Выпускное окно ускорителя электронов

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к ускорителям электронов с выводом пучка ускоренных электронов в атмосферу через фольгу,Для современных радиационно-химических процессов, реализованныхс помощью ускорителей, входящих всостав оборудования автоматическихлиний в текстильной, кабельной иавтомобильной промышленности, характерно использование пучков ускоренных электронов повышенной мощностидля достижения номинальной производительности линии, определяемой скоростью других (нерадиационных) процессов комплексного технологическогоцикла ( 1 ,Основными факторами (при используемых для указанных технологических целей энергиях пучка ( 1 МэВ)ограничивающими мощность выводимогоиз ускорителя пучка, являются неравномерности распределения электронного потока по апертуре выпускного окна и рабочая температура фольги.Равномерное распределение электронного потока может быть достигнуторядом приемов, например применениемпродольно-поперечной развертки пучка. Рабочая температура Фольги можетбыть повышена улучшением эффективности охлаждения, например охлаждением наружной поверхности фольгипотоком газа. 30 На Фиг. 1 изображено выпускноеокно, разрез; на фиг, 2 - геометрияэлементов опорной решетки, на фиг.3 - З 5 температурные кривые.На фланец 1 вакуумной камеры ускорителя через уплотнитель 2 установ. лен промежуточный фланец 3 с рамкой4 и опорными элементами 5. По внеш нему контуру рамка снабжена каналами 6 для циркуляции охлаждающей жидкости. С помощью прижимного фланца 7через уплотнитель 8 фольга 9 вакуумноплотно отделяет атмосферу от вакуум ного объема камеры ускорителя. Необходимое.усилие уплотнения осуществляется болтами 10.Опорные элементы 5 промежуточногофланца 3 (выполненного плоским) имеют со стороны фольги 9 вогнутую поверхность с радиусом кривизны у,причем этот радиус кривизны больше,чем радиус кривизны ро свободногопрогиба под атмосфернйм давлениемфольги (показан пунктиром) без опорных элементов.Подбор геометрических размеровэлементов опорйой решетки и толщины фольги был проведен исходя иэусловия максимально достигаемого 60 (по технологическим возможностям)коэффициента прозрачности, которыйв большинстве конструкций равен0,3-0,85. Для изготовления опорныхэлементов решетки обычно используютИзвЕстна конструкция выпускногоокна ускорителя электронов, содержащая решетку с опорными элементамив виде стержней из материала с большим коэффициентом теплопроводимости,расположенных поперек длинной стороны окна с заданной геометрическойпрозрачностью, и фольгу из алюминияОбычно окно изготавливается из сплавов алюминия и титана толщиной 1550 мкм, а опорные решетки - из меди 2 Д.Алюминиевые окна в таких конструкциях имеют преимущество в связис меньшим поглощением энергии, чтоособенно важно при использованиив радиационных процессах ускорителейнизкой энергии (например, ниже500 кэВ), Конструкции известныхустройств должны удовлетворять противоречивым требованиям по обеспечению достаточной механической прочности системы фольга - решетка отатмосферного давления и тепловоговоздействия, а также минимальногопоглощения выводимого пучка. Наличиепротиворечивых требований к элементам выпускного окна требует для повышения его термической стойкостиоптимизации выбора соотношения геометрических размеров указанных ьпементов. 5 10 15 20 25 Определенная связь размеров элементов решетки ограничивает вариации их абсолютных размеров, особенно при использовании в известных конструкциях плоской решетки, так как возникают дополнительные ограничения, связанные с ограниченной жесткостью круглых стержней в направлении действия на окно атмосферного давленияЦелью изобретения является повышение механической прочности и повы- шение термической стойкости окна путем оптимизации соотношения геометрических размеров его элементов,Поставленная цель достигается тем, что контактные поверхности опорных элементов выполнены по радиусу в поперечном сечении окна, причем радиус кривизны более радиуса кривизны свободного прогиба фольги без опорных элементов под атмосферным давлением, а размеры элементов опорной решетки связаны следующими сооътношениями- 0,15 + 0,4 и в , = 0,03 + 0,05, где Ь - расстояние между опорнымиэлементами;- длина опбрных элементов;д - диаметр опорных элементов; толщина фольги. ся стержни круглого сечения, таккак потери тока ускоренных электронов при таком профиле сечения стержней не зависят от угла падения электронов на них,При заданном коэффициенте прозрачности, т.е. когда по условиям 5механической прочности определендиаметр и шаг опорных элементоврешетки, было определено соотношениедлины стержня к их шагу вдоль окнаиз условия обеспечения максимальной 10теплопередачи от точки на поверхности фольги, находящейся в центреячейки опорной решетки. Известно,что температура этой точки определяется перепадом температур по участкам фольга-стержень и стержень-рамка,при этом длина первого участка задана, поскольку она определяется в основном достигнутой геометрическойпрозрачностью.Длина второго участка непосредственно связана с длиной стержня,т,е. с шириной окна. Увеличение ширины окна при данном суммарном токеэлектронов приводит к снижению удельного тока электронов на единицу25площади фольги и, следовательно, кснижению количества тепла, выделяющегося в единице площади фольги.Однако, увеличения длины стержняограничено условиями механической З 0прочности и теплоотвода, так какэто приводит к снижению количестватепла, отводимого на участке стержень - рамка. При уменьшении шириныокна уменьшается длина опорных элементов и, следовательно, уменьшается их тепловое сопротивление. Нопри этом возрастает удельный токэлектронов на единицу площади фольги и, следовательно, перепад теглПературы вдоль фольги. Поэтому темПература укаэанной точки фольги как функция геометрических размеров,имеет минимум при определенном отношении длины стержня к расстояниюмежду ними.На фиг. 3 изображены графики перепадов температуры вдоль фольгии опорных элементов в зависимостиот их длины. Температура фольгивыпускного окна растет в первом приближении линейно с .увеличением удельного тока электронов. Удельный жеток электронов, при данном суммарном токе, зависит обратно пропорционально от длины стержня, что приводит к уменьшению перепада температуры вдоль фольги при увеличенииширины выпускного окна и, следовательно, длины опорных элементов,В то же время при увеличении длиныопорных элементов линейно растетих тепловое сопротивление, что врезультате приводит к росту перепада температуры вдоль опорных элементов при увеличении их длины (кривая 1). Кроме того, при увеличениидлины опорных элементов из-за уменьшения удельного тока электроновпроисходит уменьшение перепада температуры вдоль фольги к опорномуэлементу (кривая 2). Из зависимостей 1-2 (фиг. 3) следует, что суммарный перепад температуры вдольфольги и опорных элементов имеетминимум при определенном отношениидлины стержня к расстоянию междуними и толщины фольги к диаметрустержня,Оптимальные соотношения реализуют ся наиболее эффективно при выполнении стержней с радиусом кривизны, в связи с тем, что в этом случае механические напряжения в фольге будут минимальными.786839 Фб и Составитель В. Егоровктор Л. Письман Техред В.Далекорей Корректор А. Эимокосов писное 4 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная и 4 аказ 6587/3 Тира ВНИИПИ Государств по делам. изобр 113035, Москва, Ж 843 Пнного комитета .СССРтений и открытий 5, Раушская наб., д