Инновационный Проект – 2009
МНОГОПУЧКОВЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ С ХОЛОДНЫМИ КАТОДАМИ
1 . ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1.1. Проект «МНОГОПУЧКОВОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО УСКОРИТЕЛЯ С ХОЛОДНЫМИ КАТОДАМИ» предназначен для применения в промышленности.
1.2. Основные отличия предложенного Ускорителя от других аналогов состоят в следующем:
- эффективность преобразования потребляемой энергии в энергию пучка составляет > 90%
(для аналогов - < 60%),
- мощность пучка легко может меняться подбором числа окон;
- отсутствует система установки управляющего напряжения (здесь пороговая управляющая система посылает импульс после превышения порогового значения);
- рабочая частота управляющей системы находится в килогерцовом диапазоне – что позволяет использовать полупроводниковые источники питания (при напряжении 300-600 В).
1.3. Мозаичный катод представляет собой набор большого числа малых катодов. Электронные пучки, испущенные малыми катодами, направляются каждый в своё окно. Малый диаметр окон позволяет использовать очень тонкие металлические или металло-полимерные окна, что даёт в результате существенное уменьшение потерь энергии пучка при его выводе на воздух.
1.4. Представленный тип ускорителя основан на новом принципе и не имеет аналогов.
-
 |  |
Ускоритель D-300-10/1 Электронный ускоритель D-300-10/2
300 кВ, 7-33 мА, 2-10 кВт 300 кВ, 7-33 мА, 2-10 кВт
(Такасакиi, Токио, Япония) (Суджоу, Шанхай, Китай)
Конструкция очень компактного, простого и исключительно дешёвого ускорителя основана на использовании мозаичного холодного катода с пороговыми эмиссионными характеристиками, что позволяет применение синусоидального напряжения для формирования коротких импульсов электронного пучка. Ускоряющее напряжение формируется коаксиальным резонатором. Его резонансная частота уменьшена до 100 кГц с целью получения возможности использовать транзисторные источники ВЧ питания, имеющие высокую эффективность, надёжность и долговечность. В настоящее время три прототипа были готовы в Японии, Китае и Дубне (см. фото).
|
|
|
Мозаичный холодный катод | Схема ускорителя | Многооконная система для вывода пучка на воздух |
Созданные электронные ускорители данного типа
и проекты новых ускорителей представлены в Таблице
|
II. РАСХОДЫ НА ПРОЕКТ
2.1. Для проекта выбрана модель D-300-10:
С одной стороны, характеристики этой модели являются оптимальными для большинства технологий, применяющих электронные пучки (см. ниже), с другой стороны, отработка различных систем на такой модели позволит легко перейти к другим типичным модификациям ускорителя.
2.2. В ходе работы над проектом
планируется разработать в деталях схему управления, а также схему питания и выбрать вариант вакуумной системы.
2.3. Производственные потребности, необходимые для работы, достаточно ограничены:
- площадь размером порядка 50 м2, оборудованная инженерными коммуникациями, стандартными для такого производства, и охрана на период работы,
- персонал – не более 10 служащих, включая 5 научных сотрудников и инженеров и 5 рабочих достаточно высокой квалификации,
2.4. Результат работы над проектом – опытный образец и документация к нему – позволит изготавливать на той же самой технологической площади до 7-10 укомплектованных ускорителей в год.
III. Применение ускорителей типа D-300-10
(Технологии, основанные на электронных пучках)
Технологиям, основанным на электронных пучках из электронных ускорителей, присуща высокая чистота и безопасность во всех отношениях. При работе в области энергий 0,4 – 10,0 МэВ радиоактивные элементы не образуются, что делает ускоритель безопасным в этом смысле.
Ускоритель может быть выключен практически мгновенно, что прекратит облучение, поэтому радиационная защита требуется только для ускоряющих элементов системы во время работы. В нерабочем состоянии всё оборудование может рассматриваться как электротехническое оборудование, требующее соблюдения обычных норм безопасности.
Ведущее положение в сфере промышленного использования электронных ускорителей обусловлено технологиями, связанными с полимеризацией различных мономеров, оксидированием, галогенизацией, серо-хлорированием, радиохимическим крекингом углеводородов, вулканизацией и сшиванием полимеров вместе с образованием графт-полимеров. Ряд технологий основан на тепловом эффекте электронного пучка и изменением структуры материала, связанным с ним (сварка, резка, закалка поверхности, плавление, обжиг). Значительный прогресс был достигнут в разработке технологий использования электронных пучков для очистки исходящих газов промышленных предприятий, переработки отложений городских отходов, дезинфекции сырья и продукции (включая продукты питания), стерилизации медицинского оборудования и препаратов.
Очень кратко изложим отдельные технологии, использующие электронные пучки:
3.1. Модификация полимерной изоляции кабелей и проволок
В результате облучения происходит направленное изменение свойств изоляции: она становится термо-, огне-, масло-, радиационно-стойкой, или со встроенным сопротивлением к этим агентам, что делает возможным использование дешёвых проволок и кабелей из полиэтилена вместо тефлона. Диаметр проволок, обрабатываемых ускорителями составляет от 0,1 до 120 мм. Для модификации изоляции кабелей и проволок осуществляется процесс четырёхстороннего облучения. Производительность )в зависимости от структуры композита и сечения) составляет до 500 м в минуту.
3.2. Производство термоусаживаемых трубок, плёнки и лент
Производительность обработки достигает 1000 кг/час. Как правило, ускорители для облучения кабелей и термоусаживаемой продукции используются круглосуточно. .
3.3. Производство теплостойких полиэтиленовых труб
Радиационно-модифицированные полиэтиленовые трубы могут применяться для перекачки любых жидкостей с температурой до 100º C и под давлением до 6×105 Па. Такие трубы могут быть в рабочем состоянии в магистралях с горячей водой в течение более 25 лет.
3.4. Производство искусственной кожи
Электронный пучок используется для полимеризации композитных материалов при производстве коже-подобных материалов с комплексом свойств (термо-, холодо-, огне-, масло-, и т. д., - стойкие). Радиационно-химическая технология даёт возможность получать как материалы без подложек, так и покрытия на субстратах различного типа. Это материал – для защиты, укрытия, обуви, сумок и т. д. Он используется в армии, нефтегазовой промышленности, - везде, где условия работы достаточно тяжёлые. Применение ускорителей ведёт к сокращению количества компонентов исходного сырьевого материала, упрощению и удешевлению составления смеси компонентов, исключению дорогих, токсичных, взрывоопасных ингредиентов, к исключению вредной эмиссии, снижению потребляемой мощности увеличению производительности в несколько раз. Производительность составит до 1000
м2/час.
3.5. Отвердение лакокрасочных покрытий
Метод отвердения лакокрасочных покрытий с помощью ускоренных электронов получил широкое применение.
Производительность отвердения лакокрасочных покрытий в строительной промышленности составляет до 500 м2/час.
Преимущества отвердения полиэфирных покрытий посредством заряженных частиц:
- длительность процесса значительно сокращается,
- уменьшается потребная рабочая площадь,
- уменьшается толщина покрытия,
- улучшается качество покрытия.
Низкая температура отвердения позволяет получать покрытия на изделиях из термочувствительных материалов.
3.6. Производство самоклеющихся и резиновых изделий
Это одна и из самых интересных перспектив применения электронных пучков – возможность их использования при производстве медицинских изделий из резины. Исследования показали, что практически все типы резины хорошо сшиваются (вулканизуются) под воздействием электронного пучка без применения добавочных химических реагентов. С учётом резко возросших требований к экологической чистоте производства и биологической безопасности медицинских изделий применение ускорителей в этих производствах имеет решающие преимущества.
3.7. Очистка отходящих газов
Ускорители применяются для очистки отходящих газов в металлургии от окислов азота и серы перед их выпуском в атмосферу. Отходящие газы поступают из бойлера в рефрижератор и затем под электронный пучок. После облучения газ проходит через электростатический, где окислы азота и серы осаждаются. Посредством пучка ускоренных электронов также может быть сделано разделение газовых продуктов, например, очистка электролитического хлора от примеси водорода. .
3.8. Обработка пищевых продуктов
Исследования показали, что методы радиационной обработки пищевых продуктов во многих случаях успешно решают проблему долгосрочного хранения продуктов без потери вкусовых и питательных свойств. Так, при хранении картофеля, облучённого малыми дозами ионизирующего облучения, его потери резко уменьшаются (с 25% до 3-5%). Похожие результаты были получены также для рыбных продуктов. Тем же самым образом эффективно решается проблема хранения домашней птицы путём стерилизации. Она обеспечивает эффективное разрушение сальмонеллы в яичном порошке и мясе птиц.
3.9. Применение в фармакологии
Одно из популярных направлений разработок в фармакологии – получение сложных медицинских композиций, содержащих биологически активные вещества (белок, ферменты, фрагменты генома и т. д.). Применение ионизирующего излучения позволяет сделать более активными различные полимерные носители и фиксировать на них биологически активные вещества, изменяя целенаправленно их свойства..
3.10. Нанотехнологии
Один из обещающих методов получения наноразмерных порошков основан на процессе воздействия на материалы в газовой фазе импульсным электронным пучком. В зависимости от рода газа можно получить нанопорошки не только чистых металлов или их окислов, но и порошки сложных структур.
3.11 Исследовательские цели
Статистика 2007 года показала большой интерес фирм к изучению компактного экономичного источника электронного пучка. Потребность только США и Японии превосходит 100 полностью оборудованных ускорителей.
IY. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Предлагаемый проект позволяет с довольно скромными средствами получить новую промышленную установку, которая в силу её характеристик найдёт широкое применение в новейшее время.
Стоимость проекта
Серийная стоимость ускорителя типа D-300-10 оценивается приблизительно в k€ 150,0 , то-есть в несколько раз меньше, чем цена отечественных или иностранных ускорителей с подобными параметрами. В ходе реализации этого Проекта авторы намерены использовать уже достигнутые результаты. Срок реализации Проекта по разработке и изготовлению опытного образца и стандартной технической Документации «Многопучкового Импульсного Электронного Ускорителя …» составляет 18 месяцев при полной стоимости - k€ 350,0.
Контакты:
, тел./
*****@***ru
