冷卻電子束加速器窗口葉片的方法和裝置的製作方法
2023-10-30 05:11:17 1
專利名稱：冷卻電子束加速器窗口葉片的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子束加速器中的窗口葉片的冷卻方法和裝置，特別是涉及在包含雙窗口的用於處理鍋爐廢氣的掃描式電子束加速器中冷卻窗口葉片的方法和裝置。
電子束加速器被廣泛用於各種工業領域。其中在用電子加速器處理在空氣中受到照射的物質例如鍋爐廢氣時，在加速器的真空中被加速到很高速度的電子束需要被引出到空氣中。為此採用了用30至50微米厚度的純鈦或鈦合金薄片製成的窗口。另外，如果為了加強照射效果而增大電子流的密度，就需要使用具有數百毫安電子流的加速器。
在這類加速器中，在電子束通過窗口葉片時有一部分能量被吸收，從而造成發熱並可能使葉片損壞。為了防止損壞，用於引出電子束的窗口被製成矩形的，並且電子束沿著矩形窗口的長軸掃描，以防電子束集中在葉片的一個位置上。在此時要對著窗口葉片吹氮氣以使其冷卻，並防止不應有的溫升。
另外，當電子束具有幾百毫安的電流值時，進一步沿著矩形窗口的短軸掃描電子束，以便增加其傳播距離，從而增加矩形窗口的截面面積。然而，當窗口部分的截面面積增大時，由於葉片是用於隔離電子束加速的真空與外部大氣環境的，作用於葉片上的力就會增大，使葉片被逐漸推入真空一側。為防止這種現象，在窗口葉片的中心設有一個支撐件，用於支撐葉片。這樣，窗口部分就被分成了兩部分，這種結構被稱為雙窗口。
此外，在窗口中使用了包括主葉片和副葉片的雙葉片，用於在處理例如鍋爐廢氣等過程中保護窗口葉片，因為在這一過程中往往會產生硫酸和硝酸。
圖3表示了慣用的電子加速器的結構，圖4表示雙窗口的結構，而圖5表示慣用的窗口葉片冷卻機構(從窗口的短軸方向看)。在這些圖中，標號1表示高壓電源，2是高壓電纜，3是加速管，4是掃描線圈，5是掃描管，6是窗口葉片安裝法蘭，7是廢氣導管，8是電子束，9是廢氣流，10是主窗口葉片的第一窗口，11是主窗口葉片的第二窗口，而12是掃描電子束的軌跡。在使用雙窗口或雙葉片的慣用的電子加速器中，主葉片14，15和副葉片16是由從矩形窗口各自的側面沿著彼此相對的長軸方向上吹來的氣體冷卻的。在這種情況下，由於主葉片的雙窗口必須被同時冷卻，中間支撐件13就必須從窗口安裝法蘭25表面的一端縮回真空一側，從而使冷卻氣體撞擊到主窗口葉片的第一窗口14和第二窗口15的兩側。
冷卻氣體19，20是由相應的噴氣切口17，18來提供的，分別用於冷卻主窗口和副窗口。
當窗口葉片的距離在短軸方向上或是其寬度上增加，以便在現有冷卻方式下增加電子束的掃描距離時，由於冷卻氣體不足以到達主窗口葉片的第二窗口，主窗口葉片的第二窗口15可能會逐漸發熱並損壞。如果用增大冷卻氣體的量來解決這一問題，就需要大容量的鼓風機，並且在經濟上不可行。
此外，在慣用的雙側吹風冷卻方式中，如圖6所示，在中心支撐件13上從大氣一側向真空一側安裝一個氣流轉向機構29，由於在中心支撐件13和轉向機構29之間夾著一個窗口葉片，轉向機構不能直接裝在中心支撐件上的窗口葉片的那個部位。這樣，由於轉向機構29很長(例如1-3M)並且是分開安裝在中心支撐件上處於窗口短軸的部位上的，在加速器的操作過程中，當其受到散射電子束的撞擊時，反射機構29被加熱並且導致期膨脹變形，從而會在中心支撐件和轉向機構之間形成間隙。其結果是這一間隙可能使氣體洩漏，並且使冷卻氣體不能平衡地轉向，該間隙還可能阻礙灰塵，氣流會受到幹擾，並在某些情況下可能損壞葉片。另外，在採用副窗口葉片的應用中，不使用圖6中所示的冷卻機構。
因此，本發明的一個目的是提供一種冷卻窗口葉片的方法和裝置，即使在為了增大電子束的運行距離而在短軸方向上加大窗口部分的長度時仍能夠充分地冷卻窗口葉片。
本發明的另一目的是提供一種冷卻上述窗口葉片的方法和裝置，並且還能夠防止由於散射的電子束的撞擊使轉向機構發生變形，從而使冷卻氣流維持平滑地轉向。
本發明的再一目的是提供一種冷卻上述窗口葉片的方法和裝置，並且還能夠同時冷卻主窗口葉片和副窗口葉片，並且不需要大的設備。
為了實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種冷卻窗口葉片的方法，該窗口葉片用於從一個掃描式電子加速器中掃出電子束，掃描式電子加速器包括一個掃描管，連接到上述掃描管出口上的雙窗口式主窗口葉片，以及設在上述主窗口葉片大氣一側的副窗口葉片，其特徵是包括以下步驟，從兩側朝著電子束的掃描面吹動冷卻氣體，冷卻上述主窗口葉片，在上述主窗口葉片的中心使上述冷卻氣體的氣流轉向，並且從上述電子束掃描面的兩側吸入冷卻氣體，從而使上述冷卻氣體循環，以便同時冷卻上述副窗口葉片。
按照本發明的另一方面，在上述的窗口葉片冷卻方法中，利用設在上述加速器的掃描管內的一個中心支撐件支撐上述主窗口葉片的中心，其特徵是上述冷卻氣體的轉向是利用上述主窗口葉片的彎曲以及上述中心支撐件末端的形狀來實現的。
按照本發明的另一方面，在上述的窗口葉片冷卻方法中，上述主窗口葉片通過一個葉片安裝法蘭被連接在上述掃描管的出口上，把上述中心支撐件的末端定位在從上述窗口葉片安裝法蘭的端面向大氣一側隆起或是突出的位置上，從而保持上述主窗口葉片的上述彎曲。
按照本發明的再一方面，提供了一種用於法蘭的裝置，用法蘭把上述主窗口葉片連接到上述掃描管的上述出口上，設在上述掃描管內用於支撐上述主窗口葉片的中心支撐件，以及吹出冷卻氣體的切口，用於向上述窗口葉片的表面提供冷卻氣體，其特徵是沿著上述主窗口葉片的兩側彼此相對地設置上述吹出冷卻氣體的切口，從而使上述冷卻氣體在上述主窗口葉片的中心轉向。
按照本發明的又一方面，在上述窗口葉片冷卻裝置中，利用窗口安裝法蘭把上述主窗口葉片連接到上述掃描管的上述出口上，並且上述中心支撐件的末端被定位在從上述窗口葉片安裝法蘭的端面向大氣一側隆起或是突出的位置上。
按照本發明的再一方面，在上述窗口葉片冷卻裝置中，回收上述冷卻氣體的吸氣管沿著上述副窗口葉片的兩側彼此相對地設置的。
按照本發明的又一方面，在上述窗口葉片冷卻裝置中，上述中心支撐件包括一個靠近並且沿著其末端的冷卻水通道。
按照本發明的又一方面，在上述窗口葉片冷卻裝置中，利用一個固定板把上述主窗口葉片的外邊沿固定在上述窗口安裝法蘭上。
按照本發明，利用一個簡單的機構使冷卻氣體均勻地返回左右兩側，從而克服了現有技術的缺點。也就是說，在慣用的單側吹風系統中，如果為了加大電子束的運行距離而在窗口部分的短軸方向上增加其長度，並且相應地增大窗口寬度時，冷卻氣體不能到達主窗口葉片的第二窗口，這樣一來，如果是增大氣管的切口寬度，就不能充分地進行冷卻。反之，在本發明中採用的雙側吹氣系統可以有效地冷卻主窗口葉片的兩個窗口，而不用增加冷卻氣體的量。
另外，與慣用的雙側吹風冷卻方法不同，轉向機構是由中心支撐件的一部分構成的。具體地說，中心支撐件的末端位置向大氣一側突出，並且作為冷卻氣體轉向機構的末端的開狀是這樣構成的，也就是使冷卻氣體最佳地轉向，並且晝避免散發的電子束的撞擊。這一點與慣用的方法中在隔開大氣一側真空中的中心支撐件上安裝獨立的轉向機構是不同的。因此，窗口葉片可以得到冷卻，轉向機構不會因受熱膨脹而變形，並且能有效地避免葉片的發熱和損壞。另外，由於副窗口葉片同時被轉向的冷卻氣體冷卻，與慣用的方法相比，不需要大型設備就可以同時冷卻主、副窗口葉片。
在附圖中用舉例的方式表示了本發明的最佳實施例，通過以下結合附圖的說明可以更清楚地看到本發明的上述和其他要點，特徵以及優點。
圖1表示了本發明的裝置的一個實施例的整體結構，並且用於解釋本發明的冷卻方法；圖2是一個投影圖，用於表示本發明的窗口葉片構件；圖3表示慣用的電子束邊速器的結構；圖4是從圖3中沿著IV-IV線提取的視圖，用於解釋雙窗口的結構；圖5是一個整體結構圖，用於解釋慣用的冷卻方法；以及圖6是一個整體結構圖，用於解釋沒有副窗口的另一種慣用的冷卻方法。
在以下參照
本發明的最佳實施例。
圖1是用於解釋本發明的窗口葉片冷卻方法的一個整體結構圖，而圖2是一個投影圖，用於表示窗口葉片構件。
在圖1中，標號5表示電子束掃描管，6是一個法蘭，用於把窗口葉片安裝在掃描管的下端並與其構成整體，7是排氣管，8是電子束，9是廢氣流，13是設在掃描管內用於支撐主窗口葉片寬度上中心部位的中心支撐件，14是主窗口葉片的第一窗口，15是主窗口葉片的第二窗口，16是設在主窗口葉片大氣一側的副窗口葉片，17是用於向主窗口葉片的窗口葉片表面提供冷卻氣體的吹風管切口，17是用於回收冷卻氣體的吸氣管，19是冷卻氣體，21是吸氣/吹風管，24是沿著中心支撐件13的長度方向設在其內的冷卻水通道，27是中心支撐件13的末端，其位置從葉片安裝法蘭6的下面的端面向大氣一側隆起或是突出。
在圖2中，標號6表示窗口葉片安裝法蘭，25是葉片固定板，26是主窗口葉片，27是中心支撐件13的末端，28是冷卻介質供應口。
在本發明中，如圖所示，中心支撐件13的末端27的位置使其從葉片安裝法蘭6的端面向大氣一側隆起或是突出，沿著主窗口葉片的長度一側設置冷卻氣體吹風切口17，17，使它們彼此相對，並且沿著副窗口葉片16的長度一側設置冷卻氣體回收管17』，17』，使它們彼此相對。
接著要參照圖1解釋本發明的工作方式。從管21送入的分別用於冷卻主窗口葉片的冷卻氣體19對著主窗口葉片的第一和第二窗口14，15吹動，它們分別來自吹風切口17，17。這樣吹動的冷卻氣體19沿著因真空和大氣壓的壓力差形成的葉片彎曲表面流動，從而分別冷卻主窗口葉片的第一和第二窗口14，15。然後，冷卻氣體撞擊到中心支撐件13的末端27，中心支撐件葉片從窗口葉片安裝法蘭6的端面向大氣一側隆起或是突出，並且隨後對稱地轉向並向下形成相互的幹擾，同時改變其流動方向。它們撞擊在副窗口葉片16上，沿著其表面流動，並且在冷卻副窗口葉片16的同時被吸入相對的吸氣管17』17』。
有時候，當中心支撐件的末端從窗口葉片安裝法蘭的端面向大氣一側突出時，如果窗出的長度處於主窗口葉片短軸長度的3％以內，就可以把施加在主窗口葉片上的應力限制在相對較小的範圍，這樣是最好的。
如上所述，從設在主窗口葉片相對兩側彼此相對的吹風切口17，17吹出冷卻氣體19，然後在主窗口葉片的中心區域使冷卻氣流轉向，這樣就能使其均勻地撞擊和冷卻主窗口葉片的第一窗口14和第二窗口15，主窗口葉片在真空和大氣壓之間的壓力差作用下彎曲，從而即使在增加主窗口葉片的短軸或寬度時仍能有效地冷卻主窗口葉片。另外，由於冷卻氣體19的轉向機構是由中心支撐件13的一部分，也就是其末端27構成的，即使分散的電子束撞擊到轉向機構，轉向機構的變形也相對較小。這樣就不會分散冷卻氣流，也不會損壞主窗口葉片。另外，利用轉向的冷卻氣體還能同時冷卻副窗口葉片16。
有時候，即使中心支撐件13的末端27的位置使其從葉片安裝法蘭6的端面稍稍向真空一側回縮，仍可以在主窗口葉片的中心區域實現冷卻氣體的轉向。
通過調節主窗口葉片和副窗口葉片之間的距離以及冷卻氣體吹風切口的切口寬度，並且進一步調節中心支撐件向大氣一側突出的距離，就可以實現冷卻氣流的轉向。此外，如圖1所示，通過改變中心支撐件末端的形狀，可以減少從主窗口葉片散發的電子束撞擊在中心支撐件上的比例。如圖2所示，有時候可以使法蘭6的形狀和窗口葉片支撐板25與向大氣一側突出的中心支撐件的末端27的形狀一致，主窗口葉片可以安裝在法蘭6上，法蘭的端部可以阻止其彎曲，從而維持良好的氣密性。如上所述，由於主窗口葉片的雙窗口能受到均勻地冷卻，並且還能同時冷卻副窗口葉片，就能防止窗口葉片的損壞，特別是防止主窗口葉片的雙窗口的損壞。
如上所述，本發明採用了雙側吹風系統，不需要增加冷卻氣體量就可以有效地冷卻主窗口葉片的各個窗口。
另外，在冷卻窗口葉片時不會使轉向機構在熱膨脹和受熱的作用下變形，並能有效地避免葉片的損壞。此外，由於副窗口葉片同時被轉向的冷卻氣體冷卻，與慣用的方法相比，不需要大型設備就能同時冷卻主、副窗口葉片。
權利要求
1 一種冷卻窗口葉片的方法，該窗口葉片用於從一個掃描式電子加速器中抽出電子束，掃描式電子加速器包括一個掃描管，連接到上述掃描管出口上的雙窗口式主窗口葉片，以及設在上述主窗口葉片大氣一側的副窗口葉片，其特徵是包括以下步驟，從兩側朝著電子束的掃描面吹動冷卻氣體，冷卻上述主窗口葉片，在上述主窗口葉片的中心使上述冷卻氣體的氣流轉向，並且從上述電子束掃描面的兩側吸入上述冷卻氣體，從而使上述冷卻氣體循環，以便同時冷卻上述副窗口葉片。
2 按照權利要求1的窗口葉片冷卻方法，其特徵是利用設在上述加速器的掃描管內的一個中心支撐件支撐上述主窗口葉片的中心，上述冷卻氣體的轉向是利用上述主窗口葉片的彎曲以及上述中心支撐件末端的形狀來實現的。
3 按照權利要求2的窗口葉片冷卻方法，其特徵是上述主窗口葉片通過一個葉片安裝法蘭被連接在上述掃描管的出口上，把上述中心支撐件的末端定位在從上述窗口葉片安裝法蘭的端面向大氣一側隆起或是突出的位置上，從而保持上述主窗口葉片的上述彎曲。
4 一種用於法蘭的裝置，用法蘭把上述主窗口葉片連接到上述掃描管的上述出口上，設在上述掃描管內用於支撐上述主窗口葉片的中心支撐件，以及吹出冷卻氣體的切口，用於向上述窗口葉片的表面提供冷卻氣體，其特徵是沿著上述主窗口葉片的兩側彼此相對地設置上述吹出冷卻氣體的切口，從而使上述冷卻氣體在上述主窗口葉片的中心轉向。
5 按照權利要求4窗口葉片冷卻裝置，其特徵是利用窗口安裝法蘭把上述主窗口葉片連接到上述掃描管的上述出口上，並且上述中心支撐件的末端被定位在從上述窗口葉片安裝法蘭的端面向大氣一側隆起或是突出的位置上。
6 按照權利要求4的窗口葉片冷卻裝置，其特徵是回收上述冷卻氣體的吸氣管沿著上述副窗口葉片的兩側彼此相對地設置的。
7 按照權利要求5或6的窗口葉片冷卻裝置，其特徵是上述中心支撐件包括一個靠近並且沿著其末端的冷卻水通道。
8 按照權利要求4至7之一的窗口葉片冷卻裝置，其特徵是利用一個固定板把上述主窗口葉片的外邊沿固定在上述窗口安裝法蘭上。
全文摘要
用於從掃描式電子加速器中抽出電子束的窗口葉片的冷卻方法和裝置，加速器包括一個雙窗口式的主窗口葉片和一個副窗口葉片，該方法和裝置的特徵在於從兩側朝著電子束的掃描面吹動冷卻氣體，從而冷卻主窗口葉片，在主窗口葉片的中心使上述冷卻氣體的氣流轉向，並且從電子束掃描面的兩側吸入冷卻氣體，使冷卻氣體循環，以便同時冷卻副窗口葉片。
文檔編號H05H5/00GK1155229SQ9612106
公開日1997年7月23日 申請日期1996年10月17日 優先權日1995年10月17日
發明者西村達也 申請人:株式會社荏原製作所