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电子束能量在线测量装置的研究

张学粮  
【摘要】: 本文提出了利用平衡厚度与电子束能量之间的关系来在线测量电子束能量的新方法,并围绕这一方法展开了模拟和实验研究。利用通用蒙特卡罗程序MCNP进行了3~10MeV单能电子束以及不同的下板材料(石墨、铝、铜)的模拟计算,计算结果表明:1)该方法中平衡厚度对电子束能量以及下板材料都较为敏感;2)平衡厚度与电子束的能量之间存在很好的线性关系;3)采用二次电子发射系数较小的铜和石墨作为下板材料,其平衡厚度的模拟计算值与实验结果符合得很好。 针对这一新方法设计并加工了能量测量装置,并在清华大学加速器实验室4MeV加速器上进行了系统实验。实验结果表明,电子束能量为4MeV时实测归一化电压-上板厚度数据点与模拟曲线符合较好,实测平衡厚度与模拟平衡厚度也具有较好的一致性,两者偏差不超过2%。改变下板材料后的实测结果也与模拟结果非常吻合。当电子束能量为3.86MeV时,装置测量结果给出的能量与动力学计算结果也符合较好,实测平衡厚度与模拟平衡厚度偏差为0.5%。充分证明采用MCNP模拟来确定不同能量的电子束对应的平衡厚度是可行的。 利用4MeV时的实验数据和已有模拟结果,推算电子束能量为3.86MeV时的能量比为0.571,实测结果为0.568,偏差为0.53%,说明采用模拟能量比来预测实验能量比是较为可行的。由于实际电子束的能量成分并不单一,所以实测数据点在偏离平衡厚度±2mm之外的地方与MCNP的单能模拟结果偏差较大,此时采用模拟结果预测实验结果将不准确。准确给出该方法的适用范围,有待于在其他能量的加速器上做进一步实验。 本文所用的装置是一种无源装置,具有结构简单、容易加工等优点。如果采用可加工陶瓷作为绝缘材料,则可以大大提高装置的耐高温性能,而不用考虑照射时间的限制,使得装置的在线使用成为可能。由于可以采用模拟能量比预测实测能量比,只需要将MCNP模拟与一定的校准实验结合,就能够实现对电子束能量的在线测量。


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