真空电子管（精选6篇）
真空电子管 篇1
1 电子管入库储运
1) 电子管在装卸搬运中要小心轻放, 避免剧烈振动、冲击、倾倒、碰撞、雨淋和腐蚀。存放在库房温度应保证在5~40℃之间, 相对温度不得>80%。
2) 电子管入库之前, 应对电子管进行检查, 外观、灯丝、各极间绝缘等。核对产品合格证后, 认真做好记录。入库后应保持玻壳式陶瓷壳的清洁, 并进行打压试验。
2 电子管使用
1) 在电子管上机过程中应保持电子管清洁。应轻拿轻放, 防止外壳破裂或灯丝震断。阳极风筒应靠近散热器、水套式蒸发锅与阳极同心对中。法兰盘四周应对称均匀拧紧, 以不漏水为准, 芯柱冷却的风筒直径、吊挂高度、吹风方向应符合有关规定。
2) 使用电子管时, 整机开通顺序必须是先开冷却系统再依次加灯丝电压、一栅负电压、阳极电压、二栅电压, 关机顺序与此相反, 切断灯丝电压后10min才能关冷却系统。
3) 长期未使用或新的电子管在使用前应进老炼处理。必须逐步增加阳极电压, 其老炼时的最大阳极耗散功率应低于电子管说明极限阳极耗散功率的50%。
4) 电子管使用时必须应满足:风向、风压、风量、风温及水向、水压、水量的相关规定, 风质必须干燥, 冷却水的硬度应低于6度 (60mg/l) , 冷却水电阻率>100KΩcm并有补水和均压装置。
5) 整机对电子管应有保护装置, 过压、过流等装置必须每半年测试一次, 保证在整机出现异常时快速保护电子管, 水温探头保护必须每季测一次, 水温不能>56℃。
3 电子管打压
3.1 电子管耐压测试 (交流高压试验)
1) 阴极—控制栅极 (K-G1) 电极连接方法:阳极接地、控制栅、帘栅短接后接试验器一端, 阴极接另一端, 缓慢均速升压至峰值电压的60%无大火现象、缓慢升压至峰值电压可以有5次以下打火, 停留1min钟不打火。
2) 控制栅极—帘栅极 (G1-G2) 电极连接方法:阳极接地, 控制栅、阴极短后接试验器一端, 帘栅接另一端缓慢升压至峰值的60%无打火现象, 缓慢升压至峰值电压可以有5次以下打火, 停留一分钟不打火。
3) 帘栅极—阳极 (G1-A) 最大实验电压:电子管有效值, 电极连接方法:控制极、阳极、帘栅短接, 试验器高压端, 阳极接地, 合格标准:缓慢升压至峰值电压的60%无打火现象, 缓慢升压至峰值电压可以有5次以下打火, 停留1min不打火。
3.2 电子管耐压测试 (直流高压实验)
1) 阴极—控制极 (K—G1)
最大实验电压: (电子管有效值)
电极连接方法:阴极接地、控制帘栅、帘栅短路。后接实验器一端, 阳极接另一端。
合格标准:缓慢升压至峰值电压的60%无打火现象, 缓慢升压至峰值电压, 可以有5次以下打火, 停留1min不打火.
泄漏电流: (见表)
2) 控制栅极—帘栅极 (G1-G2)
最大实验电压 (电子管有效值)
电极连接方法:阳极接地、控制栅、阴极短后接实验器一端, 帘栅接另一端。
合格标准:缓慢升压至峰值电压的60%无打火现象, 缓慢升压至峰值电压, 可以有5次以下打火, 停留1min不打火.
泄漏电流 (见表)
3) 帘栅极—阴极 (G2-A)
最大实验电压:电子管有效值。
电极连接方法:阴极控制栅、帘栅短后接实验器一端, 阴极接另一端。
合格标准:缓慢升压至峰值电压的60%无打火现象, 缓慢升压至峰值电压, 可以有5次以下打火, 停留1min不打火.
泄漏电流: (见表)
交流高压试验器式直流高压实验可选任意一种方式, 当直流打不上时, 可用交流试验器打压, 然后再用直流方式打压, 一般指标都会合格。
4 真空电容器
1) 真空电容器在搬运时必须轻拿轻放, 严禁强烈震动, 与真空电容器表面接触时均应配戴干净工作手套, 转动电容器的转动螺杆进行容量调节时不能用力过大, 防止机械损坏, 调整测试完毕后应确认电容量在最小处再退回2~3圈。
2) 电容器的表面应清洁、外部金属表面应清洁, 并具备有防蚀性能, 在陶瓷与金属封接处不应有金属流迹, 封接部位牢固、可靠且密封, 机械结构应牢固, 不应有变形损伤, 外形尺寸、安装尺寸应符合产品标准的规定。
3) 电容器的标准值应符合产品标准的规定, 电容量标称值小于50MF时, 允许偏差为±5%~50%PF时, 允许偏差为±10%。
5 真空电容检测实验
1) 测量容器:一般采用电感电容表, 电容容量变化由大到小, 并应检查移动力矩是否正常, 并记录相应电容器的机械行程 (转动圈数) 。
2) 兆欧表测量:将电容调至最大容量, 使用250V兆欧表 (标称电压低于24kV的用1 000V摇表) 摇测绝缘阻值大于1 000MΩ。
3) 真空电容耐压实验:实验时, 电容器引出端到测试设备的连接导线与周围电路的绝缘电阻应小于500MΩ。当高压测验时设备必须应符合下列要求: (1) 外壳应接地; (2) 调压装置应保证电压变化均匀; (3) 在测试电压内不应产生爬电和电晕现象; (4) 对人体应有防射措施; (5) 如有外界磁场的影响或对其它设备、仪器产生干扰时, 应采用取屏蔽措施。
4) 交流高压实验:将交流高压试验器缓慢 (1min左右) 将电压升至电容标称电压的60%, 持续一分钟, 不应出现打火现象。然后将电压升至电容标称电压, 允许打火3次。在标称电压下保持1min可以出现10次以内的打火, 打火停止后应保持稳定1min钟, 期间不允许打火。
5) 直流高压试验器:电压从0电压缓慢升高到峰值60%, 漏电流应小于10uA电峰值60%升至标称电压, 漏电流应≤40uA, 稳定1min后将电压降到零, 切断电压, 并将电容放电。
摘要：真空器件是以真空为介质材料组成的。它们的电极组被密封在一个真空的容器中。因此, 其性能稳定可靠, 不容易产生飞弧、电晕、寿命长等现象。随着广播发射机的飞速发展, 电子管、真空电容在广播发射机中占有重要位置, 因为价格昂贵容易破碎, 所以在使用中应严格按照规定使用, 使用中应注意维护事项, 确保电子管、真空电容的安全。
关键词：真空器件,陶瓷,打压
参考文献
[1]国家技术监督局《真空电容器通用技术条件》.
[2]无线局《真空器件验收标准》.
真空电子管 篇2
1 设计参数要求
真空室是电子束焊接设备的主要部件之一, 电子束焊接的生产工艺过程都是在真空室中进行。真空室主要由箱体、门和法兰组成。由于使用的要求不同, 真空室有圆形和盒形等结构。盒形箱体制造复杂, 耗费金属材料多, 但其内部可利用的空间大, 适合于大厚度复合钢板平稳地进出真空室。
根据真空电子束焊接的特点, 用于大厚度复合钢板焊接的真空室有下列要求:
(1) 真空室在工作时承受0.1MPa大气压, 真空室的变形量应控制在≤0.5mm。箱体采用盒形结构, 门采用平板结构;
(2) 门和法兰选用可靠的密封形式, 真空室的漏气率≤10-7Pa·L/s;
(3) 可靠的X射线的屏蔽防护, 应对任何工作人员的职业照射水平进行控制:一年中的有效剂量≤50m Sv。
2 部件设计
2.1 箱体和门
箱体由五个平面构成, 门设置在箱体面积最小的平面上。箱体和门的厚度可按矩形平板计算, 为了减少板材的厚度, 在箱体和门的外壳使用矩形加强筋。
箱体和门的已知参数如下, 在计算时要选择面积最大的面进行计算, 尺寸如图1所示:
箱体和门的材料为16Mn, 其常温下材料的抗拉强度σb=480 MPa;
温度t平均=20℃;工作温度下材料的屈服极限σs=310 MPa;
板周边固定, 受外压0.1MPa, 不做水压试验p=0.098MPa
(1) 按强度极限确定弯曲时许用应力
式中, 合金钢材料安全系数nb=3.0
(2) 按屈服极限确定弯曲时许用应力
式中, 合金钢材料安全系数ns=1.6
(3) 确定最小厚度
(4) 校核应力
满足了应力要求。
(5) 选矩形截面加强筋, 如图2所示, 宽与高之比为1/10, 计算所需要的截面模量
式中, K——系数, 与筋两端的固定方式有关, 刚性固定取K=12
计算加强筋宽度
加强筋的尺寸:
实际取横筋SP1=3.5cm, 高hp1=30cm, SP2=3.5cm, 高hp2=30cm
(6) 计算加强筋和壁联合的截面模量
加强筋的截面积
壁部分的截面积
加强筋截面的惯性矩 (对通过其质心而平行于壁面的轴线)
壁部12分截面的惯12性矩 (对通过其质心而平行于壁面的轴线)
由壁到联合重心的距离
加强筋与壁联合作用的截面模量
(7) 校核应力
即箱体的设计满足应力要求。同理, 门的设计能满足应力要求, 此不赘述。
大厚度复合钢板的焊接在真空室内进行, 真空室的内部装配有XY工作台、升降台和旋转工作台等精密的运动机构。在真空室承压的工作状态下, 对箱体的五个平面进行变形量的测量, 变形量在0.2~0.4mm范围内, 符合设计要求, 这就保证了真空室内部的运动机构的精度及稳定地运行, 从而满足大厚度复合钢板的焊接精度的要求。
2.2 门和法兰的密封设计
为了隔绝大气, 要求通过密封途径将真空室的漏气率限制在10-7Pa·L/s的范围之内, 大厚度复合钢板的电子束焊接设备一般需要的真空度为10-2~10-3Pa。正确地设计密封结构、选择适当的密封材料是决定真空室的质量好坏的关键之一。
电子束焊接设备的门、法兰与箱体之间的密封设计为可反复拆卸的静密封结构。设计时, 密封槽的截面积要大于密封圈的截面积, 且能允许密封圈的截面高度压缩25%。为了避免密封槽端口处的棱角划伤密封圈, 密封槽的端角处应有R0.5的倒角, 以消除密封圈的损伤在受力后会蔓延扩大导致密封失效的隐患。门、法兰的密封槽设计结构如图3所示:
密封材料选择丁腈橡胶, 此类橡胶具有优异的耐油、耐水、耐热和较低的透气性, 压缩永久变形小, 使用寿命长, 适用温度为-25℃~150℃, 可在10-4Pa的高真空范围内广泛使用。
真空室组装完毕后, 将真空室的真空度抽到10-2Pa后进行保压检测, 15小时后真空室的真空度下降至100Pa以内, 计算其漏气率为10-8Pa·L/s, 符合设计要求。
2.3 X射线的屏蔽防护
电子束焊接设备在常态下工作时, 电子枪发生器中的阴极灯丝加热到一定温度时会逸出电子, 逸出电子在阴极和阳极之间的数十千伏的高压电场中被加速, 通过磁透镜聚焦后, 形成高能量的电子束, 当电子束轰击金属焊件的表面时, 电子束总能量的1%左右的动能转换为X射线。X射线有波长短、能量高、具有很强的贯穿能力的特征。由于置于真空室内的焊件的周围没有任何屏蔽物质, 故X射线呈漫散射状态向真空室内的空间发射, 进而穿透箱体的薄弱部位, 这对长期在设备前操作的人员的健康是危害极大的。正确设计X射线的屏蔽结构、选择适当的材质是X射线防护的关键。
X射线通过材料时以近似指数的形式衰减, 当量剂量指数随着材料厚度的增加而逐渐下降。在工作电压低于100k V时, 箱体为16Mn、δ3.5cm的材质能有效地阻止连续X射线的辐射。设计真空室时, 还要采取以下措施:
(1) 箱体壁板之间的焊缝应设计成阶梯状止口, 防止X射线穿透焊缝而辐射出来。真空室的外部焊缝为断续焊接以加强箱体的强度, 真空室内的焊缝为连续焊接以确保真空的密封性能。如图4所示:
(2) 密封部位 (如门、法兰) 设计成迷宫结构, 使X射线从其缝隙出来必须经过多次散射。X射线每散射一次, 其强度下降几个数量级, 经多次散射后, 其强度即可下降到允许的剂量值。如图5所示:
(3) 为便于观察电子束焊接的工艺过程, 在真空室的箱体侧面或门上开设观察窗。观察窗设计为可反复拆卸的钢化玻璃加铅玻璃的结构。设计时, 钢化玻璃放置在内层, 承受真空室的内外压力差;钢化玻璃与座之间采用静密封结构, 保证真空室的密封性能;铅玻璃放置在外层, 适当厚度的铅玻璃将X射线屏蔽;座设计为阶梯结构, 有效地防止X射线从某些缝隙中泄露。如图6所示:
在电子束焊接机制造完毕后, 委托当地核与辐射安全监督站对该焊接机周围进行辐射空气吸收剂量率进行监测, 监测结果均<120n Sv/h, 即年有效剂量约为0.96m Sv/年≤50m Sv/年, 符合X射线的屏蔽防护的要求。
3 结论
经过三年多的连续生产实践表明, 桂林狮达机电技术工程有限公司设计制造的大厚度复合钢板真空电子束焊接机工作稳定可靠, 各方面性能良好, 所生产的钢板完全达到了生产标准, 较好地满足了客户的需求, 为企业创造了新的经济效益。
参考文献
[1]达道安.真空设计手册 (第3版) [M].北京:国防工业出版社, 2006.
[2]陈大先.机械设计手册 (第5版) [M].北京:化学工业出版社, 2008.
[3]张以忱.电子枪与离子束技术[M].北京:冶金工业出版社, 2004.
真空电子管 篇3
1 材料与方法
1.1 调查对象
成都市辖区内在用的5台真空电子束焊机。
1.2 检测仪器
451P X、γ巡测仪(美国),该仪器经中国测试技术研究院检定合格。
1.3 检测方法
①真空电子束焊机泄漏辐射水平检测:a)首先在距真空电子束焊机外表面10 cm处进行辐射水平巡测,以发现高水平辐射区;b)定点检测:发现的高水平辐射区、真空室门外10 cm处(左、中、右及门缝四周)、观察窗外10 cm处(观察窗中心及其与真空室主体连接缝隙处)、真空室壁外10 cm处(每个壁测3个点)、电子枪外10 cm处(测5个点)和真空室顶部电缆通过处10 cm外的辐射水平。检测时,真空电子束焊机工作在额定工作条件下。②焊接工作人员和公众活动区域辐射水平检测:将上述定点检测位置的距离改为30 cm处及焊接工作人员操作位和人员经常活动的位置,检测条件同上。
2 结 果
在用的5台真空电子束焊机型号分别为CW604、MEDARD43、THDW- 6、JEBW- 061CH和ZD150-30C。
2.1 真空电子束焊机泄漏辐射水平
5台真空电子束焊机泄漏辐射水平见表1。从表1可知,5台真空电子束焊机外10 cm处的泄漏辐射水平接近本底辐射水平。
注:a空气比释动能率包括本底值[(0.06±0.02)μGy/h]。
2.2 焊接工作人员和公众活动区域辐射水平
焊接工作人员和公众活动区域辐射水平见表2。 从表2可知,焊接工作人员操作位和公众活动区域辐射水平接近本底辐射水平。
注:a空气比释动能率包括本底值[(0.06±0.02)μGy/h]。
3 讨 论
真空电子束焊机主要包括主机、高压电源、控制箱、真空抽气系统及监测控制器4大部分。主机由电子枪、真空室、工件传动系统及操作台组成。高压电源包括阳极高压主电源、阴极加热电源以及束流控制用高压电源系统。控制箱包括高压电源控制装置、电子枪阴极加热电源的控制系统、束流控制装置、聚焦电源控制装置以及束偏转发生器等。真空抽气系统包括电子枪抽气系统、工作室抽气系统以及真空控制及监测装置。此外,电子束焊机还有一些辅助设备,例如冷却水系统和供气系统等。电子束焊接是利用会聚的高速电子轰击工件接缝处所产生的热能,使材料熔合的一种焊接方法, 电子轰击工件时, 动能转变为热能, 从而可作为焊接的热源。电子束是在高真空环境中由电子枪产生的,电子枪一般是由阴极、聚束极和阳极组成。当阴极被加热后, 由于热发射效应,表面会发射电子且在电场作用下(热发射材料接负高压)连续不断地加速飞向工件。通过电磁光学系统把电子束会聚起来, 提高其能量密度,以达到熔化焊接金属的目的。电子束焊接时,高速运动的电子束与焊件撞击将产生大量的X射线,其次,高能高速电子束聚焦不全,“外逸”电子轰击焊接室金属壁也会产生X射线。电压越高,X射线越强,穿透力越大。若真空室屏蔽防护厚度不足或真空室门(观察窗)与主体连接处结构不合理或真空室顶部电缆通过处防护不善,X射线就易泄漏。本次所调查的5台真空电子束焊机的真空室(电子枪)壁均有足够的屏蔽防护厚度,真空室门(观察窗)与主体连接处均用橡皮垫圈密闭且为“迷路”装置,真空室顶部电缆通过处装有“迷路”金属罩,从而使这些电子束焊机泄漏辐射水平极低,电子束焊机外10和30 cm处的辐射水平接近本低水平,焊接工作人员操作位和公众活动区域辐射水平接近本底辐射水平。所以真空电子束焊机工作时,不致于对放射工作人员和公众的健康与安全造成影响。
《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[2](GB 18871-2002)规定的豁免一般准则是:①被豁免实践或源对个人造成的辐射危险足够低,以至于再对它们加以管理是不必要的;②被豁免实践或源所引起的群体辐射危险足够低,在通常情况下再对它们进行管理控制是不值得的;③被豁免实践或源具有固有安全性,能确保上述准则①和②始终得到满足。《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871-2002)规定的豁免水平是:正常运行操作条件下,在距设备的任何可达表面0.1 m处所引起的周围剂量当量率或定向剂量当量率不超过1μSv/h或所产生辐射的最大能量不大于5 keV。
本次所调查的5台真空电子束焊机外10 cm处的泄漏辐射水平均接近本底辐射水平,低于《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871-2002)规定的豁免水平(1 μSv/h)。 CW604、MEDARD43、THDW- 6和JEBW-061CH型真空电子束焊机具有固有的安全性,而ZD 150-30C型真空电子束焊机却没有,其原因是真空电子束焊机在启动阶段,必须关闭真空室门并抽真空,只有当真空室和电子枪内的的真空度达到预置的工作压力时,电子枪阀才能自动打开,才能启动电子束电流进行焊接,若真空室未关闭或真空室密封不好,则不能将真空室和电子枪内的的空气抽空至预置的工作压力,电子枪阀就不能自动打开,就不能进行电子束电流焊接,就不会产生X射线;另外,CW604、MEDARD43、THDW- 6和JEBW- 061CH型真空电子束焊机真空室体积小,人不可能进入真空室内,所以CW604、MEDARD 43、THDW- 6和JEBW- 061CH具有固有的安全性,但是,人却有可能被关闭在ZD150-30C型真空电子束焊机真空室内而受到较大剂量的照射,所以没有固有的安全性。依据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871-2002)规定的豁免准则和豁免水平,所调查的CW604、MEDARD43、THDW- 6和JEBW- 061CH型真空电子束焊机可予以豁免而 ZD150-30C型真空电子束焊机则不行。
在一些发达国家,放射性豁免是“自主”豁免方式,也就是说当业主认为其实践或源处于有关部门规定的豁免水平以内时,不需要办理任何手续而自主豁免。我国实行的是申报制度:所有实践或源都必须向环保(审管)部门申报,依有关规定并满足《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》规定的豁免水平的条件时可予以批准豁免[3]。所以,在我国,若业主或法人认为实践或源已处于《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》规定的豁免水平内,并应获得豁免时,可积极地向环保部门提出申请,若环保部门审查后决定予以豁免,便可节省企业的经营成本和社会管理资源。
摘要：目的 检测真空电子束焊机辐射水平,并对其进行放射性豁免分析,为真空电子束焊机是否纳入辐射安全豁免管理提供依据。方法 首先,用451P巡测仪在距真空电子束焊机外表面10 cm处进行辐射水平巡测,以发现高水平辐射区;然后定点检测发现的高水平辐射区、真空室门外、观察窗外、真空室壁外、电子枪外和真空室顶部电缆通过处以及焊接工作人员操作位和人员经常活动位置的辐射水平。结果 真空电子束焊机外10 cm处、焊接工作人员和公众活动区域的辐射水平接近本底辐射水平。结论 真空电子束焊机正常运行时,不致于对放射工作人员和公众的健康与安全造成影响。符合豁免条件的真空电子束焊机可予以放射性豁免。
关键词：真空电子束焊机,辐射水平,放射性豁免
参考文献
[1]杨泗霖.焊接安全[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2006:208.
[2]GB18871-2002.电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].
真空电子管 篇4
关键词：加速管,离子泵,医用电子直线加速器
1 真空系统在电子直线加速器中的作用
无论医科达、瓦里安还是西门子品牌的医用电子直线加速器都离不开真空系统, 都需要在高真空、甚至超高真空的条件下运行。真空系统在医用电子直线加速器中的作用主要有: (1) 防止电子枪阴极中毒、钨丝材料的灯丝氧化。电子枪要求在高真空的条件下工作, 否则灯丝容易氧化烧断, 尤其是全密封的驻波加速管采用氧化物阴极, 有害气体会使阴极中毒, 对真空要求更高。 (2) 避免加速管内放电击穿。无论是行波加速管还是驻波加速管, 为有效地加速电子, 要建立很强的微波电场, 一般为每厘米几十千伏到几百千伏, 所以要求加速管要维持高真空、甚至超高真空的状态。 (3) 减少高速运动的电子与气体分子碰撞而偏离原来轨道的机会, 防止能量损失。
2 医科达Precise真空系统的主要组成
医科达Precise采用的是具有可拆卸密封的行波加速管结构, 如图1所示, 将加速管的密封设计成可拆卸式的金属密封, 一旦如电子枪、偏转靶室、离子泵发生问题, 可在医院现场进行更换。这种结构配备了2台35 L/s大抽速离子泵, 分别位于枪靶两端。
3 真空系统[1]的主要组成部件
3.1 真空离子泵
该机型有两个真空离子泵, 一个安装在加速管的枪端, 另一个安装在加速管的靶端。这两个泵使真空封装内的气压保持在至少为10-5mbar (1 mba=102Pa) , 即Vac Gun和Vac Targ值不得高于-5。该机型的离子泵是由瓦里安公司提供的抽运速度为35 L/s的溅射式离子泵。
3.2 离子泵电源
每个泵的工作电压都是5 k V直流电压, 该电压由IPCU (ion pump control unit) 提供, IPCU有2个5 k VDC输出口同时分别给2个离子泵供电。IPCU的电源来自用户接口处经由CB10供应, 机器的设计安排允许离子泵连续不间断工作, 即使加速器断电后也一样。因此, 真空系统一直保持在工作压强下。
1.电子枪;2.行波加速管;3.靶室;4.离子泵;5.输出耦合器;6.波导窗;7.离子泵;8.高真空阀门;9.排气口 (二次启动用) ;10.输入耦合器;11.波导窗
3.3 真空排气口
真空排气口为外接分子泵机组提供接入口, 当加速器第一次安装和后续的维修都必需先用分子泵机组来抽真空。
3.4 隔离阀
这个阀门是用来隔离枪端加速波导的真空和余下部分加速管的真空。当查找故障和修复故障时, 该阀门很有用。
3.5 真空连锁
当加速器不出束, 待机时的真空系统压强需低于10-6Pa。当加速器工作在低于正常工作条件下时, 工作压强至多为5×10-6Pa。
(1) 10-5联锁:真空升高到10-5Pa或高于该值时联锁被触发, 这一联锁抑制可编程脉冲发生器 (PPG) 产生脉冲。这种联锁一直存在直到真空再次降到10-5Pa或以下才会消失。此时, PPG再次使有效。10-5联锁的作用是抑制调制柜触发脉冲, 从而保持磁控管工作在低于10-5Pa真空条件下, 保护波导管。
(2) 10-4联锁:当真空值大于于10-4Pa时会触发联锁, 这一联锁切断电子枪灯丝的供电, 终止出束。这一动作主要是防止枪灯丝烧断。
4 真空的获得
离子泵[2]必须在真空值小于10-3mbar的情况下使用。因此, 当加速器第一次安装或真空被破坏 (例如, 维修、移机) , 都需重新建立真空, 开始都会用到外置真空泵抽真空。该机型配备了一台涡轮分子泵机组抽真空, 使真空系统的真空值小于10-3mbar离子泵电源才能开启, 而后将分子泵从加速机组器上移除。下面介绍本机型使用的溅射式离子泵基本工作原理:溅射离子泵的结构原理如图2a所示, 阳极为一薄壁不锈钢筒, 阴极是两块钛板, 分别置于阳极两边。所以溅射离子泵有时简称钛泵组。阳极、阴极一起装于不锈钢外壳中, 整个壳体置于永磁磁场中, 磁力线方向平行于阳极筒轴向, 磁场强度为1000~1500 A/m。工作时阳极、阴极之间加有3~7 k V直流高压, 产生正交电磁场下的潘宁放电。气体被电离, 产生的离子轰击阴极时溅射出钛原子, 它们沉积于阳极筒内壁及阴极上离子轰击较少的部位, 连续形成新鲜的钛膜, 随后被新产生的钛膜掩埋。所以, 溅射离子泵的抽气作用是基于新鲜的钛膜的吸附作用和电清除作用。
一般单个阳极筒的结构, 其抽速只有1~3 L/s, 它使用在经过高温烘烤去器的全密封驻波加速管和速调管。大抽速的溅射离子泵是许多阳极筒并联, 阴极则共用一块钛板, 如图2b所示。一个基本单元的抽速为25 L/s, 多个单元组合可组成50, 100 L/s抽速的钛泵。阳极接正高压, 钛阴极板接地组成二级泵。另外将钛阴极分成两部分, 将溅射和沉积功能分开, 靠近阳极的钛板做成筛孔状, 后面是收集板。阳极接地、2个钛阴极接负高压组成三级泵, 三级泵的优点是对氩气的抽速大。
5 真空故障案例分析及解决措施
故障现象一:医科达Precise加速器每到周一早做开机后未做患者报10-5trp G联锁, 加速器真空系统有问题, 无法出束, 该问题已持续数周。
原因分析及措施:进入维修模式, 观察Vac Gun为-4.95, Vac Targ为-5.61, 枪靶的真空值都比正常时高, 正常一般在-6以下。前几次出现该问题临时处理的方法是将枪端的离子泵电源关闭5~10 min后再打开, 枪靶端的真空值都能降到能出束的状态, 但一直在-6左右徘徊, 每周一早上出一次后用以上的方法临时处理能坚持完成一周的治疗工作。建于以上规律及在3月份换过一次枪灯丝后出现该状况, 我们怀疑电子枪安装时玻璃罩未密封牢固, 导致有漏, 空气混入系统中, 离子泵的放电电流增大, 泵体发热严重, 离子泵进入保护, 关闭一段时间冷却后, 离子泵又能开始工作, 真空值降低, 暂时能工作。
由于空气的混入导致电枪灯丝的消耗过快, 3月份换的灯丝, 6月份枪电流Gun I Ctrl已由8.1降到6.99 (7.0以下) , 因此我们这次将枪灯丝更换掉并重新固定好灯罩, 密封圈还特别用ASP密封油处理, 增加密封性。在经过这次处理后, 接下两周故障现象还和原来一样。为了排出该故障, 后续更换过IPCU (离子泵控制单元) , 枪端离子泵, 故障依旧。排出其他故障后, 问题的焦点还是回到电子枪, 拆下电子枪后发现罩壳内有细小的裂纹, 更换罩壳后, 恢复正常。
故障现象二:医科达Precise直线加速器报Vac Targ联锁。
原因分析及措施:进入维修模式观察, Vac Gun为-6.24, Vac Targ为0, 过段时间后Vac Targ值变为-6.12, 并且该值时常在0和-6.12来回跳转, 由此说明真空不存在泄漏的情况。将IPCU上, 枪靶端的电源输入接头互换, 现象没有任何改变, 将输入接头换回。检查控制检测电路, 将16区A侧和B, 侧的AI12互换, 发现故障现象由Vac Targ转移到Vac Gun, 说明A侧AI12有问题, A侧负责Vac Targ监测, B侧负责Vac Gun监测, 更换A侧AI12后, 故障解除。
总之, 真空方面的故障原因较多且维修起来比较费时, 例如更换电子枪灯丝, 如顺利停机2 d, 不顺利可能需要用时间。因此, 加速器真空问题需要耐心仔细分析, 找准问题点, 尽量保证质量的前提下缩短停机时间, 以确保更好的为患者服务。
参考文献
[1]顾广本.医用加速器[M].北京:科学出版社, 2003.
真空电子管 篇5
我院1995年安装PHILIPS SL-18 医用电子直线加速器, 该型号加速器是利用电子枪端和束流飞行管靶端两个溅射离子泵的工作电流来监测真空系统状态, 计算机控制系统显示VAC G和VAC T的正常值应小于-6, 该值反映真空系统内压强值小于1x10-6托。
故障现象:2005年3月, 我院加速器计算机控制系统开始报VAC T值低于-6.0, 在-5.8～-5.9左右, VAC G值在-6.1～-6.2左右, 随后几个月, VAC G和VAC T值缓慢升高。2005年9月, 控制系统显示VAC T值在-5.1～-5.2左右, VAC G值在-5.9～-6.0左右, 靶端离子泵泵体温热, 温度值35℃左右, 枪端离子泵泵体温度值25℃左右。该现象说明真空系统内压强增大、真空度降低, 可能出现微小漏点, 而且漏点随时间推移有逐渐扩大的趋势。为了避免电子枪灯丝过快老化, 保证加速器正常出束, 我院维修人员决定对真空系统检漏、堵漏。
检测与修复:首先确定漏点, 从VAC T值高于VAC G值, 靶端离子泵泵体温热的现象判断, 漏点应该在靶区。PHILIPS SL-18 医用电子直线加速器靶端主要部件是波纹管和束流飞行管, 可能产生泄漏应该在以下几个部位, 飞行管与波纹管密封接口处, Slit Low、Slit High 信号线接线座与飞行管固定处, 电子线窗及X线靶与飞行管焊接处。
由于我们没有专业检漏设备, 只能采用如下方法检漏:加速器关机, 吊起机头, 使飞行管与波纹管暴露出来, 由于加速器关机计算机控制系统无法显示VAC G和VAC T值, 我们用万用表直流2V挡测量靶端离子泵电源的测试点电压, 该电压与VAC T值连动, 此时测得电压值为0.5V左右。然后连续用无水酒精缓慢地、小范围地涂抹上述可能产生泄漏的部位, 同时测量靶端离子泵电源的测试点电压, 观察电压值有无变化, 当涂抹到X线靶距十字线中心5 mm左右的区域时, 所测电压值开始下降, 2 min后降到0.38V, 10 min后降到0.32V, 此电压值对应的VAC T值应在-6.0左右, 说明真空系统靶区压强已下降, 真空度升高, 漏点应在刚才无水酒精涂抹位置, 在此处刻好标记。20 min后所测电压值仍维持在0.31V左右, 说明无水酒精仍封堵住漏点, 并且无其它漏点。
因为无水酒精蒸发快, 不能作封堵材料。在正式封堵前先用电吹风将滲入漏点的无水酒精吹干, 无水酒精是否清理干净的判断方法是靶端离子泵电源的测试点电压又回升到0.5V左右, 当漏点重新开放时, 方可正式封堵漏点。由于进口耐高温抗辐射密封胶价格昂贵, 不易搞到, 第一次我们用液体502胶封堵, 坚持了1个月左右原漏点又漏。分析原因:加速器工作时, 靶区有一百多度的高温和高能电子线、X线辐射, 液体502胶容易老化失效。为此我们委托某公司专门配制了耐高温抗辐射液体真空密封胶作封堵材料。封堵漏点时要注意:密封胶涂抹区域不能过大, 能覆盖漏点既可, 封堵漏点后靶端离子泵不能断电, 保持真空系统的高真空度, 机架置于180°, 便于密封胶渗入漏点, 再次堵漏时一定要用刮刀和吸尘器把以前的残胶清理干净后再涂抹密封胶。用以上方法封堵漏点, 能够维持真空系统原漏点8～10个月不漏, 有效解决了我院电子直线加速器真空系统出现漏点问题, 同时节省很多维修费用。
摘要：本文介绍了PH ILIPS SL-18医用电子直线加速器真空系统泄漏故障检查和修复方法。
真空电子管 篇6
扫描电子显微镜在低真空条件下操作可以得到一些不喷涂不导电样品的二次电子图像。这一技术是通过在样品室内通入少量的气体压力实现的。少量的空气进入SEM样品室,在电子和气体分子之间通过碰撞产生正离子。当这些正离子电流达到样品完全抵消全部负电荷时,也就是出现所谓的电荷平衡。[1]所有电子和离子的相互作用以及正电荷气体离子的干扰,影响二次电子形貌和信息含量。因此,从样品表面得到的二次电子信息要比在高真空条件下得到的信息多。实际拍摄图像时各个参数数值的设置相当重要,其中压强、电子束能量和电流、工作距离、经过样品后产生的二次电子和背散射电子产额等对图像有很大影响。然而实际在低真空操作中很复杂,主要是由于在样品表面和样品上复杂的电荷分布。
低真空SEM样品室内系统说明初级电子、二次电子、背散射电子、低真空存在的环境电子以及穿过气体的正气体离子流的运动方向,以及样品台(也起到电极的作用)和气体中携带电荷运动产生的环路电流和板极电流(分别是Iring和Iion)运动方向(见图1)。
固定在金属板上的样品在气体中起到一个电极的作用,气体离子漂向电极,由于电压产生的电场使得SE加速朝向ring运动,低真空SE得到足够多的能量变成离子化的气体分子产生气流加大低真空SE信号是原来的2~3倍[2,3],电极中样品和回路间诱导产生的电流携带电荷运动[4]。在ring中产生的电流是图像的信号被认为是环境二次电子信号[5],由样品诱导产生的电流(导电样品)叫做离子电流,也被认为是图像信号[6]。所有在样品和ring间的这些信号在气体中都被提高,所以在低真空条件下需要对各个参数进行适度调节才能得到最佳的二次电子图像。
1 试验部分
本文中图像都是采用TESCAN公司生产的5136MM扫描电镜拍摄,利用该扫描电镜的小低真空3~150MPa部分拍摄不导电样品,所有测量操作条件系统阐述图(见图1)。采用的样品是高分子聚合物——改性的聚乙烯小球,直接滴在玻片上,用普通的双面胶把带有样品的玻片粘结在样品台上。这个样品是接近2μm的绝缘小球,较容易制作适合用于在低真空条件下形貌、电荷和气体离子对低真空SE图像分辨率的研究。
下面将介绍扫描电镜里操作参数变化所得到的一系列图像。在每一个图像中。只有单一参数变化,而其他参数保持不变。
2 结果和讨论
2.1 电压(V)作用离子诱导产生的图像对比
工作电压变小会导致电子束能量变小,随着电子束能量变小,图像中心位置变黑的现象随着电压的减小逐渐增强,这是气体离子诱导信号抑止的动力学结果。图2是采用不同的电压作用于样品上,产生的不同的电子束能量作用后产生离子诱导的图像比较,简短地说,离子产生的越多相应的二次电子信号降低的程度就越大,图像变黑暗会更加明显。一般,如果V>≈1k V;整体的电子产率会随着V增大而降低[7]。有效的样品偏转会降低样品表面的电荷,因此随着V增加相应的图像黑色效应也会降低。
2.2 图像分辨率与低真空条件下空气压力(P)的依存关系
图3是在TESCAN仪器的低真空条件下改变空气压力由10Pa到75Pa压力逐渐增大,样品本身非固有的明暗对比度对离子诱导产生的二次电子信号产生抑止作用而且十分明显。在低真空压力下,改变气压(也就是提高气体的在样品室的含量)会改变离子产生率和离子的平均自由路径[8](相对于样品和电极之间的距离)。因此气压提高后,从图3可以看出样品图像的分辨率差别很大,随着气压不断的加大,图像的分辨率明显降低,由于气压增多导致检测器接收二次电子减少,所以图像的分辨率明显下降。从图3上10Pa到75Pa也能明显看出图像的立体感大大减弱。
2.3 吸收电流的增大对低真空SE图像的影响
在高真空SEM拍摄图像时随着吸收电流增加图像的信号强度增加,分辨率也会大大提高,然而从图4上看到随着吸收电流增大微球在100p A时图像很清晰,并且具有较强的立体感,当吸收电路增大到166p A时图像发生明显变化,微球中心处开始变黑。出现这种特征主要是由于在负电荷表面电离产生的气体离子的聚焦造成的。曾有人探讨过气体离子会降低真空SE信号强度[9,10],具体对于SE抑止的大小与离子流有关。原则上,局部样品电荷产生侧向不均的离子聚焦会导致非样品本身固有的明暗差别增大如图4中图166p A中黑色部分。
2.4 工作距离(WD)对低真空二次电子图像影响
从图5分别得到WD在4mm和15mm的图像,从图上可以看出微球的明暗对比度有很大的差异。出现这种情况主要是由于气体离子的聚焦在4mm图像上比较显著造成的。随着工作距离的越小,离子运动的平均速度越大,一旦碰撞离子快速扩散运动的可能性就会增大[11],在某种程度上离子轨道大多数是随机的,离子-气体碰撞的角度会随着电极偏转增大而减小,而离子聚焦的效应会提高。从图5中4mm图像上看到样品微球明暗度明显下降,黑暗程度相对增加。一般在低真空下工作时,要仔细调节找出样品的最佳工作距离,如果工作距离远特别是在高的放大倍率下,信号接收效果差,工作距离过近气流也会影响信号接收效果,使图像的分辨率也会有所下降。
3 结论
在低真空环境下得到的二次电子图像的分辨率包含样品本身存在的和非样品本身存在的因素,非样品本身的因素主要是由于气体离子诱导抑止二次电子信号导致局部样品区域电子受到干扰。
从TESCAN 5136MM的操作参数里可以得出由于电压(V)作用离子诱导对图像的分辨率有很大影响,一般电压越低,图像出现变黑部分会越来越多;在低真空条件下设置气压的变化对图像也有很大的影响改变气压会改变离子产生率和离子的平均自由路径。因此气压提高后图像的分辨率明显降低;在低真空气体离子存在的情况下,样品吸收电流的变化会影响低真空SE信号强度,气压增大后产生的离子流越大对低真空SE抑止越明显,会导致样品局部电荷不均匀产生黑色部分增加;在低真空环境下工作距离越小气体离子聚焦在样品上越明显,图像的分辨率也会相应下降。这些明暗差别参数也依赖于每一个样品个别特性。
参考文献
[1]Bradley L.Thieal and Milos Toth Secondary electron contrast in low-vacuum/environmental scanning electron microscopy of dielectrics,journal of applied physics97,051101,2005,96:1~18
[2]Moncrieff,D.A.,Robinson,V.N.E&Harris,L.B.Charge nuetralisation of insulating surfaces in the SEM by gas ionization.J.Phys.D.1978,(11):2315~2325
[3]Thiel,B.L.,Bache,I.C.,Fletcher,A.L.,Meredith.p.&Donald,A.M.An improved model for gaseous amplification in the environmental SEM.J.Microse.1997,187:143~157
[4]Toth,M.,Kucheyev,S.O.,Willians,J.S.,Jagadish,C.,Phillips,M.R.&Li.G.Imaging charge trap distributions in GaN using environmental scanning electron microscopy.Appl.Phys.Lett.2000,77:1342~1344
[5]FEI(200)XI30ESEM FEG SEM Operating Instructions.FEL Company,Boston
[6]Mohan,A.,Khanna,N.,Hwu,J&Joy.d.c.Secondary electron imaging in the variable pressure scanning electron micro-scopy.Scanning,1998,20:436~441
[7]L.Reimer,Scanning Electron Microscopy,Springer,Berlin,1985
[8]B.L.Thiel,I.C.Bache,A.L.Fletcher,P.Meredith,A.M.Donald,J.Microsc.An improved model for gaseous amplifi cation in the environmental SEM,1997,187:143~157
[9]J.P.Craven,F.S.Baker,B.L.Thiel&A.M.Donald Consequences of positive ions imaging in low vacuum scanning electron microscopy,J.Microscopy2002,205:96~105
[10]M.Toth,B.L.Thiel&A.M.Donald,On the role of electron-ion recombination in low vacuum scanning electron microscopy,J.Microscopy2002,205:86~95