電子加速計脈沖電子束流計算系統分析與設計

來源: www.bnzqvc.live 作者:lgg 發布時間:2014-01-11 16:20 論文字數:39700字
論文編號: sb201401101303119507 論文地區:中國 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文 論文價格: 150
在研究脈沖電子束流測量的技術原理基礎上,借鑒國內外技術研究基礎和產品設計經驗與成果[8,9],并結合實際應用,開展電子直線加速器脈沖電子束流測量系統的研究與設計工作,并在實驗室

第一章    緒  論


1.1 論文研究背景
電子束輻照[1]加工技術是利用能量一定的電子束流與物質相作用時所產生的生物效應、物理效應和化學效應,實現消毒滅菌、降解有毒有害物質、改善材料性能和制備新材料等加工目的。電子束加工技術與放射性同位素(如鈷-60)釋放的 γ 射線加工技術相比具有更高的加工效率、更低廉的運行成本,尤為重要的是無二次污染危害和放射性廢源存儲、處理問題。由于電子束[2]加工技術具有良好的發展前景,國家發改委、科學技術部、商務部、國家知識產權局在聯合下發的《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南》中,該技術被列為優先發展的高技術產業化重點項目。同時該技術還可應用于該指南中的眾多領域,譬如:農副產品的深加工,水產品的深加工,安全新型飼料的加工,功能性食品的加工,各種植物有害生物的檢疫,城市和工業廢水與廢液的減害處理,功能性有機材料與產品的制造,新型生物材料及產品的制造,無機納米新材料的制造等。電子加速器[2,3]是產生電子束的裝置,其中高能電子直線加速器是電子束加工技術重要技術裝備。高能直線電子加速器由功率微波發生系統、電子直線加速系統、電子束流整定系統、電子束流輸出系統、電子束流測量系統、冗余安全保護聯鎖系統、冷卻與恒溫系統、發生劑量監測系統和多參數控制系統等組成。所涉及技術包括粒子物理、帶電粒子加速、微波、功率脈沖、傳感器、電子測量、電磁兼容、冷卻與恒溫、自動控制、計算機應用等領域。其中電子束流測量系統是電子直線加速器的重要組成部分,主要實現加速管輸出脈沖電子束流無阻擋、連續在線測量。由于單脈沖電子束流強度和脈沖束流平均值是確定電子直線加速器運行狀態關鍵參數之一,也是在利用高能電子加速器從事電子束加工過程中的關鍵的工藝參數。因此,脈沖電子束流測量系統的響應速度、測量精度、穩定性、抗干擾能力等性能的水平優劣,成為衡量電子加速器綜合技術水平的重要技術參數。目前,國內僅有少數從事電子加速器研究的大學和科研院所開展電子束流測量基礎研究與實驗驗證工作,尚未開發出定型的技術產品,且與發達國家相比仍存在較明顯的技術差距。因此,以高能電子加速器實際應用為基本目標,開展綜合技術水平先進的脈沖電子束流在線測量系統的研究與設計是一項具有一定學術價值和較好使用價值的工作。


1.2  電子直線加速器技術現狀與發展趨勢


1.2.1 國內技術現狀
我國于 1960 年左右開始電子加速器的基礎研發工作,首先從粒子科學基礎研究開始,逐漸向各重要領域延伸。在科研和國防需求的推動下,相關加速器的設計與研制工作在專業科研院所和高校列入重大項目。改革開放后,例如蘭州重離子加速器,北京正負電子對撞機、上海光源、合肥同步輻射光源等與電子直線加速器相關的重大國家科學工程相繼開工并建成運行,上述成果成為我國粒子加速器技術達到國際先進水平的標志。在世界輻照加工行業技術進步的推動下,尤其是隨著我國經濟建設的快速發展和經濟規模急劇擴張,電子束加工的關鍵裝備工業電子加速器的研發工作日益引起重視[3]。眾多積累的科研成果紛紛在工業電子加速器上得到應用,其中高能電子直線的設計和制造技術水平不斷提高。


第二章    主要研究內容與技術路線


2.1 電子直線加速器基本結構與工作原理
在控制系統的觸發時序脈沖(16μs)作用下,以速調管為核心的微波功率源系統輸出單脈沖功率為 45MW 的微波脈沖(微波頻率 2856MHz),經過波導耦合至加速管內(高真空環境)并建立起穩定的行波場;與此同時,電子槍在脈沖控制高壓(時序相同)作用下,輸出一初始能量 50keV、持續時間為 16μs 電子束團進入加速管中,在行波場中被逐級加速至 10MeV;加速管輸出的電子束經飄移管、刮束器、脈沖電子束流變壓器(簡稱為 BCT)等組成的過渡整形測量段后到達電子束掃描盒上端;電子束在掃描電源作用下經過掃描盒并穿過鈦膜(自然環境)形成沿一維方向均勻擺動的電子束,利用該電子束可以實現各種加工目的。10MeV/20kW 的電子加速器(加速器輸出電子束的最可幾能量 10MeV,額定平均束流功率 20kW)在設定的每秒最高觸發脈沖次數為 500 次的條件下,要求平均電子束流必須達到 2mA,才可以保證電子加速器的輸出平均束流功率達到 2mA×10MeV=20 kW。此時單脈沖平均束流為 2mA÷500= 4μA,由于脈沖寬度為 16μs,對應的脈沖電子束流強度為 4μA×(106÷16)=2.5×105μA=250mA。


第三章 脈沖電子束流傳感器的優化......... 14
3.1 脈沖電子束流傳感器的技術原理 ........ 14
3.1.1 脈沖電子束流傳感器的結構與基本參數..... 14
3.1.2 基本工作原理......... 14
3.1.3 脈沖電子束流傳感器等效電路分析......... 15
3.2 脈沖電子束流傳感器的優化設計 ........ 16
3.3 脈沖電子束流傳感器的外形與安裝 ...... 16
3.3.1 脈沖電子束流傳感器的外形......... 16
3.3.2 脈沖電子束流傳感器的組裝......... 16
第四章 低噪聲寬帶放大電路的設計......... 18
4.1 主要研究內容與技術指標 ........ 18
4.2 放大電路的設計思路與基本結構 ........ 19
4.3 放大電路主要運算放大器的選擇 ........ 21
4.4 放大電路主要電路的設計與分析 ........ 25
第五章 數據采集處理電路的設計..... 28
5.1 主要研究內容與技術指標 ........ 28
5.2 數據采集處理電路的設計思路與結構 .... 28
5.3 數據采集處理電路主要器件的選型 ...... 30
5.4 脈沖電子束流測量系統的硬件設計 ...... 36


結論


本論文的主要研究內容:
在第一章 緒論中,扼要電子直線加速器脈沖電子束流測量系統研究背景、羅氏線圈測量法發展歷程、國內電子直線加速器輸出電子束流測量技術發展現狀、研究目的語研究內容。
在第二章主要研究內容與技術路線中,重點討論了電子直線加速器脈沖電子束流測量系統的結構及其包括電子束流傳感器、低噪聲寬帶放大電路、數據采集處理系統在內主要技術的研究內容、研究思路和技術路線。
在第三章脈沖電子束流傳感器的優化中,以羅氏線圈基本原理為基礎上,重點討論了脈沖電子束流傳感器的結構、材料和線圈的繞制。給出一種優化的脈沖電子束流傳感器設計方案、主要功能與特性。
在第四章低噪聲寬帶放大電路的設計中。重點討論與分析了放大電路的結構,技術參數的確定、芯片的選取,并給出具體設計方案。
在第五章數據采集與處理系統的設計,重點討論了數據采集處理系統的的結構,技術參數的確定、芯片的選取,并給出具體設計方案和應用軟件的主程序流程圖。
在第六章脈沖電子束流測量系統的試驗驗證中,重點對脈沖電子束流測量系統的基本性能進行試驗驗證,并對相關數據進行分析與討論。


參考文獻
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