Design of High Power Electron Linac at PNC

Abstract

A high power CW (Continuous Wave) test electron linac was designed to develop a higher power linac to transmute radioactive wastes. The test linac is energized by two 1.2 MW CW L-band klystrons to produce an electron beam with the energy of 10 MeV and current of 100 mA. The average beam power is 200kW–1MW for the duty factor 20–100.%.

In designing such a high power linac, authors selected a traveling-wave accelerator with TWRR (Traveling Wave Resonant Ring). This is to enhance the threshold current of BBU (Beam Break-Up) and to get high accelerator efficiency that results from the low value of attenuation constant τ and high field multiplication factor M which are permitted only with TWRR.

A kind of efficient cooling structure is adopted to an accelerator structure in order to disperse the generated heat by RF (Radio Frequency). The variational method is used to calculate the sizes and parameters of the disk-loaded accelerator structure employed. There is a discrepancy of the order of a few hundredth of one percent between the calculated sizes and the experimental ones. The M determined in the design agreed well with those measured in low and high power tests.     

10 MeV辐照电子直线加速器控制系统

本工作为1台10 MeV辐照用电子直线加速器研制控制系统。该控制系统采用分布式网络控制,由多个子系统构成。硬件采用SIEMENS PLC芯片和监控计算机,PLC间采用PROFIBUS、MPI等高速总线进行连接,与监控计算机采用以太网连接,使用TCP/IP协议,能在互联网上远程监视和维护,进行网络控制。软件采用STEP 7和C语言等编写,对各子系统及子系统间连接均采用独立的数据块和功能函数块。部分硬件功能由软件来实现,使得整个系统更易于测试、制造和维护升级。     

9MeV行波电子直线加速器加速管的物理设计

海关大型货物在线检测用加速器采用４ＭＷ速调管作为微波功率源,保证加速管入口功率可达３．５ＭＷ、工作频率为２８５６ＭＨｚ;以行波方式加速电子,聚束器俘获效率大于８０％;加速管全长约２２０ｃｍ;电子能量设置９、６ＭｅＶ两档,对应的额定脉冲束流强度理论设计值分别为１７０和３００ｍＡ。本文给出了纵向粒子动力学、盘荷波导的尺寸及加速管的工作特性等方面的计算结果。     

多能量档电子直线加速器用栅控电子枪电源研究

本文介绍了一种应用于多能量档电子直线加速器栅控电子枪的专用电源。根据栅控电子枪的工作需求,电子枪的阴极处于-50 kV高压上,电源的3路输出,包括灯丝电源、偏压电源和栅控脉冲电源,均通过高压隔离变压器,将信号输送到高压端的灯丝、阴极和栅极上。利用主控计算机精确调节了电子枪发射束流的大小和脉冲宽度,以满足加速器多能量输出的需求。高压端均为无源器件,以降低故障率。此电源结构简单、调节方便、工作稳定,已在多能量档电子直线加速器上连续工作近4 a,运行状态良好。     

X波段2MeV行波电子直线加速管的物理设计

在模拟计算程序LINE-ACC/PC基础上，结合单一搜索方法和非线性最小二乘算法编程，实现一个X波段2MeV行波加速管的物理设计。应用此方法可以有效缩短加速管的优化设计时间。文章给出的优化计算可应用于一类常相速周期结构的加速管设计。文章同时给出了纵向粒子动力学、盘荷波导的几何尺寸及加速管的工作特性等方面的计算结果。     

Instrumentation for Monitoring Current from a 30 MeV Electron Linac

Non-intercepting monitors for measuring the total current or charge passing down the electron drift tubes have been constructed which are suitable for electron pulses from about 50 nanoseconds to 3.5 microseconds in width. Measurements are derived from output signals which are tuned to frequencies in the range 250 kcs to 45 kcs. Alternatively, for viewing pulse envelopes, ferrite coil outputs are integrated by a 25 ohm termination. The monitors are calibrated using an air cooled Faraday cup which is described.     

高能电子成像直线加速器低电平控制系统研制

为了能开展高能电子成像相关实验研究,中国科学院近代物理研究所建造了一台S波段的射频电子直线加速器。为保证实验用束流品质和加速器稳定运行的要求,设计了一套低电平控制系统,利用上下变频、IQ解调技术,实现了相位的反馈控制。本文介绍了低电平控制系统的设计及数字化算法的实现,给出了系统闭环实验的测试结果,实现相位控制精度达到±0.5°(峰峰值)和0.110 8°(均方根)。该系统利用成熟的商业化模拟微波器件和相关的PXI板卡实现,基于LabVIEW软件开发了相关的控制程序和界面,具有搭建方便、开发时间短、结构简单紧凑、易于使用和维护的特点。     

基于LabWindows/CVI的电子直线加速器辐照装置控制软件研发

基于分布式控制的软件设计思想,采用面向仪器与测控过程的交互式软件开发平台Lab-Windows/CVI,针对科大辐化电子直线加速器辐照装置控制系统,进行辐照装置控制软件的研究与开发。近7个月的连续运行表明该控制软件操作简便、运行稳定可靠。     

Development of Multi Energy Electron Linac with Double Beam Line

<正>An electron linac with energy of 7.5,10 and12 MeV has been developed.The X-ray generated by 7.5 MeV electron beam is used in the research of food irradiation technology,10 MeV electron beam is used in scientific research,and12 MeV electron beam is mainly used in the research of radiation modification of semiconductor materials.Its structure is shown as Fig.     

Rebuilding of the UHV System of a 10 MeV Electron Linac

The virtual installation and the virtual control become more and more important in accelerator design. By using the design software, we can achieve virtual design and installation quickly and easily.     

9 MeV行波电子直线加速器加速管微波测试及调整

介绍了海关大型集装箱在线检测用加速器的核心部件９ＭｅＶ行波电子直线加速器加速管的微波测试及调整,并详细描述了加速管微波调谐、加速管与矩形波匹配以及加速管整管场分布及总衰减量的测量,给出了加速管微波测试及调整的结果,结果表明微波调度满足物理设计的要求。     

辐照电子直线加速器辐射剂量测定的技术研究

研究了辐照电子直线加速器辐射剂量测定的技术方法,在测量方法上采取实测与蒙特卡洛模拟计算相结合的方法提高辐射剂量测定的准确度和可操作性;用化学剂量计建立电子束吸收能量测量的方法;用平板电离室建立电子束表面剂量、电子束吸收剂量率测量的方法;用半导体探测器阵列建立电子束辐照均匀性测量的方法。     

医用加速器电子治疗模式的BEAM程序分析

医用电子直线加速器XHA9在水模体中的实测曲线显示出其标称能量低、表面剂量偏高等现象。为寻求解决途径,用蒙特卡罗程序BEAM对XHA97MeV电子治疗模式E7建立了初始电子束模型,并计算了水模中的百分深度剂量（PDD）曲线,分析了各部件产生的电子对治疗电子束的贡献,确定限光筒产生的大量低能电子是导致出现标称能量低、表面剂量偏高等现象的主要原因。通过修改限光筒、散射箔等部件,分步优化了治疗头结构。模拟计算结果表明：优化方案提高了加速器的标称能量,降低了表面剂量和轫致辐射剂量,使剂量均匀性得到明显改善。     

The 3 MeV/6 MeV Electron Linac Embraces First Export

正A 3 MeV/6 MeV Electron Linear Accelerator(Linac)developed independently by CIAE was exported overseas on 14 May,2018.The Linac used for Non Destructive Testing(NDT)is a dual energy(3 MeV/6 MeV)accelerator which can switch between 3 MeV and6 MeV in milliseconds.With widest energy band,it has been one of the most advanced accelerators     

6MeV探伤加速器大口径薄窗密封型穿透电离室

应用于6 MeV探伤加速器的大口径薄窗密封型穿透电离室采用双层密封和两个有效灵敏体积的结构,并采用95氧化铝作支撑、云母片金属镀膜作电极。电离室的线性好;电压在-600--800 V时,电离室能很好地饱和;灵敏度高,当电离室中心距靶135.5 mm、加速器中心轴线上距靶1 m处的剂量率为50 cGy／min时,电离电流大于1×10-7A;漏电流小于5×10-3A;对X射线吸收小于1％。     

Scheme Design of Control System for 10 MeV/50 kW Linac

正The 10 MeV/50 kW linac is now being developed by China Institute of Atomic Energy,which is an electron linear accelerator of high energy and high power.It consists of electron gun,ridge resonant cavity,RF power source,cooling and vacuum equipment etc.The equipment is distributed in different places,such as equipment     

边耦合腔直线加速器的冷却结构设计与热分析

采用理论计算与ANSYS仿真相结合的方法,针对一种工作频率为975MHz,平均电场强度为3.7MV/m,加速质子能量范围从80MeV至300MeV的边耦合腔直线加速器的加速腔,进行了散热结构的设计。通过理论计算确定了冷却结构的基本尺寸,然后采用ANSYS进行了热-结构-高频多场耦合仿真。得到了该冷却结构下的频移为-0.427MHz,频移对温度的敏感度为9.93kHz/℃,均处于可控范围内。该设计方法和流程可用于其他类型的谐振腔冷却结构的设计。     

医用直线加速器的Monte Carlo模拟

用EGSnrc/BEAMnrc程序对Varian 600C医用直线加速器进行模拟.通过模拟结果和测量结果相比较,确定加速器治疗头的入射电子柬参数,并分析入射电子束参数对百分深度剂量和离轴比的影响、射野大小对百分深度剂量的影响.模拟结果和测量结果相当一致,模拟结果可用于进一步的研究工作.     

BEPCⅡ直线加速器束流能量反馈系统设计

为满足BEPCⅡ储存环对注入束流的要求,BEPCⅡ直线加速器末增设了束流能量反馈系统。该系统由束流能量在线测量单元,图形界面应用软件和相控执行单元构成。束流能量测量单元使用3个BPM对束流能量进行在线非阻拦式测量,测量结果实行人机交互与控制逻辑输出,相控执行单元使用消除回程差的控制方法。该系统束流中心能量调节频率为2 Hz,注入速率波动小于10m A/min,束流中心能量稳定度不大于±0.1%。     

洁净核能系统边耦合质子直线加速器的设计

洁净核能系统的强流连续波质子直线加速器常温腔方案中,高能段采用边耦合加速结构（ＯＣＬ）,频率为７００ＭＨｚ,工作模式为π／２模。ＣＣＬ把来自耦合腔漂移管加速器（ＣＣＤＴＬ）的３０ｍＡ、８０ＭｅＶ的质子束加速到１ＧｅＶ。ＣＣＬ段总长１０６４ｍ,采用ＦＯＤＯ的横向聚焦结构,聚集周期长度为８βλ,腔的束孔道半径为２．００、２．２５、２．５０ｃｍ。用ＳＵＰＥＲＦＩＳＨ优化腔,给出了计算结果,同时给出了能量