專利名稱：高頻電極以及應用該高頻電極的地拉米加速器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高頻電極以及應用該高頻電極的地拉米加速器，屬于帶電粒子加速器領域。
背景技術：
地拉米加速器(Dynamitron Accelerator)的直流高壓是由高頻電極的高頻電壓，通過空間電容偶合到加速器芯柱的電暈環上后，經多級并聯整流得到的直流電壓串聯后產生的。當人們要建造工作電壓比較高的加速器時候(如4-5MV)，由于高壓靜電場的需要，高頻電極直徑和它與電暈環的距離都得相應增大，因而高頻電極的高頻電壓峰值也隨之增大。在傳統的地拉米加速器中均采用同一直徑的圓柱形高頻電極。本世紀初歐洲高壓工程公司采用圓錐形的高頻電極，建造了一臺地拉米型的5MV串列加速器(The novelHVEE 5MV Tandetron A.Gottdang, D.J.W.Mous, R.G.Haitsma NIM in Physics ResearchB 190(2002) 177-182)。它的高頻電極與電暈環的距離從電壓高端到低端線性減小，高頻電極的寬度也相應地逐漸變窄，以保持它與各個電暈環之間有相等的偶合電容，希望每一整流節得到相同的直流電壓。上述傳統的圓柱形高頻電極的缺點:第一，由于高壓端電場需要，高頻電極直徑就要取得比較大；為了有相等的偶合電容從而有相等的整流節電壓，在低壓端高頻電極直徑也不得不與高壓端相同。因此隨高壓指標升高，整個高頻電極的尺寸變得很大；第二，高頻電極通用性差，即使高壓相近的地拉米加速器也必須全部更換高頻電極。后期的圓錐形高頻電極的缺點:第一，由于高頻電極與電暈環的偶合電容是與高頻電極和電暈環的直徑之比的自然對數成反比。因此采用圓錐形高頻電極，很難做到從上到下所有偶合電容相等，這就會使得加速器芯柱軸向電壓分布不均；第二，圓錐形的高頻電極的制造和安裝也較為復雜。
實用新型內容實用新型目的:為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型采用的技術方案為:高頻電極，其特征在于:所述高頻電極為階梯形結構。根據權利要求1所述的高頻電極，其特征在于:所述高頻電極包括相互連接的第一高頻電極和第二高頻電極，所述第一高頻電極的半徑比第二高頻電極的半徑小。所述第一高頻電極半徑rfI=IOOOmm ;所述第二高頻電極半徑rf2=1120mm。還包括金屬圓管，所述第一高頻電極和第二高頻電極通過金屬圓管來實現過渡連接。一種應用所述高頻電極的地拉米加速器，其特征在于:包括所述高頻電極、芯柱和電暈環，所述芯柱內部裝有若干級整流硅堆，每一級整流硅堆左右成對安裝電暈環，所述電暈環為半圓形結構。 還包括高壓電極，所述高壓電極設置在芯柱和電暈環頂部，所述高壓電極為半圓球形結構。所述高壓電極半徑rc=490mm。還包括地電位屏蔽電極，高頻電極絕緣支撐，屏蔽電極金屬支撐和鋼筒；所述地電位屏蔽電極設置在高壓電極兩側，通過屏蔽電極金屬支撐與鋼筒內壁實現固定連接；所述高頻電極通過高頻電極絕緣支撐與鋼筒內壁實現固定連接。有益效果:本實用新型提供的高頻電極以及應用該高頻電極的地拉米加速器，通過改變高頻電極構造，采用不等直徑的階梯形高頻電極，在較低的高頻電壓峰值下，就能使同樣芯柱尺寸的加速器得到更高的端電壓。具有如下優點:(1)高頻電極與電暈環間的偶合強，所須高頻電壓峰值低；(2)降低了容易發高壓放電的整流芯柱頂部軸向電位梯度，其余大部份軸向電位梯度保持均勻；(3)高壓電極及其鄰近的高電位電暈環表面最高電場變化較為平緩；(4)相同大小的鋼筒情況下，高頻電極絕緣支撐加長，提高其耐電壓性能；(5)高頻電極通用性增大，在一定高壓指標范圍內電暈環和第一高頻電極基本通用，降低了制造成本；(6)與圓錐形高頻電極相比，結構簡單、制造安裝方便。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為圖1中A部的放大圖；圖3為本實用新型中高壓電極和鄰近電暈環表面電場強度分布關系圖。其中:芯柱1，高壓電極2，電暈環3，第一高頻電極4，第二高頻電極5，地電位屏蔽電極6，高頻電極絕緣支撐7，屏蔽電極金屬支撐8，鋼筒9。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。如圖1和圖2所示,包含一種高頻電極,為階梯形結構,所述高頻電極包括相互連接的第一高頻電極4和第二高頻電極5，所述第一高頻電極4的半徑比第二高頻電極5的半徑小。還包括金屬圓管，所述第一高頻電極4和第二高頻電極5通過金屬圓管來實現過渡連接。作為優選方案，所述第一高頻電極4半徑rfI=IOOOmm ;和/或,所述第二高頻電極5半徑 rf2=1120mm。如圖1和圖2所示，為一種應用所述高頻電極的地拉米加速器，包括高頻電極、芯柱I和電暈環3，所述芯柱I內部裝有若干級整流硅堆，每一級整流硅堆左右成對安裝電暈環3，所述電暈環3為半圓形結構。還包括高壓電極2，所述高壓電極2設置在芯柱I和電暈環3頂部，所述高壓電極2為半圓球形結構。還包括地電位屏蔽電極6，高頻電極絕緣支撐7，屏蔽電極金屬支撐8和鋼筒9 ;所述地電位屏蔽電極6設置在高壓電極2兩側，通過屏蔽電極金屬支撐8與鋼筒9內壁實現固定連接；所述高頻電極通過高頻電極絕緣支撐7與鋼筒9內壁實現固定連接。作為優選方案,所述高壓電極2半徑rc=490mm。本實施例中的地拉米加速器與現有地拉米加速器不同，其高頻電極是由不同半徑的兩部份組成。①一加速器主機的芯柱，其內部裝有若干級整流硅堆；②——加速器高壓電極；③一芯柱外部電暈環，每一級整流硅堆都有一對左右安裝的近似半園形的電暈環。每一對電暈環兩端經空間電容分壓作用，從高頻電極的高頻電壓中得到一交變電壓分量，提供硅堆進行整流得到一直流電壓；④——第一高頻電極。由于它相對應的電暈環的電壓是比較低，因此其半徑rfl可以取得比較小。它與電暈環間的偶合電容(基本值):Cseo=0.2783*Sc/lnrfl/rc (Sc為電暈環節高)，由于小的rfl值，可得到較大的Cseo值。因此，電暈環與高頻電極間的偶合增強，所須的高頻電壓峰值相對下降；⑤——第二高頻電極。由于它相對應的電暈環的電壓是比較高，因此其半徑rf2要比較大。它與第一高頻電極的連接，采用一個大直徑的金屬圓管來過渡。電暈環金屬表面最大電場強度(基本值):Eo=U/(rc*lnrf2/rc) (U為最高電暈環電壓)，上述兩公式只是在設計之初用來粗略選取基本加速器尺寸的，最后的尺寸需用電場的計算機數值計算來修正。圖二為電場數值計算的結果一-高壓電極和鄰近電暈環表面電場強度分布。顯然，在高電壓區域的電場得到改善，最大值分布較為平緩。另外，由于第二高頻電極的半徑大了，因此它與電暈環間的偶合電容會變小了，這就使得第二高頻電極相對應的電暈環內的整流電壓變低。也就是說，芯柱最上端的一段軸向電位梯度有一定程度下降。這應對減少此處常發生打火機率是有好處的。第二高頻電極的高度這里選擇7個電暈節高度為623mm.當rc=490mm, rf 1 =1000mm, rf2=1120mm時，Csel=3.27pf,Cse2=2.83pf .計算得到這7個電暈環的內的整流直流電壓下降了 12%.這會造成這7個電暈環中最下面的一個電暈環與它對應的加速管電極之間的電位差為8.4kV左右.這個電位差不至于發生放電現象；⑥——高壓電極的接地屏蔽電極；⑦——高頻電極絕緣支撐；⑧——屏蔽電極金屬支撐；⑨----加速器壓力鋼筒其中半徑為490mm的高壓電極2和所有電暈環都是與3MV或4MV加速器的相同。半徑為IOOOmm的第一高頻電極是用4MV加速器的高頻電極。只有一小段半徑為1120mm的第~■聞頻電極才是新做的。該加速器的最聞壓可達到5MV左右。圖3為本實用新型中高壓電極和鄰近電暈環表面電場強度分布關系圖。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.高頻電極，其特征在于:所述高頻電極為階梯形結構。
2.根據權利要求1所述的高頻電極，其特征在于:所述高頻電極包括相互連接的第一高頻電極(4)和第二高頻電極(5)，所述第一高頻電極(4)的半徑比第二高頻電極(5)的半徑小。
3.根據權利要求2所述的高頻電極，其特征在于:所述第一高頻電極(4)半徑rfI=IOOOmm ;所述第二高頻電極(5)半徑rf2=1120mm。
4.根據權利要求2或3所述的高頻電極，其特征在于:還包括金屬圓管，所述第一高頻電極(4)和第二高頻電極(5)通過金屬圓管來實現過渡連接。
5.一種應用所述高頻電極的地拉米加速器，其特征在于:包括所述高頻電極、芯柱(I)和電暈環(3)，所述芯柱(I)內部裝有若干級整流硅堆，每一級整流硅堆左右成對安裝電暈環(3)，所述電暈環(3)為半圓形結構。
6.根據權利要求5所述的地拉米加速器，其特征在于:還包括高壓電極(2)，所述高壓電極2設置在芯柱(I)和電暈環(3)頂部，所述高壓電極(2)為半圓球形結構。
7.根據權利要求6所述的地拉米加速器，其特征在于:所述高壓電極(2)半徑rc=490mmo
8.根據權利要求6或7所述的地拉米加速器，其特征在于:還包括地電位屏蔽電極(6)，高頻電極絕緣支撐(7)，屏蔽電極金屬支撐(8)和鋼筒(9);所述地電位屏蔽電極(6)設置在高壓電極(2)兩側，通過屏蔽電極金屬支撐(8)與鋼筒(9)內壁實現固定連接；所述高頻電極通過高頻電極絕緣支撐(7)與鋼筒(9)內壁實現固定連接。
專利摘要本實用新型公開了一種高頻電極以及應用該高頻電極的地拉米加速器，高頻電極為階梯形結構，包括相互連接的第一高頻電極和第二高頻電極，第一高頻電極半徑比第二高頻電極半徑小，第一高頻電極和第二高頻電極通過金屬圓管來實現過渡連接。本實用新型提供的高頻電極以及應用該高頻電極的地拉米加速器，通過改變高頻電極構造，采用不等直徑的階梯形高頻電極，在較低的高頻電壓峰值下，就能使同樣芯柱尺寸的加速器得到更高的端電壓。
文檔編號H05H5/00GK203039991SQ20122071854
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者賴偉全, 斯厚智, 俞章華, 俞江 申請人:江蘇達勝加速器制造有限公司