一种电子束轨道控制系统与调节方法与流程

1.本发明属于电子束控制领域，具体涉及电子束轨道控制系统和调节方法，特别适用于回旋式电子加速器的电子轨道控制。


背景技术：

2.在回旋式电子感应加速器中，电子在加速管内部做圆周运动进行加速，电子在加速完毕时应该射到靶上以产生韧致辐射输出x射线，或者以电子束的形式直接从加速管中引出。无论是哪一种情况，都应该以某种特定的方法控制电子束运动轨道产生变化，如果使用外靶应该控制电子束轨道扩张，内靶则控制电子束轨道收缩。
3.早期，我国自主研制的回旋式电子感应加速器电子束轨道控制方法采用的是磁通饱和方法。该方法是在电子加速到一定能量时，加速器中心磁通缓慢上升到一定值而达到饱和，而电子束运动平衡轨道上的磁场相对较小还未达到饱和，加速磁场仍在增大，此时电子运动的2:1条件遭到破坏，导致电子束轨道收缩，电子束打到内靶上。该方法，电子束轨道变化不能由外部控制且在固定时刻发生变化，即中心磁通达到饱和时刻，导致了电子所能达到的能量是固定的，而且内靶不利于加速管的结构设计。上述缺点大大限制了电子感应加速器的应用。
4.对于使用外靶和要求输出不同能量的x射线时，上述电子束轨道控制方法未能满足要求。


技术实现要素：

5.本发明的目在于提供一种电子束轨道控制系统及其调节方法，可由计算机命令控制电子束运动轨道上的磁场发生瞬间变化从而使电子束轨道产生变化，实现电子束轨道变化的实时控制，主要包括485通讯接口、微控制器、脉冲电流发生器、控制线圈。
6.本发明的技术方案为：一种电子束轨道控制系统，该系统包括485通讯接口、微控制器、脉冲电流发生器、控制线圈。
7.所述控制线圈安装在加速器上磁铁和下磁铁表面，控制线圈的半径与电子束运动轨道半径大小一致，控制线圈的导线宽度与电子束束流宽度一致，控制线圈使电子束运动轨道上的磁场发生瞬时特定变化，从而引起电子束轨道变化。
8.所述的磁场特定变化量与电子束轨道变化量的关系由公式（1）表示：其中，为磁场变化量，为电子束轨道处变化前磁场的磁感应强度，为电子束轨道变化前的半径，为电子束轨道变化后的半径；n为电子加速区域内的磁场降落指数，其值范围为。该磁场变化量由控制线圈的脉冲电流产生。
9.所述的控制线圈脉冲电流大小由公式（2）表示：
其中，n为控制线圈匝数，为控制线圈脉冲电流幅度，为电子束轨道处上下磁铁间的轴向尺寸。
10.一种电子束轨道控制系统的调节方法，具体步骤如下：步骤一，根据电子束所需要的轨道变化控制量，通过公式计算出所需的磁场变化量。
11.步骤二，根据磁场变化量，通过公式计算出流过控制线圈的脉冲电流，并设定脉冲电流发生器的输出脉冲电流幅度。
12.步骤三，电子在加速过程中，微控制器从485通讯接口接收到电子束轨道控制命令。
13.步骤四，微控制器驱动脉冲电流发生器工作，脉冲电流发生器输出一个脉冲电流到控制线圈。控制线圈在脉冲电流下使电子束轨道上的磁场发生瞬时特定变化而使其运动轨道发生改变。
14.步骤五，电子束运动轨道从变化到，轨道控制动作完成，电子束打在靶上。
15.本发明的优点：根据电子加速过程中所需要的轨道位移变化量计算出所需的磁场变化量和脉冲电流大小，通过外部命令触发使电子束运动轨道上磁场发生特定变化引起电子束轨道变化，可实现电子束轨道实时控制，特别适用于回旋式电子加速器。
附图说明
16.图1为本发明的工作原理图。
17.其中：脉冲电流发生器(1)，电子感应加速器机头(2)，上磁铁(3)，下磁铁(4)，磁垫(5)，上励磁绕组(6)，上控制线圈(7)，加速管(8)，下控制线圈(9)，下励磁绕组(10)，靶（11），485通讯接口（12），微控制器（13）。
18.图2为本发明实施示例的脉冲电流图。
19.图3为本发明实施示例的电子束运动轨道变化前后的磁感应强度图。
具体实施方式
20.下面通过结合附图和具体实施方式对本发明作更为详细的描述。
21.本发明的具体实施示例如下：回旋式电子感应加速器机头（2）由上磁铁（3）、下磁铁（4）、上励磁绕组(6) 、下励磁绕组(10)、加速管（8）、磁垫（5）、上控制线圈（7）和下控制线圈（9）组成。其中加速管（8）内部安装有靶（11）。上磁铁（3）、下磁铁（4）和磁垫（5）用于导磁，给加速器的磁场提供磁路。上励磁绕组(6)和下励磁绕组(10)用于激励加速器的加速磁场。电子在加速管（8）内部固定的轨道上做圆周运动进行加速，当电子打在靶（11）上时将产生韧致辐射，产生x射线。
22.在加速器上磁铁（3）、下磁铁（4）与加速管（8）的气隙处安装控制线圈，控制线圈的半径和电子束运动轨道半径一样，控制线圈分为上控制线圈（7）和下控制线圈（9），上控制
线圈（7）和下控制线圈（9）串联在一起组成整个控制线圈。
23.参照图1，本电子束轨道控制系统，该系统包括485通讯接口、微控制器、脉冲电流发生器、控制线圈。
24.所述控制线圈安装在加速器上磁铁和下磁铁表面，控制线圈的半径与电子束运动轨道半径大小一致，控制线圈的导线宽度与电子束束流宽度一致，控制线圈使电子束运动轨道上的磁场发生瞬时特定变化，从而引起电子束轨道变化。
25.所述的磁场特定变化量与电子束轨道变化量的关系由公式（1）表示：其中，为磁场变化量，为电子束轨道处变化前磁场的磁感应强度，为电子束轨道变化前的半径，为电子束轨道变化后的半径；n为电子加速区域内的磁场降落指数，其值范围为。该磁场变化量由控制线圈的脉冲电流产生。
26.所述的控制线圈脉冲电流大小由公式（2）表示：其中，n为控制线圈匝数，为控制线圈脉冲电流幅度，为电子束轨道处上下磁铁间的轴向尺寸。
27.一种电子束轨道控制系统的调节方法，具体步骤如下：步骤一，根据电子束所需要的轨道变化控制量，通过公式计算出所需的磁场变化量。
28.步骤二，根据磁场变化量，通过公式计算出流过控制线圈脉冲电流的幅度，并设定脉冲电流发生器的输出脉冲电流的幅度。
29.步骤三，电子在加速过程中，微控制器从485通讯接口接收到电子束轨道控制命令。
30.步骤四，微控制器驱动脉冲电流发生器工作，脉冲电流发生器输出一个脉冲电流到控制线圈。控制线圈在脉冲电流下使电子束轨道上的磁场发生瞬时特定变化而使其运动轨道发生改变。
31.步骤五，电子束运动轨道从变化到，轨道控制动作完成，电子束打在靶上。
32.通过上述方法根据电子加速过程中所需要的轨道位移变化量计算出所需的磁场变化量和脉冲电流大小，通过外部命令瞬间改变电子束轨道上的磁场分布，即可将电子束从运动轨道上偏移到靶上产生韧致辐射，可实现电子束轨道实时控制。
33.未详细描述内容均为现有技术。
34.以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非因此限定本发明的专利范围，凡是利用本发明说明及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。