[發(fā)明專利]一種電子束軌道控制系統(tǒng)與調節(jié)方法

在審

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• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114679834A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設計）人: 劉琦;王海濤;李金海;劉丹;王仁波;陳海生
• 申請（專利權）人: 泛華檢測技術有限公司
• 主分類號: H05H13/00
• 分類號: H05H13/00;H05H7/04
• 代理公司: 南昌豐擇知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 36137
• 代理人: 張榮

本發(fā)明公開一種電子束軌道控制系統(tǒng)及其調節(jié)方法,主要包括微控制器、485通訊接口、脈沖電流發(fā)生器、控制線圈，其中控制線圈安裝在加速器上磁鐵和下磁鐵表面，線圈的半徑與電子束運動軌道半徑大小一致，線圈的導線寬度與電子束束流寬度一致。系統(tǒng)的調節(jié)方法為根據(jù)算法公式計算出電子束軌道位移變化所需的磁場變化量和脈沖電流的大小，微控制器從計算機接收控制命令，驅動脈沖電流發(fā)生器工作產(chǎn)生脈沖電流給控制線圈，控制線圈在脈沖電流作用下瞬間改變電子束運動軌道上的磁場分布，使電子束軌道產(chǎn)生位移變化。本發(fā)明可實現(xiàn)電子束軌道實時控制，特別適用于回旋式電子加速器。

技術領域

本發(fā)明屬于電子束控制領域，具體涉及電子束軌道控制系統(tǒng)和調節(jié)方法，特別適用于回旋式電子加速器的電子軌道控制。

背景技術

在回旋式電子感應加速器中，電子在加速管內部做圓周運動進行加速，電子在加速完畢時應該射到靶上以產(chǎn)生韌致輻射輸出X射線，或者以電子束的形式直接從加速管中引出。無論是哪一種情況，都應該以某種特定的方法控制電子束運動軌道產(chǎn)生變化，如果使用外靶應該控制電子束軌道擴張，內靶則控制電子束軌道收縮。

早期，我國自主研制的回旋式電子感應加速器電子束軌道控制方法采用的是磁通飽和方法。該方法是在電子加速到一定能量時，加速器中心磁通緩慢上升到一定值而達到飽和，而電子束運動平衡軌道上的磁場相對較小還未達到飽和，加速磁場仍在增大，此時電子運動的2:1條件遭到破壞，導致電子束軌道收縮，電子束打到內靶上。該方法，電子束軌道變化不能由外部控制且在固定時刻發(fā)生變化，即中心磁通達到飽和時刻，導致了電子所能達到的能量是固定的，而且內靶不利于加速管的結構設計。上述缺點大大限制了電子感應加速器的應用。

對于使用外靶和要求輸出不同能量的X射線時，上述電子束軌道控制方法未能滿足要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目在于提供一種電子束軌道控制系統(tǒng)及其調節(jié)方法，可由計算機命令控制電子束運動軌道上的磁場發(fā)生瞬間變化從而使電子束軌道產(chǎn)生變化，實現(xiàn)電子束軌道變化的實時控制，主要包括485通訊接口、微控制器、脈沖電流發(fā)生器、控制線圈。

本發(fā)明的技術方案為：一種電子束軌道控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括485通訊接口、微控制器、脈沖電流發(fā)生器、控制線圈。

所述控制線圈安裝在加速器上磁鐵和下磁鐵表面，控制線圈的半徑與電子束運動軌道半徑大小一致，控制線圈的導線寬度與電子束束流寬度一致，控制線圈使電子束運動軌道上的磁場發(fā)生瞬時特定變化，從而引起電子束軌道變化。

所述的磁場特定變化量與電子束軌道變化量的關系由公式（1）表示：

其中，為磁場變化量，為電子束軌道處變化前磁場的磁感應強度，為電子束軌道變化前的半徑，為電子束軌道變化后的半徑；n為電子加速區(qū)域內的磁場降落指數(shù)，其值范圍為。該磁場變化量由控制線圈的脈沖電流產(chǎn)生。

所述的控制線圈脈沖電流大小由公式（2）表示：

其中，N為控制線圈匝數(shù)，為控制線圈脈沖電流幅度，為電子束軌道處上下磁鐵間的軸向尺寸。

一種電子束軌道控制系統(tǒng)的調節(jié)方法，具體步驟如下：

步驟一，根據(jù)電子束所需要的軌道變化控制量，通過公式計算出所需的磁場變化量。

步驟二，根據(jù)磁場變化量，通過公式計算出流過控制線圈的脈沖電流，并設定脈沖電流發(fā)生器的輸出脈沖電流幅度。

步驟三，電子在加速過程中，微控制器從485通訊接口接收到電子束軌道控制命令。

步驟四，微控制器驅動脈沖電流發(fā)生器工作，脈沖電流發(fā)生器輸出一個脈沖電流到控制線圈。控制線圈在脈沖電流下使電子束軌道上的磁場發(fā)生瞬時特定變化而使其運動軌道發(fā)生改變。

步驟五，電子束運動軌道從變化到，軌道控制動作完成，電子束打在靶上。