تحلیل ترمومکانیکی و اپتیکی تفنگ‌الکترونی تیوب شتاب‌دهندۀ خطی 6 مگا الکترون‌‌ولت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر

2 مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر و شرکت بهیار صنعت سپاهان، شهرک علمی وتحقیقاتی، اصفهان

چکیده
در این پژوهش، رفتار حرارتی و اپتیکی تفنگ الکترونی مورد استفاده در یک شتاب‌دهندۀ خطی با انرژی 6 مگا الکترون‌ولت به‌صورت جامع بررسی شد. کاتد آزمایشی در شرایط خلاء نزدیک به کار (5-10میلی بار) تا دمای عملیاتی 1050درجه سانتی‌گراد گرم شد و توزیع دما با استفاده از ترموکوپل و پیرومتر اندازه‌گیری شد. نتایج تجربی در توان‌های مختلف، مبنای اعتبارسنجی الگو‌سازی عددی انجام‌شده با نرم‌افزار کامسول قرار گرفت و صحت شبیه‌سازی حرارتی با انطباق دقیق نتایج، تأیید شد. در ادامه، تحلیل‌های ترمومکانیکی بر اساس نتایج دمایی انجام شد و هندسۀ قطعات برای کاهش تنش‌های ناشی از تغییر شکل حرارتی در اجزای بدنه بهینه‌سازی شد. مهم‌ترین بخش این پژوهش، بررسی اثرات دمایی بر ابعاد هندسی کاتد و تأثیر آن بر مشخصات باریکۀ الکترونی خروجی بود که با نرم‌افزار CST الگو‌سازی شد. با مقایسۀ باریکۀ خروجی در حالت سرد و گرم، ابعاد کاتد به گونه‌ای اصلاح گردید که ابعاد آن در شرایط گرم با ابعاد متناظر در حالت سرد مطابقت داشته باشد. این بهینه‌سازی ابعادی موجب شد که پرتوی الکترونی خروجی در شرایط عملیاتی مختلف، با مشخصات پرتو طراحی‌شده در حالت مرجع (سرد) برابر شود. این رویکرد مبتنی بر اعتبارسنجی تجربی، کارایی تفنگ الکترونی را تحت شرایط توان بالا تضمین می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Thermomechanical and optical analysis of electron gun of 6 MeV linear accelerator tube

نویسندگان English

Asghar mahdian 1
Ehsan Shiri 2
Davood Salehi 2
1 Faculty of Mechanic Engineering, Malek e Ashtar University of Technology, Shahinshahr, Iran
2 Faculty of Mechanic Engineering, Malek e Ashtar University of Technology, Shahinshahr, Iran and Behyaar Sanaat Sepahan Co, science & technology town, Isfahan, Iran
چکیده English

This research focuses on a comprehensive investigation of the thermal behavior and resulting mechanical effects in an electron gun utilized in a linear accelerator operating at an energy of 6 MeV. The test cathode was heated under near-operating vacuum conditions (10−5mbar) up to an operational temperature of 1050∘C. The resulting temperature distribution was measured using both thermocouples and a non-contact pyrometer. The experimental results obtained at various power levels served as the basis for validating the numerical modeling conducted with COMSOL Multiphysics software; the accuracy of the thermal simulation was confirmed through close agreement between the simulation and experimental results. Subsequently, thermo-mechanical analyses were performed based on the thermal data, and the geometry of the components was optimized to reduce stresses induced by thermal deformation within the ceramic body. The most critical aspect of this work involved examining the thermal effects on the geometrical dimensions of the cathode and their influence on the characteristics of the output electron beam , which was modeled using CST software. By comparing the output beam in the cold state and the hot state, the cathode dimensions were adjusted such that the hot dimensions matched the cold dimensions. This dimensional optimization ensured that the resulting electron beam under various operating conditions remained consistent with the design specifications of the reference (cold) state. This empirically validated approach guarantees the high-power performance efficiency of the electron gun.

کلیدواژه‌ها English

Electron gun
Thermomechanical analysis
Comsol
CST
Optimization
1.       A Leggieri, D Passi, F Di Paolo, B Spataro, E Dyunin, Vacuum, 122 (2015).
2.       L Yao, K Zhang, H Yu, T Huang, B Li, Rev. Sci. Instrum. 83 (2012) 024701.
3.       K H Jang, K Y Oang, I H Baek, et al., J. Korean Phys. Soc. 73 (2018) 466.
4.       M Iqbal, Z Wasy, A Wasy, M A K Lodhi, Rev. Sci. Instrum. 84 (2013) 56113.
5.       Y Ou, W Liu, L L Yang , et al., NEMO, 18 (2020). ‎
6.       M Iqbal, A Wasy, G U Islam, Z Zhou, Rev. Sci. Instrum. 85 ‎‎(2014) 023304.
7.       L Yao, L Xiao, Z Yang, High Power Laser Pratical Beams, 16 (2004) 10.
8.       W Sue, J Zhu, R Liu, F Song, ICRMS, 12 (2014).
9.       A K Bandyopadhyay, A Nagaraju, R Guha, et al., IVEC, 12 (2019).
10.    L Rui, J Wang, et al., IEEE Trans. Electron Devices, 67 (2020) 684.

تحت نظارت وف بومی