直线加速器Kanthal合金高功率同轴负载设计及功率分布
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载 冷却 系统设 计提 供可 靠 的技参 数 。
ｌ 同轴 负载 结 构 及 吸波 材 料
盘荷 波 导 同轴 负 载结 构 如 图 １所 示 ， 常 在
规 加 速管 末 端 同轴 地 延 伸若 干 个 负载 腔 体 ， 这
些 腔 体 内壁 涂 敷高 效 的 吸波 材 料 ， 进入 负 载 腔
辐 照直线 加速 器在 工农业 、 医疗 、 品安全 等领 域 日益 广泛 的应 用 对其 提 出 了小 型化 的要 求 ， 食 而传 统 加 速 器 结构 中 的波导式 负 载是其 小型化 的瓶 颈 。利用 同轴 式 负载 取代 波 导负 载 ， 可显 著 减小 加 速 器 的体 积 。 同轴
的剩余 微 波 功 率被 吸 波 涂层 吸 收转 化 为 热量 ，
并 通过加 速 管外部 的冷 却水 路带走 。这 种结构 去 除 了输 出耦 合器 ， 得加速 器结 构更 加紧凑 。 使 与此同时， 负载 腔 还可 提 供 相 当于 常 规加 速 腔
中约 ６ 的 电子能量 增益 ［ 。 ０ １ ］
工 作多 针对 较低 的剩余 功率 ， 主要依 靠实验 手段 进行 。随着辐 照加速 器对 功率要 求 的不 断提升 ， 且 需研 制 可吸 收 ｌ ～２ ｗ 剩 余 功率 的 同轴 负载 ， ０ ０ｋ 因此有 必要 就高 功率 同轴 负载进 行 系统 的设计 和分 析 。高 功率 同轴负 载 的可行性 还依 赖 于有效 的冷 却系统 的 实现 ， 文利 用负 载腔 电磁 场强度 计算 得到 腔体 内热功 率分 布 ， 同轴 负 本 为
图 １ 盘 荷 波 导 同 轴 负 载示 意 图
（－８９ ８２ ／ ， ａ ７．７Ｓ ｍ） 于是 其表 面 电 阻 Ｒ 一 ￣ ／ 高 ， 中 为 角频 率 ， ／ ２较 其 因此 它具 有 较 强 的微 波 吸 收 能
力 。同时 Ｋａ ｔａ 合金 的真 空放气 率低 且具 有 良好 的导热 和机械 性能 。 ｎｈｌ
Ｃ— ） 金 ， 用 ２ ／ ｒ Ａ１合 采 ￣ ３模 式 ６腔 ２周期 谐 振 腔结 构 ， 用 Ｃ Ｔ仿 真 进 行 ｓ波 段 同 轴 负 载设 计 。对 涂 层 涂 敷 位 运 Ｓ 置 及 面 积 对 负 载 腔 工 作 频 率 和 品 质 因 子 的 影 响 进 行 了 详 细 的 仿 真 分 析 ， 得 到 了满 足 ２８ ６Ｍ Ｈｚ 作 频 率 的 并 ５ 工
关 键 词 ： 直 线 加 速 器 ； 同轴 负 载 ； Ｋａ ｔａ 合 金 ； 腔 体 频 率 补偿 ； 功 率 分 配 ； 功 率 分 布 ｎｈ ｌ
中 图分 类 号 ： ＴＬ５ ３ 文献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰＬ ２ １ ２ １ ． ７ ２ ｏ ：０ ３ ８ ／ ＰＢ ０ １ ３ ０ ２ ５
直 线 加 速 器 Ｋａ ｔａ 合 金 高 功 率 同轴 负载 ｎｈ ｌ 设 计 及 功 率分 布
孙 袁 ， 沈连嬉 ， 王秀翠 ， 裴元吉
（ ．中 国科 学 技 术 大 学 精 密 机 械 与 精 密 仪 器 系 ，合 肥 ２０ ２ ； ２ １ ３０ ７ ．中 国 科学 技 术 大 学 国 家 同 步 辐射 实 验 室 ，合 肥 ２ ０ ２ ） ３ ０ ９
第 ２ 卷第 １ ３ ０期 ２１ ０ １年 １ Ｏ月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＩＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ． ３ １２ ，ＮＯ １ ．Ｏ
Ｏｃ ．。２ １ ｔ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ １ — ７ ２０ ０ １４ ２ （ ０１ ） ０２ ５ — ５
摘 要 ： 为 满 足 辐 照 直线 加 速 器 的小 型化 需 求 ， 出利 用 同 轴 负 载 代 替 波 导 式 负 载结 构 的 方 案 ， 关 键 提 其 技 术 是 利 用 涂 敷 在 加 速 腔 内壁 的 微 波 吸 收 材 料 直 接 吸 收 剩 余 微 波 功 率 。针 对 面 吸 收 型 负 载 材 料 Ｋａｔａ（ ｅ ｎｈ ｌＦ —
Ｋａ ｔ ａ（ ｅＣ — ） ｎｈ ｌＦ — ｒＡ１合金 是 一种 损 耗 金属 ， 有 较 高 的磁 导 率 （ 一２ ５ ） 较 低 的 电导 率 ．８ 和
Ｆ ｇ． Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉ ｇ ａ ｏ ｉｋ ｌ ａ ｅ ｏ ｌｎ ａ ｏ ｄ ｉ １ ｃ ｅ ｔｃ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｄ ｓ —ｏ ｄ ｄ ｃ ｌ ｅ ｒ ｌ ａ ｉ
腔 体 尺 寸 补 偿 值 ； 计 了 一 种 ６腔 ２ 期 同轴 负 载 ， 设 周 单路 衰减 可 达 一 １ ．３ｄ 。 吸 波 涂 层及 腔 体 铜 壁 表 面 功 率 ８ ６ Ｂ
损 耗 密 度 的计 算 结 果 表 明 ， 腔体 周 向 功率 损耗 呈均 匀分 布 ， 片 表 面 呈 抛 物 线 型 分 布 。 阑
负 载 由 Ｊ Ｈａ ｏ ． ｉ ｎ首 次提 出［ 。 国内 ， ｍｓ １ ］ 姚充 国等 在盘荷 波导 型 同轴负 载研 究 中对 不 同损 耗材 料下 的腔体 品质
因子进行 了实验对 比 ； 凯 等为一 台 １ ６Ｍｅ 低功 率 ｘ波 段直 线 加 速器研 制 了等功 耗 同轴 负 载＿ ］ 金 ． Ｖ ３ 。曹 磊 等 研究 了 同轴 负载 材料 Ｋａ ｔａ 合 金涂 层 的多孔 材料 特 性 ， ｎｈ ｌ 并对 其 物 性参 数 进 行 了实 验 研究 ］ 。何笑 东 等 采 用 同轴谐 振腔 法测 量 了 Ｋａ ｔａ 合 金 的电导 率和磁 导 率 ， 尝 试 了 ｓ波段 同轴 负 载 的仿 真设 计 ＿ 。这 些 研究 ｎｈ ｌ 并 ６ ］
＊ 收 稿 日期 ：０ ０ １ ８ ２ １ ２ ２ ；
ｌ 同轴 负载 结 构 及 吸波 材 料
盘荷 波 导 同轴 负 载结 构 如 图 １所 示 ， 常 在
规 加 速管 末 端 同轴 地 延 伸若 干 个 负载 腔 体 ， 这
些 腔 体 内壁 涂 敷高 效 的 吸波 材 料 ， 进入 负 载 腔
辐 照直线 加速 器在 工农业 、 医疗 、 品安全 等领 域 日益 广泛 的应 用 对其 提 出 了小 型化 的要 求 ， 食 而传 统 加 速 器 结构 中 的波导式 负 载是其 小型化 的瓶 颈 。利用 同轴 式 负载 取代 波 导负 载 ， 可显 著 减小 加 速 器 的体 积 。 同轴
的剩余 微 波 功 率被 吸 波 涂层 吸 收转 化 为 热量 ，
并 通过加 速 管外部 的冷 却水 路带走 。这 种结构 去 除 了输 出耦 合器 ， 得加速 器结 构更 加紧凑 。 使 与此同时， 负载 腔 还可 提 供 相 当于 常 规加 速 腔
中约 ６ 的 电子能量 增益 ［ 。 ０ １ ］
工 作多 针对 较低 的剩余 功率 ， 主要依 靠实验 手段 进行 。随着辐 照加速 器对 功率要 求 的不 断提升 ， 且 需研 制 可吸 收 ｌ ～２ ｗ 剩 余 功率 的 同轴 负载 ， ０ ０ｋ 因此有 必要 就高 功率 同轴 负载进 行 系统 的设计 和分 析 。高 功率 同轴负 载 的可行性 还依 赖 于有效 的冷 却系统 的 实现 ， 文利 用负 载腔 电磁 场强度 计算 得到 腔体 内热功 率分 布 ， 同轴 负 本 为
图 １ 盘 荷 波 导 同 轴 负 载示 意 图
（－８９ ８２ ／ ， ａ ７．７Ｓ ｍ） 于是 其表 面 电 阻 Ｒ 一 ￣ ／ 高 ， 中 为 角频 率 ， ／ ２较 其 因此 它具 有 较 强 的微 波 吸 收 能
力 。同时 Ｋａ ｔａ 合金 的真 空放气 率低 且具 有 良好 的导热 和机械 性能 。 ｎｈｌ
Ｃ— ） 金 ， 用 ２ ／ ｒ Ａ１合 采 ￣ ３模 式 ６腔 ２周期 谐 振 腔结 构 ， 用 Ｃ Ｔ仿 真 进 行 ｓ波 段 同 轴 负 载设 计 。对 涂 层 涂 敷 位 运 Ｓ 置 及 面 积 对 负 载 腔 工 作 频 率 和 品 质 因 子 的 影 响 进 行 了 详 细 的 仿 真 分 析 ， 得 到 了满 足 ２８ ６Ｍ Ｈｚ 作 频 率 的 并 ５ 工
关 键 词 ： 直 线 加 速 器 ； 同轴 负 载 ； Ｋａ ｔａ 合 金 ； 腔 体 频 率 补偿 ； 功 率 分 配 ； 功 率 分 布 ｎｈ ｌ
中 图分 类 号 ： ＴＬ５ ３ 文献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰＬ ２ １ ２ １ ． ７ ２ ｏ ：０ ３ ８ ／ ＰＢ ０ １ ３ ０ ２ ５
直 线 加 速 器 Ｋａ ｔａ 合 金 高 功 率 同轴 负载 ｎｈ ｌ 设 计 及 功 率分 布
孙 袁 ， 沈连嬉 ， 王秀翠 ， 裴元吉
（ ．中 国科 学 技 术 大 学 精 密 机 械 与 精 密 仪 器 系 ，合 肥 ２０ ２ ； ２ １ ３０ ７ ．中 国 科学 技 术 大 学 国 家 同 步 辐射 实 验 室 ，合 肥 ２ ０ ２ ） ３ ０ ９
第 ２ 卷第 １ ３ ０期 ２１ ０ １年 １ Ｏ月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＩＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ． ３ １２ ，ＮＯ １ ．Ｏ
Ｏｃ ．。２ １ ｔ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ １ — ７ ２０ ０ １４ ２ （ ０１ ） ０２ ５ — ５
摘 要 ： 为 满 足 辐 照 直线 加 速 器 的小 型化 需 求 ， 出利 用 同 轴 负 载 代 替 波 导 式 负 载结 构 的 方 案 ， 关 键 提 其 技 术 是 利 用 涂 敷 在 加 速 腔 内壁 的 微 波 吸 收 材 料 直 接 吸 收 剩 余 微 波 功 率 。针 对 面 吸 收 型 负 载 材 料 Ｋａｔａ（ ｅ ｎｈ ｌＦ —
Ｋａ ｔ ａ（ ｅＣ — ） ｎｈ ｌＦ — ｒＡ１合金 是 一种 损 耗 金属 ， 有 较 高 的磁 导 率 （ 一２ ５ ） 较 低 的 电导 率 ．８ 和
Ｆ ｇ． Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉ ｇ ａ ｏ ｉｋ ｌ ａ ｅ ｏ ｌｎ ａ ｏ ｄ ｉ １ ｃ ｅ ｔｃ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｄ ｓ —ｏ ｄ ｄ ｃ ｌ ｅ ｒ ｌ ａ ｉ
腔 体 尺 寸 补 偿 值 ； 计 了 一 种 ６腔 ２ 期 同轴 负 载 ， 设 周 单路 衰减 可 达 一 １ ．３ｄ 。 吸 波 涂 层及 腔 体 铜 壁 表 面 功 率 ８ ６ Ｂ
损 耗 密 度 的计 算 结 果 表 明 ， 腔体 周 向 功率 损耗 呈均 匀分 布 ， 片 表 面 呈 抛 物 线 型 分 布 。 阑
负 载 由 Ｊ Ｈａ ｏ ． ｉ ｎ首 次提 出［ 。 国内 ， ｍｓ １ ］ 姚充 国等 在盘荷 波导 型 同轴负 载研 究 中对 不 同损 耗材 料下 的腔体 品质
因子进行 了实验对 比 ； 凯 等为一 台 １ ６Ｍｅ 低功 率 ｘ波 段直 线 加 速器研 制 了等功 耗 同轴 负 载＿ ］ 金 ． Ｖ ３ 。曹 磊 等 研究 了 同轴 负载 材料 Ｋａ ｔａ 合 金涂 层 的多孔 材料 特 性 ， ｎｈ ｌ 并对 其 物 性参 数 进 行 了实 验 研究 ］ 。何笑 东 等 采 用 同轴谐 振腔 法测 量 了 Ｋａ ｔａ 合 金 的电导 率和磁 导 率 ， 尝 试 了 ｓ波段 同轴 负 载 的仿 真设 计 ＿ 。这 些 研究 ｎｈ ｌ 并 ６ ］
＊ 收 稿 日期 ：０ ０ １ ８ ２ １ ２ ２ ；