выпускное окно электронного ускорителя

Формула изобретения

Выпускное окно электронного ускорителя, содержащее фланец с отверстием, закрытым прозрачной для электронов фольгой с поддерживающей подложкой, отличающееся тем, что поддерживающая подложка выполнена из пироуглеродной ткани.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ускорительной технике и может найти применение в радиационных технологиях использующих электронное облучение, таких как дезинсекция зерна, консервация продуктов питания, радиационная химия, включая очистку газов, сшивание полимеров и др.

Известно выпускное окно электронного ускорителя, содержащее фланец с отверстием, закрытым прозрачной для электронов фольгой [Абрамян Е.А. Промышленные ускорители электронов, -М. Энергоатомиздат, 1986, с. 165-172]

Недостатком такого окна является ограниченность тока выпускаемого через него пучка электронов, так, с увеличением диаметра круглого окна приходится увеличивать толщину фольги, что приводит к снижению ее прозрачности и плотности пропускаемого тока. В итоге величина выпускаемого тока не зависит от диаметра окна и в случае алюминиевой фольги составляет 10^-2А.

Ближайшим техническим решением является выпускное окно электронного ускорителя [см. там же, с. 168] содержащее фланец с отверстием, закрытым прозрачной для электронов фольгой с поддерживающей подложкой. В качестве поддерживающей подложки используют металлические ребра, расположенные на расстоянии l друг от друга. Пучок разрезается ребрами на части, каждая из которых выпускается участком фольги в виде ленточки. Если ширина каждой ленточки l, суммарная длина всех ленточек b, то такое окно пропускает ток в b/l раз больший, чем "элементарное окно" в виде квадрата со стороной l. Ток через такое "элементарное окно" (как и для круглого окна) не зависит от размера l и в случае алюминиевой фольги составляет около 510^-3А. Таким образом, полный ток окна может быть увеличен до любой необходимой величины.

Недостатком такого выпускного окна являются потери тока пучка на ребрах, составляющие 30-40% его величины.

Техническим результатом изобретения является снижение потерь тока пучка, что повышает КПД.

Технический результат достигается тем, что в выпускном окне электронного ускорителя, содержащем фланец с отверстием, закрытым прозрачной для электронов фольгой с поддерживающей подложкой, поддерживающая подложка выполнена из пироуглеродной ткани.

На чертеже представлена схема выпускного окна.

Окно содержит фланец 1 с отверстием, закрытым поддерживающей подложкой 2, выполненной из пироуглеродной ткани, и фольгой 3. Фольга вакуумно уплотнена на фланец с помощью уплотнителя 4 и разделяет вакуумный объем ускорителя (на чертеже слева от фольги) и атмосферу (справа).

Выпускное окно работает следующим образом.

Электронный пучок падает на окно с вакуумной стороны. При этом максимальная величина тока через окно определяется свойствами материала фольги. Плотность потерь мощности в фольге (1) P_п~ jhz, где j плотность тока пучка, h толщина фольги, z заряд ядер материала фольги, - плотность фольги. При этом толщина фольги определяется линейными размерами фольги (диаметром) l и ее удельной прочностью :

(2) h~1/ Плотность мощности, снимаемой с фольги атмосферой, составит

(3) P_сн~T/h, где - теплопроводность фольги, T допустимая рабочая температура, при которой нет заметного снижения механических свойств фольги. Из (1)-(3) определим допустимую величину тока через фольгу: (4) I~T²/z

Если величину k =²/z для алюминия принять за единицу измерения таких величин, то для применяемых в выпускных окнах титана к=2, бериллия к=2,5. Для пироуглерода к=200 и, соответственно, ток, пропускаемый пироуглеродной пленкой (тканью) составит 2 А. Учет теплового излучения приведет к увеличению пропускаемого тока. В выпускном окне пироуглеродная ткань применяется как прозрачная для электронов поддерживающая вакуумплотную тонкую фольгу подложка. Толщина фольги, определенная из (2), много меньше той, которую позволяют технологические возможности, и реально она составляет 5 мкм для титана и 10 мкм для алюминия. Возможно напыление на ткань вакуумплотного слоя металла толщиной около 1 мкм.

Рассмотрим пример выполнения выпускного окна для ускорителя с энергией электронов 1 МВ и током 0,5 А. Существуют программы расчета прохождения электронов через вещество, но проще воспользоваться табличными данными, например, из [Баранов В. Ф. Дозиметрия электронного излучения. -М. Атомиздат, 1974] при массовой толщине пироуглеродной ткани 0,03 г/см² и алюминиевой фольги 2,710^-3 г/см² потери энергии пучка составят около 1% Диаметр окна составит 6 см.

Таким образом, изобретение позволяет выпускать большие величины токов (единицы ампер) с малыми потерями энергии в выпускном окне, что позволяет повысить КПД работы выпускного окна.