一種加速器束流引出裝置的制造方法
【專利摘要】為解決現(xiàn)有煙氣脫硫脫硝的電子束輻照應(yīng)用中金屬隔膜的腐蝕與燒穿問題，以及高能高功率加速器束流引出薄膜的更換問題，本發(fā)明提供一種新的加速器束流引出裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案包括加速器、氣體節(jié)流管道、氣體擴散室、真空泵、束流聚束或擴束元件、高速隔離氣流等。本發(fā)明實現(xiàn)了沒有真空隔離膜的加速器束流直接引出應(yīng)用。
【專利說明】
一種加速器束流引出裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種加速器技術(shù)，特別涉及一種用于脫硫脫硝的電子束輻照加速器。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電廠燃煤產(chǎn)生的含硫含硝的煙氣是造成霧霾、酸雨等環(huán)境污染問題的主要因素之一。利用電子加速器輸出能量為IMeV左右的電子束輻照煙氣，就可以實現(xiàn)脫硫脫硝。目前，國內(nèi)外所采用的電子加速器一般為靜電高壓型的，電子束流功率可達數(shù)百千瓦。
[0003]由于電子束輻照煙氣的過程中有非常強的電離效應(yīng)，產(chǎn)生大量臭氧及各種正負離子，對于含硫含硝的煙氣，還會產(chǎn)生大量硫酸、硝酸等強酸，因此具有極強的腐蝕效應(yīng)。
[0004]電子加速器的工作原理是，首先由電子槍產(chǎn)生和引出電子束，電子束在加速管內(nèi)通過高壓電場或射頻電場獲得能量，電子束從加速管輸出后就可進行各種應(yīng)用。其中，電子槍必須在真空環(huán)境才能有效工作并產(chǎn)生和引出電子束；加速管也必須工作于真空環(huán)境。然而電子束的很多應(yīng)用必須在大氣環(huán)境里，例如脫硫脫硝等。因此就需要將電子束的產(chǎn)生和加速的真空環(huán)境與其應(yīng)用環(huán)境隔離。目前通常的做法是采用薄金屬膜來實現(xiàn)隔離功能。
[0005]對于脫硫脫硝的電子束輻照應(yīng)用而言，由于電子束流功率很大，其金屬隔膜就不能做厚，否則電子束沉積到隔膜上的熱量就很大，難以冷卻而導(dǎo)致隔膜破損熔化。如果隔膜做得較薄，由于輻照后的煙氣具有極強的腐蝕性，會使隔膜很快腐蝕，從而導(dǎo)致加速器內(nèi)的真空被破壞。因此，如何解決脫硫脫硝加速器的真空隔離成為其推廣應(yīng)用成功的關(guān)鍵技術(shù)。
[0006]此外，對于高能高功率束流的引出應(yīng)用，在國際上也是一個難題。例如散裂中子源和加速器驅(qū)動次臨界潔凈核能系統(tǒng)(ADS)等，其束流功率高達兆瓦量級，束流能量高達GeV量級。如果采用金屬薄膜隔離真空，需要經(jīng)常更換薄膜，以防薄膜的損壞而破壞加速器內(nèi)的真空。而薄膜的更換需要停止加速器的運行，從而對加速器的應(yīng)用造成影響，特別是對用于能源生產(chǎn)的ADS影響巨大。因此，高能高功率加速器束流引出技術(shù)對其應(yīng)有具有重大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的為解決現(xiàn)有煙氣脫硫脫硝的電子束輻照應(yīng)用中，金屬隔膜的腐蝕問題，以及高能高功率加速器束流引出薄膜的更換問題，提供一種新的加速器束流引出裝置，解決高功率束流的引出難題，提出了取消真空隔離的金屬隔膜，利用氣體擴散限制裝置和真空栗獲得加速器正常運行所需要的真空條件。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案包括加速器、氣體擴散限制裝置、真空栗、束流控制操作元件和高速隔離氣流等。
[0009]所述加速器包括靜電加速器、回旋加速器、直線加速器、同步加速器等類型，加速器所加速的粒子包括電子、質(zhì)子和重離子等；
[0010]所述的氣體擴散限制裝置包括氣體節(jié)流管道、氣體擴散室；
[0011]所述氣體節(jié)流管道的內(nèi)孔徑一般與加速器的束流傳輸管道相同，也可以比其稍小，管道截面形狀可為圓形、橢圓形、方形、長方形等形狀，其作用是限制進入加速器真空室的氣體量，并使氣體節(jié)流管道的兩端形成壓強差；
[0012]所述氣體擴散室的內(nèi)尺寸大于氣體節(jié)流管道內(nèi)尺寸，其形狀可以是任意的，其作用是使高氣壓端的氣體節(jié)流管道輸入的氣體在其室內(nèi)膨脹擴散；氣體擴散室連接一個大口徑高抽速的真空栗，氣體擴散室內(nèi)的大部分氣體被真空栗抽走，少部分氣體進入低氣壓端的氣體節(jié)流管道或加速器束流傳輸管道；
[0013]進一步，一個氣體擴散室可以連接一個或多個真空栗；氣體擴散室可以不通過氣體節(jié)流管道而直接連接一個或多個氣體擴散室；
[0014]再進一步，連接相鄰兩個氣體擴散室的氣體節(jié)流管道可以是I個，也可以是多個；
[0015]再進一步，相鄰的兩個氣體擴散室可以不通過氣體節(jié)流管道直接連接在一起，之間通過帶孔隔板隔開；
[0016]所述真空栗包括機械栗、分子栗、鈦栗、擴散栗等，其作用是抽取氣體擴散室加速器和氣體擴散室內(nèi)的氣體，以獲得加速器正常運行所需要的真空條件；
[0017]所述束流控制操作元件包括螺線管、四極磁鐵、六極磁鐵、八極磁鐵、二極磁鐵、掃描磁鐵、靜電四極透鏡、三圓筒透鏡、三膜片透鏡、靜電偏轉(zhuǎn)器、束流均勻化元件等，聚束元件的作用是約束束流包絡(luò)小于氣體節(jié)流管道的內(nèi)孔徑，避免其傳輸過程中的損失，擴束元件的作用是擴大束流包絡(luò)以實現(xiàn)各種束流的應(yīng)用，偏轉(zhuǎn)元件的作用是使束流運動軌跡彎轉(zhuǎn)。
[0018]所述高速隔離氣流產(chǎn)生方法很多，包括吹風機、壓縮機、高壓氣罐等，根據(jù)不同應(yīng)用需求及其經(jīng)濟性考慮。隔離氣體可采用普通空氣、干燥空氣、氮氣等，隔離氣流的作用是將加速器外部的環(huán)境氣體加速器內(nèi)部的氣體隔離開來。隔離的效果有兩個，一是使得加速器內(nèi)部的氣體種類不同于環(huán)境氣體，二是使隔離區(qū)的氣體擴散限制裝置的束流出口內(nèi)外形成一定的壓強差，實現(xiàn)一定的真空預(yù)抽功能，由于高速隔離氣流緊貼氣體擴散限制裝置的束流出口，在氣體分子碰撞的作用下會帶走裝置內(nèi)的氣體，而裝置內(nèi)的氣體體積容積有限，從而使得管道內(nèi)的氣體壓強降低。所述的環(huán)境氣體是指加速器外部或束流應(yīng)用環(huán)境的氣體，其氣體壓強為普通的大氣壓強或高氣壓。隔離加速器內(nèi)外氣體的成分對脫硫脫硝的應(yīng)用非常有利，可以避免強酸對真空栗機組的腐蝕。高速隔離氣流可以垂直于束流運動的方向及其管道，也可以成其它角度；
[0019]進一步，高速隔離氣流可以部分或全部電離，形成等離子體流。
[0020]所述的束流的運動軌跡可以是直線，也可以轉(zhuǎn)彎；可以是一條束流運動軌跡，也可以是多條。
[0021]所述的氣體節(jié)流管道可取消，相鄰氣體擴散室之間通過帶孔隔板相連，束流控制操作元件置于氣體擴散室之內(nèi)或之外。
[0022]所述的氣體節(jié)流管道和氣體擴散室之間可以沒有明顯的形狀突變，氣體節(jié)流管道和氣體擴散室是連續(xù)光滑連接的，可以是糖球葫蘆狀或橢球加速腔串等可以限制氣體向加速器擴散的其它形狀。
[0023]所述的氣體擴散室可取消，多個真空栗并排直接連接到等機械尺寸或機械尺寸漸變的束流傳輸管道上。
[0024]所述的高速隔離氣流可取消，特別是在不需要隔離環(huán)境氣體對整個設(shè)備的影響，
[0025]本發(fā)明的有益效果如下:解決了脫硫脫硝的電子束輻照過程中真空隔離膜的腐蝕難題，解決了高功率束流對真空隔離膜的燒穿問題，實現(xiàn)了沒有真空隔離膜的加速器束流直接引出應(yīng)用。
【附圖說明】
[0026]圖1本發(fā)明的具有氣體節(jié)流管道、氣體擴散室和高速隔離氣流的加速器束流引出裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2本發(fā)明的具有氣體節(jié)流管道和高速隔離氣流的加速器束流引出裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3本發(fā)明的具有氣體節(jié)流管道和氣體擴散室漸變結(jié)構(gòu)的加速器束流引出裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]附圖標記:1.加速器，2.氣體節(jié)流管道，3.氣體擴散室，4.真空栗，5.束流控制操作元件，6.高速隔離氣流，7.束流偏轉(zhuǎn)元件，8.氣體擴散限制裝置，9.束流引出口。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做進一步的說明。
[0031]實施例1
[0032]一種加速器束流引出裝置，如圖1所示，該加速器束流引出裝置包括加速器1、氣體節(jié)流管道2、氣體擴散室3、真空栗4、束流控制操作元件5、高速隔離氣流6、束流引出P 9。
[0033]所述加速器I采用高壓靜電電子加速器，其輸出電子能量為0.8MeV，電子流強為
0.3A，用于燃煤電廠煙氣的脫硫脫硝；
[0034]所述氣體節(jié)流管道2采用圓柱形狀，內(nèi)孔徑50mm，長度200mm，共6個；
[0035]所述氣體擴散室3采用圓柱形狀，其軸線垂直于束流運動方向，內(nèi)徑200mm，長度200mm,共 6 個。
[0036]所述真空栗4分別采用機械栗、分子栗和鈦栗，其中機械栗機組為4套，依次配置于圖1中的右側(cè)，其抽速為25001/s，還可以采用3套抽速為50001/s的機械栗；抽速為10001/s的分子栗置于圖1中從左側(cè)數(shù)的第二個；抽速為10001/s的鈦栗置于圖1中從左側(cè)數(shù)的第一個；
[0037]所述擴束元件采用2個四極磁鐵，其長度為150mm，其最大磁場梯度為5T/m，置于圖1中從左側(cè)數(shù)的第一個和第二個；
[0038]所述束流聚束采用5個螺線管，其長度為150mm，其最大磁感應(yīng)強度為8000高斯；
[0039]所述高速隔離氣流采用干燥空氣，氣體流速5m/s，沿束流運動方向的長度為1cm0
[0040]裝置的工作過程為，4套抽速為50001/s的機械栗或3套抽速為50001/s的機械栗首先工作，將自右側(cè)數(shù)的第4或第3個氣體擴散室的真空降低為50Pa左右，抽速為10001/s的分子栗作為機械栗的前級再工作，將真空進一步抽取到10 4Pa,抽速為10001/s的鈦栗作為分子栗的前級最后工作，將真空進一步抽取到10 7Pao真空度達到10 7Pa后，加速器開始工作并輸出束流，束流通過氣體節(jié)流管道和氣體擴散室沒有阻擋地引出到大氣環(huán)境進行應(yīng)用，束流運動過程中不穿過真空隔離膜。
[0041]高速隔離氣流的工作過程為，高速隔離氣流緊貼束流引出口 9，被隔離的環(huán)境氣體接近高速隔離氣流時，被氣流帶走，不能進入束流引出口 9，從而實現(xiàn)將環(huán)境氣體成分與加速器內(nèi)的氣體成分隔離的功能；束流引出口 9內(nèi)的氣體分子的運動方向是隨機的，其中向著高速隔離氣流運動的氣體分子進入氣流內(nèi)時，大部分被帶走，少部分被碰撞反射回來，此外少部分的高速隔離氣流氣體分子也進入束流引出口 9，但總的效果是高速隔離氣流降低束流引出口 9內(nèi)的氣體量，從而實現(xiàn)對束流引出口 9的真空預(yù)抽功能。
[0042]實施例2
[0043]一種加速器束流引出裝置，如圖2所示，該加速器束流引出裝置包括加速器1、氣體節(jié)流管道2、真空栗4、束流控制操作元件5、高速隔離氣流6、束流偏轉(zhuǎn)元件7、束流引出口 9。
[0044]所述加速器I采用質(zhì)子直線加速器，其輸出質(zhì)子能量為lGeV，質(zhì)子平均流強為ImA以上，用于散裂中子源或加速器驅(qū)動次臨界潔凈核能裝置(ADS);
[0045]所述氣體節(jié)流管道2采用圓柱形狀，內(nèi)孔徑50mm，長度約50米，其中包括90度彎轉(zhuǎn)管道，將水平管道變?yōu)榇怪惫艿溃?br>[0046]所述真空栗4分別采用機械栗、分子栗和鈦栗，其中抽速為301/s的機械栗機組為200套，自右側(cè)的束流引出口 9依次向左配置，抽速為10001/s的分子栗作為機械栗的前級配置于圖2中從左側(cè)數(shù)的第二個，抽速為10001/s的鈦栗作為分子栗的前級配置于圖2中從左側(cè)數(shù)的第一個；
[0047]所述束流聚束與擴束元件5采用多個四極磁鐵，四極磁鐵最大磁場梯度為ΙΟΤ/m ;
[0048]所述束流偏轉(zhuǎn)元件7采用90度偏轉(zhuǎn)磁鐵，將束流向下偏轉(zhuǎn)90度；
[0049]所述高速隔離氣流采用普通空氣，氣體流速5m/s，沿束流運動方向的長度為1cm0
[0050]其工作過程是，200套抽速為301/s的機械栗機組首先工作，將其左側(cè)的真空抽取到30Pa左右，抽速為10001/s的分子栗作為機械栗的前級配置再工作，將真空抽取到10 4Pa,抽速為10001/s的鈦栗作為分子栗的前級配置最后工作，將真空抽取到10 7Pa0真空度達到10 7Pa后，加速器開始工作并輸出束流，束流通過氣體節(jié)流管道和氣體擴散室沒有阻擋地引出到大氣環(huán)境進行應(yīng)用，束流運動過程中不穿過真空隔離膜。高速隔離氣流的工作過程與實施例1的類似，但是沒有隔離環(huán)境氣體成分的需求。
[0051]實施例3
[0052]一種加速器束流引出裝置，如圖3所示，該加速器束流引出裝置包括加速器1、真空栗4、束流控制操作元件5、氣體擴散限制裝置8、束流引出口 9。
[0053]所述加速器I采用大功率電子直線直線加速器，其輸出電子能量為lOMeV，電子平均流強為ImA以上，用于電子輻照；
[0054]所述氣體擴散限制裝置8采用不規(guī)則形狀，其中真空栗安置在其橫向尺寸最大的區(qū)域，該區(qū)域相當于實施例1的氣體擴散室3，氣體擴散限制裝置8中的橫向尺寸小的瓶頸區(qū)域相當于實施例1的氣體節(jié)流管道2。
[0055]所述真空栗4分別采用機械栗、分子栗和鈦栗，其中抽速為5001/s的機械栗機組為15套，自右側(cè)的束流引出口 9依次向左配置；抽速為10001/s的分子栗作為機械栗的前級配置于圖1中從左側(cè)數(shù)的第二個a，抽速為10001/s的鈦栗作為分子栗的前級配置于圖1中從左側(cè)數(shù)的第一個；
[0056]所述束流聚束與擴束元件采用14個四極磁鐵和一個掃描磁鐵，四極磁鐵最大磁場梯度為ΙΟΤ/m ;
[0057]其工作過程是，15套抽速為5001/s的機械栗機組首先工作，將其左側(cè)的真空抽取到30Pa左右，抽速為10001/s的分子栗作為機械栗的前級配置再工作，將真空抽取到10 4Pa,抽速為10001/s的鈦栗作為分子栗的前級配置最后工作，將真空抽取到10 7Pa0真空度達到10 7Pa后，加速器開始工作并輸出束流，束流通過氣體節(jié)流管道和氣體擴散室沒有阻擋地引出到大氣環(huán)境進行應(yīng)用，束流運動過程中不穿過真空隔離膜。
[0058]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種加速器束流引出裝置包括加速器、氣體擴散限制裝置、真空栗、束流控制操作元件，其特征在于，加速器用于產(chǎn)生和加速帶電粒子束流，束流運動通過氣體擴散限制裝置，束流控制操作元件對帶電粒子束的運動進行控制操作，真空栗逐級抽取氣體擴散限制裝置中的氣體，使得加速器獲得其運行所需要的真空條件，氣體擴散限制裝置限制加速器外部氣體進入加速器內(nèi)部；加速器連接氣體擴散限制裝置，真空栗連接氣體擴散限制裝置，束流控制操作元件置于氣體擴散限制裝置外部或內(nèi)部。從加速器產(chǎn)生和加速的帶電粒子束通過氣體擴散限制裝置引出到帶電粒子束的應(yīng)用位置的過程中，不通過真空隔離的薄膜。帶電粒子束的應(yīng)用位置處于普通大氣壓環(huán)境或高氣壓環(huán)境。2.根據(jù)權(quán)利要求1的加速器束流引出裝置，其特征在于，加速器包括束流傳輸管道，束流傳輸管道位于加速器出口或用于不同加速結(jié)構(gòu)之間的連接，其作用是實現(xiàn)帶電粒子束的傳輸。3.根據(jù)權(quán)利要求1的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體擴散限制裝置是一根很長的氣體節(jié)流管道，氣體節(jié)流管道的垂直于束流運動方向的橫截面尺寸等于或小于加速器的束流傳輸管道；氣體節(jié)流管道上依次開口通過或不通過氣體擴散室連接多臺真空栗，越遠離氣體節(jié)流管道出口的氣體節(jié)流管道內(nèi)的真空度越高，最高的真空度滿足加速器正常運行所需要的。4.根據(jù)權(quán)利要求1的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體擴散限制裝置包括多個較短的氣體節(jié)流管道和多個氣體擴散室，氣體節(jié)流管道和氣體擴散室相互交替連接。5.根據(jù)權(quán)利要求3和權(quán)利要求5的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體節(jié)流管道用于限制進入加速器的氣體量，并使氣體節(jié)流管道的兩端形成壓強差。6.根據(jù)權(quán)利要求5的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體擴散室垂直于束流運動方向的內(nèi)尺寸大于束流傳輸管道的，一個氣體擴散室連接一個或多個真空栗；氣體擴散室通過或不通過氣體節(jié)流管道在不同于束流運動方向上直接連接一個或多個氣體擴散室。7.根據(jù)權(quán)利要求5的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體擴散室使高氣壓端的氣體節(jié)流管道輸入的氣體在其室內(nèi)膨脹擴散；其室內(nèi)的大部分氣體被真空栗抽走或進入其它的氣體擴散室，少部分氣體進入低氣壓端的氣體節(jié)流管道或加速器束流傳輸管道或其它的氣體擴散室。8.根據(jù)權(quán)利要求5的加速器束流引出裝置，其特征在于，連接相鄰兩個氣體擴散室的氣體節(jié)流管道為I個或多個。9.根據(jù)權(quán)利要求5的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體節(jié)流管道和氣體擴散室之間沒有明顯的形狀突變，能夠限制氣體向加速器的擴散。10.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求7的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體擴散限制裝置由 多個氣體擴散室沿束流運動方向依次連接組成，相鄰氣體擴散室之間通過帶孔隔板隔開。11.根據(jù)權(quán)利要求3、權(quán)利要求5和權(quán)利要求11的加速器束流引出裝置，其特征在于，氣體擴散限制裝置出口有高速隔離氣流，高速隔離氣流的運動方向垂直于帶電粒子束流運動方向或與其成其它角度。12.根據(jù)權(quán)利要求12的加速器束流引出裝置，其特征在于，高速隔離氣流將氣體擴散限制裝置外部的環(huán)境氣體與加速器內(nèi)部的氣體隔離開來，使得加速器內(nèi)部的氣體種類不同于環(huán)境氣體，并且使隔離區(qū)的氣體擴散限制裝置的束流出口內(nèi)外形成一定的壓強差，實現(xiàn)一定的真空預(yù)抽功能。13.根據(jù)權(quán)利要求12的加速器束流引出裝置，其特征在于，高速隔離氣流可以部分或全部電離，形成等離子體流。14.根據(jù)權(quán)利要求1的加速器束流引出裝置，其特征在于，真空栗用于抽取加速器和氣體擴散限制裝置內(nèi)的氣體，以獲得加速器正常運行所需要的真空條件。15.根據(jù)權(quán)利要求1的加速器束流引出裝置，其特征在于，束流控制操作元件包括聚束元件、擴束元件、偏轉(zhuǎn)元件和束流均勾化元件。16.根據(jù)權(quán)利要求16的加速器束流引出裝置，其特征在于，聚束元件的作用是約束束流包絡(luò)小于氣體節(jié)流管道的內(nèi)孔徑，避免或減少束流在傳輸過程中的損失，擴束元件的作用是擴大束流包絡(luò)或束斑以實現(xiàn)各種束流的應(yīng)用，偏轉(zhuǎn)元件的作用是使束流運動軌跡彎轉(zhuǎn)，束流均勻化元件的作用是使束流分布均勻。17.根據(jù)權(quán)利要求1的加速器束流引出裝置，其特征在于，束流的運動軌跡是直線或曲線；束流運動軌跡是一條或多條。
【文檔編號】H05H7/10GK105992449SQ201510087946
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月26日
【發(fā)明人】李曉粉
【申請人】李曉粉