طراحی و ساخت یک کاواک شتاب‌دهنده‌ی صنعتی الکترون نوار بسامدی VHF با انرژی 5MeV و توان 50kW

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی هسته‌ای، دانشکده‌ی علوم و فن‌آوری‌های نوین، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی: 73441-81746، اصفهان ـ ایران 2. مجتمع پژوهشی ایران مرکزی یزد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 389-89175، یزد ـ ایران

2 گروه مهندسی هسته‌ای، دانشکده‌ی علوم و فن‌آوری‌های نوین، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی: 73441-81746، اصفهان ـ ایران

3 مجتمع پژوهشی ایران مرکزی یزد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 389-89175، یزد ـ ایران

چکیده

شتاب‌دهنده‌های الکترونی توان متوسط کاربرد زیادی در صنعت پرتودهی دارند. برای پاسخ­گویی به نیاز صنعت­های کشور،
پژوهش­های زیادی در زمینه­ی طراحی و ساخت شتاب‌دهنده­ی خطی الکترون موج رادیویی توان متوسط در نوار بسامدی VHF با محدوده­ی انرژی MeV 1 تا MeV 5 در کشور آغاز شده است. یکی از مؤلفه­های مهم این شتاب‌دهنده، کاواک آن است که در این مقاله نحوه­ی طراحی و ساخت آن و مقایسه­ی نتیجه­های شبیه‌سازی و پارامترهای عملکردی کاواک معرفی شده است. در این پژوهش، با بررسی پارامترهای اساسی هم­چون بسامد تشدید، ضریب کیفیت، امپدانس موازی، ضریب شایستگی کاواک و ضریب زمان عبور در هندسه‌های مختلف کاواک استوانه‌ای با استفاده از نرم­افزارهای شبیه­سازی سی. اس. تی، اچ. اف. اس. اس و سوپرفیش هندسه­ی بهینه­ی کاواک برای باریکه­ی الکترونی با انرژی حداکثر MeV 5 و توان kW 50 با کم­ترین از دست دادگی­ها طراحی شد. پس از تکرار شبیه‌سازی­ها و اطمینان از نتیجه­های آن­ها، کاواک طراحی شده ساخته و پارامترهای آن اندازه‌گیری شد. یافته­ها نشان داد که ‌پارامترهای اندازه‌گیری شده تطابق خوبی با داده­های حاصل از شبیه‌سازی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and Construction of a Cavity for 5 MeV Industrial Electron Accelerator in VHF Band Frequency with 50 kW Power

نویسندگان [English]

  • A.M Poursaleh 1
  • I Jabbari 2
  • H Khalafi 3
چکیده [English]

Medium power electron accelerators have many applications in industrial irradiations. In order to meet the industry needs of Iran, several investigations for design and construction of the medium power linear electron accelerator in the VHF band frequency with the energy range of 1 MeV - 5 MeV have been started. The acceleration cavity is one of the important components of this design. In this article the design and construction of the cavity are reported and the results of the simulations and measurements are compered. Mean while the essential parameters, including resonance frequency, quality factor, shunt impedance, figure of merit and transit time factor are evaluated for several configuration of cylindrical cavity using (CST), (HFSS) and (SUPERFISH) codes in order to design an efficient cavity for electron beam with the maximum energy up to 5 MeV and 50 kW power with the lowest power loss. After repeating the simulations and reliability of the results, the designed cavity was constructed and its parameters were measured. The results showed that the measured parameters are in good agreement with simulation results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Industrial Electron Accelerator
  • Cylindrical Cavity
  • VHF Band Frequency

[1] P.J. Bryant, A brief history and review of accelerators, CERN Accelerator School Report (1994).

 

[2] A.J. Berejka, Prospects and challenges for the industrial use of electron beam accelerators, International Atomic Energy Agency Document Reports (2011).

 

[3] F. Ghasemi, F. Abbasi Davani, Investigation of using shrinking method in construction of Institute for Research in Fundamental Sciences Electron Linear Accelerator TW-tube (IPM TW-Linac tube), Journal of Instrumentation, 10, P06011 (2015).

 

[4] I.A. Labanc, Investigation of electrical axes of TESLA superconducting accelerating cavities, Ph.D. Thesis, Slovak University of Technology, Germany, (February 2007).

 

[5] M. Chodorow, E.L. Ginzton, W.W. Hansen, R.L. Kyhl, R.B. Neal, W.K.H. Panofsky, The Staff, Stanford high-energy linear electron accelerator, Review of Scientific Instruments, 26 (1955) 134-204.

 

[6] S.V. Kutsaev, N.P. Sobenin, A.Y. Smirnov, D.S. Kamenschikov, Design of hybrid electron Linac with standing wave buncher and traveling wave structure, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 636 (2011) 13-30.

 

[7] T. Fujisawa, T. Hirashima, T. Katori, S. Wada, S. Kohmoto, M. Odera, Compact RF accelerator for electron beam irradiation, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B., 124 (1997) 120- 127.

 

[8] V. L. Auslender, ILU-type electron accelerators for industrial technologies, Nuclear Instruments and Methods in Physical Research B, 89 (1994) 46-48.

 

[9] J.M. Bassaler, J.M. Capdevila, O. Gal, F. Lainé, A. N’Guyen, J.P. Nicolaï, K. Umiastowski, Rhodotron, an accelerator for industrial irradiation, Proceedings of Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 68 (1992) 92-95.

 

[10] V.L. Auslender, A.A. Bryazgin, B.L. Faktorovich, V.A. Gorbunov, E.N. Kokin, M.V. Korobeinikov, Accelerators for E-beam and X-ray processing, Radiation Physics and Chemistry, 63 (2002) 613–615.

 

[11] Y. Jongen, M. Abs, F. Genin, A. N’Guyen, J.M. Capdevila, D. Defrise, The Rhodotron, a new 10 MeV, 100 kW, CW metric wave electron accelerator, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 79 (1993) 865-870.

 

[12] V.L. Auslender, G.I. Budker, G.B. Glagolev, A.A. Livshits, G.N. Ostreiko, A.D. Panfilov, V.A. Polyakov, Radio frequency electron accelerator, United States patent, Patent Number 4140942 (1979).

 

[13] A.M. Poursaleh, I. Jabbari, H. Khalafi, Study and comparison of all type of ILU accelerators, 1st National Conference on Particle Accelerator and their Application, Tehran Amir Kabir University, (2013).

 

[14] V.L. Auslender, V.V. Bezuglov, A.A. Bryazgin, M.V. Korobeynikov, A.V. Sidorov, E.A. Shtarklev, Electron beam treatment line with ILU-6 machine for medicinal raw decontamination, Proceedings of RuPAC 2008, Russia (2008).

 

[15] V.L. Auslender, I.G. Makarov, G.N. Ostreiko, A.D. Panfilov, V.S. Podobaev, N.D. Romashko, V. Tarnetsky, M.A. Tiunov, V. Tkachenko, Narrowing of the Electron Energy Spectrum in the ILU-10 Accelerator, Instruments and Experimental Techniques, 52 (2009) 574–580.

 

[16] A.M. Poursaleh, H. Khalafi, S. Haseltalab, M. Mortazavi, S.K. Mousavi, F. Ghasemi, K. Jokar, Design and construction of Iran's first high-power industrial electron accelerator, Iranian Journal of Physics Research, 15(2) (2015) 137-144.

 

[17] A. Chao, M. Tigner, Handbook of Accelerator Physics and Engineering, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, 2nd printing (2002).

 

[18] T. Wangler, Principles of RF linear accelerators, John Wiley & Sons (1998).

 

[19] P.M. Lapostolle, A. Septier, Linear accelerators, North-Holland publishing company (1970).