辐照加速器扫描磁铁电源的研制_王相綦

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1、第31卷第6期核技术Vol.31,No.62008年6月NUCLEARTECHNIQUESJune2008辐照加速器扫描磁铁电源的研制111,2111王相綦徐玉存冯德仁郝浩裴元吉洪义麟1(中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230029)2(安徽工业大学马鞍山243002)摘要介绍了科大创新工业辐照加速器中扫描磁铁电源的研制方案，包括三角波励磁电流线性度的考虑，三角波调制器的原理以及基于单片机的控制系统和工业辐照环境下软硬件方面所采取的抗干扰措施，介绍了一种输出电流峰–峰值20A、扫描频率为50Hz的连续三角波

2、的工业辐照加速器扫描磁铁电源的基本原理与设计考虑。关键词辐照加速器，扫描，三角波，单片机中图分类号TL503高能电子束对物质的生物学效应，可有效杀灭由磁铁回路磁阻、磁铁截面积以及线圈匝数确定)。医疗卫生用品和食品载带的微生物和害虫，其物理、因此，θ、B、I的关系为，化学效应则可用于材料改性、新材料制备与环境保dtθθandtBIandθ==(2)[1]护等。同钴源辐照一样，电子束具有常温、无损dddtBtIt伤、无残毒、环保、低能耗、运行操作简便、自动通常扫描磁场的重复频率在数十赫兹，对于近化程度高、适宜于大规模

3、工业化生产等特点。与钴光速运动的电子，它们之间的明显差别仅在于不同源相比，其最大优点是辐照束流集中定向，能源利时刻的偏转角度。由式(2)，若扫描偏转角不大，θ用充分，辐照效率高，也无废源处理之虞。随着钴与I为线性关联，故可选取有线性变化特征的连续源售价的飞涨、废源处理费用的上升，电子束辐照三角波电流作为励磁电流。科大创新公司辐照加速装置具有明显的价格和经济优势。2007年，中国科器电子束能量为10MeV、最大扫描角度±π/8、扫学技术大学国家同步辐射实验室为科大创新公司研描频率在35~50Hz，设计选用了峰-峰值

4、为20A的制一台工业辐照电子直线加速器，本文针对其扫描周期性的连续三角波电流为扫描磁铁的励磁电流。磁铁系统的分析，介绍了一种三角波扫描磁铁电源的研制方案。2三角波调制器原理扫描磁铁为感性负载，由暂态电路可知，电感1扫描磁铁励磁电流充放电过程在较长的一个时间段内流过电感的电流工业辐照加速器电子束束流截面为毫米量级，可以近似是线性上升和下降的。因此，利用电感充为使产品受电子束均匀辐照，应将束流对被辐照物放电的过程也可输出以三角波变化的励磁电流。为表面作X-Y扫描，即在束流出射的二维方向上施加产生正负对称的连续三角波，

5、可采用全桥式的对称二极磁场。电路(图1)。运行速度与均匀二极磁场方向垂直时，电子受图1中，K1、K4和K2、K3为两对桥臂开关，洛伦兹力作用做圆弧曲线运动。动能为W的电子在R为桥臂导通后开关的导通电阻与扫描磁铁电阻之此磁场作用下，其偏转角θ决定于式(1)，和，L为负载电感即扫描磁铁励磁线圈的集总电感值。两组开关的交替导通可在负载电感上获得连续300BLsinθ=(1)的三角波励磁电流。WW(2)+ε0设两对桥臂开关的通断周期与时序逻辑如图2其中，L为磁铁长度，B为磁铁硬边磁场强度。所示。标记K1的触发脉冲适于K1

6、和K4桥臂，标若磁铁的励磁电流为I，则均匀磁场的强度B=λI(λ记K2的触发脉冲适于K2和K3桥臂。图中T为开——————————————国家自然科学基金(10175062，17175100)资助第一作者：王相綦，男，1968年毕业于中国科技大学，研究员，从事加速器物理与技术研究收稿日期：2007-07-10442核技术第31卷关周期，Deadtime是为防止开关的连续导通而设定TT(−≤≤t)(3)的死时间，一般为数微秒。稳态工作时，当K1、44K4导通而K2、K3断开时为一状态，当K2、K3导式中，u为全桥式

7、对称电路的直流电压，加号对应通而K1、K4断开时为另一状态，两状态周期性交于三角波的上升半周期，减号对应于三角波的下降替输出稳定的连续性三角波电流。如E–K1–L–K4–E半周期。时间变量t的起点对应半周期的始点，其充电回路输出三角波的上升半周期，则终点对应半周期的末尾点；式中各量的量纲均采用E–K2–L–K3–E放电回路输出三角波的下降半周期。国际单位制。式(3)的一阶近似表达式为uu1⎛⎞Rtift±==1()±±⋅⎜⎟−1+，RR⎛⎞RT⎝⎠L11cosh⎜⎟⎝⎠4LTT(−≤≤t)(4)44其满足线性度要

8、求的条件，Rt<<1(5)图1全桥式的对称电路2LFig.1Fullbridgecircuit将式(3)称作描述全桥式对称电路输出三角波电流的原函数，将式(4)称作描述该三角波电流的线性近似函数。为进一步了解线性近似描述偏离原函数描述的程度，不妨研究kftf=−⎡⎤⎣⎦1()()tf()tf−()0(6)在全桥式对称电路具有不同的R/L值时原函数描述与线性描述偏离程度随时