УСТРОЙСТВО СОЕДИНЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО БЛОКА ИМПУЛЬСНОГО УСКОРИТЕЛЯ С УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТРУБКОЙ
DEVICE TO CONNECT PULSE ACCELERATOR HIGH-VOLTAGE UNIT WITH ACCELERATING TUBE

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к мобильным импульсным ускорителям электронов и рентгеновским аппаратам. Устройства, в которых может быть использовано заявляемое изобретение, применяются для облучения объектов в медицине, в частности для стерилизации медицинского инструмента и имплантируемых изделий, для облучения донорской крови и костного мозга, для рентгеновской диагностики, а также в промышленности, в частности для испытания элементов радиоэлектронной аппаратуры на радиационную стойкость.
Известно устройство Н.А.Потрахов и В.М.Мухин “Моноблок источника рентгеновского излучения” патент RU №2278440 с приоритетом от 20.04.2005 г., опубликован в БИ №-17 от 20.06.2006 г. Устройство выполнено в виде моноблока, состоящего из корпуса рентгеновской трубки и генераторного устройства. Генераторное устройство размещено внутри высоковольтного изолятора, внутренний объем которого заполнен маслом. Высоковольтный вывод генераторного устройства вакуум-плотно соединен с катодным узлом рентгеновской трубки, а анодный узел, выполненный в виде анодной трубы, которая является частью корпуса всего моноблока. Так как одни узлы рентгеновской трубки размещены внутри герметичного моноблока, а другие представляют собой часть вакуум-плотного корпуса устройства, то замена рентгеновской трубки или отдельных ее элементов может являться трудоемкой и длительной процедурой. Кроме того, устройство должно дополнительно содержать систему вакуумной откачки и контроля.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное в патенте С.Л.Эльяш и Н.И.Калиновской “Способ облучения объектов и устройство для его реализации”, RU №-2234943 с приоритетом от 10.01.2003 г., опубликован в БИ №-24 от 27.08.2004 г. В устройство для облучения объектов по прототипу на основе ускорителя прямого действия входит высоковольтный блок с ускорительной трубкой. Устройство соединения высоковольтного блока с трубкой импульсного ускорителя включает в себя: корпус трубки, в котором расположен полый конический изолятор, катододержатель и трубчатый токопроводящий элемент с цангами на его концах. На корпусе высоковольтного блока выполнено посадочное гнездо. Для установки отпаянной рентгеновской или электронной трубки в устройство по прототипу каждая трубка выполнялась с унифицированным стыковочным узлом, с помощью которого трубка стыковалась непосредственно с посадочным гнездом высоковольтного блока. Недостатком такого устройства соединения является сложность и длительность процедуры замены трубки, требующая не только разгерметизации высоковольтного блока, но и слива части масла из него. Кроме того, перед разгерметизацией объема необходимо выполнить дополнительные операции, чтобы зафиксировать от перемещения масляный компенсатор высоковольтного блока. После замены трубки по прототипу для гарантированного обезгаживания внутреннего объема высоковольтного блока необходимо проводить его вакуумирование, т.е. использовать дополнительное оборудование. Вся операция по замене ускорительной трубки может занимать не менее двух часов. К недостаткам устройства соединения по прототипу также следует отнести повышенные требования по точности размещения посадочного гнезда для унифицированного стыковочного узла ускорительной трубки. Жесткое соединение ускорительной трубки с неподвижным высоковольтным выводом высоковольтного блока требует определенной точности при изготовлении посадочного гнезда на корпусе, в противном случае при установке трубки может произойти разрушение ее стеклянного изолятора из-за механических напряжений.
При создании данного изобретения решалась задача разработки устройства соединения сменных ускорительных трубок с высоковольтным блоком, которое позволило бы упростить процедуру их замены.
Техническим результатом при использовании данного изобретения является сокращение времени процедуры замены трубки, а также снижение требований по точности размещения посадочного гнезда при изготовлении корпуса высоковольтного блока.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством соединения высоковольтного блока импульсного ускорителя с ускорительной трубкой, в корпусе которой расположен полый конический изолятор, катододержатель и трубчатый токопроводящий элемент с цангами на его концах, а на корпусе высоковольтного блока выполнено посадочное гнездо, заявляемое устройство дополнительно содержит стыковочный узел. Он расположен в корпусе, который герметично соединен с посадочным гнездом высоковольтного блока и корпусом ускорительной трубки. Стыковочный узел содержит полый конический изолятор, большим основанием установленный на большем основании полого изолятора ускорительной трубки с образованием общей полости, заполненной жидким изолятором. Электрическое соединение выполнено с помощью трубчатого токопроводящего элемента через цанговые соединения на одном его конце с катододержателем ускорительной трубки, а на другом конце с жестко закрепленным на меньшем основании изолятора стыковочного узла дополнительным промежуточным стыковочным электродом, который, в свою очередь, соединен с дополнительным гибким токопроводящим элементом высоковольтного блока. Гибкий токопроводящий элемент высоковольтного блока выполнен в виде сильфона.
Вместо унифицированного стыковочного узла между высоковольтным блоком и ускорительной трубкой располагается устройство соединения, корпус которого герметично соединен с посадочным гнездом высоковольтного блока и корпусом ускорительной трубки. Посадочные размеры заявляемого устройства позволяют, с одной стороны, установить его вместо унифицированного стыковочного узла в посадочное гнездо высоковольтного блока без какой-либо доработки последнего, а с другой стороны, присоединять к нему любые ускорительные трубки, унифицированные по посадочному размеру корпуса. Благодаря тому что между герметичным объемом высоковольтного блока и ускорительной трубкой образуется небольшая полость, заполненная жидким изолятором, при замене трубки достаточно опорожнить только ее. Таким образом, заявляемое устройство позволяет не нарушать герметичность всего высоковольтного блока, а значит, отпадает необходимость в использовании дополнительного технологического оборудования для удаления газа из объема, заполненного маслом, что упрощает операцию замены трубки и значительно сокращает время на ее проведение. Использование гибкого токопроводящего элемента в цепочке электрического соединения заявляемого устройства значительно снижает требования по точности взаимного расположения высоковольтного вывода высоковольтного блока и гнезда на корпусе. Благодаря соосному расположению промежуточного стыковочного электрода и катододержателя трубки в устройстве соединения отсутствуют механические напряжения в изоляторе трубки, что исключает возможность его разрушения.
На чертеже изображено заявляемое устройство соединения высоковольтного блока импульсного ускорителя с ускорительной трубкой, где обозначено:
1 - корпус стыковочного узла;
2 - высоковольтный блок;
3 - ускорительная трубка;
4 - трубчатый токопроводящий элемент;
5 - гибкий токопроводящий элемент;
6 - полый конический изолятор стыковочного узла;
7 - стыковочный электрод;
8 - электрический вывод высоковольтного блока;
9 - посадочное гнездо;
10 - полый конический изолятор трубки;
11 - резиновые прокладки;
12 - штенгель;
13 - винты-заглушки;
14 - втулка уплотнения;
15 - цанга;
16 - катододержатель;
17 - корпус ускорительной трубки.
Устройство соединения высоковольтного блока 2 импульсного ускорителя с ускорительной трубкой 3, в корпусе 17 которой расположен полый конический изолятор 10, катододержатель 16 и трубчатый токопроводящий элемент 4 с цангами 15 на его концах, а на корпусе высоковольтного блока 2 выполнено посадочное гнездо 9. Стыковочный узел расположен в корпусе 1, который герметично соединен с посадочным гнездом 9 высоковольтного блока 2 и корпусом 17 ускорительной трубки 3. Стыковочный узел содержит полый конический изолятор 6, большим основанием установленный на большем основании полого изолятора 10 ускорительной трубки 3 с образованием общей полости, заполненной жидким изолятором. Электрическое соединение выполнено с помощью трубчатого токопроводящего элемента 4 через цанговые соединения 15 на одном его конце с катододержателем 16 ускорительной трубки, а на другом конце с жестко закрепленным на меньшем основании изолятора 6 стыковочного узла дополнительным промежуточным стыковочным электродом 7, который, в свою очередь, соединен с дополнительным гибким токопроводящим элементом 5 высоковольтного блока. Гибкий токопроводящий элемент 5 высоковольтного блока выполнен в виде сильфона.
В качестве примера использования заявляемого устройства можно указать на импульсные ускорители прямого действия типа АРСА на напряжение 1 MB и выше с отпаянной электронной или рентгеновской трубкой. Через устройство соединения высоковольтного блока и ускорительной трубки типа ТКН-1000 в данных ускорителях коммутируются импульсы тока амплитудой до 10 кА и длительностью около 10 наносекунд на полувысоте амплитуды. В примере реализации заявляемого устройства соединения высоковольтного блока и ускорительной трубки включает в себя цилиндрический металлический корпус 1 диаметром 80 мм с фланцами для герметичного соединения с корпусом высоковольтного блока 2 и ускорительной трубкой 3. Внутренний диаметр корпуса 1 определяется диаметром большего основания полого конического изолятора 6 стыковочного узла. В качестве полого конического изолятора устройства соединения используется такой же керамический изолятор, как у ускорительной трубки типа ТКН-1000. Благодаря тому что в рабочем состоянии по обе стороны от керамического изолятора 6 находятся жидкие диэлектрики, запас электрической прочности изолятора таков, что устройство соединения можно использовать в высоковольтных блоках с напряжением до 1,5 MB и длительностью импульса несколько десятков наносекунд. Герметичное и прочное соединение керамического изолятора с деталями из нержавеющей стали - корпусом устройства соединения и промежуточным стыковочным электродом - выполнено с помощью клеевого компаунда марки КНК 03Б. Трубчатый токопроводящий элемент 4 служит не только для электрического соединения катододержателя 16 и стыковочного электрода 7, но и является защитой для тонкого штенгеля 12 ускорительной трубки. Штенгель 12 служит для откачки трубки при ее изготовлении. Внутренний диаметр элемента 4 определяется диаметром штенгеля, а его наружный диаметр выбирается из условия обеспечения электрической прочности. Основой гибкого токопроводящего элемента может являться однослойный сильфон из бериллиевой бронзы марки БрБ2 размером 11×10×0,12 или с близкими по значениям размерами. Изолирующей жидкостью, которой заполняется внутренняя полость узла соединения, может быть, например, трансформаторное или конденсаторное масло. Объем полости не более 250 мл.
Сборка начинается с установки корпуса 1 устройства соединения с корпусом ускорительной трубки 3 и посадочным гнездом 9 высоковольтного блока 2. Предварительно на стадии сборки высоковольтного блока соединяется гибкий токопроводящий элемент 5 с высоковольтным выводом 8 высоковольтного блока. В посадочное гнездо 9 герметично устанавливается корпус 1 устройства соединения, а стыковочный электрод 7 соединяется с другим концом гибкого токопроводящего элемента 5. Далее производят все необходимые технологические операции, связанные с герметизацией и наполнением маслом высоковольтного блока. Установка узла соединения завершена. Герметичный высоковольтный блок с установленным устройством соединения может перемещаться, транспортироваться без опасения поломки хрупкой ускорительной трубки.
Для продолжения сборки устройства соединения необходимо трубчатый токопроводящий элемент 4 надеть на катододержатель 16 ускорительной трубки 3 и вставить ее в корпус 1 узла соединения так, чтобы цанга 15 на свободном конце трубчатого проводящего элемента 4 охватила вывод стыковочного электрода 7. Затем ускорительная трубка 3 фиксируется и уплотняется с помощью резиновой прокладки 11 и уплотнительной втулки 14. После заполнения общей полости устройства соединения изолирующей жидкостью и герметизации винтами-заглушками 13 высоковольтный блок 2 готов к работе.
Для замены ускорительной трубки 3 в устройстве соединения необходимо слить изолирующую жидкость из общей полости, открутив винты-заглушки 13, освободить уплотняющую втулку 14 и вынуть трубку вместе с трубчатым проводящим элементом 4. Порядок установки новой трубки описан в предыдущем абзаце. Вся операция по замене трубки занимает не более 15 минут.
Возможна установка устройства соединения в высоковольтные блоки, уже находящиеся в эксплуатации. В этом случае необходимо предварительно их разгерметизировать и слить масло, чтобы обеспечить доступ к высоковольтному выводу 8 высоковольтного блока. После завершения операции установки устройства соединения, описанной выше, производят операции герметизации корпуса высоковольтного блока 2 и обезгаживания его масляного объема.
Таким образом, заявленное устройство позволяет сократить время на замену ускорительной трубки и исключить дополнительное технологическое оборудование.