高频高压电子加速器维护要点与实践

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2024年6月1日发(作者：)

黑龙江科学　

２０１２年第３卷学术第４期　

ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＳＣＩＥＮＣＥ　・　５３　・　

高频高压电子加速器维护要点与实践　

Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　

Ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　

张玉宝，王强，斯琴图雅，梁宏斌　

（黑龙江省科学院技术物理研究所，黑龙江哈尔滨１５００８６）　

ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ－ｂａｏ，ＷＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ，ＳＩＱＩＮ　Ｔｕ－ｙａ　ａｎｄ　ＨＡＮＧ　Ｈｏｎｇ－ｂｉｎ　

（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｉｌｏｎ￣ｉａｎｇＡｃａｄｅｍｙ　ｏｆＳｃｉｅｒｗｅｓ，Ｈａｒｂｉｎ　１５ｏｏ８６，Ｃｈｉｎａ）　

摘要：叙述了高频高压电子加速器的基本原理和基本组成。并详细叙述了加速器的真空系统，高压系统，柬流系统以及水冷系统　

等的日常保养技术以及故障分析与处理。另外还介绍了辐照室中的设备维护需要注意的事项。　

关键词：高频高压；电子加速器；维护　

中图分类号：ＴＬ５１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７４—８６４６（２０１２）０４—００５３—０３　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，ａｎｄ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｔｈｅ　

ｒｏｕｔｉｎｅ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｆａｕｌｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｖａｃｕｕｍ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｂｅａｍ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．　

Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｒｏｏｍ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔｇｅ；ｅｌｅｃｔｒａｏｎ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ；ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　

电子加速器是一门集多学科为一体的高科技设　

再通过整流二极管对高频电极与均压环之间的电容　

充电，使这些电容上的电压从下而上累加起来在高压　

备，因此对使用者、维护和维修人员提出了较高的要　

求，加速器的维护正常与否直接关系到机器的寿命与　

生产效率。维修人员要在对整个系统深入了解的基础　

上，有针对性地实施技术维护工作，防患于未然，保证　

电极上产生所需的直流负高压【ｌＩ　。高压电极内的电子　

枪由于被通电后受热，表面电子挣脱原子核的束缚而　

产生电子云并形成电子流，此电子流在负极性高电压　

作用下，通过加速管时得到加速，经过聚焦线圈形成　

的磁透镜聚焦后继续向下，从加速管中出来的高能电　

子束在扫描磁场的作用下，在水平方向进行扫描，与　

设备安全可靠运行。我所一台高频高压电子加速器　

已运行将近１２年了，多年来在对于这种类型的电子　

加速器的使用中所遇到的各种问题积累了一些维修　

维护经验，可供同行参考。　扫描垂直方向上电子束成高斯分布，然后穿过钛窗对　

产品进行辐射加工。为了减少电子与其他粒子产生碰　

１　加速器基本原理　

由高频振荡管、高频变压器和高频电极及其与倍　

压器相连的半圆形均压环之间形成的分布电容组成　

一

撞，加速管、连接管道及扫描盒等需要高真空环境，采　

用旁路二级真空系统，由旋片真空泵、分子泵及各种　

阀门和管道组成。　

个高频振荡器。它在两个高频电极之间产生　

２　电子加速器的基本组成及系统维护　

１３０～３００ｋＶ或以上的高频电压，频率在１００ｋＨｚ或　

１００ｋＨｚ以上，这一高频电压通过高频电极与芯柱上的　

多个半圆电晕环间的分布电容和芯柱内的整流硅堆　

组成的并联耦合串联倍压系统，在高压球头上形成高　

电压。当射频功率源启动后，高频电压通过半圆筒形　

的电极同半均压环之间的电容感应到半圆均压环上，　

保养、故障诊断与处理　

加速器是由真空系统、高压系统、束流系统、水冷　

系统等组成，下面就这些系统的日常保养和故障分析　

与处理情况分别予以阐述。　

２．１　真空系统　

收稿日期：２０１２—０３—１０　

作者简介：张玉宝（１９７６一），男，黑龙江安达人，在读硕士，副研究员，主要从事辐射技术与辐射工艺研究工作。　

张玉宝等，高频高压电子加速器维护要点与实践　Ｖｏ１．３，Ｓｅｉ．Ｎｏ．４，２０１２　

２．１．１　日常保养　

首先，必须对加速器的整个真空系统非常熟悉，　

各个部件的功能熟记于胸。抽低真空时，运行旋片机　

械泵，观察油面是否达到了标准位置，听一下机械泵　

的声音是否正常，如果有异常噪音则要停下机械泵进　

行检查。在开分子泵前测试低真空，低真空优于５Ｐａ　

时才具备了运行分子泵的技术条件，否则分子泵会由　

于过载而烧坏或者跳闸。另外还要注意分子泵的冷却　

水系统是否通畅、有水流过，否则分子泵会由于过热　

而跳闸。开启分子泵后要运行１ｈ以后才可以测试高　

真空，这样可以延长电离规管的使用寿命。其次，加速　

器在每天使用后，应该检查钛箔是否有异常现象，有　

异常现象应及时换钛箔，否则会引起大的真空事故，　

换钛箔时务必小心，应均匀的紧螺钉，最好一个人紧　

固。抽扫描盒真空时要慢慢打开阀门使钛箔均匀的绷　

紧，以防出现死褶造成漏气。最后要养成在高真空下　

才可以开上整流发电机的习惯。　

２．１．２故障分析与处理　

１）低真空度不好分级检查机械泵、管道和扫描　

盒是否有漏气现象。机械泵抽气能力是否合格，可以　

单独实验其极限真空指标；真空泵油面是否过低或者　

变质，按照说明注入或更换新的真空泵油即可；真空　

泵运行是否有噪音，如果有马上停机检查三相电源是　

否缺相；真空系统漏气最可能的部位就是高低真空测　

量处和钛箔，紧固螺丝或重安装即可。还有一种情况　

不容忽视，就是检查真空测试系统是否正常。　

２）高真空度不好如果分子泵无法启动，检查冷　

却水是否正常或者控制器保险丝是否熔断；分子泵油　

是否变色或者缺油，并检查真空泵轴承是否异常，用　

手转动轴头，如果其阻力很大说明轴承出现问题，返　

回厂家修理。如果是真空测不出来，则有可能是电离　

规管坏了，测试大脚和大脚是否通电，小脚和小脚是　

否通电；还有可能是测试仪器出现异常，可用未开封　

的电离规管检查真空计是否正常。如果是系统漏气，　

可关断板阀判断哪一段漏气，并用医用针筒注入乙醚　

进一步检漏。　

２．２高压系统　

２．２．１　日常保养　

首先要对高压系统有总体的了解，在高压启动后　

不能够触摸控制系统，以防人机具毁。高压电缆与钢　

桶连接处易积灰，应定期检查，灰多时可用棉布蘸酒　

精清洗，酒精不能多，切不可用丙酮代替。碰到加速器　

高压异常时，应及时检查以防加大损伤，不许有大的　

击穿现象。高压连锁装置及报警装置必须保持功能正　

常，定期检查，以确保辐射防护安全。在检修完成后或　

一

段时间没有运行加速器时必须进行高压锻炼。因为　

高压型加速器完全避免打火是不可能的，除非设计得　

十分保守，实际加速器的端电压是通过有限的放电逐　

步提高的，这是一个锻炼的过程。其中包括许多电压　

稍低的微小放电，这些放电能熔化掉电极表面的微观　

尖端毛刺，燃烧掉电极与绝缘壁表面上的油污与灰　

尘，使电极与绝缘表面暂时去气。通过锻炼可以消除　

一

些使局部电场增强的因素，从而使电压得以逐步提　

高。锻炼不能过急，放电激烈会损坏电极表面，使绝缘　

表面出现燃烧痕迹或溅射上金属覆盖层，造成永久性　

损伤。经过适当的锻炼，打火击穿的数量与程度可以　

被减少到运行所能接受的水平。因此高压锻炼是维护　

人员必须熟悉并掌握的基本知识与技能。　

２．２．２故障分析与处理　

加速器无高压或者高压升不高时，检查高压测量　

系统是否有短路现象，或者测量表是否有问题；检查　

钢桶内的高频反馈电容是否击穿，如果击穿则要开钢　

桶更换；检查振荡器阳极电源，具体操作步骤：拆开振　

荡器上二级高压电缆，检查高频机隔直电容是否击　

穿，高压滤波电容是否击穿；高频机冷却水管绝缘电　

阻是否太低；将振荡管栅极接地，阳极断开，以此为阳　

极电源负载，如果有阳极电压和阳极电流说明电源正　

常，否则有故障；阳极电源为三组可控硅调压电路，检　

查六个可控硅，有问题则要更换；以上检查如果均无　

问题说明问题在钢桶内，则要开钢桶检查。开钢桶后　

检查整流倍压系统和高频线圈以及整流系统的有机　

玻璃绝缘支架是否有击穿烧焦等。当出现加速器有高　

压击穿现象时，也就是当加速器有电压，但升到某值　

时，出现击穿现象，并伴有大幅度摆动，其故障大多出　

现在高频整流器，分压电阻上，也可能是由于有机玻　

璃支架绝缘出现问题，因为电子枪供电系统的发电机　

是由多节飓风绝缘杆通过电动机带动发电，由于长时　

间磨损出现铁末，使有机玻璃绝缘性变差出现短路，　

曾经在我所机器上出现过这一现象，有机玻璃板被烧　

塌陷，造成很严重的后果。　

２．３束流系统　

２．３．１　日常保养　

电子枪的灯丝电流刚加时应特别注意高压的变　

化，因为灯丝有一个稳定的过程，灯丝电流的下降会　

黑龙江科学　

２０１２年第３卷学术第４期　

ＨＥＩＬ０ＮＧＪＩＡＮＧ　ＳＣＩＥＮＣＥ　

引起高压的上升，这时要防止突然过压，引起高压系　

统打火。当灯丝第一次使用时，应该在无高压状态对　

电子枪灯丝进行锻炼，缓慢在低电流处加热以释放由　

于机械变形造成的应力，防止突然加大电流使灯丝变　

形影响电子发射；另外，开电子枪时必须在高真空下　

进行，以防止灯丝表面氧化使电子枪“中毒”。当换枪　

后或改变束流系统的任何部件后，都应该重新校正电　

子束中心，使束流中心与加速器机械中心重合，通常　

做法是调整扫描盒位置以适应束斑中心。束斑调好　

后，出束运行２０ｍｉｎ左右，检查输运系统有无发烫的　

地方，如果有则要继续调整束斑中心使整个系统无发　

烫的地方且束斑在扫描窗中心。　

２．３．２故障分析与处理　

当出现无电子束时，应首先检查束流测量系统，　

是否有短路现象，测量仪表是否正常；检查上整流发　

电机的拖动电机是否正常工作，如果未发现异常则说　

明问题在钢桶内部，则要开钢桶检查。检查上整流发　

电机连杆有没有脱节，上整流发电机是否能够发电，　

发电电压值是不是正常，检查电子枪供电变压系统是　

否正常，同位传动机构是否能够正常调节。如果这些　

都没问题，说明是电子枪灯丝断了，则应关闭真空系　

统，更换电子枪灯丝。　

２。４水冷系统　

应该定期检查水箱水质和水位变化情况，不符合　

要求应及时换水或加水。定时检查水管有无堵塞情　

况，接头处有无渗漏水现象，有毛病及时修复。振荡管　

的冷却水管积垢太多，会影响绝缘电阻，应及时更换。　

分子泵冷却水不通会造成分子泵停止工作，严重会造　

成分子泵损毁。早期运行时由于高频机冷却水使用上　

水直接冷却，造成高频机冷却过度而使整流可控硅附　

近出现冷凝水，元器件表面有水珠并造成部件击穿损　

坏。另外，由于水压不可控造成水管破裂出现水患。后　

期实验室自制冷却水箱使这一隐患得到有效控制，运　

行５年未发生一次事故。　

２．５其他注意事项　

当钢桶处于低真空时，不得向其内部送电，特别　

是每次检修后，会做起振试验以检验高压回路是否畅　

通，这需在空气下或冲一瓶氮气后方可做起振试验，　

且必须将加速管真空优于１　Ｘ　１０　Ｐａ后方可进行。在　

我们检修过程中曾经经历过一次只开了机械泵后就　

进行了起振试验，结果发现没有分压，以为是钢桶内　

部没有检修到位造成的，就又重新开钢桶查找，结果　

浪费了很多人力与物力才查到原因。另外钢桶内充满　

了绝缘气体是为了提高高压电极耐压等级，如果压缩　

气体压力过低会造成钢桶内部绝缘性降低而出现打　

火，一般钢桶内的氮气压力不得低于１４ｋｇ／ｃｍ　。　

３辐射环境中设备和部件的维护　

辐照室的环境是及其恶劣的，不仅有强烈的电离　

辐射，而且有害气体浓度高、电磁环境恶劣。辐照室中　

的开关、按钮、继电器及电子元器件没多长时间便要　

烂掉、失效，所以辐照室中尽量不要有电气控制部件，　

如果避不开就要做好防护工作，以延长其使用寿命，　

机械部件尽量采用不锈钢材料。电机和输送机中的轴　

承中的润滑脂在射线的作用下很容易分解，所以要经　

常检查，如果风机等设备在运转时噪声增大，就要及　

时更换轴承，辐照室内的导线也要经常检查定期更　

换，否则极容易因电线绝缘烂掉引起短路故障。　

４　结束语　

电子加速器系统组成复杂，使用初期可能会暴露　

出一些问题，故障率也许会比较高。作为应用单位的　

技术维护工程师，应该在充分了解系统工作原理的基　

础上，运用专业基础知识，排除故障，分析原因，逐步　

地予以完善提高，使设备达到比较理想的工作状态。　

多年来，我们遵循了这一指导思想，逐步解决加速器　

运行过程中出现的各类问题，科学细致地做好技术维　

护工作，使设备运行渐趋向正常、安全、稳定的状态。　

参考文献：　

［１］陈佳洱，刘乃泉．加速器物理基础［Ｍ］．北京：原子能出版社，１９９３．　

『２１谢家麟．力口速器与科技创新［Ｍ１．北京：清华大学出版社，２０００．　

本文标签： 是否高压系统加速器检查