工业辐照用速调管会议修改稿

1、5.5MW工业辐照用速调管史海如，周红艳（湖北汉光科技股份有限公司,湖北，孝感，432100）A 5.5MW Klystron for Industry IrradiationShi Hai-ru,Zhou Hong-yan（Hubei HanguangTechnology Company Limited (Co,.Ltd.)，Hubei,Xiaogan,432100）Abstract:In this paper, a 5.5MW klystron for industry irradiationwill be introduced.It willpay more attention to t

2、he details of input resonant cavity and some structure design. The preliminary testresultwill show.Key words:5.5MW klystron; Industry irradiation摘要：本文介绍了一种5.5MW工业辐照用速调管。较详细介绍了输入腔和部分结构设计。给出了初步测试结果。关键词：5.5MW速调管；工业辐照一、引言利用低能辐照加速器对食品、材料等进行辐照加工处理，在国外已经有相当规模的发展。但是在我国这一物理应用还处于兴起阶段。和低能辐照加速器配套的关键部件，如：速调管、加速管

3、等，特别是脉冲输出功率为5.5MW速调管只在个别研究所进行小量生产。我公司原生产的HK-1型速调管经改型后，也仅在浙江宁波超能公司应用，虽然运行时数达到10000小时以上，平均功率达到指标20KW左右，但是其脉冲功率高，整机效率低。对于加工量不是很饱满的用户，在经济上不是很合适。为了推动我国日益发展的低能辐照工业，并满足我国低能辐照加速器速调管的需求，我公司逐步推出5.5MW工业辐照用速调管系列。本文介绍的5.5MW工业辐照用速调管就是其中一种。二、基本技术指标脉冲电压： 135KV 脉冲电流： 88A 效率； 43% 脉冲输出功率： 5.5MW 脉冲重复频率； 250Hz 高频包络宽度： 7

4、.5s三、部分参量的确定1、直流电子注电导=0.651×10姆欧2、计算直流电子注电子速度和电子注传播常数电子速度=5.9410=5.9410=2.1810 厘米/秒轴向传播常数=0.8227 径向传播常数=0.5653、直流电子注平均半径的选取根据有关资料选取1时，即归一化间隙电压0.264时可获得较高效率=2.3710 试选：0.324、漂移管半径的确定选 =0.8=0.32 =0.4=0.7 厘米5、电子负载的计算由=0.658 查曲线得=0.048=3.125106、输入腔外观品质因数的选择A、根据大功率速调管设计手册介绍，应保证在中心频率处，输入速调管的高频能量全部为电子注

5、和谐振腔所吸收，此时增益最高，即：=+式 式中、分别为输入腔的外观品质因数、固有品质因数和电子负载品质因数。=式 如果R/Q=72那么 =445若略去腔壁损耗、谐振回路的损耗即为。在直流电子注负载电阻和外负载电阻相等时，谐振腔取得最大效率（或增益）。就是说整个回路损耗增加一倍。此时回路热态有载品质因数为的一半。则式变为：=2式如果输入腔外观品质因数=175，则：=175/2=87.5=288.4则冷态驻波比=1.6=175热态驻波比=1.0B、考虑到目前同轴结构输入系统，要求冷态驻波比做得很小尚有困难。作为一般情况，应考虑输入速调管的高频能量部分为电子注和谐振腔所吸收，则有：=+ 如果冷态驻波

6、比为5，=175， 则：=5 =5175=875=295由于结构确定后，当速调管输入端冷态驻波比变化时，由于固有品质因数不变化，因而外观品质因数将有较大变化。=为了比较，将从速调管输入端测得的冷态驻波比设为5、8、10、20时，并将计算的相关数据列于下表58102017510987.543.75145.897.279.541.7109.879.667.538.11.692.713.376.74设P为谐振腔和电子负载吸收的功率，由微波技术可知 P=1-为谐振时反射系数的模设输入到速调管输入端的微波功率为P，并设为1。将上表中输入端驻波比变化引起的P变化，计算后列表如下PP电压驻波比电压驻波比（D

7、B）反射系数的模10.93451.694.560.25710.78782.718.660.46110.706103.3710.550.54210.449206.7416.570.742注：电压驻波比用分贝表示的计算公式为 电压驻波比=20log (DB)从速调管输入端到管子的输能装置，一般是通过一段同轴电缆、输入接头连接。从上表中可以看出，如果从速调管输入端口测得的冷态驻波比在10以内，那么损失的功率在30%以内，基本可以满足使用要求。所以，有资料显示速调管输入冷态驻波比可以在610范围内选择。速调管输入端口测得的冷态驻波比与同轴电缆的特性、输入接头的设计密切相关。因此在设计输入腔时，这一部分

8、的设计好坏及装配是否良好是保证速调管正常工作的重要条件。可以看出这一部分良好的设计将降低对激励微波功率源的要求。7、参差调谐各腔频率布置一腔二腔三腔四腔五腔2856MHz2824MHz2903 MHz2998 MHz2857 MHz四、结构特点1、谐振腔钎焊结构的设计高频段各谐振腔的谐振频率及相关参数，直接影响到管子的高频特性。高频段是由多种零件通过多次冷测、钎焊而成。根据以往的经验，高频段在经过多次钎焊后，腔体的谐振频率都会不同程度的产生偏移，严重时可能造成高频段部件报废。其设计原则是：一、应根据各公司现有工艺条件，使高频段上端和下端处于设备恒温区。如果不能满足要求，应调整设计，进行分段；二

9、、合理设计高频段钎焊结构，保证焊料在焊接过程中既能填满焊缝，又不流淌到谐振腔内。这样经过多次钎焊（或补焊），由于焊料流淌不到腔体内，因而对腔体的谐振频率等参数影响不大；三、从高频段结构设计上保证高频段钎焊焊缝，特别是谐振腔部分，在钎焊过程中，不致于因热膨胀、收缩等原因引起变形，造成谐振腔频率等参数变化。采取以上措施后，腔体谐振频率在钎焊前、后的变化量原则上在1MHz范围内。2、谐振腔冷却水路设计传统的冷却水设计方式是：在谐振腔外加不锈钢水套。这种结构加强了整管的刚性。但是其缺点也是很明显的。首先，水套和腔体在钎焊的过程中不一定同步膨胀和收缩，这也是有时造成谐振腔性能变化的一个不可忽视的因素；二、由于水套是在谐振腔外，而发热源却在漂移管上，因此对漂移管的冷却不直接，冷却不够充分；三、由于存在外水套，外水套和腔体之间的焊接，特别是速调管输入接头的焊接，需要穿过水套，这部分在结构设计上要达到气密、水密，存在很大的难度。稍有不慎，会造成漏水。在新的设计中，我们直接将水路引到漂移管部分，冷却效果明显提高；输入接头不存在穿过水套问题，焊接可靠性增加；没有外水套，高频钎焊质量有了明显提高，特别是不会对谐振腔频率等参数产生影响，实践证明采用新的结构后