FI69383C - ELEKTRONACCELERATOR - Google Patents

Description

6938369383

Elektronikiihdytinelectron accelerator

Keksintö koskee kiihdytintekniikkaa ja erityisesti elektronikiihdyttimiä.The invention relates to accelerator technology and in particular to electronic accelerators.

5 Kyseisellä tekniikan alalla on ennestään tunnettu elektronikiihdytin (ks. US-patenttia 3 433 947, julkaistu 1969), joka käsittää täysin suojatun tyhjiökammion, jossa on elektronisuihkupyyhkäisyjärjestelmä ja ohuesta levystä muodostuva ulostuloikkuna, jonka läpi elektroni-10 suihku pääsee atmosfääriin. Elektronisuihkulla säteily- tettävä materiaali kuljetetaan ulostuloikkunan eteen. Vaaditun tyhjiön luomiseksi ja ylläpitämiseksi kiihdyttimen tyhjiökammiossa on tyhjöpumppu liitetty putkijohdolla tyh-jiökammioon. Putkijohto on viety tyhjiökammion seinässä 15 olevan reiän läpi. Tämä reiän eteen on asetettu n. 25 mm paksu lyijylevy moninkertaisten heijastumien aikaansaamiseksi ja siten röntgensäteilyn vaimentamiseksi. Tämä vaimennus aiheutuu elektrodien hidastumisesta (jarrutuksesta) säteilytetyssä aineessa ja sen kulkiessa kammion tyhjiö-20 tilan, putkijohdon ja tyhjöpumpun läpi atmosfääriin.An electron accelerator is known in the art (see U.S. Patent 3,433,947, issued 1969), which comprises a fully protected vacuum chamber with an electron beam scanning system and a thin plate outlet window through which an electron-10 jet enters the atmosphere. The material to be irradiated with the electron beam is transported in front of the exit window. To create and maintain the required vacuum in the accelerator vacuum chamber, a vacuum pump is connected to the vacuum chamber by pipeline. The pipeline is passed through a hole in the wall 15 of the vacuum chamber. This lead plate is placed in front of the hole with a thickness of approx. 25 mm to create multiple reflections and thus to attenuate X-rays. This attenuation is caused by the deceleration (braking) of the electrodes in the irradiated material and its passage through the vacuum-20 space of the chamber, the pipeline and the vacuum pump into the atmosphere.

Lyijylevyn johdosta putkijohdon sisäosalla on taivutettu muoto, minkä takia sen pituus ja virtausvastus suurenee, mistä seuraa tyhjiöintinopeuden aleneminen ja suurimman saavutetun tyhjiön väheneminen tyhjiökammiossa.Due to the lead plate, the inside of the pipeline has a bent shape, which increases its length and flow resistance, resulting in a decrease in the vacuum rate and a decrease in the maximum achieved vacuum in the vacuum chamber.

25 Tämä tyhjiön pieneneminen huonontaa elektronikiihdytti- men luotettavuutta yhtäältä elektronilähteen, so. kiihdy-tysputken elektronitykin, lyhentyneen käyttöiän ja toisaalta kaasuvirran ja lisäjarrutusröntgensäteilyn johdosta, mikä lisää putken sähköisen pettämisen todennäköisyyttä.This reduction in vacuum impairs the reliability of the electron accelerator on the one hand the electron source, i. due to the electron gun of the accelerator tube, the shortened service life and, on the other hand, the gas flow and the additional braking X-ray, which increases the probability of electrical failure of the tube.

30 Tekniikassa on ennestään tunnettu myös elektroni- kiihdytin, joka on kuvattu artikkelissa, joka on otsikoitu "Promyshlennye Uskoriteli Serii "Elektron” dia Radiat-sionnoy himii" ja jonka on laatinut V.V. Akulov et ai., julkaissut NIIEFA, Leningrad, 1974, sivu 11. Tässä kiih- 2 69383 dyttimessä on säteilysuojametallikammio, johon on sijoitettu ulostuloikkunallinen tyhjiökammio, elektronisuihku-pyyhkäisyjärj es telinä, tyhjiöpumppuja ja tyhjöntarkkailu-laite. Koska tyhjiöpumput ja mainittu tarkkailulaite on 5 asetettu säteilysuojakammioon yhdessä tyhjiökammion kanssa, pumput on liitetty kammioon suorilla putkijohdoilla (ei siis putkikaarilla), mistä seuraa pienempi vastus verrattuna taivutettuun putkijohtoon, jota käytetään yllä mai-nitus US-patentin mukaisessa elektronikiihdyttimessä. Täs-1q tä syystä tyhjöpumput voivat kehittää suuremman tyhjiön tyhjiökammioon ilman että siitä seuraa haitallisia vaikutuksia yhdessä kiihdyttimen tyhjiön pienenemisen kanssa.30 An electron accelerator is also known in the art and is described in the article entitled "Promyshlennye Uskoriteli Serii" Elektron "dia Radiat-sionnoy himii" by VV Akulov et al., Published by NIIEFA, Leningrad, 1974, page 11 This exciter has a radiation shielding metal chamber in which a vacuum chamber with an outlet window, an electron beam sweeping system, vacuum pumps and a vacuum monitoring device are housed. resulting in a lower resistance compared to the bent pipeline used in the electron accelerator of the above-mentioned U.S. patent.Therefore, vacuum pumps can develop a higher vacuum in the vacuum chamber without adverse effects along with a decrease in the accelerator vacuum.

Kun kiihdytin toimii, tyhjiökammion ikkunan läpi kulkeva elektronisuihku ei ainoastaan aiheuta röntgensä-15 teilyn hidastumista sen törmätessä säteilytettyyn materiaaliin ja tätä liikuttavan kuljettimen osiin ikkunan alla, vaan myös hajottaa säteilytysvyöhykkeessä olevaa kaasumaista väliainetta, so. ilman typpeä, happea ja hiilidioksidia, ja muodostaa hiilimonoksidia, typpidioksidia 20 ja muita kemiallisesti aktiivisia aineita. Myrkyllisiä, palo- ja räjähdysvaarallisia aineita voi myös muodostua elektronisuihkun vaikuttaessa säteilytettävään materiaaliin ja ympärillä oleviin kohteisiin. Koska kaikki kiihdyttimen mainitut elementit on suljettu yhdessä elektroni-25 suihkun ulostuloikkunan ja säteilytysvyöhykkeen kanssa säteilysuojakammion sisätilaan, niin yllä mainitut aineet, joilla on suuri kemiallinen aktiviteetti, ja heti ulostuloikkunan läheisyyteen muodostunut voimakas röntgensäteily aiheuttavat säteilysuojakammiossa olevien kiihdyttimen 30 osien korroosiota ja tuhoutumista.When the accelerator is operating, the electron beam passing through the window of the vacuum chamber not only causes the X-ray to slow down as it impinges on the irradiated material and the parts of the conveyor moving it under the window, but also decomposes the gaseous medium in the irradiation zone, i.e. without nitrogen, oxygen and carbon dioxide, and forms carbon monoxide, nitrogen dioxide 20 and other chemically active substances. Toxic, flammable and explosive substances can also be formed when an electron beam affects the material to be irradiated and the surrounding objects. Since all said elements of the accelerator are enclosed together with the electron-25 jet outlet window and the irradiation zone inside the radiation protection chamber, the above-mentioned substances with high chemical activity and strong X-rays immediately in the vicinity of the outlet window cause

Näin ollen tämän kiihdyttimen samoin kuin US-paten-tissa 3 433 947 esitetyn kiihdyttimenkin luotettavuus osoittautuu riittämättömäksi, vaikkakin jälkimmäisessä muista syistä. Lisäksi röntgensäteilyn estämiseksi vuotamasta 35 ulkopuolelle olisi kaikki eri yhteyksien (sähkökaapelit, ti 3 69383 esityhjiöputkijohdot jne) läpiviennit kiihdyttimen elementeille pitänyt suorittaa sokkelotiivisteillä säteily-suo jakammiossa/ mikä tuottaa vaikeuksia kiihdyttimen mainitussa kammiossa sijaitsevien elementtien ja koko 5 kiihdyttimen kunnossapidossa.Thus, the reliability of this accelerator, as well as that of the accelerator disclosed in U.S. Patent 3,433,947, proves to be insufficient, although in the latter for other reasons. In addition, in order to prevent X-rays from leaking outside 35, all penetrations of the various connections (electrical cables, ti 3 69383 pre-vacuum pipelines, etc.) to the accelerator elements should have been performed with labyrinth seals in the radiation protection chamber / causing difficulties in the accelerator elements and

Esillä olevan keksinnön päätavoitteena on saada aikaan elektronikiihdytin, jonka säteilysuojakammio on tehty sellaiseksi, että elektronisuihkupyyhkäisyjärjestel-mä, tyhjöpumput ja tyhjiöntarkkailulaite eivät ole alttii-10 na kemiallisesti aktiiveille aineille, joita muodostuu kiihdytettyjen elektronien ja kaasumaisen väliaineen keskinäisestä vaikutuksesta, eivätkä voimakkaalle röntgensäteilylle.The main object of the present invention is to provide an electron accelerator whose radiation shielding chamber is made such that the electron beam scanning system, vacuum pumps and the vacuum monitoring device are not exposed to chemically active substances formed by the interaction of the accelerated electrons and the gaseous medium.

Tähän tavoitteeseen pyrkien saadaan aikaan elektronikiihdytin, joka käsittää säteilysuojakammion, johon on 15 sijoitettu ulostuloikkunallinen tyhjiökammio, elektronisuihkupyyhkäisyjär jestelmä ja tyhjiöpumppuja, jotka on liitetty tyhjiökammioon, sekä tyhjiöntarkkailulaite, jolle kiihdyttimelle on tunnusomaista, että säteilysuojakammios-sa on väliseinä, joka yhdessä tyhjiökammion kanssa jakaa 20 suojakammion kahteen suljettuun osastoon, joista toisessa on tyhjiökammion ulostuloikkuna ja toisessa elektronisuihkupyyhkäisyjär jestelmä, tyhjiöpumput ja tyhjiöntarkkailulaite .To this end, there is provided an electron accelerator comprising a radiation shielding chamber having an outlet window vacuum chamber, an electron beam scanning system and vacuum pumps connected to the vacuum chamber, and a vacuum monitoring device 20 two enclosed compartments, one with a vacuum chamber outlet window and the other with an electron beam scanning system, vacuum pumps and a vacuum monitoring device.

Tämä säteilysuojakammion väliseinä heikentää jar-25 rutusröntgensäteilyä, joka vaikuttaa haitallisesti elektronisuihkupyyhkäisyjär jestelmään, tyhjiöpumppuihin ja tyhjiönvalvontalaitteeseen. Tämä heikentyminen johtuu melko pitkästä etäisyydestä mainitut elementit sisässään pitävän osaston ja tyhjiökammion ulostuloikkunan välillä ja 30 myös siitä, että tyhjiökammion poikkipinta-ala siinä paikassa, johon väliseinä on asennettu, on pienempi kuin poikkipinta-ala siinä kohdassa, johon ulostuloikkuna on asetettu. Lisäksi tämä väliseinä eliminoi niiden kemiallisesti hyvin aktiivisten aineiden tunkeutumisen kiihdyttimen 35 yllä mainittujen elementtien luo, jotka ovat muodostuneet 69383 kaasumaisen väliaineen hajoamisen johdosta.This partition of the radiation protection chamber reduces the X-ray radiation of the jar-25, which adversely affects the electron beam scanning system, the vacuum pumps and the vacuum monitoring device. This weakening is due to the rather long distance between the compartment holding said elements and the outlet window of the vacuum chamber and also to the fact that the cross-sectional area of the vacuum chamber at the place where the partition is installed is smaller than the cross-sectional area at the outlet window. In addition, this partition eliminates the penetration of the chemically highly active substances into the above-mentioned elements of the accelerator 35, which are formed due to the decomposition of the gaseous medium 69383.

Keksintöä kuvataan lähemmin seuraavassa erityisen suoritusmuodon osalta viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää pituusleikkauksen keksinnön mukaisesta kiih-5 dyttimestä.The invention will be described in more detail below with reference to a specific embodiment with reference to the accompanying drawing, which shows a longitudinal section of an accelerator according to the invention.

Piirustukseen viitaten keksinnön mukainen elektroni-kiihdytin käsittää metallikartion muodossa olevan tyhjiö-kammion 1, jossa on ohuesta levystä tehty ulostuloikkuna 2 kartion laajemmassa päässä. Elektronisuihku menee tämän 10 ikkunan läpi atmosfääriin. Kammion 1 kapeaan päähän on putkijohdoilla 4 liitetty suurtyhjiöpumppuja 3 ja kammioon 1 on samanlaisilla putkijohdoilla (ei-esitetty) liitetty tyh-jiöntarkkailulaite 5. Laite 5 käsittää mittauskojeita, esim. tyhjiömittareita, ja lukituslaitteita, jotka on jär-15 jestetty katkaisemaan virran syötön kiihdyttimeen kammion 1 tyhjiön pudotessa määrätyn arvon alapuolelle.Referring to the drawing, the electron accelerator according to the invention comprises a vacuum chamber 1 in the form of a metal cone with an outlet window 2 made of a thin plate at the wider end of the cone. The electron beam goes through these 10 windows into the atmosphere. Large vacuum pumps 3 are connected to the narrow end of the chamber 1 by pipelines 4 and a vacuum monitoring device 5 is connected to the chamber 1 by similar pipelines (not shown). The device 5 comprises measuring devices, e.g. vacuum gauges, 1 when the vacuum falls below a specified value.

Kammioon 1 on lisäksi liitetty esityhjiöpumpun (ei-esitetty) putkijohto 6. Virta syötetään kiihdyttimeen kaapeleilla 7.A pre-vacuum pump pipeline 6 (not shown) is also connected to the chamber 1. Power is supplied to the accelerator by cables 7.

20 Kammion 1 kaulaosaan on asennettu elektronisuihku- pyyhkäisyjärjestelmä 8, joka saa aikaan suihkun periodisen liikkeen ulostuloikkunan 2 poikki. Tyhjiökammion 1 kau-laosa on liitetty elektronisuihkulähteen kiihdytysput-keen 9, joka muodostaa tyhjiökammion 1 kanssa yhden tyh-25 jiötilan.An electron beam scanning system 8 is mounted on the neck of the chamber 1, which causes a periodic movement of the jet across the outlet window 2. The neck portion of the vacuum chamber 1 is connected to the accelerator tube 9 of the electron beam source, which together with the vacuum chamber 1 forms a single vacuum space.

Tyhjiökammio 1, elektronisuihkun pyyhkäisyjärjestelmä 8, tyhjiöpumput 3 ja tyhjiöntarkkailulaite 5 ovat sijoitetut säteilysuojakammioon 10. Kammio 10 on valmistettu metallista, joka kykenee absorboimaan röntgensätei-30 lyä, esim. monesta lyijy- ja teräskerroksesta, ja sillä on sellainen seinämäpaksuus, että se pitää kammion 10 seinämät läpäisevän röntgensäteilyn sallituissa arvoissa. Kammion 10 alaosa on tehty irrotettavaksi, jotta voidaan päästä kuljettimen (ei-esitetty) luokse, joka tuo kiihdy-35 tetyillä elektroneilla säteilytettävän aineen 11 ulostuloikkunan 2 alle.The vacuum chamber 1, the electron beam sweeping system 8, the vacuum pumps 3 and the vacuum monitoring device 5 are housed in the radiation protection chamber 10. The chamber 10 is made of a metal capable of absorbing X-rays, e.g. within the permissible values of the X-rays transmitted by the walls. The lower part of the chamber 10 is made detachable in order to access a conveyor (not shown) which brings the substance 11 to be irradiated with accelerated electrons under the outlet window 2.

Il 5 69383Il 5 69383

Keksinnön mukainen kammio 10 on varustettu väliseinällä 12, joka on valmistettu samasta materiaalista kuin kammio 10 ja jonka paksuus on sama kuin kammion 10 seinämäpaksuus sen alaosassa. Tyhjiökammio 1 on kiinni-5 tetty väliseinään 12 tiivisteen 13 välityksellä. Väliseinä 12 jakaa yhdessä tyhjiökammion 1 kanssa kammion 10 kahteen suljettuun osastoon, alaosastoon 14 ja yläosastoon 15. Tyhjiökammion 1 ulostuloikkuna 2 sijaitsee alaosastossa 14. Yläosastoon 15 on sijoitettu tyhjiöpumput 3, 10 tyhjiöntarkkailulaite 5, elektronisuihkupyyhkäisyjärjestelmä 8 ja osittain putkijohto 6 ja virransyöttökaapelit 7.The chamber 10 according to the invention is provided with a partition wall 12 made of the same material as the chamber 10 and having a thickness equal to the wall thickness of the chamber 10 at its lower part. The vacuum chamber 1 is fixed to the partition wall 12 by means of a seal 13. The partition wall 12 together with the vacuum chamber 1 divides the chamber 10 into two closed compartments, a lower compartment 14 and an upper compartment 15. The outlet window 2 of the vacuum chamber 1 is located in the lower compartment 14. Vacuum pumps 3, 10

Väliseinä 12 tulisi ilmeisesti sijoittaa mahdollisimman lähelle tyhjiökammion 1 kaulaa kammion 10 yläosastaan 15 sijoitettujen kiihdyttimen elementtien tehokkaan 15 suojauksen aikaansaamiseksi. On myös ilmeistä, että kammion 10 seinämäpaksuus sen yläosastossa 15 voi olla paljon pienempi kuin sen alaosastossa 14.The partition 12 should obviously be placed as close as possible to the neck of the vacuum chamber 1 in order to provide effective protection of the accelerator elements 15 located at the top 15 of the chamber 10. It is also apparent that the wall thickness of the chamber 10 in its upper compartment 15 may be much smaller than in its lower compartment 14.

Portaat 16 ja työskentelylava 17 huoltohenkilöstöä varten on asennettu lähelle kiihdytintä sallimaan pääsyn 20 yläosastossa 15 olevien elementtien luo. Yläosastoon 15 on järjestetty ovia 18.Stairs 16 and a work platform 17 for maintenance personnel are mounted close to the accelerator to allow access to the elements 20 in the upper compartment 15. Doors 18 are arranged in the upper compartment 15.

Kiihdytintä käytettäessä kiihdytetyt elektronit, jotka läpäisevät ulostuloikkunan 2, törmäävät säteilytet-tävään materiaaliin 11 ja elektronien hidastumisesta eli 25 jarruuntumisesta materiaalissa 11 seuraa voimakas röntgensäteily. Lisäksi näiden kiihdytettyjen elektronien ja sä-teilytettävän materiaalin alueella olevan ilman keskinäis-vaikutuksesta muodostuu kemiallisesti aktiivisia aineita. Nämä aineet keskittyvät kammion 10 alaosastoon 14 eivätkä 30 tunkeudu ilmanpitävän väliseinän 12 läpi yläosastoon 15.When using the accelerator, the accelerated electrons passing through the output window 2 collide with the material to be irradiated, and the deceleration of the electrons, i.e. the braking in the material 11, results in strong X-rays. In addition, the interaction of these accelerated electrons with the air in the region of the irradiated material produces chemically active substances. These substances are concentrated in the lower compartment 14 of the chamber 10 and do not penetrate through the airtight partition 12 into the upper compartment 15.

Mitä röntgensäteilyyn tulee, se ei myöskään tunkeudu väliseinän 12 läpi, mutta tunkeutuu yläosastoon 15 kammion 1 tyhjiötilan läpi. Koska väliseinä 12 on sijoitettu lähelle kammion 1 kaulaa, jossa kammion 1 poikkipinta-ala 35 on verraten pieni, röntgensäteilyn intensiteettiä yläosastossa 15 on oleellisesti vähennetty.As for the X-rays, it also does not penetrate through the partition 12, but penetrates the upper part 15 through the vacuum space of the chamber 1. Since the partition wall 12 is located close to the neck of the chamber 1, where the cross-sectional area 35 of the chamber 1 is relatively small, the intensity of X-rays in the upper compartment 15 is substantially reduced.

6 69383 Näin ollen väliseinä 12, joka rajoittaa kemiallisen kaasumaisen korroosioväliaineen ja voimakkaan säteilyn vyöhykkeen säteilysuojauskammion 10 sisäpuolelle, estää kemiallisen vaikutuksen kohdistumisen pyyhkäisy-5 järjestelmään 8 ja laitteeseen 5 ja melkoisesti vähentää niihin kohdistuvaa röntgensäteilyvaikutusta.Thus, the partition wall 12, which limits the chemical gaseous corrosion medium and the high radiation zone inside the radiation protection chamber 10, prevents the chemical action on the scanning system 5 and the device 5 and considerably reduces the X-ray effect on them.

Keksintöä voidaan laajalti käyttää teollisten prosessien säteilylaitoksissa sovellettuna esim. aineiden säteilykemialliseen käsittelyyn ja laboratorioissa, jotka 10 on tarkoitettu tieteelliseen tutkimustyöhön säteilykemian alalla. Säteilysuojakammion ehdotettu rakenne yksinkertaistaa kiihdyttimen kunnossapitoa ja lisää sen luotettavuutta.The invention can be widely used in radiation plants for industrial processes, e.g. for the radiochemical treatment of substances, and in laboratories intended for scientific research in the field of radiochemistry. The proposed structure of the radiation protection chamber simplifies the maintenance of the accelerator and increases its reliability.

Claims (1)

69383 7 Patenttivaatimus: Elektronikiihdytin, joka käsittää säteilysuoja-kammion (10), johon on sijoitettu ulostuloikkunalla (2) 5 varustettu tyhjiökammio (1), elektronisuihkupyyhkäisyjärjestelmä (8), kammioon (1) liitettyjä tyhjöpumppuja (3) ja tyhjiöntarkkailulaite (5), tunnettu siitä, että suojakammiossa (10) on väliseinä (12), joka yhdessä tyhjiökammion (1) kanssa jakaa kammion (10) kahteen 10 suljettuun osastoon (14,15), joista toisessa (14) on tyhjiökammion (1) ulostuloikkuna (2) ja toisessa (15) on elektronisuihkupyyhkäisyjärjestelmä (8), tyhjiöpumput (3) ja tyhjiöntarkkailulaite (5).An electron accelerator comprising a radiation protection chamber (10) housing a vacuum chamber (1) with an outlet window (2), an electron beam scanning system (8), vacuum pumps (3) connected to the chamber (1) and a vacuum monitoring device (5), known that the protective chamber (10) has a partition wall (12) which, together with the vacuum chamber (1), divides the chamber (10) into two closed compartments (14, 15), one (14) of which has an outlet window (2) of the vacuum chamber (1) and the other (15) has an electron beam scanning system (8), vacuum pumps (3) and a vacuum monitoring device (5).