加速管

為了減小電子負(fù)載、克服全電壓效應(yīng)，必須采取有效措施削弱加速管各段之間的耦合，使微顆粒與引起微放電的離子不能長(zhǎng)距離飛越.常見的削弱長(zhǎng)管耦合效應(yīng)的方法有二：一是采用小孔徑，二是引人抑制場(chǎng)。小孔徑可以限制次級(jí)粒子的運(yùn)動(dòng)范圍，減低微顆粒事件的撞擊能量。應(yīng)用最廣泛的斜場(chǎng)加速管、螺旋斜場(chǎng)加速管與NEC公司的加速管均利用徑向電場(chǎng)作為抑制場(chǎng)，效果很好。

加速管斜場(chǎng)加速管

在斜場(chǎng)加速管中，加速電極的法線與加速管軸線成一定的斜角。由于電極表面產(chǎn)生的次級(jí)粒子初始能量很低，在加速電場(chǎng)的作用下，將沿電極法線方向運(yùn)動(dòng)，因此走不長(zhǎng)的一段距離后，就會(huì)打在其他電極上。這樣次級(jí)粒子的最高能量便受到限制，X射線本底大為降低，結(jié)果段間耦合被削弱，電子負(fù)載大大減小，在一定程度上克服了全電壓效應(yīng)。斜場(chǎng)加速管的主要缺點(diǎn)是傾斜電場(chǎng)對(duì)被加速的離子束也有作用。電場(chǎng)的徑向分量也使束流偏離軸線。所以在這種加速管中，每隔一小段就要使傾斜方向交替變換一次，其結(jié)果是，被加速粒子的軌跡圍繞加速管軸線會(huì)有一個(gè)小的振蕩。不同電荷態(tài)離子的軌跡也會(huì)產(chǎn)生歧離。如果設(shè)計(jì)合理，這還不至于造成束流大的損失，但會(huì)引起像差，增大束流的發(fā)散，并使脈沖束的脈寬增大。HVEC的斜場(chǎng)加速管用不銹鋼做電極材料，絕緣環(huán)用硼硅玻璃，封接用PVA 膠，實(shí)際運(yùn)行梯度的上限約為2MV/m。

加速管螺旋斜場(chǎng)加速管

在螺旋斜場(chǎng)加速管中，電極的形狀與普通斜場(chǎng)加速管類似，但相鄰電極法線在橫截面內(nèi)投影的方向錯(cuò)開一定的角度，成螺旋狀排列，這使得電場(chǎng)的徑向分量的方向連續(xù)變化，而不是像普通斜場(chǎng)加速管中那樣按段突變。因此，螺旋場(chǎng)中被加速粒子軌跡的振蕩幅度較小，二次電子的最大能量也比普通斜場(chǎng)中的低。若螺旋斜場(chǎng)只向一個(gè)方向（如順時(shí)針?lè)较颍┬?，則被加速粒子經(jīng)過(guò)一段加速管后，其橫截面投影位置會(huì)發(fā)生徑向位移而偏軸。因此在實(shí)際的螺旋斜場(chǎng)加速管中，旋變方向按順時(shí)針與逆時(shí)針交替改變。

加速管金屬陶瓷加速管

這是NEC公司生產(chǎn)的一種加速管，它有許多獨(dú)特之處。在材料上它以金屬鈦?zhàn)鲭姌O，陶瓷做絕緣環(huán)。鈦電極與陶瓷間墊鋁環(huán)，用壓力擴(kuò)散焊封接.由于不用 PVA膠，既避免了有機(jī)物沾污，又可以高溫烘烤除氣。配以無(wú)油真空系統(tǒng)后，可以比較徹底地消除碳?xì)浠衔镎次?。加速管的真空度可達(dá)4×10^-6 Pa。NEC加速管在各小段的連接處設(shè)有“死區(qū)”，中間有一可加熱的小孔徑光闌。死區(qū)的電極排列形成一個(gè)柱透鏡，其電場(chǎng)的徑向分量對(duì)產(chǎn)生于光闌片的二次粒子有散焦作用，但對(duì)于沿軸運(yùn)動(dòng)的粒子不起作用。NEC加速管的電場(chǎng)完全是軸對(duì)稱的，對(duì)于離子束的傳輸沒(méi)有斜場(chǎng)那樣的副作用.加速管外裝有環(huán)狀火花間隙，以提供過(guò)電壓保護(hù)。通常三小段組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，工作電壓為1MV。若扣除死區(qū)，以有效長(zhǎng)度計(jì)算，加速管的工作梯度為2.3 MV/m。

此外，也有人采用橫向磁場(chǎng)作抑制場(chǎng)。較弱的橫向磁場(chǎng)可有效地偏掉電子，但不能改變微放電的閾電壓，因此通常只作為輔助手段。有一種磁抑制加速管采用較 強(qiáng)的橫向磁場(chǎng)來(lái)偏掉能量較低的次級(jí)粒子，從而削弱長(zhǎng)管耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)較高的加速梯度.為了避免磁場(chǎng)對(duì)主束起偏轉(zhuǎn)作用，要讓加速管中隔一定距離安放的磁鐵的極性交替地變化。

加速管鍛煉的目的是盡可能減小預(yù)擊穿電流，消除初始微顆粒事件的來(lái)源。鍛煉的強(qiáng)度要加以適當(dāng)?shù)目刂疲^(guò)激的鍛煉與大的打火可導(dǎo)致加速管耐壓性能的下降，稱為退鍛煉。加速管的鍛煉方法主要有以下幾種

加速管電流鍛煉

電流鍛煉對(duì)新電極最有效.這種方法緩慢地增加電壓，使預(yù)擊穿電流得到控制。預(yù)擊穿電流可以來(lái)源于場(chǎng)致發(fā)射、微放電或微顆粒事件。隨著電流鍛煉的進(jìn)行，連續(xù)的預(yù)擊穿電流逐漸減小，隨機(jī)的電流尖峰脈沖的頻率也逐漸下降。這意味著電極表面的微突起、松散附著的微顆粒以及吸附的氣體被清除了。由于此過(guò)程是在較低的電壓下進(jìn)行的，不足以引起擊穿。電流鍛煉的目標(biāo)，通常是使所加電壓最后達(dá)到計(jì)劃運(yùn)行電壓的125%。

加速管打火鍛煉

打火鍛煉通常用于發(fā)生擊穿后退鍛煉的加速管，有時(shí)也用于新加速管.這種方 法通過(guò)重復(fù)打火達(dá)到破壞局部隱患的目的。

加速管弧光放電鍛煉

20世紀(jì)80年代初，伊索亞(Isoya)等發(fā)展了用于加速管的弧光放電鍛煉技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)借助相對(duì)髙功率的等離子體轟擊電極表面，使電極溫度升高到400~500℃，從而清除表面吸附的氣體與碳?xì)浠衔镎次?。為減小濺射現(xiàn)象，該技術(shù)用氫氣作為放電氣體，并采用了相對(duì)較髙的氣體壓強(qiáng)（10~40 Pa).放電過(guò)程中，氫氣保持較高的流速，以便將電極釋放出的氣體帶走。經(jīng)弧光放電鍛煉的加速管，微放電現(xiàn)象大為削弱，髙電壓下的X射線也大椹度減少，最高電壓梯度可達(dá)3 MV/m。用PVA膠粘接的加速管不能承受高溫，因此不宜使用弧光放電鍛煉方法。

加速管是高壓加速器的關(guān)鍵部件，現(xiàn)代大型靜電加速器端電壓的提高主要受到加速管耐壓水平的限制，粒子從離子源或電子槍發(fā)射出來(lái)以后，就進(jìn)入加速管，進(jìn)行加速。加速管應(yīng)該滿足下面一些主要要求：

1.維持良好的真空度，以減少氣體分子和加速粒子間的散射作用，并提高加速管的耐壓性能。一般要求在10⁶毫米汞柱左右的真空度下工作。

2.有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在橫臥式靜電加速器里，在這方面有比較高的要求。

3.對(duì)加速粒子有良好的聚焦作用，以得到聚焦良好的粒子流， 減少加速過(guò)程中粒子的損失，提高加速效率。對(duì)加速管耐壓性能的提髙也有好處。

4.有良好的耐壓性能.加速管兩端的電勢(shì)差等于靜電加逑器的最髙電壓，所以它必須能在最高電壓下穩(wěn)定工作，才能把粒子加速到較高的能量。

與絕緣支柱類似，為改善電場(chǎng)沿軸向分布的均勻程度，整根加速管由一段段的絕緣環(huán)與金屬片交迭封接而成。這些金屬片稱為加速電極，與絕緣支柱上的分壓片相連。在大型加速器中，加速管則一般接有獨(dú)立的分壓系統(tǒng)。

在大氣壓下工作的加速器，如大多數(shù)倍壓加速器,通常加速管較長(zhǎng)而平均電位梯度較低。這種加速管往往分段較少，每段的長(zhǎng)度為十幾到幾十厘米。其加速電極是長(zhǎng)圓筒形，電極長(zhǎng)度較電極間隙大很多，如下圖1所示，在這種加速管中，電場(chǎng)集中在間隙附近，在圓筒電極內(nèi)部幾乎沒(méi)有電場(chǎng)，粒子通過(guò)時(shí)僅以恒定速度漂移，因此這種加速管被稱為帶漂移管的加速管.相鄰的兩個(gè)圓筒電極構(gòu)成雙圓筒靜電透鏡，對(duì)束流有一定的聚焦作用。這類加速管的電位梯度一般不超過(guò)1 MV/m。

自20世紀(jì)60年代中期以來(lái)，大氣型倍壓加速器開始向強(qiáng)流方向發(fā)展.此時(shí)非線性空間電荷效應(yīng)變得很強(qiáng)，特別是在低能情況下，使束的光學(xué)性質(zhì)變壞，給束的傳輸帶來(lái)困難。其解決辦法是在較短的距離內(nèi)，盡快將粒子加速到較高的能量。為此發(fā)展了大氣型高梯度加速管，在這種加速管中，由于采用了延伸電極結(jié)構(gòu)，管壁的電位梯度仍在0.4~0.7 MV/m，但在加速電極間的加速梯度可高達(dá) 3~5 MV/m。。

在高氣壓型的高壓加速器中，提高加速管的平均電位梯度，對(duì)于縮小鋼桶尺寸，降低造價(jià)是十分有意義的。為進(jìn)一步改進(jìn)電場(chǎng)分布的均勻程度，高梯度加速管的分段很細(xì)，一般不大于25 mm。加速電極的具體形狀有多種設(shè)計(jì)，近年來(lái)多采用，平板電極。只要束流孔徑與電極間距之比值足夠大，即可使粒子束與絕緣壁之間得到較為理想的屏蔽。此時(shí)加速電場(chǎng)沿加速管軸線的分布基本上是均勻的，故這種加速管被稱為均勻場(chǎng)加速管或等梯度加速管。帶電粒子進(jìn)入均勻場(chǎng)區(qū)后，只受到軸向電場(chǎng)的加速作用，沒(méi)有徑向電場(chǎng)力，所以也沒(méi)有聚焦作用。 但是在加速管的入口與出口存在著場(chǎng)強(qiáng)的突變，相當(dāng)于兩個(gè)膜片透鏡。設(shè)加速管長(zhǎng)度為l，被加速粒子在人口處的歸一化電位為V1，在出口處的歸一化電位為V2，則均勻場(chǎng)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)：

E= (V₂ -V₁)/l≈V₂/l

入口膜片透鏡的焦距

f₁=4ζV₁/E≈4ζl/n²

其中ζ為孔徑修正系數(shù)，一般情況下1<ζ<2.5，n2=V₂/V₁是加速管的歸一化電位比。出口膜片透鏡的焦距

f₂ = 4V₂/(-E)≈-4l

可見入口膜片透鏡具有較強(qiáng)的聚焦作用，而出口膜片透鏡僅有很弱的散焦作用。整個(gè)均勻場(chǎng)加速管可視為入口膜片透鏡、均勻場(chǎng)區(qū)與出口膜片透鏡的組合系統(tǒng)，其中入口膜片透鏡的作用是最主要的，它使整個(gè)加速管呈聚焦特性。但若入口透鏡太強(qiáng)，也會(huì)產(chǎn)生過(guò)聚現(xiàn)象，使束的像腰落在加速管內(nèi)，在出口外成為發(fā)散束。

加速管采用行波方式加速電子，它由無(wú)氧銅精車成的盤荷波導(dǎo)釬焊而成，采用2π/3模式使加速管有較高的束流崩潰閾電流及有較高的分流阻抗。

行波電子直線加速器的加速管是一段盤荷波導(dǎo)，它由一段光滑的圓形波導(dǎo)，周期性地放置具有中孔的圓形膜片組成，它可看成用盤片來(lái)對(duì)圓波導(dǎo)加負(fù)荷，故稱其為盤荷波導(dǎo)，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)慢波結(jié)構(gòu)。從微波功率源（速調(diào)管或磁控管）發(fā)出的微波功率，經(jīng)過(guò)微波功率傳輸系統(tǒng)、輸入耦合器送到加速管，在這慢波結(jié)構(gòu)中建立起一個(gè)與電子速度“同步”的行波，這個(gè)行波不斷對(duì)電子進(jìn)行加速。行波的剩余功率通過(guò)輸出耦合器饋出，并損耗在吸收負(fù)載里。盤荷膜片的中央圓孔既供電磁波通過(guò)，也供電子束通過(guò)。在中孔的軸線上具有強(qiáng)度很高的加速電場(chǎng)，一般可達(dá)60-100千伏/厘米。為保證電子在通過(guò)加速管能獲得有效的加速，要求盤荷波導(dǎo)有嚴(yán)格的加工精度（±5μ）和良好的光潔度，在集裝箱檢測(cè)系統(tǒng)中，加速管把從電子槍注人的電子在微波電場(chǎng)的作用下加速到能量為9MeV，然后打靶產(chǎn)生X射線。該加速管采用行波方式加速電子，工作頻率為2856MHz,加速管由無(wú)氧銅精車成的盤荷波導(dǎo)釬焊而成，采用2/3π模式使加速管有較高的束流崩潰閾電流及有較高的分流阻抗。

駐波加速(管)結(jié)構(gòu)在駐波電子直線加速器中占有重要地位，它是駐波加速器的核心，它的性能很大程度上決定了整機(jī)的性能。加速管采用駐波方式加速電子，駐波加速結(jié)構(gòu)的分流阻抗高，在給定的微波功率下，可以激勵(lì)較高的加速場(chǎng)強(qiáng)，有利于加速器的小型化。

在三十年的發(fā)展進(jìn)程中，出現(xiàn)過(guò)各種各樣的駐波加速(管)結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的特點(diǎn)，它們有不同的分類。

一種是按每一個(gè)腔的平均相移來(lái)劃分，分為π模，2π/3模，0模。

一種是按結(jié)構(gòu)包括的周期數(shù)來(lái)劃分，分為單周期，雙周期，三周期。

一種是按耦合孔位置來(lái)劃分，分為軸耦合，邊耦合，環(huán)腔耦合、同軸耦合等。

一種是按電磁場(chǎng)耦合方式來(lái)劃分，分為電耦合，磁耦合。

與其它結(jié)構(gòu)相比，軸耦合結(jié)構(gòu)對(duì)稱，工藝性好，徑向尺寸小，便于射線屏蔽和減輕機(jī)箱重量。

軋后加速冷卻控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱ACC),ACC工程的主要配套設(shè)施——循環(huán)水泵站處理系統(tǒng)為全新建設(shè)項(xiàng)目,擔(dān)負(fù)著為軋后加速控制冷卻設(shè)備平穩(wěn)供水的任務(wù)

中文名

加速冷卻控制

外文名

accelerated cooling control

簡(jiǎn)稱

ACC

應(yīng)用

在厚板加速冷卻控制系統(tǒng)中

加速冷卻控制（ACC）：accelerated cooling control

例句：

Application of Advanced Control Technology in Plate Accelerated-cooling Control System.

先進(jìn)控制技術(shù)在厚板加速冷卻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。