劉建輝，陳 巖，劉雨婷

LIU Jian-hui,CHEN Yan,LIU Yu-ting

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

12MeV駐波電子直線加速器的能量調(diào)變，使單能量加速器具有兩檔能量，可以滿足國內(nèi)外不同類型的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)加速器能量的要求。當(dāng)工件厚度減小時(shí)，降低能量使用，可使膠片靈敏度提高；當(dāng)對(duì)非金屬工件無損檢測(cè)時(shí)，可增加密度分辨率，擴(kuò)大了適用范圍。

根據(jù)加速管能量增益公式：

可知，在加速管的特性參數(shù)βc、ZT2、L已經(jīng)確定的時(shí)候，要想降低能量，唯有降低P0并增大I。而隨著加速管輸入微波功率P0的降低以及加速束流的增加，整個(gè)加速器系統(tǒng)很多參數(shù)都會(huì)隨之改變，這些都是能量調(diào)變需要考慮的。

1 降低磁控管陽極電流，以降低微波功率

根據(jù)加速管設(shè)計(jì)，12MeV能量時(shí)，輸入到加速管的微波功率為2.6MW；9MeV能量時(shí)，輸入到加速管的微波功率為2.0MW。考慮波導(dǎo)系統(tǒng)0.6dB的損耗，則磁控管輸出功率從12MeV時(shí)的3.0MW降為9MeV時(shí)的2.3MW。查磁控管Datasheet，如圖1所示。

從圖1可以看出，磁控管輸出3.0MW功率對(duì)應(yīng)陽極電流111A，磁場(chǎng)約1550Gauss；輸出2.3MW時(shí)，對(duì)應(yīng)陽極電流98A，磁場(chǎng)約1380Gauss。因此，在9MeV情況下，需要通過De-Q電路把陽極電流從111A降至98A左右，如圖2所示。

圖1 磁控管輸出功率曲線

圖2 De-Q觸發(fā)電壓的切換

通過上圖的KK15觸點(diǎn)及電位器VR5，實(shí)現(xiàn)De-Q觸發(fā)電壓的切換。

2 降低高壓，減輕De-Q負(fù)載負(fù)荷

磁控管陽極電流由111A切換至98A時(shí)，若不采取其他措施，則De-Q負(fù)載損耗將由原來的7%增加到29%，負(fù)載功率增加3倍多，這是De-Q負(fù)載所無法承受的。因此，需要在降低磁控管陽極電流的同時(shí)，降低調(diào)制器高壓變壓器輸出整流高壓，以保證De-Q負(fù)載在合理的范圍以內(nèi)。由于高壓變壓器副邊整流電壓約25kV難以操作，因此電壓切換選在高壓變壓器原邊，如圖3所示。

圖3 高壓電壓切換

圖3中，T1為高壓變壓器，KM2A、KM2B用于原邊抽頭切換。

3 降低磁場(chǎng)強(qiáng)度，保證磁控管最佳狀態(tài)工作

圖4 電磁鐵校正曲線

由上可知，能量由12MeV切換至9MeV時(shí)，為保證磁控管正常工作，電磁鐵磁場(chǎng)也需切換，磁場(chǎng)由1550Gauss切換至1380Gauss。參照MG6053電磁鐵datasheet所附曲線，如圖4所示。

此時(shí)，電磁鐵供電電流由24A降至21A左右。通過圖5電磁鐵供電及保護(hù)電路板（26AP）上的J4繼電器及W5、W6電位器進(jìn)行電磁鐵電源預(yù)置電流值的設(shè)置和切換。

圖5 電磁鐵供電及保護(hù)電路

4 提高電子槍注入高壓，增加發(fā)射電流

按照加速管設(shè)計(jì)，能量降至9MeV時(shí)，電子槍高壓需由-10kV增至-15kV。這主要是通過切換電子槍一路脈沖變壓器高壓抽頭來實(shí)現(xiàn)的?？紤]到一定的設(shè)計(jì)余量，取12MeV時(shí)脈沖變壓器槍高壓抽頭取-11kV，9MeV時(shí)取-17kV，并通過一定阻值的分壓電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖6所示。

圖6 電子槍高壓切換

圖6中，T5為脈沖變壓器，E2、E3為槍高壓抽頭，8個(gè)1.4K電阻用于高壓分壓，KT4能量開關(guān)用于高壓切換。

5 AFC預(yù)置位置切換

由前圖磁控管datasheet所示，磁控管陽極電流從111A降至98A時(shí)，磁控管輸出微波約有1MHz的頻率偏移，而加速管的謝振頻率不發(fā)生變化。因此要保證12MeV和9MeV都有較好的劑量上升率，必須切換磁控管預(yù)置頻率位置。如圖7所示。

圖7 AFC預(yù)置位置切換

圖7中，A12用于切換AFC預(yù)置值，RP10、RP11用于調(diào)整預(yù)置值大小。

6 聚焦切換

12MeV加速管的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)雖然兼顧了9MeV的參數(shù)要求，但是會(huì)有設(shè)計(jì)出入。例如焦點(diǎn)問題。加速管優(yōu)化設(shè)計(jì)在沒有外部聚焦的情況下，12MeV焦點(diǎn)小于2mm，而能量切換至9MeV時(shí)，由于注入微波功率降低，勢(shì)必導(dǎo)致軸向匯聚磁場(chǎng)的弱化，進(jìn)而使9MeV的焦點(diǎn)有所發(fā)散，因此，需要考慮9MeV時(shí)的外部聚焦。聚焦切換如圖8所示。

圖8 聚焦切換

圖8中KK14、KM42用于聚焦電源切換，TDY1、TDY2用于調(diào)節(jié)聚焦線圈電流大小。

7 結(jié)束語

根據(jù)上述方法分別對(duì)12MeV、9MeV能量檔的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定調(diào)試，分別測(cè)得各自半值層為31.8mm、30.8mm，滿足能量設(shè)計(jì)要求。

通過對(duì)聚焦電源的調(diào)節(jié)，保證了9MeV能量檔時(shí)焦點(diǎn)尺寸≤2mm。

12MeV、9MeV滿功率出束1小時(shí)，各部件工作正常，無局部過熱現(xiàn)象出現(xiàn)。