Calibration of a system for on-line monitoring of electron energy and absorbed dose at an industrial accelerator LU-10

Particle beam energy and absorbed dose are critical parameters of product processing at industrial electron accelerators. For on-line monitoring of those parameters, a method based on measuring of distribution of the charge induced by irradiation in a wide-aperture stack-monitor, positioned behind an irradiated object, has been developed. A brief review of a control system for monitoring of the processing parameters created with the use of the EPICS package as well as the data of its operating experience at an LU-10 Linac of NSC KIPT are presented in the article. The procedure and results of calibration of the measuring channels within the electron energy range 8…10 MeV are described.Енергія частинок пучка і поглинута доза є критичними параметрами при обробці продукції на промислових прискорювачах електронів. Для on-line моніторингу цих параметрів розроблено метод, що є оснований на вимірюванні розподілу наведеного опромінюванням заряду у широкоапертурному стек-моніторі, який розміщено за оброблюваним об’єктом. Надано стислий огляд системи моніторингу та контролю параметрів обробки, що створена з використанням пакету EPICS, а також дані щодо досвіду її експлуатації на прискорювачі ЛУ-10 ННЦ ХФТІ. Описані процедура та результати калібрування вимірювальних каналів у діапазоні значень енергії електронів 8…10 МеВ.Энергия частиц пучка и поглощенная доза являются критическими параметрами при обработке продукции на промышленных ускорителях электронов. Для on-line мониторинга этих параметров разработан метод, основанный на измерении распределения наведенного облучением заряда в широкоапертурном стекмониторе, который находится за обрабатываемым объектом. Представлены краткий обзор системы мониторинга и контроля параметров обработки, созданной с использованием пакета EPICS, а также данные об опыте ее эксплуатации на ускорителе ЛУ-10 ННЦ ХФТИ. Описаны процедура и результаты калибровки измерительных каналов в диапазоне значений энергии электронов 8…10 МэВ

Analysis of a double-beam e,X-mode at an idustrial accelerator “EPOS”

The main assignment of industrial plant with an accelerator “EPOS” providing the electron energy up to 30 MeV is radiation dyeing of gemstones. At treatment of them, the part of the electron energy is transformed into bremsstrahlung (X-) radiation. The energy characteristics of the electron beam were measured by a dosimetry wedge technique. On the basis of obtained results, the parameters of the mixed e,X-flux (the energy conversion coefficient and the factor of secondary radiation) along the path of radiation formation were alculated using a transport code GEANT4. The conditions for production of X-ray radiation in the state of electronic equilibrium have been determined. The spectrum of the X-ray photons as well as the dose rate and its distribution behind a target device for gemstone irradiation were calculated. A measured dose profile is satisfactory agreed with the data of the simulation. Implementation of a double-beam mode enables to conduct the extra radiation programs in the field of the bremsstrahlung radiation (modification of semiconductors and polymers, radiation tests, photonuclear activation of samples, etc.).Основним призначенням технологічної установки з прискорювачем «ЕПОС», що забезпечує енергію електронів пучка до 30 МеВ, є радіаційне фарбування ювелірних каменів. У процесі їх обробки частина енергії електронів трансформується в гальмівне випромінювання. За допомогою дозиметричного клину зміряні енергетичні характеристики пучка. На основі одержаних даних методом моделювання з використанням транспортного коду GEANT 4 розраховані параметри змішаного е,Х-випромінювання (енергетичний коефіцієнт конверсії і показник вторинного випромінювання) уздовж тракту його формування. Визначені умови отримання на виході тракту гальмівного випромінювання в стані електронної рівноваги. Розраховано спектр фотонів, а також потужність поглинутої дози гальмівного випромінювання та її розподіл. Результати вимірювання останнього задовільно узгоджуються з даними моделювання. Реалізація двопучкового режиму забезпечує можливість, разом з опромінюванням продукції електронами в основному радіаційному каналі, проводити також додаткові програми в полі гальмівного випромінювання (радіаційні випробування, фотоядерну активацію зразків, модифікацію напівпровідників і полімерів, тощо).Основным назначением технологической установки с ускорителем «ЭПОС», обеспечивающим энергию электронов пучка до 30 МэВ, является радиационное окрашивание ювелирных камней. В процессе их обработки часть энергии электронов трансформируется в тормозное излучение. С помощью дозиметрического клина измерены энергетические характеристики пучка. На основе полученных данных методом моделирования с использованием транспортного кода GEANT 4 рассчитаны параметры смешанного е,Х-излучения (энергетический коэффициент конверсии и фактор вторичного излучения) вдоль тракта его формирования. Определены условия получения тормозного излучения в состоянии электронного равновесия. Рассчитаны спектр фотонов, а также мощность поглощенной дозы тормозного излучения и ее распределение. Результаты измерения последнего удовлетворительно согласуются с данными моделирования. Реализация двухпучкового режима обеспечивает возможность, наряду с облучением продукции электронами в основном радиационном канале, проводить также дополнительные программы в поле тормозного излучения (радиационные испытания, фотоядерную активацию образцов, модификацию полупроводников и полимеров и т. д.)

Research of the composition of oxide layer and corn of the klystron cathodes with different degree of development

In accordance with the work program for the restoration of klystrons, a cycle of studies was carried out, which includes X-ray fluorescence analysis of the composition of the emitter layer and core of oxide cathodes with different degrees of operating time. Studies have been conducted to assess the possibility of using and predicting the resource, both restored and used cathodes. Studies were conducted to assess the possibility of using and predicting the resource, both restored and used cathodes. The analysis was performed using a Bruker S8 TIGER WDXRF spectrometer (X-ray tube power 4 kW, Rh-cathode, current up to 170 mA, voltage up to 60 kV), with Spectra Plus software package. Comparative analysis of the data obtained for emitters with different degrees of development can provide a fairly reliable estimate of the efficiency and resource of the cathodes.Згідно з програмою робіт по відновленню клістронів проведено цикл досліджень, який включає в себе ренгенофлюоресцентний аналіз складу шару емітера і керна оксидних катодів з різним ступенем напрацювання. Дослідження було проведено з метою оцінки можливості використання і прогнозування ресурсу як реставрованих, так і катодів, що були вже в експлуатації. Аналіз здійснено за допомогою WDXRF-спектрометра Bruker S8 TIGER (потужність рентгенівської трубки 4 кВт, Rh-катод, сила струму до 170 мА, напруга до 60 кВ), з програмним пакетом Spectra Plus. Порівняльний аналіз отриманих даних для емітерів з різним ступенем напрацювання може забезпечити досить достовірну оцінку працездатності і ресурсу катодів.В соответствии с программой работ по восстановлению клистронов проведен цикл исследований, который включает в себя ренгенофлюоресцентный анализ состава слоя эмиттера и керна оксидных катодов с различной степенью наработки. Исследования проведены с целью оценки возможности использования и прогнозирования ресурса, как реставрированных, так и бывших в эксплуатации катодов. Анализ осуществлен при помощи WDXRF-спектрометра Bruker S8 TIGER (мощность рентгеновской трубки 4 кВт, Rh-катод, сила тока до 170 мА, напряжение до 60 кВ), с программным пакетом Spectra Plus. Сравнительный анализ полученных данных для эмиттеров с различной степенью наработки может обеспечить достаточно достоверную оценку работоспособности и ресурса катодов

Development and improvement of switching stands of high-voltage LUE modulators

The results of the development, operation and improvements of switch racks are presented. Particular attention is paid to the control and protection systems of both the thyratrons themselves and the control units of the switches. The main characteristics and the degree of reliability of switching racks and thyratrons of various types are compared. The development and implementation of switching racks based on six types of thyratrons was carried out: TGI1-1000/25, TGI1-2500/35, TGI1-5000/50, TGI1-5k/50 (Russia), TGI1-2500/50 (Ukraine) and CX 1525 A (England).Представлено результати розробок, експлуатації та удосконалень комутаційних стойок. Особливу увагу приділено системам контролю і захисту як самих тиратронів, так і управляючих блоків комутаторів. Проведено порівняння основних характеристик і ступеня надійності комутаційних стійок і тиратронів різного типу. Проведена розробка та впровадження комутаційних стойок на основі шести типів тиратронів: ТГІ1-1000/25, ТГІ1-2500/35, ТГІ1-5000/50, ТГІ1-5к/50 (Росія), ТГІ1-2500/50 (Україна) і СХ 1525 А (Англія).Представлены результаты разработок, эксплуатации и усовершенствований коммутационных стоек. Особое внимание уделено системам контроля и защиты как самих тиратронов, так и управляющих блоков коммутаторов. Проведено сравнение основных характеристик и степени надежности коммутационных стоек и тиратронов различного типа. Проведена разработка и внедрение коммутационных стоек на основе шести типов тиратронов: ТГИ1-1000/25, ТГИ1-2500/35, ТГИ1-5000/50, ТГИ1-5к/50 (Россия), ТГИ1-2500/50 (Украина) и СХ 1525 А (Англия)

Assessment of energy efficiency of high-voltage LUE modulators

An assessment of the energy efficiency of pulse modulators of technological accelerators at the NSC KIPT. The influence of the parameters of a pulse transformer on a voltage pulse at a load is investigated. The possibilities of increasing the energy efficiency of plants are considered. Studies of losses in high-voltage pulse modulator systems were conducted and it was shown that the main elements that require replacement or improvement are forming lines and pulse transformers.Проведена оцінка енергоефективності імпульсних модуляторів технологічних прискорювачів у ННЦ ХФТІ. Досліджено вплив параметрів імпульсного трансформатора на імпульс напруги при навантаженні. Розглянуто можливості підвищення енергоефективності установок. Проведено дослідження втрат у високовольтних модуляторних системах і показано, що основними елементами, які потребують заміни або вдосконалення, є формування ліній та імпульсних трансформаторів.Проведена оценка энергоэффективности импульсных модуляторов технологических ускорителей в ННЦ ХФТИ. Исследовано влияние параметров импульсного трансформатора на импульс напряжения при нагрузке. Рассмотрены возможности повышения энергоэффективности установок. Проведены исследования потерь в высоковольтных импульсных модуляторах систем и показано, что основными элементами, требующими замены или улучшения, являются формирования линий и импульсных трансформаторов

Research of the state of internal surfaces of a supercritical water loop after a session of irradiation

Made of austenitic steel at the NSC KIPT, the supercritical water convection loop Loop-1a was running for more than 500 hours in the first experimental session (in 2011). The materials tested in the loop were placed into a stream of water (more than 50 g/s) at a temperature of 350…400°C, a pressure of 23… 25 MPa, and were irradiated by an electron beam with an energy of 10 MeV. Sediments that emerged on the inner surface of the loop were examined. The sediment mainly consisted of compounds of calcium and iron mixed with other elements. There is a possibility to increase corrosion induced by radiation due to dislocation damage, hydrogenation of metal and under the impact of active oxygen.Виготовлена з аустенітної стали в ННЦ ХФТІ надкритична водяна конвекційна петля Loop-1a в першому експериментальному сеансі (2011 рік) пропрацювала понад 500 год. Випробовувані у петлі матеріали перебували в потоці води (понад 50 г/с) при температурі 350…400°C, тиску 23…25 МПа і опромінювалися електронним пучком енергією 10 МеВ. Досліджували відкладення на внутрішній поверхні петлі, які складаються в основному із сполук кальцію і заліза з домішкою інших елементів. Можливе посилення корозії під дією випромінювання за рахунок дислокаційних ушкоджень, насичення воднем і активного кисню.Изготовленная из аустенитной стали в ННЦ ХФТИ сверхкритическая водяная конвекционная петля Loop-1a в первом экспериментальном сеансе (2011 год) проработала более 500 ч. Испытываемые в петле материалы находились в потоке воды (более 50 г/с) при температуре 350…400°C, давлении 23… 25 МПа и облучались электронным пучком энергией 10 МэВ. Исследовали отложения на внутренней поверхности петли, которые состоят в основном из соединений кальция и железа с примесью других элементов. Возможно усиление коррозии под действием излучения за счет дислокационных повреждений, наводорoживания и активного кислорода