一种2MeV移动式小型电子直线加速器

技术领域

本发明涉及X光机设备领域，尤其涉及产生X射线的电子加速器技术领域，具体涉及一种2MeV移动式小型电子直线加速器。

背景技术

近年来，基于X射线数字成像的可视化检测技术已经被广泛运用，实现了GIS等电力设备结构性缺陷的预防性精准排查和应急性缺陷的精准分析。尤其通过对电力设备进行多方位X射线透视成像，配合专用的图像处理与识别技术，实现其内部结构的可视化与运行状态的快速诊断，可极大地提高设备故障定位与判别的准确性。但是目前常规的便携式X射线源最高管电压为300kV,只能穿透约60mm的等效钢，检测范围有限，主要应用于110kV、220kV和部分500kV的低厚度电力设备部件的结构性缺陷检测，并且主要依靠人工借助辅助工具进行电力设备的X射线数字成像检测。存在着辐射难控制、检测系统的集成化程度低、X射线源能量低检测效率低、智能化程度低等问题。

现有的电子直线加速器可以提供2MeV-15MeV甚至更高能量的X射线，但由于电子加速器设备尺寸偏大，现场转移不便，无法做到灵活移动，不适于现场检测。同时，更高能量的X射线意味着更大的辐射，在现场检测时会更难控制，增加了辐射安全风险，因此需要一种能满足大厚度电力设备现场检测的2MeV分体式、小型化的X射线检测装置。

发明内容

为了解决现有技术存在的在役电力设备的无损检测的问题，本申请提供一种2MeV移动式小型电子直线加速器，用于实现对在役电力设备，如大型GIS设备结构性缺陷的无损检测。电力设备的无损检测原理如下：

电力设备多为固定的大型设备，为了实现设备结构内部的无损检测，现有技术中多以X射线检测法实现，其原理是利用X射线的高穿透性，通过穿透被照射物体后，在另一侧通过配套的探测器吸收剩余的X射线能量，然后转换成不同灰度值的图像，以反映被照射物体结构的分布。由于任一一种材料和不同的厚度对于X射线的吸收是存在差异的，因此，通过剩余X射线能量分布能够直观的反应物体内部的缺陷情况。

然而，现有的能够满足电力设备检测的大型X光设备体积都非常庞大，无一例外的都是安装在实验室或者单独的防辐射建筑物内，根本无法用于电力设备的现场检验；而市面上设计的一些现有便携式X光机设备的能量过低，只能用于简单的医疗，或者小型结构使用，无法满足现有大厚度的电力设备的检测。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种2MeV移动式小型电子直线加速器，包括加速器本体、用于安装加速器本体的底仓，与底仓旋转连接并支撑底仓移动的行走机构；所述行走机构包括与底仓下部转动连接的第一旋转机构，所述第一旋转机构可拆卸固定连接有井架，所述井架上安装有用于驱动设置在井架两侧的履带转动的第一驱动机构，所述底仓内设置有用于驱动底仓旋转的第二驱动机构；所述底仓上部可拆卸固定安装有模块化设置的脉冲功率源和发射源，以及用于向脉冲功率源和发射源提供脉冲高压的调制器模块和用于控制调制器模块功率输出的控制器模块；

所述发射源滑动设置在竖直安装于所述底仓上部的升降轨上，所述升降轨两侧均设置有丝杆，任一根丝杆下端均连接有设置于底仓内部的同步减速机，所述减速机驱动连接有第二驱动机构；

所述发射源通过安装支架与所述丝杆驱动连接，所述安装支架还包括有竖直设置的第二旋转机构和第三驱动机构。

优选地，所述发射源内包括用于发射电子束的电子枪，所述电子枪连接有用于对电子束加速的加速管，所述加速管末端设置有供电子束撞击产生X射线的钨靶，所述发射源靠近钨靶外侧设置有屏蔽准直装置。

为了避免出现微波放电打火、电子枪阴极中毒或者灯丝氧化，以及减少电子与残余气体碰撞损失，本申请所述加速器还包括用于保持加速管内真空度的钛泵。

为了方便在野外作业时，快速实现与探测器的找准，优选地，所述发射源上还设置有激光装置，所述激光装置发射的激光图案中心与X射线照射中心重合。

进一步地，所述脉冲功率源包括用于产生微波的磁控管，与磁控管连接用于防止加速管反射的微波功率直接进入磁控管的三端环行器，以及用于连接三端环行器和电子枪的软波导。

在进一步地优选，所述控制器模块内还设置有向所述软波导内充盈六氟化硫气体的充气装置，充气气压控制在1-1.5个标准大气压。所述控制器模块内还设置有用于对脉冲功率源和发射源进行降温的恒温水冷器。

有益效果：

本申请通过将整个加速器集成在履带式移动小车上，通过工程履带行走，保证了设备的整体稳定性，同时，通过底仓的可旋转，以及发射源的可升降和旋转，灵活度高，能够极大程度的满足现场拍摄的要求。

本申请无需人工现场操作，能够极大程度的避免辐射给操作人员带来的伤害，同时，通过增设激光装置，能够在野外强光条件下实现照准，减少了因照射角度不准确而导致的重复拍摄的问题。

作为最重要的一点，本申请克服了现有便携式X光机不能实现大厚度电力设备检测的问题，也克服了大型X光机只能实现被动工作的局限，实现了对在役电力设备的精确现场检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的工作原理图；

图2是本申请的结构轴测图；

图3是图2的另一视觉结构轴测图；

图4是图2的仰视图；

图5是图2的另一视觉结构轴测图。

图中：1-履带；2-底仓；3-控制器模块；4-调制器模块；5-脉冲功率源；6-安装支架；7-升降轨；8-发射源；9-软波导；10-第一旋转机构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

优选实施例：

结合说明书附图2-5所示的一种2MeV移动式小型电子直线加速器的结构，包括加速器本体、用于安装加速器本体的底仓2，与底仓2旋转连接并支撑底仓2移动的行走机构；所述行走机构包括与底仓2下部转动连接的第一旋转机构10，所述第一旋转机构10可拆卸固定连接有井架，所述井架上安装有用于驱动设置在井架两侧的履带1转动的第一驱动机构，所述底仓2内设置有用于驱动底仓2旋转的第二驱动机构；所述底仓2上部可拆卸固定安装有模块化设置的脉冲功率源5和发射源8，以及用于向脉冲功率源5和发射源8提供脉冲高压的调制器模块4和用于控制调制器模块4功率输出的控制器模块3，所述控制器模块3还集成连接有无线通信单元模块；

所述发射源8滑动设置在竖直安装于所述底仓2上部的升降轨7上，所述升降轨7两侧均设置有丝杆，任一根丝杆下端均连接有设置于底仓2内部的同步减速机，所述减速机驱动连接有第三驱动机构；

所述发射源8通过安装支架6与所述丝杆驱动连接，所述安装支架6还包括有竖直设置的第二旋转机构和第四驱动机构。优选地，所述发射源8内包括用于发射电子束的电子枪，所述电子枪连接有用于对电子束加速的加速管，所述加速管末端设置有供电子束撞击产生X射线的钨靶，所述发射源8靠近钨靶外侧设置有屏蔽准直装置。

为了避免出现微波放电打火、电子枪阴极中毒或者灯丝氧化，以及减少电子与残余气体碰撞损失，本申请所述加速器还包括用于保持加速管内真空度的钛泵。

为了方便在野外作业时，快速实现与探测器的找准，优选地，所述发射源8上还设置有激光装置，所述激光装置发射的激光图案中心与X射线照射中心重合。

进一步地，所述脉冲功率源5包括用于产生微波的磁控管，与磁控管连接用于防止加速管反射的微波功率直接进入磁控管的三端环行器，以及用于连接三端环行器和电子枪的软波导9。

在进一步地优选，所述控制器模块3内还设置有向所述软波导9内充盈六氟化硫气体的充气装置，充气气压控制在1-1.5个标准大气压。所述控制器模块3内还设置有用于对脉冲功率源5和发射源8进行降温的恒温水冷器。

工作原理：

在结构部分方面，采用本实施例提供的加速器进行现场检测时，处于安全距离的操作人员通过与无线通信单元模块进行通信连接的上位机或者后台操作设备，如智能操作手柄或者手持式智能操作终端，通过现有的无线通信连接技术即可实现对加速器结构的控制，这部分是非常成熟的现有技术，不属于本实施例的改进点，故而在此不做过多详述。通过后台操作设备分别向无线通信单元模块发送指令，以最终分别驱动第一驱动机构使得整个加速器得以向前运动或者向后运动或者通过驱动履带1的差速运动实现整个加速器的转向；再者，向第二驱动机构发送指令，使得第二驱动机构驱动所述第一旋转机构10旋转，以使得整个底仓2能够实现360°的转动，从而最终实现发射源8对准需要照射的目标；再者，当发射源8对准需要照射目标方位后，如出现竖直方向的高度差，则可以通过调节发射源8沿升降轨7上下运动，以克服高度差，实现水平照准拍摄。发射源8上下运动实现的方式是通过第三驱动机构驱动同步减速机转动，从而驱动安装在所述升降轨7内两侧的丝杆同步转动，丝杆的转动驱动安装支架6的上下移动，最终实现调节发射源8高度的技术效果。然而，由于实际拍摄对象并非都需要采用水平拍摄的角度，其最佳成像角度可能存在俯仰调节。当遇到此种情况时，则通过第四驱动机构驱动第二旋转机构旋转从而改变发射源8的俯仰角度，实现按需调整，按需拍摄的要求。当拍摄后，置于发射源8相对侧的探测器接收X射线形成图像，用于后续分析。值得说明的是，探测器属于与X光机，即本实施例中的加速器配套的产品，其使用方式是现有的，公知的，这次不做赘述。

在内部电子加速到发出X射线的工作原理方面如下：

结合说明书附图1所示，调制器模块4为磁控管提供高压电源，输出脉冲高压，使得磁控管产生微波，依次通过三端环行器和软波导管9最终进入加速管，在加速管中形成稳定的驻波加速场后，电子枪通过调制器模块4提供电源激励电子枪产生低能电子束，电子束在加速管中被加速，以接近光速射出加速管，打在钨靶上形成X射线。由于打靶形成的X射线是离散且不规则的，这将导致打靶周围形成强烈的辐射污染，为了避免辐射的不可控，因此在发射源8上设置有屏蔽准直装置，使得X射线只能定向的向某一方向以锥形射出，达到X射线不可见，但可控的目的。进一步地，由于在室外作业，为了提升X射线照准的有形话，进一步增加了激光装置，利用激光的照准实现X射线的有效射野范围和中心能够达到目视条件，使得拍摄的角度更佳。

本实施例中，所述磁控管采用E2V公司的MG5193磁控管是产生微波的装置，其额定脉冲功率为2.6MW，工作频率在2998MHz±5MHz范围内可调。

所述三端环行器用于防止加速管反射的微波功率直接进入磁控管，引起磁控管的损坏。系统工作时加速管反射的微波功率在三端环行器的作用下，被负载有效吸收，从而保护磁控管。

所述加速管是一种电子与加速腔中的轴向驻波相互作用，使得微波能量转化为电子动能的装置。电子束打靶，产生X射线。

钛泵用于维持加速管真空。加速管要求在高真空条件下工作，以防止加速管内微波放电打火、电子枪阴极中毒、灯丝氧化以及减少电子与残余气体的碰撞损失。加速器工作时，钛泵电流应不超过6μA。

充气装置是为波导充气用。为防止波导内放电打火，采用在波导内充以六氟化硫SF6气体，压力为1～1.5个标准大气压。充气系统装有电接点压力表接高压联锁，压力过低时会自动切断加速器高压。

恒温水冷器是将加速器内部发热元件，如：加速管及靶室、磁控管、三端环行器、脉冲变压器等的热量带走，使其内部保持恒定的工作温度，使器件不会被束流和微波温度过高而烧坏。它还保证加速管和磁控管的工作频率稳定，因为加速管和磁控管工作时温度会升高，致使加速管和磁控管腔体尺寸增大，引起加速管工作频率的变化，从而引起电子束的能量和剂量的波动，因此加速管和磁控管要用恒温水冷却，恒温水由恒温水冷机组提供。当缺水或者水压不够时自动切断高压，如可接高压联锁实现。恒温水温度常置为：24℃～25℃。加速器开机前先打开恒温水机，并检查温度。

控制器模块3内集成有控制系统用于控制加速器系统的开关机、开关射线、加速器运行状态、频率升降和AFC的自动/手动切换等。并具有安全联锁保护功能，在加速器运行异常情况时控制系统可自动切断加速器高压，以确保人身及设备安全，并提示故障状态。

加速器控制器可以通过现有软件凡是采用触摸式控制方式。

加速器的具体联锁有：

1、低压安全联锁

当钛泵故障，则低压无法加上。

2、高压安全联锁

加速器加高压前，如果发生意外情况，则及时阻止加速器加上高压，从而使之不得发出束；加速器正在触发时，如遇到意外情况，例如：加速器的任何一个控制子系统出现故障，也会立即切断高压。

AFC控制系统

本实施例AFC控制系统的作用是使磁控管输出的微波频率被自动调整到与加速管的谐振频率一致，使加速器工作在最佳状态。AFC的机械调节部分安装在X射线机头，AFC控制电路部分安装在调制器模块内。

恒温水冷器是CHI10A型风冷式冷水机组，它是通过冷却水的不断循环。恒温水冷器主要由四部分组成：冷却水循环单元，制冷循环单元，制热循环单元和控制单元。本实施例中，所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构都是采用伺服电机或者步进电机实现，目的在于控制的高精度和自然状态下不可逆转动的自锁效果，以满足发射源8能够在任何需要的角度和位置停留。

本申请通过将整个加速器集成在履带式移动小车上，通过工程履带行走，保证了设备的整体稳定性，同时，通过底仓的可旋转，以及发射源的可升降和旋转，灵活度高，能够极大程度的满足现场拍摄的要求。

本申请无需人工现场操作，能够极大程度的避免辐射给操作人员带来的伤害，同时，通过增设激光装置，能够在野外强光条件下实现照准，减少了因照射角度不准确而导致的重复拍摄的问题。

作为最重要的一点，本申请克服了现有便携式X光机不能实现大厚度电力设备检测的问题，也克服了大型X光机只能实现被动工作的局限，实现了对在役电力设备的精确现场检测。将便携式小型化X光机设备的灵活性和大型固定X光设备的强穿透力能够透照大厚度金属的特性集于一体，是本申请最大的改进点之一，整体结构按照功能划分，模块化装配，便于后续的使用、维护和装配。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。