用于辐照加工的双波导系统及相关装置 |
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| 申请号 | CN201610598797.9 | 申请日 | 2016-07-27 | 公开(公告)号 | CN106231773A | 公开(公告)日 | 2016-12-14 |
| 申请人 | 广州华大生物科技有限公司; | 发明人 | 邹伟权; 辜英杰; 胡振波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于物理工程领域，具体涉及一种用于辐照加工的双 波导 系统及其相关装置。所述双波导系统，其通过T型弯波导将 微波 分流，分别接到两个波导窗上，再通过另一个T弯波导聚合后再送入 加速 管。所述双波导系统可以降低单个波导窗所需承受的微波功率，从而提高了波导窗部件的使用寿命，增加波导系统的稳定度，更能保障加速管和辐照装置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种双波导系统，其通过T型弯波导将微波分流，分别接到两个波导窗上，再通过另一个T弯波导聚合后再送入加速管。 |
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| 说明书全文 | 用于辐照加工的双波导系统及相关装置技术领域[0001] 本发明属于物理工程领域，具体涉及一种用于辐照加工的双波导系统及其相关装置。 背景技术[0002] 辐照加工是利用高能电子束、电子束打靶产生的X射线或者放射性核素放出的Y射线进行高分子材料制备、食品贮藏保鲜、医疗用品辐射消毒、药品辐射灭菌、商品辐照养护、水晶及珍珠等辐照着色以及环境污染物辐射处理等。辐照加工工业被认为是一种经济效益高，节约能源，节省人力，无公害的新的加工体系，已广泛应用于农业、工业、医疗卫生等各个领域，它在国民经济和人民生活中所起的作用日益显著。 [0003] 一般来讲，辐照装置中的电子加速器由电子枪、加速管、离子泵、微波传输装置、微波功率源和脉冲调制器等组成。微波传输装置包含波导系统，用于输出微波，使微波与电子相互作用。在实际应用中，波导管里充有绝缘气体使磁控管在大功率状态下工作稳定，不发生高频打火，但使用随着长时间使用会导致波导管一定程度的腐蚀，从而使整个辐照装置使用效率大幅下降。 [0004] 另外，波导系统中除了波导管外还包含波导窗，波导窗是在一段波导管中焊接绝缘介质片，其作用是让射频电磁波无反射地通过它传输，仅有很小的损耗，并把超高真空加速管与充气状态波导管隔离开。在实际应用中，波导窗的高故障率是影响波导系统顺利运行的重要因素。一般来讲，波导窗的故障原因为电介质击穿、材料过热导致的裂痕或熔化以及边缘故障。 发明内容[0005] 本发明的第一方面是提供一种双波导系统，其通过T型弯波导将微波分流，分别接到两个波导窗上，再通过另一个T弯波导聚合后再送入加速管。所述双波导系统可以降低单个波导窗所需承受的微波功率，从而提高了波导窗部件的使用寿命，增加波导系统的稳定度，更能保障加速管和整个电子加速器系统。 [0006] 在一个实施方案中，所述双波导系统包括直波导、T弯波导、定向耦合器和波导窗等装置。在具体的实施方案中，所述双波导系统由直波导、软波导、T弯波导、定向耦合器、波导窗和T弯波导组成。 [0007] 在进一步地实施方案中，所述波导窗的介质材料由重量百分比为50-65％的AlN、30-40％Al2O3、4-6％的La2O3和1-4％的BeO组成；优选地所述介质材料由重量百分比为62％的AlN、31％Al2O3、5％的La2O3和2％的BeO组成。 [0008] 在更具体的实施方案中，所述介质材料的制备方法为按相应重量百分比将AlN、Al2O3、La2O3和BeO混合，然后混合粉末用高纯氧化锆球在蒸馏水介质中进行湿磨8-10h，干燥后装入石墨模具中，压实，置于热压炉中，在30Mpa下烧成温度为1300-1600℃，保温1h后随炉冷却即得。 [0009] 本发明的第二方面是提供所述双波导系统在制备微波相关装置中的用途。 [0010] 本发明的第三方面是提供一种包含所述双波导系统的电子加速辐照装置，其包括束流产生装置、束流加速装置、束流扫描引出系统。所述束流产生装置包括电子枪、离子泵、上述双波导系统、微波功率源和脉冲调制器，所述电子枪的输出端与加速管相连，所述加速管通过所述双波导系统与微波功率源相连，所述离子泵分别与加速管和所述双波导系统相连，所述脉冲调制器的输出端分别与电子枪和微波功率源相连，所述加速管的输出端与束流扫描引出系统相连。 [0011] 在另一个实施方案中，所述加速管与所述双波导系统相连，所述加速管通过钛窗与束流扫描引出系统相连。 [0013] 本发明通过特有的双波导系统，通过T型弯波导降低单个波导窗所需承受的微波功率，从而提高了波导窗部件的使用寿命，增加波导系统的稳定度，更能保障加速管和整个电子加速器系统。另外针对波导窗中介质材料的易损耗的特点，设计了一种新型的介质材料其具有介电常数低、介电损耗小、导热性能好以及较高的机械强度等优点。附图说明 [0014] 图1本发明双波导系统示意图，1为直波导，2为软波导，3为T弯波导，4为定向耦合器、5为波导窗，6为T弯波导。 具体实施方式[0015] 下面将结合附图以及进一步的详细说明来举例说明本发明。需要指出的是，以下说明仅仅是对本发明要求保护的技术方案的举例说明，并非对这些技术方案的任何限制。本发明的保护范围以所附权利要求书记载的内容为准。 [0016] 实施例1波导窗中介质片的制备及相关性能测试 [0017] 1)制备：按重量百分比将62％的AlN、31％Al2O3、5％的La2O3和2％的BeO混合，然后混合粉末用高纯氧化锆球在蒸馏水介质中进行湿磨8h，干燥后装入石墨模具中，压实，置于热压炉中，在30Mpa下烧成温度为1450℃，保温1h后随炉冷却即得波导窗用介质片。将介质片进行打磨加工后通过真空封接至金属波导窗框即得到波导窗。 [0018] 2)性能测试 [0019] 介电性能测试 [0020] 采用阻抗分析仪(AGILENT 4294A)测试介质片在10MHz下测试材料的相对介电常数及介电损耗，具体如下： [0021] 介电常数 介电损耗(tanδ×10-4) 实施例1 8.2 2.1 对比例1 9.9 4.3 对比例2 9.4 7.1 对比例3 8.8 3.5 对比例4 9.1 3.9 [0022] 对比例1的材料组成为70％的AlN、26％的Al2O3、4％的Y2O3，制备方法同上[0023] 对比例2的材料组成为64％的AlN、31％Al2O3、5％的La2O3，制备方法同上[0024] 对比例3的材料组成为68％的AlN、28％Al2O3、3％的La2O3和1％的BeO，制备方法同上 [0025] 对比例4的材料组成为58％的AlN、33％Al2O3、6％的La2O3和3％的BeO，制备方法同上 [0026] 抗弯强度测试 [0027] 采用电子万能试验机(CMT-6203)采用三点测试法测定材料的抗弯强度，跨距为30mm，加载速度为0.55mm/min；具体结果如下： [0028] 抗弯强度(MPa) 实施例1 543 对比例1 316 对比例2 389 对比例3 479 对比例4 452 [0029] 热导率测试 [0030] 采用LFA447型激光导热仪测试材料在室温(25℃)下的热导率，具体结果如下： [0031] 热导率(W.m-1k-1) 实施例1 58 对比例1 32 对比例2 37 对比例3 49 对比例4 43 [0032] 实施例2双波导系统 [0033] 如图1所示，所述双波导系统由直波导1，软波导2，T弯波导3，定向耦合器4、波导窗5(实施例1制备)，T弯波导6构成。 [0034] 实施例3辐照装置 [0035] 包含所述双波导系统的辐照装置，其包括束流产生装置、束流加速装置、束流扫描引出系统。所述束流产生装置包括电子枪、离子泵、上述双波导系统、微波功率源和脉冲调制器，所述电子枪的输出端与加速管相连，所述加速管通过所述双波导系统与微波功率源相连，所述离子泵分别与加速管和所述双波导系统相连，所述脉冲调制器的输出端分别与电子枪和微波功率源相连，所述加速管的输出端与束流扫描引出系统相连。 [0036] 微波功率源用于产生微波，一般为工业磁控管。磁控管额定输出功率2.6MW，传输系统中的隔离器衰减量＜0.2dB，隔离窗的损耗在0.1dB左右，整个波导传输系统长度控制在2米以内，考虑连接法兰的波导损耗约0.5dB，这样当微波功率送到加速管入口时功率大于1.9MW。 [0037] 双波导系统用来引导微波的传输方向，系统内充SF6气体来提高耐压，通过T型弯波导降低单个波导窗所需承受的微波功率，从而提高了波导窗部件的使用寿命，增加波导系统的稳定度，更能保障加速管和整个电子加速器系统。 [0039] 所述的电子枪设于加速管的中心位置。电子枪在加速管内发生电子，枪体工作电压为60KV，工作在空间电荷限制状态，峰值脉冲流强在1安培左右。 [0043] 在实际测试中，按上述设置的电子束加速器辐照装置进行了辐照消毒和辐照灭菌长期实践，双波导系统以及波导窗在3500小时内无故障发生，而本领域目前采用单波导系统的电子束辐照装置其波导系统的寿命仅为1500小时左右。 [0044] 本发明内容仅仅举例说明了要求保护的一些具体实施方案，其中一个或更多个技术方案中所记载的技术特征可以与任意的一个或多个技术方案相组合，这些经组合而得到的技术方案也在本申请保护范围内，就像这些经组合而得到的技术方案已经在本发明公开内容中具体记载一样。 |
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