طراحي و ساخت يك كاواك شتاب‌دهنده‌ي صنعتي الكترون نوار بسامدي VHF با انرژي 5MeV و توان 50kW

Design and Construction of a Cavity for 5 MeV Industrial Electron Accelerator in VHF Band Frequency with 50 kW Power

شتاب‌دهنده‌هاي الكتروني توان متوسط كاربرد زيادي در صنعت پرتودهي دارند. براي پاسخ­گويي به نياز صنعت ­هاي كشور، پژوهش­هاي زيادي در زمينه­ ي طراحي و ساخت شتاب‌ دهنده­ ي خطي الكترون موج راديويي توان متوسط در نوار بسامدي VHF با محدوده­ ي انرژي MeV 1 تا MeV 5 در كشور آغاز شده است. يكي از مؤلفه­هاي مهم اين شتاب‌ دهنده، كاواك آن است كه در اين مقاله نحوه ­ي طراحي و ساخت آن و مقايسه­ ي نتيجه­ هاي شبيه‌سازي و پارامترهاي عملكردي كاواك معرفي شده است. در اين پژوهش، با بررسي پارامترهاي اساسي هم­چون بسامد تشديد، ضريب كيفيت، امپدانس موازي، ضريب شايستگي كاواك و ضريب زمان عبور در هندسه‌هاي مختلف كاواك استوانه‌اي با استفاده از نرم­ افزارهاي شبيه­ سازي سي. اس. تي، اچ. اف. اس. اس و سوپرفيش هندسه­ ي بهينه­ ي كاواك براي باريكه ­ي الكتروني با انرژي حداكثر MeV 5 و توان kW 50 با كم­ترين از دست دادگي ­ها طراحي شد. پس از تكرار شبيه‌ سازي هاي و اطمينان از نتيجه ­هاي آن­ها، كاواك طراحي شده ساخته و پارامترهاي آن اندازه‌گيري شد. يافته ­ها نشان داد كه ‌پارامترهاي اندازه‌گيري شده تطابق خوبي با داده ­هاي حاصل از شبيه‌سازي دارد.

Medium power electron accelerators have many applications in industrial irradiations. In order to meet the industry needs of Iran, several investigations for design and construction of the medium power linear electron accelerator in the VHF band frequency with the energy range of 1 MeV - 5 MeV have been started. The acceleration cavity is one of the important components of this design. In this article the design and construction of the cavity are reported and the results of the simulations and measurements are compered. Mean while the essential parameters, including resonance frequency, quality factor, shunt impedance, figure of merit and transit time factor are evaluated for several configuration of cylindrical cavity using (CST), (HFSS) and (SUPERFISH) codes in order to design an efficient cavity for electron beam with the maximum energy up to 5 MeV and 50 kW power with the lowest power loss. After repeating the simulations and reliability of the results, the designed cavity was constructed and its parameters were measured. The results showed that the measured parameters are in good agreement with simulation results.