ВЫХОДНОЕ ОКНО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Советский патент 1995 года по МПК H05H5/00 H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к ускорителям электронов с выводом пучка в атмосферу через фольгу выходного окна.

Для современных радиационно-химических процессов характерно использование электронных пучков повышенной мощности, полученных с помощью ускорителей. В этом случае в конструкциях выходных окон ускорителей используются различные устройства, интенсифицирующие охлаждение фольги, нагреваемой проходящим пучком.

Известно выходное окно ускорителя электронов, содержащее фольгу с прижимным фланцем, в котором выполнен воздушный коллектор и щелевой паз, обращенный к фольге и расположенный вдоль длинной стороны окна.

Так как конфигурация фланца в области выхода пучка в атмосферу определена геометрией пучка (с учетом его рассеяния на фольге и воздухе), толщина - необходимостью максимального приближения облучаемого материала к фольге, и масса должна быть минимальной (из условия удобства смены фольги), а паз во фланце выполнен сплошным, конструкция фланца обладает сравнительно малой механической жесткостью, и в связи с этим ширина паза по длине выпускного окна имеет значительные отклонения от номинального размера. Неравномерность ширины паза приводит к появлению неравномерности распределения скорости струи охлаждающего воздуха по длине щели. Это, как показывает практика, ведет к появлению на фольге зон с повышенным нагревом и, как следствие, к сокращению срока ее службы.

Наиболее близким известным техническим решением является выпускное окно ускорителя, содержащее фольгу и прижимной фланец с воздушным коллектором, разделенными перемычками и продольным пазом, заглубленным в каналы и обращенным открытой стороной в сторону фольги.

Недостатком этой конструкции является то, что при наличии сквозных каналов, выходящих на поверхность фланца, обращенную к фольге, также недостижимо равномерное распределение скорости охлаждающего воздуха по длинной стороне фольги, как это отмечалось ранее, что приводит к локальному перегреву и снижению срока службы фольги.

Кроме того, наличие сквозных каналов приводит к дополнительному расходу охлаждающего газа.

Целью изобретения является увеличение срока службы окна за счет улучшения равномерности охлаждения фольги.

Цель достигается тем, что в выходном окне ускорителя заряженных частиц, содержащем фольгу и прижимной фланец с воздушным коллектором, каналами, разделенными перемычками и продольным пазом, заглубленным в каналы и обращенным открытой стороной в сторону фольги, каналы выполнены со стороны коллектора на глубину, меньшую, чем расстояние от внутренней полости до поверхности фланца, обращенной к фольге, при этом расстояние В от дна паза до поверхности фольги и ширина перемычек А связаны соотношением
А ≅ 0,5 В, кроме того, величина заглубления С паза в каналы удовлетворяет выражению
C ≥ 0,5 -T, где Р - площадь поперечного сечения канала;
Н - ширина паза;
Т - размер канала вдоль паза.

Кроме того, каналы в месте пересечения с пазом имеют коническую форму, причем площадь их поперечного сечения уменьшается по мере их заглубления в паз.

На фиг.1 изображено выходное окно в разрезе; на фиг.2 - разрез прижимного фланца вдоль паза; на фиг.3 - то же, разрез с каналами, имеющими дно конусообразной формы; на фиг.4 - вид на каналы со стороны коллектора.

На фланец 1 вакуумной камеры 2 ускорителя через уплотнитель 3 установлена вакуумноплотно фольга 4 с помощью прижимного фланца 5 и крепежных элементов 6. В теле прижимного фланца 5 выполнена полость воздушного коллектора 7, от которого отходят каналы 8, каждый из которых имеет площадь поперечного сечения Р (фиг. 4 - редкая штриховка). Каналы 8 разделены между собой перемычками 9, имеющими ширину А. Дно 10 каналов 8 на длине Т вскрыто пазом 11 шириной Н. Паз 11 заглублен в каналы 8 на величину С.

При этом дно 12 паза 11 удалено от фольги 4 на расстояние В. По одному из вариантов (фиг.3) дно 13 каналов 8 выполнено конусообразным.

Охлаждающий воздух подается на фольгу 4 из коллектора 7 через каналы 8 и паз 11, в котором происходит окончательное формирование струи.

Экспериментально установлено, что для устройств выводы пучка, при соблюдении зависимости А ≅ 0,5В на фольге выходного окна отсутствуют зоны с повышенным нагревом.

Одним из важнейших качеств, которым также должно обладать устройство, является эффективное использование охлаждающего воздуха и систем обеспечения его расхода и напора, что достигается оптимизацией конструкции устройства в целях уменьшения в нем потерь (за счет сокращения падения напора и расхода воздуха). Расход воздуха можно оптимизировать путем подбора оптимальной ширины Н паза и сечения Р каналов. Потери же можно снизить, в числе прочего, за счет уменьшения их в месте перехода канал-паз. В этом отношении выгоднее иметь каналы возможно большего сечения Р, т.к. это ведет к снижению в них скорости воздуха и, как следствие, к уменьшению в них потерь.

Площадь Р_п (фиг. 4 - частая штриховка) проекции паза на канал меньше площади поперечного сечения Р канала (редкая штриховка), что ведет к потерям перехода канал-паз от сжатия струи. Площадь сечения этого перехода можно увеличить, как это предлагается, за счет заглубления паза в канал, и тогда при выполнении условия C ≥ 0,5 -Tэта площадь равна или больше площади сечения канала, благодаря чему и удается снизить потери в указанном месте. Кроме того, еще большего снижения потерь в месте перехода от канала к пазу можно достичь за счет снижения аэродинамического сопротивления этого участка путем придания тракту в месте перехода более обтекаемых очертаний, например, как это предлагается, выполнять дно каналов конусообразной формы (фиг.3).

Предлагаемая конструкция обладает большей эффективностью и равномерностью охлаждения фольги, за счет чего имеет больший в 1,5-2 раза срок службы, нежели базовый объект.

Экономический эффект возникает в связи с увеличением срока службы фольги выпускного окна и уменьшения времени простоев радиационно-химических установок, вызванных заменой фольги.

Кроме того, предлагаемая конструкция проще в изготовлении и удобнее в эксплуатации, чем базовое изделие.

1. ВЫХОДНОЕ ОКНО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее фольгу и прижимной фланец с воздушным коллектором, каналами, разделенными перемычками и продольными пазом, заглубленным в каналы и обращенным открытой стороной в сторону фольги, отличающееся тем, что, с целью увеличения срока службы за счет улучшения равномерности охлаждения фольги, со стороны коллектора каналы выполнены на глубину, меньшую, чем расстояние от внутренней полости до поверхности фланца, обращенной к фольге, при этом расстояние B от дна паза до поверхности фольги и ширина перемычек A связаны соотношением
A ≅ 0,5B. 2. Выходное окно ускорителя по п.1, отличающееся тем, что величина заглубления C паза в каналы удовлетворяет выражению

где P - площадь поперечного сечения канала;
H - ширина паза;
T - размер канала вдоль паза. 3. Выходное окно ускорителя по п.1, отличающееся тем, что каналы в месте пересечения с пазом имеют коническую форму, при этом площадь их поперечного сечения уменьшается по мере их заглубления в паз.