ELV-8型加速管电子光学性能研究

时间：2025-04-22

ELV-8型加速器的加速管分为变梯度加速管段和等梯度加速管段两部分。阴极为六硼化镧平面阴极。电子束的聚焦采用变梯度场聚焦,使电子束成为层流束。电子枪的平面电极使得阴极发射面前的电场均匀,从而使得加速管的电子光学系统对初始条件不过于敏感,这便于电子枪的替换。

　第13卷　第4期

　2001年7月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS.13,No.4　Vol.,2001　Jul文章编号:100124322(2001)0420513204

ELV-8型加速管电子光学性能研究

陈思富1,　殷学军2,　刘振灏2,　张仲发2,　郑　威2,　徐宗宝2

(1.中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900;

2.中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000)①

　　摘　要:　ELV28型加速器的加速管分为变梯度加速管段和等梯度加速管段两部分。阴

极为六硼化镧平面阴极。电子束的聚焦采用变梯度场聚焦,使电子束成为层流束。电子枪的平

面电极使得阴极发射面前的电场均匀,从而使得加速管的电子光学系统对初始条件不过于敏

感,而便于电子枪的替换。

　　关键词:　ELV28型加速管;六硼化镧阴极;变梯度加速管

　　中图分类号:O463.1　　　　文献标识码:A

　　ELV型加速器是由苏联科学院核物理研究所研究并投入批量生产的一种直流高压型大功率加速器[1]。该类型加速器的高压系统是一个谐振式整流变压器,加速电子所需的高压电场是经次级的感应耦合后,再经倍压整流而产生的。到目前为止,该研究所已研制了从ELV2mini到ELV28等几种不同的型号。由于该类型加速器具有效率高造价低结构紧凑等优点,因此倍受我国用户青睐。在我国辐射加工行业中,目前已进口11台ELV28型加速器,这也是目前我国从国外引进最多的一种加速器。　　在ELV28型加速器的电子光学系统中,电子发射系统采用的是六硼化镧平面阴极,而加速器没有专用的预聚焦系统,电子束的聚焦是靠加速管前面部分的非均匀场来实现的,这与其它辐照加速器不一样[2]。本文研究了ELV28型加速管在正常的工作状态下运行时(2.2～1.0MeV,25mA或1.0～016MeV,15mA)的电子光学性能。

1　加速管的结构

　　ELV28型加速器的加速管电极为平面电极,电子枪为平面阴极结构,它们的结构如图1所示。有关尺寸为:加速管第二电极内径<20,其余电极内径<100,电极厚度1mm,电极间距20mm。六硼化镧圆片<10,紧靠阴极的平面电极(阴极外套)外径<30

。

Fig.1　Schematicstructuresoftheelectrongun(a)andtheacceleratingtube(b)

图1　电子枪(a)和加速管(b)结构示意图

　　加速管的前11个分压电阻阻值是不一样的,这段加速管构成了变梯度加速管段;其余的分压电阻阻值都一样,这段加速管构成了等梯度加速管段。另外,电阻分压器上还串接了一个阻值为0.1M8的

①收稿日期:2000211224;　修订日期:2000204211

基金项目:中国科学院近代物理研究所专项基金资助课题作者简介:陈思富(19712),男,在站博士后,从事加速器物理及束流诊断技术研究;绵阳9192106信箱。

电阻,用以测量束流的大小。2　加速管光学性能研究

2.1　计算时的一些假定

　　在进行电子光学性能的计算时所用的计算程序是在SLAC2226的基础上改动而成的[3]。在计算时作了一些假定:(1)加速管电极所加电压是稳定的直流;(2)计算时仅仅考虑由电阻分压而产生的静电场,不考虑其它外场的影响;(3)忽略二次粒子的影响;(4)取等梯度管段的第五个电极作为封闭边界(因为远离不等梯度加速管段的任一地方处的等位线几乎垂直于光轴,因而可以作为计算区域的边界)。

2.2　六硼化镧阴极的工作状态

[4,5]　　在实际运行时,六硼化镧阴极的发射处于温度限制状态。计算程序可按Child2来Langmuir定律

计算束流初始值,或者由六硼化镧的发射状态来确定其初始值。从计算的电子轨迹(图2和图3)和发射电流(930mA 25mA)也可看出这一点

。

Fig.2　Electrontrajectorieswhenthegun

isoperatedspace2chargelimited.Fig.3　Electrontrajectorieswhenthegunisoperatedtemperaturelimited.

图2

空间电荷限制下的电子轨迹图3　温度限制下的电子轨迹

2.3　不同工作条件下的电子轨迹

　　加速器工作在不同的条件下(如能量大小、束流强度不同),其电子轨迹的变化趋势是不一样的,图4示出了计算结果

。

Fig.4　Electrontrajectorieswhenthegunisoperatedunderdifferentworkingconditions.