产生的X射线是辐照加工领域一种应用广泛的辐照源,但由于X射线转换效率较低,辐照功率高时靶中沉积的大量热对转换靶的设计提出了特殊的要求。本文从韧致辐射理论出发,应用蒙特卡罗方法和相关程序研究了关于加速器X射线转换靶的设计问题。论文主要包括三部分内容。第一部分介绍了辐照技术的应用背景、辐照加速器的基本特点和应用以及国内外研究现状。并论述了论文工作的相关理论基础,包括转换靶理论以及韧致辐射角分布的理论分析等。文中还对论文工作中采用的蒙特卡罗方法及程序以及ANSYS程序做了简要的介绍。第二部分研究了大功率辐照加速器的束流传输系统设计,包括总体的光路设计、四极透镜设计等。根据设计的四极透镜机械参数、电参数等,四极透镜已加工完成并安装于该加速器的束流传输系统上。第三部分着重研究了应用于大功率辐照加速器的X射线转换靶。由于电子束功率较高,转换靶内沉积能量多,对靶的冷却要求比较高。文中应用蒙特卡罗方法选择了转换靶的靶材与靶厚,并通过模拟计算确定优化了两种复合靶的结构,即分别采用1.7 mm厚的Ta靶和1.5 mm厚的W靶加上6 mm厚的3水道结构冷却并以2 mm厚的不锈钢作为基底支撑。其中以W作为主靶的转换靶已加工完成。对设计方案进行的复合靶水冷计算和热分布的验证计算确保了转换靶长时间进行辐照工作的稳定性和可靠性。通过模拟各个束团打靶产生的韧致辐射角分布,研究了转换靶的X射线平面均匀性,并初步研究了空间辐照均匀性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 X 射线相关背景
• 1.1.2 辐照加工技术应用背景
• 1.1.3 辐照用加速器背景简介
• 1.1.4 国内外辐照加速器现状
• 1.2 论文的主要内容
• 第2章 X 射线转换靶研究方法
• 2.1 转换靶理论概述
• 2.2 韧致辐射角分布
• 2.3 蒙特卡罗方法和程序简介
• 2.4 ANSYS 程序简介
• 第3章 大功率辐照加速器束流传输系统设计
• 3.1 束流传输系统简介
• 3.2 总体传输光路设计
• 3.3 四极透镜设计
• 3.3.1 四极透镜机械设计
• 3.3.2 四极透镜电参数设计
• 3.3.3 四极透镜磁场分布复验
• 3.4 传输光路复核
• 第4章 大功率辐照加速器转换靶研究
• 4.1 辐照加速器转换靶研究现状
• 4.2 复合靶结构设计
• 4.2.1 转换靶靶材与靶厚的选择
• 4.2.2 复合靶结构选择
• 4.3 复合靶水冷计算
• 4.4 复合靶热分布计算
• 4.4.1 数值分析
• 4.4.2 ANSYS 模拟计算热分布
• 4.5 复合靶辐照均匀性
• 4.5.1 辐照平面均匀性
• 4.5.2 辐照空间均匀性实例研究
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果