Малогабаритный бетатрон с подмагничиванием магнитопровода

• Автор: Рычков, Максим Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОДМАГНИЧИВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА БЕТАТРОНА
1.1 Магнитная система бетатрона с подмагничиванием магнитопровода
1.2 Схемы питанияэлектромагнита бетатрона с подмагничиванием магнитопровода
1.3 Работа бетатрона с подмагничиванием магнитопровода с последовательно-встречным включением обмоток
1.4 К обоснованию выбора геометрических размеров межполюсногго
■ пространства. БПМ
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМПЕНСАЦИОННОЙ ОБМОТКИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЯЮЩЕГО ПОЛЯ БПМ
2.1 Численное моделирование магнитных систем БПМ
2.2 Экспериментальное исследование топографии управляющего поля БПМ
2.3 Методика расчета магнитной системы бетатрона с подмагничиванием магнитопровода
2.4 Конструкции БПМ на базе имеющихся ускорительных камер
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СХЕМ ПИТАНИЯ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТРПС МАЛОГАБАРИТНОГО БПМ
3.1 Схема питания БПМ со сбросом электронов на внешнюю мишень
3.2 Схема питания БПМ с выведеннымэлектронным пучком
3.3 Схема питания БПМ с пониженным потреблением электрической энергии
3.4 Особенности работы схем коррекциии равновесного радиуса;
смещения и контрактора в малогабаритном БПМ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.:
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Бетатрон — индукционный ускоритель электронов [1], в настоящее время находит широкое применение в дефектоскопии различных материалов, промышленных изделий [21, 23], в досмотровых системах [22], в промышленных томографах [25], в медицине для лечения раковых заболеваний [26, 27]. Такой интерес обусловлен тем, что бетатроны выгодно отличаются от других типов ускорителей электронов простотой; малой массой, удобством в эксплуатации и малыми затратами на изготовление; что, конечно, приводит к сравнительно низкой, конечной цене готового ускорителя и низкой стоимости последующего обслуживания этих установок.
НИИ интроскопии при Томском политехническом университете является единственной в мире организацией, осуществляющей полный цикл производства бетатронных установок* начиная от проектирования всех узлов ускорителя для конкретной задачи, и заканчивая установкой бетатрона у заказчика и проведения последующего обслуживания и ремонта. С развитием элементной базы, разработкой новых материалов и технологий, бетатроны постоянно совершенствуются и расширяют области своего применения. Однако, как и на протяжении всей истории своего развития, одним из важнейших требований по улучшению этих установок остаются уменьшение массы и габаритов ускорителя и увеличение интенсивности излучения. Решение этой задачи позволит расширить применение бетатронов для целей дефектоскопии, медицины и в других областях.
Из существующих методов повышения интенсивности бетатронов [1-20] применение подмагничивания магнитопровода электромагнита постоянным или импульсным током с целью увеличения энергии ускоренных электронов [16, 17, 18] представляет наиболее экономичный способ дальнейшего улучшения характеристик бетатрона, поскольку интенсивность излучения и энергия ускоренных электронов связаны между собой кубической зависимостью. За счет подмагничивания можно увеличить размах магнитной

индукции в электромагните бетатрона. Данное обстоятельство позволяет либо уменьшить массогабаритные параметры электромагнита бетатрона, либо, без изменения массогабаритных параметров электромагнита, увеличить кинетическую энергию ускоренных электронов и повысить тем самым интенсивность излучения.
Диссертационные исследования выполнены в рамках тематического плана научно-исследовательских работ НИИ интроскопии Национального исследовательского Томского политехнического университета по дальнейшему развитию- одного из перспективных способов повышения интенсивности излучения бетатрона за счет подмагничивания его магнитопровода электромагнита постоянным или импульсным током.
Состояние вопроса. Работа бетатрона с подмагничиванием магнитопровода (БПМ) для увеличения энергии ускоренных электронов впервые рассмотрена в появившихся почти одновременно статьях Вестендорпа [20], Керста [19], Альмади и Феррети [29], Кайзера [24]. Ими была предложена одна и та же идея, развитию которой в дальнейшем был посвящен ряд работ [31, 34-36]. Как можно судить по литературным источникам, общее количество разработанных и построенных БПМ для увеличения энергии ускоренных электронов составляет не менее 12 установок, но реальный физический запуск на излучение осуществлен только на некоторых из них [16, 18], причем во всех работах указано на нестабильное ускорение электронов во времени от цикла к циклу, а полученная интенсивность излучения оказалась значительно ниже расчетной. Как правило, считалось, что применение подмагничивания магнитопровода целесообразно для ускорителей на большую энергию ускоренных электронов (от 15 МэВ и более), поэтому малогабаритные бетатроны не исследовались в этом направлении.
Развитие элементной базы, особенно в области коммутирующей аппаратуры, позволило повторно рассмотреть причины неудачных запусков БПМ и предложить более совершенные конструкции и схемы [38-46]. Так в

магнитного поля составляет 83 Дж. Эти данные были взяты за основу при сравнении магнитных систем БПМ с различными значениями у и п.
При расчете магнитных систем БПМ показатель спада поля выбирался из диапазона 0,3...0,8 и в районе равновесной орбиты принимался постоянным. Далее но (1.38) определялись относительные размеры межполюсного пространства и равновесный радиус. Внутренний размер мсжполюсного пространства оставался неизменным /-*=0,035 м. По (1.39) определялось распределение магнитного поля в объеме межполюсного пространства, а по (1.30) энергия-магнитного поля, соответствующая этому распределению. Расчетные данные для различных магнитных систем БПМ на энергию 6 МэВ представлены в таблице 1.1. Выделенная колонка соответствует магнитной системе БПМ на основе классического бетатрона МИБ-6.
Таблица 1.1.
Показатель спада поля на равновесном радиусе 0,3 0,4 0,6 0,
Индукция на равновесном радиусе, Тл 0,40 0,38 0,361 0,
Расчетный равновесный радиус го, м 0,054 0,057 0,060 0,
Расчетный воздушный зазор на равновесном радиусе 50, м 0,054 0,050 0,048 0,
Расчетный радиус полюсов, м 0,073 0,081 0,085 0,
Отношение радиуса равновесной орбиты к внутреннему радиусу межполюного пространства у 1,54 1,63 1,71 1,
Показатель 1Д4 1,08 1 0,
Показатель /с 1,17 1Д 1 0,
Для приведенных выше конфигураций магнитных систем по (1.27) были рассчитаны энергии магнитного поля и оценена масса активных материалов. Данные по энергии магнитного поля представлены в виде кривой на рис.1.11.