公布日：2023.04.04
申请日：2022.10.14
分类号：C02F1/30(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种超导电子加速装置、废水处理系统和方法，装置包括机架、设置在机架上的超导腔、屏蔽组件、功率源组件和制冷组件；所述屏蔽组件用于给所述超导腔提供真空环境，所述超导腔设置在屏蔽组件内；所述制冷组件包括伸入屏蔽组件内的一级冷头和二级冷头，所述一级冷头和二级冷头连接，所述超导腔表面设有导冷块，所述二级冷头通过柔性冷链与导冷块连接；所述功率源组件用于向超导腔提供功率，在超导腔内建立射频电磁场，以对超导腔内的电子束进行加速；所述超导腔体连接有与之相通的真空管道，所述真空管道用于将电子束输入所述超导腔，以及将电子束从超导腔输出。本发明装置结构简单，成本较低，方便进行维护，废水处理效果好。
权利要求书
1.一种超导电子加速装置，其特征在于：包括机架(100)、设置在机架上的超导腔(1)、屏蔽组件(2)、功率源组件(3)和制冷组件(4)；所述屏蔽组件用于给所述超导腔提供真空环境，所述超导腔设置在屏蔽组件内；所述制冷组件包括伸入屏蔽组件内的一级冷头(41)和二级冷头(42)，所述一级冷头和二级冷头连接，所述超导腔表面设有导冷块(43)，所述二级冷头通过柔性冷链(44)与导冷块连接；所述功率源组件用于向超导腔提供功率，在超导腔内建立射频电磁场，以对超导腔内的电子束进行加速；所述超导腔体连接有与之相通的真空管道(5)，所述真空管道用于将电子束输入所述超导腔，以及将电子束从超导腔输出。
2.根据权利要求1所述的一种超导电子加速装置，其特征在于：所述屏蔽组件包括冷屏封闭层(21)、磁屏蔽层和真空罩(22)，所述磁屏蔽层设置在超导腔的外围，所述冷屏封闭层设置在磁屏蔽层和真空罩之间，所述真空罩和超导腔之间形成真空的夹层空间。
3.根据权利要求1所述的一种超导电子加速装置，其特征在于：所述制冷组件还包括冷板(45)，所述二级冷头与冷板之间连接有第一柔性冷链，所述冷板设置在导冷块的侧边。
4.根据权利要求1所述的一种超导电子加速装置，其特征在于：所述超导腔的内表面设有膜层，所述膜层采用高温超导材料。
5.根据权利要求4所述的一种超导电子加速装置，其特征在于：所述膜层采用Nb3Sn材料。
6.根据权利要求1所述的一种超导电子加速装置，其特征在于：所述导冷块采用铜块，所述导冷块设有若干块。
7.根据权利要求2所述的一种超导电子加速装置，其特征在于：所述真空罩上设有减震器(6)。
8.根据权利要求1所述的一种超导电子加速装置，其特征在于：所述功率源组件包括耦合器(31)和速调管，所述耦合器一端与速调管连接，另一端与超速腔连接。
9.一种废水处理系统，其特征在于：包括：电子束流加速系统：包括如权利要求1～8任一所述的超导电子加速装置，用于将电子束进行加速；电子束流注入系统：用于提供电子束；电子束流传输系统：用于将电子束流注入系统输出的电子束移动到电子束流加速系统，以及将经过电子束流加速系统加速后的电子束移动到电子束流引出系统；以及用于监控电子束的状态和位置，在电子束进入和离开电子束流加速系统时对电子束进行聚焦；低电平控制系统：用于监控超导电子加速装置的运行，维持超导腔内的电磁场幅度和相位稳定；真空系统：用于提供真空环境，使真空管道内、超导腔内和屏蔽组件内处在真空状态；电子束流引出系统：用于将集中分布的电子束扫描成离散分布的电子束，以及将电子束扫描成预设的形状后照射出去。
10.根据权利要求9所述的一种废水处理系统，其特征在于：所述电子束流注入系统提供的电子束能量为30keV～500keV，电子束平均流强大于或等于100mA，电子束横向截面尺寸小于或等于4cm，电子束的频率处于连续波状态。
11.根据权利要求9所述的一种废水处理系统，其特征在于：所述电子束流引出系统包括扫描磁铁、与扫描磁铁连接的扫描盒，所述扫描盒内为真空状态，所述扫描盒上设有让电子束通过的辐照窗口。
12.根据权利要求9所述的一种废水处理系统，其特征在于：所述在电子束进入和离开电子束流加速系统时对电子束进行聚焦，具体包括：当电子束进入电子束流加速系统前，进入螺线管进行聚焦，使电子束的横向截面尺寸≤4cm；当电子束离开电子束流加速系统后，进入螺线管进行聚焦，使电子束的横向截面尺寸≤5cm。
13.一种废水处理方法，其特征在于：采用如权利要求9～12任一所述的废水处理系统来进行废水处理。
发明内容
为了解决超导电子加速器的结构复杂，价格昂贵，导致废水处理成本增加的问题，本发明提供一种超导电子加速装置、废水处理系统和方法。
一种超导电子加速装置，包括机架、设置在机架上的超导腔、屏蔽组件、功率源组件和制冷组件；
所述屏蔽组件用于给所述超导腔提供真空环境，所述超导腔设置在屏蔽组件内；
所述制冷组件包括伸入屏蔽组件内的一级冷头和二级冷头，所述一级冷头和二级冷头连接，所述超导腔表面设有导冷块，所述二级冷头通过柔性冷链与导冷块连接；
所述功率源组件用于向超导腔提供功率，在超导腔内建立射频电磁场，以对超导腔内的电子束进行加速；
所述超导腔体连接有与之相通的真空管道，所述真空管道用于将电子束输入所述超导腔，以及将电子束从超导腔输出。结构简单、成本较低，方便维护，应用范围广。
可选的，所述屏蔽组件包括冷屏封闭层、磁屏蔽层和真空罩，所述磁屏蔽层设置在超导腔的外围，所述冷屏封闭层设置在磁屏蔽层和真空罩之间，所述真空罩和超导腔之间形成真空的夹层空间。屏蔽组件为超导腔屏蔽掉干扰，避免对电子束移动造成干扰。
可选的，所述制冷组件还包括冷板，所述二级冷头与冷板之间连接有第一柔性冷链，所述冷板设置在导冷块的侧边。制冷组件的制冷效果好、成本低。
可选的，所述超导腔的内表面设有膜层，所述膜层采用高温超导材料。高温超导材料的超导腔工作稳定性好。
可选的，所述膜层采用Nb3Sn材料。
可选的，所述导冷块采用铜块，所述导冷块设有若干块。通过固体传递热量的方式实现超导腔的冷却。
可选的，所述真空罩上设有减震器。减小制冷组件振动对超导腔的影响。
可选的，所述功率源组件包括耦合器和速调管，所述耦合器一端与速调管连接，另一端与超速腔连接。功率源组件为超导腔提供功率。
一种废水处理系统，包括：
电子束流加速系统：包括超导电子加速装置，用于将电子束进行加速；
电子束流注入系统：用于提供电子束；
电子束流传输系统：用于将电子束流注入系统输出的电子束移动到电子束流加速系统，以及将经过电子束流加速系统加速后的电子束移动到电子束流引出系统；以及用于监控电子束的状态和位置，在电子束进入和离开电子束流加速系统时对电子束进行聚焦；
低电平控制系统：用于监控超导电子加速装置的运行，维持超导腔内的电磁场幅度和相位稳定；
真空系统：用于提供真空环境，使真空管道内、超导腔内和屏蔽组件内处在真空状态；
电子束流引出系统：用于将集中分布的电子束扫描成离散分布的电子束，以及将电子束扫描成预设的形状后照射出去。废水处理系统的成本较低，有利于降低废水处理成本，系统工作容易控制，稳定性好。
可选的，所述电子束流注入系统提供的电子束能量为30keV～500keV，电子束平均流强大于或等于100mA，电子束横向截面尺寸小于或等于4cm，电子束的频率处于连续波状态。废水处理效果好。
可选的，所述电子束流引出系统包括扫描磁铁、与扫描磁铁连接的扫描盒，所述扫描盒内为真空状态，所述扫描盒上设有让电子束通过的辐照窗口。提高废水处理的效果。
可选的，所述在电子束进入和离开电子束流加速系统时对电子束进行聚焦，具体包括：
当电子束进入电子束流加速系统前，进入螺线管进行聚焦，使电子束的横向截面尺寸≤4cm；
当电子束离开电子束流加速系统后，进入螺线管进行聚焦，使电子束的横向截面尺寸≤5cm。有效避免电子束损失在超导腔内表面。
一种废水处理方法，采用所述废水处理系统来进行废水处理。废水处理效果好、效率高、成本较低。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供一种超导电子加速装置，用于对电子束进行加速，可应用在废水处理领域，该装置加速的电子束流强高，提高废水处理的效率；超导电子加速装置中设有制冷组件，通过固体传导的方式对超导腔进行冷却，使超导腔在低温下稳定运行，无需将超导腔浸泡在液氦中冷却，省去了价格昂贵、占地规模大的液氦低温站，能够显著降低超导电子加速装置的应用难度，大大拓展其应用范围；本装置结构简单、紧凑，占地面积小，降低了成本，方便进行维护。
本发明提供一种废水处理系统，电子束流加速系统能够使电子束加速，超导电子加速装置的成本较低，应用范围广；电子束流传输系统能够控制电子束移动，监控电子束的状态和位置；低电平控制系统监控超导电子加速装置的运行，维持超导腔内的电磁场幅度和相位稳定；电子束流引出系统能够将电子束扫描成预设的形状后照射出去；废水处理系统对废水处理效率高、效果好。
本发明提供一种废水处理系统，电子束流加速系统能够使电子束加速，超导电子加速装置的成本较低，应用范围广，有利于降低废水处理的成本，提高废水处理效率。
（发明人：何源;杨自钦;张军辉;蒋天才;白峰;李春龙;王志军;李璐;邱丰;刘鲁北;张升学;徐孟鑫;郭浩;孙列鹏;高郑;陈奇;张生虎;王玥）