C波段全密封加速管研制

    S波段驻波电子直线加速器在工业无损探伤已得到广泛的应用,并形成1~16MeV的系列产品。X波段电子直线探伤加速器也于1985年由美国Schonberg公司推出,并逐步形成系列化便携式产品。由于S波段机型结构偏大,X波段加速管加工困难,为此我们将推出C波段小型化探伤加速器,并采用雷达用磁控管作为功率源,目前已完成样机。其中C波段全密封加速管作为正向和周向两用加速管在国内当属首创,国外也未见有报导。

   1    加速管物理设计

     磁控管采用电子部十二所雷达用的5cm同轴磁控管VE2054。主要参数见表1。

根据调查在锅炉焊缝探伤中,若采用周向曝光,则可大大节约探伤时间,提高功效。从X射线的角分布,能量1~2MeV时,电子打在重金属靶上产生的X射线在周向的角分布与正向相比有较高的相对强度,见图1。同时考虑到国内X光机的探伤厚度,选取能量在1.5MeV左右对30~100 mm的钢铸件的探伤较为合适。

    经程序优化计算得到4腔小型加速管,其参数如下:

    工作频率5300MHz;整管平均分路阻抗>100MΩ/m;整管空载平均品质因子10000;最佳耦合度1.92;电子束能量1.5MeV;电子枪注入电压18kV;束斑大小约1.5mm;束流脉宽3μs;距靶1米处最大剂量率0.15Gy/m·min;周向距靶1米处最大剂量率0.08Gy/m·min;±7.5°处剂量率/中心最大剂量率>80%;结构形式为π/2模轴耦合驻波结构。

    加速管由四个腔组成,两个聚束腔、两个加速腔,聚束腔相速β=0.5、0.9,加速腔β=1。轴耦合腔宽0.8mm,壁厚1.2mm。

    2  测试结果

    我们采用谐振法测量腔体频率,而用修正腔半径2b和腔鼻锥校正频率。各种腔组合时测得的频率特性见图2。其中,A表示加速腔,C表示耦合腔。加速腔直径2b每变化0.01mm时,频率变化1MHz。耦合腔直径2b每变化0.01mm时,频率变化约9MHz。而腔鼻锥变化对频率的影响更加剧烈。用扫频图示仪测量腔耦合度。热测试验与优化计算给出的能量和剂量率基本一致。

    3   结束语

    由于1.5MeV、C波段加速管仅4个腔,相速变化剧烈,且其中一个腔作为微波功率耦合器,这给调试带来很大困难,5300MHz C波段全密封加速管的研制成功为无损探伤提供了一种小型化探伤加速器,同时它也为其它用途的小型加速器开阔了前景。

致谢 电子所陈秀岚和该小组技术人员在电子枪研制中给予大力支持。中国原子能院电子直线加速器室部分技术人员在加工和热测中给予协作,一并致谢。

参考文献

1  Tanabe E, et al. A small diameter standing wave linear accelerator structure.IEEE Trans,1985,NS-32,(5): 2975