УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПУЧКОМ ЭЛЕКТРОНОВ Советский патент 1995 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке устройств для радиационной многосторонней обработки различной формы.

Целью изобретения является повышение однородности дозы облучения путем создания нескольких азимутальносимметричных пучков, а также увеличение коэффициента использования электронного тока путем развертки электронного пучка в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.

На фиг. 1 дана общая схема устройства; на фиг. 2 - поперечное сечение в плоскости поворотно-развертывающих электромагнитов.

На фиг. 3 и фиг. 4 показаны графики зависимости от времени токов круговой развертки; на фиг. 5 - модулирующих импульсов; на фиг. 6 - импульсов ускоряющего напряжения; на фиг. 7 - траектория пучка (сплошная линия) и общее поле облучения в виде прямоугольника (пунктирная линия).

На фиг. 8 показан вариант устройства с питанием электромагнитов развертки от генераторов прямоугольных импульсов. На фиг. 9 и фиг. 10 показаны формы токов генераторов прямоугольных импульсов; на фиг. 11 - модулирующих импульсов в последнем варианте.

Устройство для многостороннего облучения (фиг. 1) содержит источник ускоряющего напряжения 1 в виде высоковольтного трансформатора, электронную пушку 2 с модулирующим электродом (сеткой) 3, ускорительную трубку 4, на выходе которой установлены электромагниты развертки пучка 5. Рабочие зазоры электромагнитов взаимно перпендикулярны, а обмотки 6 и 7 подключены к генератору развертки 8: одна непосредственно, а другая - через фазовращатель 9, осуществляющий сдвиг одного из токов на 90^о, в результате чего осуществляется круговая развертка. Модулирующий электрод 3 электронной пушки 2 подключен к модулятору 10, частота работы которого кратна частоте генератора развертки 8 и синхронизована с ним по фазе с помощью синхронизатора 11. Синхронизатор 11 осуществляет также синхронизацию модулирующих импульсов с импульсами ускоряющего напряжения благодаря связи его с обмоткой высоковольтного трансформатора 1.

Электромагнитная система, направляющая электронные пучки на изделие 12, состоит из поворотно-развертывающих электромагнитов 13 и поворотных электромагнитов 14, число которых (тех и других) равно выбранному числу сторон облучения. Обмотки 15 электромагнитов 13 запитаны от генератора развертки 16, частота работы которого в несколько раз выше частоты генератора развертки 8. Кроме того, на обмотки 15 подается постоянный ток от источника 17, в результате чего осуществляется поворот пучков к изделию с одновременным сканированием. Обмотки 18 поворотных электромагнитов 14 запитаны от источника постоянного тока 19. В варианте на фиг. 8 в устройство введены источник ускоряющего напряжения 20 в виде высоковольтного трансформатора с выпрямительными элементами, генераторы двуполярных импульсов 21 и 22, электромагнит поперечной развертки 23, генератор поперечной развертки 24.

Устройство работает следующим образом.

Сформированный электронной пушкой 2 импульсный пучок электронов ускоряется трубкой 4 во время приложения к ней синусоидального напряжения от источника 1 одной полярности и на выходе распределяется по электромагнитам 13 электромагнитами 5 посредством круговой развертки. Круговая развертка обеспечивается двумя электромагнитами, установленными друг за другом по ходу пучка. Магниты установлены взаимно перпендикулярно так, что силовые линии магнитного поля в рабочих зазорах также взаимно перпендикулярны. Обмотки 6 и 7 электромагнитов запитаны со сдвигом токов развертки I_p1 и I_p2 (фиг. 3 и 4) по фазе на 90^о, в результате чего в плоскости электромагнитов 13 (А-А фиг. 1) пучок движется по окружности (фиг. 2). Благодаря тому, что частота генератора развертки 8 синхронизована блоком синхронизации 11 с частотой модуляции тока пучка (модулирующее напряжение U_мод, отпирающее пушку, показано на фиг. 5) импульсы тока пучка (фиг. 2) оказываются пространственно привязанными к рабочим зазорам электромагнитов 13. Модуляцией достигается также необходимая степень моноэнергетичности пучка, так как ускорение производится в области вершин ускоряющих полусинусоид (U_уск - фиг. 6), где ускоряющее напряжение меняется в пределах, задаваемых длительностью модулирующих импульсов. Таким образом, совместным действием модуляции и круговой развертки осуществляется поперечная развертка пучка по облучаемому изделию 12. Продольная развертка осуществляется электромагнитами 13. Частота сканирования выбирается в несколько десятков раз выше частоты круговой развертки, например в 20-40 раз. Тогда за один период круговой развертки при четырехстороннем облучении пучок за время поперечной развертки, равное времени работы электронной пушки, 5-10 раз успевает переместиться вдоль изделия, создавая распределенное поле облучения (фиг. 7).

В варианте, показанном на фиг. 8, устройство работает следующим образом. При отсутствии модулирующих импульсов от модулятора 10 на выходе из ускорительной трубки 4 существует стационарный электронный пучок, который распределяется по поворотно-развертывающим электромагнитам 13. Распределение осуществляется поочередной подачей пар разнополярных импульсов тока на обмотки 6 и 7 электромагнитной системы.

Импульсы следуют с паузой, равной периоду пары импульсов. За время паузы тока в одном из электромагнитов пара импульсов воздействует на другой электромагнит и наоборот, очередность воздействия задается синхронизатором 11, который вырабатывает также запускающие импульсы для модулятора 10. Импульсы модулятора запирают электронную пушку 2 на время смены полярности импульсов, чтобы электронный пучок при переброске из одного электромагнита 13 в другой не воздействовал на стенки вакуумной камеры выходного устройства.

В предложенном устройстве ограничение на площадь выпускного окна в значительной степени преодолевается, поскольку, как это непосредственно видно из фиг. 1, размер поля облучения вдоль оси изделия ограничен длиной полюсов отклоняющих магнитов со стационарным полем, которая может достигать величины 1,5-2,0 м. По этой причине ограничение по величине выходной мощности практически отсутствует. Коэффициент использования пучка может быть доведен до 90-95%, так как размер поперечной развертки может быть выбран равным диаметру изделия.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПУЧКОМ ЭЛЕКТРОНОВ, содержащее ускоритель электронов с электронной пушкой, подключенный к источнику ускоряющего напряжения, электромагниты развертки, установленные на выходе ускорителя и подключенные к ним генераторы развертки, а также расположенные после электромагнитов развертки поворотные электромагниты постоянного магнитного поля, отличающееся тем, что, с целью повышения однородности дозы облучения изделий и увеличения коэффициента использования электронного тока, в устройство введены дополнительные поворотно-развертывающие электромагниты и подключенные к ним источники постоянного тока и генераторы пилообразного тока, а также модулятор тока пучка, при этом дополнительные поворотно-развертывающие электромагнитны расположены между электромагнитами развертки и поворотными электромагнитами, а модулятор тока пучка подключен к электронной пушке. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электромагниты развертки подключены к генераторам развертки по схеме круговой развертки: один непосредственно, а другой через 90^o - фазовращатель. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен генератор прямоугольных двуполярных импульсов, к которому подключен по крайней мере один из электромагнитов развертки.