طراحی تفنگ الکترونی 50 میلی آمپری برای استفاده در یک شتاب‌دهنده‌ی دینامیترون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1. گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی: 1953633511، تهران ـ ایران

2 2. پژوهشکده‌ی فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 1339-14155، تهران ـ ایران

چکیده

این مقاله طراحی تفنگ الکترونی گرمایونی با دو هندسه­ی متفاوت، کاتد مسطح و کاتد کروی را ارایه می‌دهد. هدف از انجام این پژوهش، پاسخ به این پرسش است که چه نوع تفنگ الکترونی برای شتاب­دهنده‌های الکترواستاتیک صنعتی مناسب­اند. در طراحی تفنگ‌های مورد نظر از نرم‌افزار سی اس تی استودیو استفاده شده است. مشخصه­های مورد نظر در طراحی تفنگ گرمایونی مناسب، حداکثر جریان
mA 50 و ولتاژ 5 تا kV­10 است که برای به­کارگیری در شتاب­دهنده­ی دینامیترون انتخاب شده است. جریان باریکه، شعاع کمر باریکه، مکان کمر باریکه و نفوذ تفنگ با کاتد مسطح و تفنگ با کاتد کروی به ترتیب 49 و 49.8 mA ­­، 3.2  و 0.45 mm ­، 36 و 24.3mm ، 0.138  و 0.0498 μperv به دست آمد. از آن­جایی که تفنگ‌های الکترونی که در صنایع به کار می‌روند، نفوذ بین 0.1­ تا 1 μperv  دارند بنابراین تفنگ الکترونی با کاتد مسطح با نفوذ µperv 0.138­ مناسب­تر است. از طرف دیگر ساخت آن آسان­تر و کم هزینه‌تر است به همین دلیل تفنگ با کاتد مسطح انتخاب و ابعاد نهایی آن‌ ارایه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of electron gun with a current of 50 mA for use in a dynamitron accelerator

نویسندگان [English]

  • M Gholami Akbarabad 1
  • M.R Ghasemi 2
  • A.A Shokri 1
  • A Grayli 2
چکیده [English]

This paper presents the design of a thermionic electron gun with two different geometries, flat cathode and spherical cathode.The purpose of this research is to answer the question of which type of electron gun is suitable for industrial electrostatic accelerators. CST Studio software was used to design the guns. The desired specification in the design of a suitable thermionic gun, the maximum current  of  50 milliamper and the voltage 5 to 10 kilovolt, is selected for use in the dynamitron accelerator. The beam current, the waist beam radius, the waist beam position and the perveance of a flat cathode gun and spherical cathode gun were 49 and 49.8 mA, 3.2 and 0.45 mm, 36 and 24.3mm, 0.138 and 0.0498 μperv, respectively. Since the electron guns used in the industry have a perveance between 0.1 to 1 μperv therefore, an electron gun with a flat cathode with 0.138 μperv is more suitable.  On the other hand, it is easier and less costly to make it. That is why the gun with a flat cathode was chosen and its final dimensions are presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electron Gun
  • Dynamitron accelerator
  • CST Studio software
1. S. Ahmadiannamin, F. Abbasi Davani, et all in: 5th International Particle Accelerator, Simulation Study of Electron Gun for Six Mev Linac for X-Ray cargo Inspection, 3847-3849 (JACoW, Dresden, Germany, IPAC2014),.

2. L. Marton, Methodes of experimental physisies, (Academic press, new York, 1967).

3. S. Ahmadian, M.Sc. thesis, Faculty of Nuclear Engineering, (2011) (in Persian).

4. A. Gilmour, principal traveling wave tubes, (Artech House. Inc, Norwood, 1941).

5. M. Moghbelalhossein, E. Bazvand, et all, Simulation of a Low Energy Electron Gun, Nucl Sci. and  Tech, (2014) (in Persian).

6. S. Humpheries, Charged particle beam, (Dover Publications, New York, 2013).

7. M. Nazari, F. Abassi Davani, et all, in: Proceedings of IPAC,Design and Simulation of a Thermionic Electron Gun for a 1MeV Parallel Feed Cockcroft-Walton Industrial Accelerator, 1976-1978 (Busan, Korea, 2016).

8. D. Bhattacharjee, et al, Development of electron guns for linacs and dc accelerator, https://www. researchgate.net/publication/265107167.

9. H. Yazdanfar, M. Elahi, et all, in: New Materials National, Designing of Tungsten Filament as an Electron Source for Applying in Electron Gun (University of Tarbiat Modarres, Tehran, 2008) (in Persian).

10. J. Pierce, Traveling-Wave Tubes, 3 edition, 390-460 (D. Van Nostrand Company, Inc, 1950).

11. C. Karzmark, Medical electron accelerators, (McGRAW Hill, New York, 1993).

12. H. Wiedemann, Particle Accelerator Physics, 4th edit,(Springer, 2015).