Выпускное устройство пучка электронов Российский патент 2024 года по МПК H05H5/02 A61L2/08 

Изобретение относится к ускорителям электронов и может быть использовано в установках радиационной обработки изделий и материалов с помощью ускоренных электронных пучков, в частности, в установках для радиационной стерилизации продуктов питания, медицинских препаратов и изделий и пр.

По патенту RU 2092984 известно устройство развертки электронного пучка, содержащее вакуумированный раструб с выпускным окном, отклоняющий магнит, генератор развертки и корректирующий магнит, где корректирующий магнит выполнен в виде двух блоков, каждый из которых содержит брусок из магнитно-мягкого материала и два бруска из магнитно-твердого материала переменного сечения, малого в середине блока и увеличивающегося к его концам, намагниченных перпендикулярно широкой стенке раструба, причем направление намагничивания двух брусков одного блока противоположны, а направление намагничивания брусков, расположенных в разных блоках друг против друга, одинаковы.

Известное устройство позволяет изменять траектории электронов, развернутые веером после прохода через магнитное поле отклоняющего электромагнита, проходящие в траектории параллельно центральной линии раструба на выходе из окна. В результате весь объем облучаемого объекта, движущегося на транспортере перпендикулярно плоскости развертки пучка, облучается равномерно. Однако в некоторых случаях является необходимым направить пучок электронов в другом направлении, например, перпендикулярном центральной линии раструба. При использовании известного устройства такая возможность отсутствует, что можно отнести к его недостаткам.

По патенту RU 2116708 известен ускоритель электронов, содержащий источник электронов, ускоряющую систему, вакуумную камеру, два фольговых окна для вывода пучка электронов из вакуумной камеры, размещенных параллельно друг другу в одной плоскости, и систему отклонения и развертки электронного пучка с блоками электромагнитов и генераторами частот электрических сигналов.

Недостатком известного устройства, как и предыдущего аналога, является отсутствие возможности направить пучок электронов в другом направлении, например, перпендикулярном центральной линии раструба.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является известное по патенту RU 2216135 устройство для облучения ускоренными электронами, содержащее ускоритель электронов, коммутирующий электромагнит с обмоткой возбуждения, подключенной к генератору биполярных импульсов тока, генератор тока сканирующей электромагнитной развертки, вакуумную камеру с выпускными окнами, расположенными на образующей поверхности вакуумной камеры, отличающееся тем, что вакуумная камера выполнена в виде двух призм, одна из которых торцевая, с числом граней три и более, соединенных основаниями, с выпускными окнами на гранях торцевой призмы, причем вакуумная камера состыкована с рабочей камерой, в которую подается облучаемая среда.

При этом, поскольку вакуумная камера выполнена в виде двух соединенных между собой усеченных призм, где нижняя призма с выпускными окнами является, по сути, дополнительной насадкой на выпускное устройство пучка электронов, исходя из чего к недостаткам известного устройства можно отнести сложность конструкции и большие габариты.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов устройства.

Технический результат достигается тем, что в выпускном устройстве пучка электронов, представляющем собой вакуумированный раструб с выпускным окном, выполненный с возможностью присоединения к резонатору ускорителя электронов, содержащему в нижней части электромагнит переменного тока, присоединенный к электронопроводу резонатора, согласно изобретению, на боковой поверхности раструба выполнено, по меньшей мере, одно боковое выпускное окно, оборудованное электромагнитом постоянного тока, закрепленным по периметру бокового выпускного окна.

Наличие в выпускном устройстве бокового выпускного окна на боковой поверхности раструба позволяет, после подключения электромагнита постоянного тока, перенаправлять пучок ускоренных электронов перпендикулярно в сторону вертикальной оси симметрии устройства, при этом, поскольку боковое выпускное окно сформировано непосредственно на вакуумированном раструбе, без использования дополнительных, присоединенных к нижней части раструба узлов и деталей, таким образом, конструкция устройства упрощается, а ее габариты уменьшаются.

Сущность заявленного изобретения поясняется рисунком:

На фиг. 1 изображена схема выпускного устройства пучка электронов, присоединенного к резонатору ускорителя электронов, вид сбоку.

Позиции, обозначенные на чертеже

Вакуумированный раструб 1, выпускное окно 2, электромагнит переменного тока 3, резонатор ускорителя электронов 4, боковое выпускное окно 5, электромагнит постоянного тока 6.

Устройство может быть использовано в блоках радиационной обработки ускоренными электронными пучками, где используются ускорители постоянного и импульсного тока с энергией от 0.1до 10 Мэв. Устройство может быть использовано в блоках радиационной обработки с несколькими разнонаправленными конвейерами для перемещения подвергаемых обработке объектов или, например, в блоках, где используются П-образные или Г-образные вертикальные, горизонтальные и любые другие конвейеры, в этом случае обработка объектов, например коробок, может осуществляться с двух, трех и четырех сторон поочередно без необходимости применения механизмов для переворота коробок, а пучок электронов может быть направлен на угол 90° относительно вертикали в каждую сторону. Ширина пучка после прохождения магнита постоянного тока формируется шириной габаритов магнита и может составлять от 100 мм и более. Количество боковых выпускных окон может быть от одного до четырех.

Конвейер работает со скоростью, величина которой обеспечивает нормированную дозу за время перемещения объектов через зону облучения.

Электромагнит постоянного тока 6 закреплен на боковом выпускном окне 5 при помощи резьбового соединения или сварки. Боковое выпускное окно 5 выполняется в виде цилиндрического выступа или выступа многоугольного сечения, выступающего за пределы боковой стенки вакуумированного раструба 1. Вакуумированный раструб 1 выполняется в виде конуса. Каждое выпускное окно 2, 5 закрыто фольгой. Фольга уплотнена к каркасу посредством резинового или индиевого уплотнителя.

Испытания выпускного устройства для поворота пучка ускоренных электронов на угол 90° относительно вертикали проводились на ускорителе электронов ИЛУ с энергией электронов от 0,1до 10Мэв и мощностью в пучке от 10 до 150 кВт. В выпускной системе поддерживался вакуум в 10^-7 Па.

Испытания работы универсального выпускного устройства проводились в два этапа:

- на первом этапе вылетающие из инжектора электроны ускорялись в зазоре и, пролетая внутри магнита переменного тока, отклонялись им на 30 градусов относительно вертикали в две стороны. Была зарегистрирована доза излучения на всей длине нижнего выпускного отверстия с однородностью 1. В процессе работы верхнего магнита переменного тока боковой вертикальный магнит переменного тока был обесточен и не создавал магнитное поле.

- на втором этапе испытания работы бокового магнита постоянного тока для доворота ускоренных электронов на градус относительно вертикали до 90° работали оба магнита, а именно: верхний магнит переменного тока и боковой магнит постоянного тока. Ускоренные электроны отклонялись верхним магнитом переменного тока только в одну сторону на от 10 до 45 градусов в направлении магнита постоянного тока и, перемещаясь внутри магнита постоянного тока, отклонялись им до 90° относительно вертикали. Вылетающие ускоренные электроны из бокового выпускного окна фиксировались дозиметрическими изделиями, которыми была зарегистрирована доза облучения на всей высоте выпускного окна с равномерностью 1.

При изменении энергии ускоренных электронов в диапазоне от 0,1до 10Мэв равномерность дозы излучения на боковом выпускном окне не изменялась.

Измерялись величины получаемых доз облучения за единицу времени пучком ускоренных электронов одной энергией и мощностью полученных в нижнем выпускном окне и боковом выпускном окне. Величины не изменялись.

Испытания проводились более 100 часов с частотой переключения работы выпускного устройства с режима выпуска ускоренных электронов в нижнее горизонтальное выпускное окно в режим выпуска ускоренных электронов в боковое вертикальное выпускное окно по 15 минут.

В процессе эксперимента были зафиксированы стабильные показатели работы магнита постоянного тока в величинах измерения:

- стабильных углов отклонения ускоренных электронов с разной энергией;

- равномерности доз облучения по всей площади выпускного окна;

- отсутствия потерь в параметрах излучения при воздействии магнитного поля магнита постоянного тока для отклонения ускоренных электронов до 90 градусов по отношению к параметрам излучения до воздействия магнита постоянного тока.

Импульсный линейный ускоритель снабжен системой управления и программным обеспечением, которое позволяет использовать заявленное устройство в следующих режимах:

При первом режиме электромагнит постоянного тока на боковом выпускном окне отключен и пучок электронов под действием магнитного поля, создаваемого электромагнитом переменного тока, присоединенным к электронопроводу, разворачивается веерообразно на угол 60° по 30° в обе стороны относительно вертикальной оси симметрии и направляется через нижнее выпускное окно;

При втором режиме электромагнит постоянного тока на боковом выпускном окне включен, при этом электромагнит переменного тока, присоединенный к электронопроводу, отклоняет пучок электронов только в одну сторону относительно вертикальной оси симметрии на угол 10° - 45°, при этом магнитное поле электромагнита постоянного тока, закрепленного по периметру бокового выпускного окна, втягивает пучок ускоренных электронов и создает веерообразную развертку пучка.

При третьем режиме электромагнит постоянного тока на боковом выпускном окне включен, при этом, за счет установки регулировки силы токов в катушках магнитов, часть пучка ускоренных электронов направляется через боковое выпускное окно, а часть направляется через нижнее выпускное окно.

Изобретение относится к ускорителям электронов и может быть использовано в установках радиационной обработки изделий и материалов с помощью ускоренных электронных пучков, в частности в установках для радиационной стерилизации продуктов питания, медицинских препаратов и изделий. Технический результат - упрощение конструкции и уменьшение габаритов устройства. Устройство вывода пучка электронов представляет собой вакуумированный раструб с выпускным окном, выполненный с возможностью присоединения к резонатору ускорителя электронов. К электронопроводу резонатора в нижней части присоединен электромагнит переменного тока. На боковой поверхности раструба выполнено по меньшей мере одно боковое выпускное окно, оборудованное электромагнитом постоянного тока, закрепленным по периметру бокового выпускного окна. 1 ил.

Выпускное устройство пучка электронов, представляющее собой вакуумированный раструб с выпускным окном, выполненный с возможностью присоединения к резонатору ускорителя электронов, содержащему в нижней части электромагнит переменного тока, присоединенный к электронопроводу резонатора, отличающееся тем, что на боковой поверхности раструба выполнено по меньшей мере одно боковое выпускное окно, оборудованное электромагнитом постоянного тока, закрепленным по периметру бокового выпускного окна.