小型电子感应加速器电磁场的设计与实现

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由于电子感应加速器能够作为一种X射线源,所以电子感应加速器将会在医疗、工业、农业、生物学等方面广泛得到应用。电子感应加速器是一种利用电磁感应原理的粒子加速器,是利用随时间变化的常梯度磁场产生涡旋电场,带电粒子在涡旋电场中围绕固定的运动轨道做圆周运动,并在电场中被连续地加速。电子在多次圆周运动的加速过程以后获得较高的能量,通过引出偏转磁场偏离固定运动轨道,轰击电子金属靶产生X射线。研发电子感应加速器的难点在于设计主磁场的场分布和辅助磁场的时间间隔。当电子通过高压被注入到涡旋电场中得到加速时,主磁场的大小和分布对电子的横向运动有重要影响。而电子的运动过程分为注入、聚拢、偏转三个过程,这三个过程存在时间上的间隔。其中电子在聚拢和偏转的运动过程中需要产生有助于电子聚拢和偏转运动的辅助磁场。保证辅助磁场合理的时间差,才能提高电子的俘获效率,从而增加引出电子流的强度。因此,必须要合理设计电子感应加速器的电磁场。论文拟设计的是能量峰值为7.5Mev时,辐射剂量率为7.5R/min的小型电子感应加速器。通过对小型电子感应加速器的磁铁结构进行设计,主要磁铁结构包括加速器磁极端面和中心磁垫与气隙。利用Poisson软件理论计算和模拟仿真确定好磁极端面结构参数。对于中心磁垫的厚度和气隙的大小,采用实验测定的方法验证理论公式的推导。关于导磁材料的选取,利用Comsol提出了采用不同材料对加速器的电磁场进行模拟计算作为选取的依据;在电子感应加速器的整机电磁场实验分析中,从电磁场的静态磁场和动态磁场两方面进行了实验,提出合理的磁场分布设计。在加速器的励磁电流方面,对电磁场的控制系统进行了分析。设计好的电磁场要满足加速器能量峰值7.5Me V和最大剂量7.5R/min的出束,从剂量率和能量两方面进行了调试和测试实验。通过本论文的研究加快了国内对电子感应加速器的研制。从长远来看,有望打破国外对加速器相关技术的封锁。
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