Бетатрон с размагничиванием магнитопровода

• Автор: Чертов, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 120 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Магнитная система бетатрона с размагничиванием
магнитопровода
§1-1. Принцип действия и основные свойства бетатрона
с размагничиванием магнитопровода
§1-2. Методика расчета маг нитной системы бетатрона
с размагничиванием магнитопровода
§1-3. К вопросу об эффективности применения магнитной системы
бетатрона с размагничиванием магнитопровода
ГЛАВА 2. Схемы питания бетатрона с размагничиванием
магнитопровода
§2-1. К вопросу о необходимости коррекции радиуса равновесной
орбиты в бетатроне с размагничиванием магнитопровода
§2-2. Коррекция радиуса равновесной орбиты в бетатроне
с размагничиванием магнитопровода
§2-3. Схемы питания с укороченным задним фронтом импульсов
тока компенсационной обмотки
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование бетатрона
с размагничиванием магнитопровода
§ 3-1. Схема эксперимента
§3-2. Характеристики магнитного поля в рабочем зазоре
электромагнита и результаты запуска бетатрона на излучение
§3-3. Измерение размера фокусного пятна
§3-4. Оценка внутренних источников теплоты в активных
элементах электромагнита
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Бетатроны, разрабатываемые в Томском политехническом университете, последнее время пользуются спросом и поставляются на промышленные предприятия и в медицинские учреждения России и за рубеж. Бетатроны выгодно отличаются от других типов ускорителей электронов простотой, малой массой, удобством в эксплуатации и малыми затратами на изготовление [1, 2]. Несмотря на растущий интерес к использованию бетатронов для дефектоскопии материалов и изделий, в медицине и других областях, их внедрения в ряде случаев ограничиваются низкой интенсивностью излучения. В этих условиях разработка новых и дальнейшее совершенствование существующих способов повышения интенсивности излучения бетатрона представляет собой весьма актуальную задачу. Решение ее позволит расширить применение бетатронов в промышленности, медицине и других областях.
Увеличение интенсивности излучения может осуществляться по нескольким направлениям, из которых следует назвать:
1. Увеличение объема области действия фокусирующих сил [1-6].
2. Повышение напряжения инжекции [1, 2, 7-12].
3. Увеличение частоты следования импульсов излучения [1, 13-15].
4. Улучшение техники ввода и механизма захвата электронов в режим ускорения [1, 9, 16-18].
5. Увеличение кинетической энергии ускоренных электронов за счет размагничивания магнитопровода электромагнита постоянным или импульсным током [19-21].
Наиболее интересным и перспективным из указанных выше направлений является последнее, поскольку кинетическая энергия ускоренных электронов и интенсивность излучения для большинства областей применения бетатрона связаны между собой кубической зависимостью.
Размагничивание магнитопровода электромагнита бетатрона постоянным

или импульсным током, осуществляется при импульсном питании электромагнита в паузе между импульсами излучения. За счет размагничивания можно увеличить размахи магнитных индукций в частях магнитопровода электромагнита бетатрона. Данное обстоятельство позволяет либо уменьшить массогабаритные параметры электромагнита бетатрона (самого дорогостоящего узла бетатрона), понизив при этом его стоимость, либо, без изменения массогабаритных параметров электромагнита, увеличить кинетическую энергию ускоренных электронов и, тем самым, повысить интенсивность излучения.
Данная работа является научно-исследовательской работой, проводимой в НИИ интроскопии при ТПУ, по дальнейшему развитию одного из перспективных способов повышения интенсивности излучения бетатрона за счет размагничивания его магнитопровода электромагнита постоянным или импульсным током.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. Описанию бетатронов с размагничиванием магнитопровода и результатам их теоретических и экспериментальных исследований посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых [19-46]. В них сформулированы некоторые положения, касающиеся разработки магнитных систем и схем питания таких бетатронов, получены соотношения для расчета некоторых из них. Расчетами показано, что выигрыш таких бетатронов по массогабаритным параметрам электромагнита в сравнении с общепринятым классическим бетатроном [1] будет при кинетических энергиях ускоренных электронов свыше 15 МэВ [24].
Следует отметить, что все разработанные и созданные ранее бетатроны с размагничиванием магнитопровода [19-22] показали невысокую интенсивность излучения, вследствие того, что не был реализован частотный режим таких бетатронов (/ > 50 Г’ц). На практике не было также реализовано одно из основных преимуществ таких бетатронов, по сравнению с классическим бетатроном - уменьшение энергии колебательного контура за счет устранения

Пределы эффективного применения размагничивания магнитопровода при hm = 2h„, 51 = 2, / (Лэфф = 1.5/(кьфф (К, МэВ) >21 >14 > 10 >
Пределы эффективного применения размагничивания магнитопровода при hW} = 2h„, Sl—З, /пэфф = 1-5/»2эфф (WK, МэВ) > 17 > 11 >8 >
Из таблицы 1.1 видно, что пределы эффективного применения размагничивания магнитопровода расширяются при увеличении плотности тока в меди обмоток электромагнита, скважности импульсов тока этих обмоток, высоты компенсационной обмотки 1¥2 и уменьшении действующего значения тока компенсационной обмотки И-7 по отношению к действующего значению тока обмотки возбуждения Ш, т.к. данные обстоятельства приводят к уменьшению ширины паза под компенсационную обмотку Я7.
На рис. 1.10-1.12 приведены зависимости отношения веса активных материалов электромагнита классического бетатрона к весу активных материалов электромагнита БРМ от кинетической энергии ускоренных электронов: К3 = /(Жк) для у = г0/г, ~ фь = 1.2, К4 = /(Н.) для у = фи = фь =
1.4 и К5 = /(И/к) для у = фв= г0!гь = 1.6, построенные для последних двух случаев таблицы 1.1, при которых пределы эффективного применения размагничивания магнитопровода - наибольшие (для у = Го/гц = фь > 1.6 данные зависимости не приводятся, т.к. эффект от размагничивания магнитопровода будет не столь значительным). Из данных зависимостей видно, что с увеличением кинетической энергии ускоренных электронов эффективность применения размагничивания магнитопровода увеличивается. Это объясняется тем, что с увеличением кинетической энергии ускоренных электронов вес меди становится мал по отношению к весу стали и для размещения компенсационной обмотки требуется меньшая площадь, что