預(yù)脈沖隔離電感及利用該電感的毛細(xì)管放電軟x射線激光裝置制造方法
【專利摘要】預(yù)脈沖隔離電感及利用該電感的毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置，涉及一種預(yù)脈沖電源保護(hù)裝置及利用該裝置的X射線激光裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置的主脈沖電壓在預(yù)脈沖電路中產(chǎn)生幅值較高的電流脈沖干擾信號對預(yù)脈沖電源產(chǎn)生破壞的問題，本發(fā)明利用線繞電感、尼龍絕緣套筒、連接套筒、不銹鋼法蘭、一號金屬桿、環(huán)形氣體放電開關(guān)、尼龍連接套筒、二號金屬桿和尼龍棒獲得預(yù)脈沖隔離電感；利用電感對快上升沿的阻礙作用，降低主脈沖高壓對預(yù)脈沖電源的干擾，將電感串聯(lián)在毛細(xì)管與預(yù)脈沖電源之間。本發(fā)明適利用毛細(xì)管放電Z箍縮效應(yīng)獲得軟X射線激光脈沖裝置。
【專利說明】預(yù)脈沖隔離電感及利用該電感的毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種預(yù)脈沖電源保護(hù)裝置及利用該裝置的X射線激光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]毛細(xì)管放電軟X射線激光是指利用毛細(xì)管放電Z箍縮效應(yīng)獲得軟X射線激光脈沖。首先，對充入毛細(xì)管內(nèi)的氣體進(jìn)行較低電壓(約為幾十千伏)的放電，產(chǎn)生幾十安培的電流流過毛細(xì)管內(nèi)的氣體。該電流將管內(nèi)的中性氣體電離成由較低電離價(jià)態(tài)組成的等離子體，這個(gè)電流被稱為預(yù)脈沖電流，由預(yù)脈沖電源產(chǎn)生。在預(yù)脈沖電壓擊穿毛細(xì)管內(nèi)氣體幾十微秒后，主脈沖電源產(chǎn)生主脈沖電壓(約為幾百千伏)對毛細(xì)管內(nèi)的等離子體進(jìn)行放電，并形成首個(gè)幅值為幾十千安的電流脈沖，這個(gè)電流稱為主脈沖電流。由于該電脈沖的半周期約為130ns，在流過預(yù)電離等離子體時(shí)會(huì)產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，電流只在等離子體柱的表面流過。由于放電電流與自身產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生指向軸心的洛倫茲力，等離子體柱向軸心收縮，這被稱為Z箍縮效應(yīng)。在這個(gè)過程中，由于電子與離子相互碰撞、焦耳加熱等作用，等離子體溫度升高、密度增加。在等離子體箍縮到軸心時(shí)，形成直徑只有幾百微米的等離子體柱，同時(shí)等離子體的高溫高密度條件使激光上下能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，激光增益大于損耗，最終形成軟X射線激光脈沖。
[0003]圖1中給出了毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置的示意圖。從圖1中可以看出，主脈沖和預(yù)脈沖兩個(gè)電源需要同時(shí)與毛細(xì)管負(fù)載連接，因此在主脈沖電壓到達(dá)毛細(xì)管末端時(shí)，主脈沖電壓同時(shí)加在毛細(xì)管末端，以及與毛細(xì)管末端相連的預(yù)脈沖線路上。主脈沖電壓在預(yù)脈沖電路中產(chǎn)生幅值較高的電流脈沖干擾信號，并通過預(yù)脈沖電纜導(dǎo)入預(yù)脈沖電源，從而對預(yù)脈沖電源產(chǎn)生破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置的主脈沖電壓在預(yù)脈沖電路中產(chǎn)生幅值較高的電流脈沖干擾信號對預(yù)脈沖電源產(chǎn)生破壞的問題，提出了預(yù)脈沖隔離電感及利用該電感的毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置。
[0005]本發(fā)明所述預(yù)脈沖隔離電感，該電感包括線繞電感、尼龍絕緣套筒、連接套筒、不銹鋼法蘭、一號金屬桿、環(huán)形氣體放電開關(guān)、尼龍連接套筒、二號金屬桿和尼龍棒；
[0006]線繞電感纏繞在尼龍棒上，尼龍絕緣套筒套在線繞電感的外側(cè)，連接套筒套在尼龍絕緣套筒的外側(cè)，連接套筒的高度小于尼龍絕緣套筒的高度，且連接套筒的上下端都有向外延伸的沿，且所述向外延伸的沿上均勻設(shè)置有圓形通孔，連接套筒的下端同軸安裝有不銹鋼法蘭，連接套筒上的通孔與不銹鋼法蘭上的通孔相對應(yīng)，尼龍絕緣套筒的底端卡在不銹鋼法蘭內(nèi)的臺(tái)肩上，一號金屬桿的一端連接線繞電感的一端，環(huán)形氣體放電開關(guān)串聯(lián)在一號金屬桿和二號金屬桿之間，且環(huán)形氣體放電開關(guān)和二號金屬桿位于不銹鋼法蘭內(nèi)，銹鋼法蘭的下端與尼龍連接套筒通過螺栓連接，所述尼龍連接套筒的上端有向外延伸的沿，尼龍連接套筒的底端密閉，二號金屬桿的另一端通過尼龍連接套筒穿過尼龍連接套筒的底端。
[0007]利用上述預(yù)脈沖隔離電感的毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置，該裝置包括主脈沖電源、放電室、毛細(xì)管、真空室、真空系統(tǒng)、探測器和預(yù)脈沖電源；主脈沖電源信號輸出端同時(shí)連接毛細(xì)管的一端和預(yù)脈沖電源的輸出端，毛細(xì)管置于放電室內(nèi)，放電室為筒形密閉空間，毛細(xì)管固定于放電室筒形的軸線上，且毛細(xì)管與真空室連通，真空系統(tǒng)用于對真空室進(jìn)行抽真空；
[0008]預(yù)脈沖隔離電感串聯(lián)在毛細(xì)管與預(yù)脈沖電源之間。
[0009]本發(fā)明利用電感器元件對較快變化的電流上升沿具有較高的阻礙作用，在預(yù)脈沖輸出線路中增加了一種預(yù)脈沖隔離電感，可以有效阻止主脈沖電壓在預(yù)脈沖電流線路中產(chǎn)生不必要的高幅值電流脈沖，同時(shí)為了快速釋放激光脈沖產(chǎn)生后水電容中的剩余電能，在預(yù)脈沖電感中增加了環(huán)形氣體開關(guān)，達(dá)到保護(hù)預(yù)脈沖電源的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置的示意圖；
[0011]圖中A為主脈沖電源、B為放電室、C為毛細(xì)管、D為真空室、E為真空系統(tǒng)、F為探測器；
[0012]圖2為本發(fā)明所述預(yù)脈沖隔離電感的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明所述毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為安裝主脈沖隔離電感前后毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置的主脈沖電流波形圖；
[0015]圖中實(shí)線為安裝主脈沖隔離電感前的主脈沖電流波形；
[0016]圖中虛線為安裝主脈沖隔離電感后的主脈沖電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述預(yù)脈沖隔離電感，該電感包括線繞電感1、尼龍絕緣套筒2、連接套筒3、不銹鋼法蘭4、一號金屬桿5、環(huán)形氣體放電開關(guān)6、尼龍連接套筒7、二號金屬桿8和尼龍棒；
[0018]線繞電感I纏繞在尼龍棒上，尼龍絕緣套筒2套在線繞電感I的外側(cè)，連接套筒3套在尼龍絕緣套筒2的外側(cè)，連接套筒3的高度小于尼龍絕緣套筒2的高度，且連接套筒3的上下端都有向外延伸的沿，且所述向外延伸的沿上均勻設(shè)置有圓形通孔，連接套筒3的下端同軸安裝有不銹鋼法蘭4，連接套筒3上的通孔與不銹鋼法蘭4上的通孔相對應(yīng)，尼龍絕緣套筒2的底端卡在不銹鋼法蘭4內(nèi)的臺(tái)肩上，一號金屬桿5的一端連接線繞電感I的一端，環(huán)形氣體放電開關(guān)6串聯(lián)在一號金屬桿5和二號金屬桿8之間，且環(huán)形氣體放電開關(guān)6和二號金屬桿8位于不銹鋼法蘭4內(nèi)，銹鋼法蘭4的下端與尼龍連接套筒7通過螺栓連接，所述尼龍連接套筒7的上端有向外延伸的沿，尼龍連接套筒7的底端密閉，二號金屬桿8的另一端通過尼龍連接套筒7穿過尼龍連接套筒7的底端。
[0019]本發(fā)明的作用是利用電感對快上升沿的阻礙作用，降低主脈沖高壓對預(yù)脈沖電源的干擾，從而增加預(yù)脈沖電源的穩(wěn)定性。使用單芯高壓絕緣線制作了線繞電感。該隔離電感具有約I微亨的電感值，對主脈沖電流的感抗值約為24 Ω，對預(yù)脈沖電流的感抗值約為
0.79 Ω，該電感對主脈沖電流的感抗值比預(yù)脈沖電流高2個(gè)數(shù)量級。
[0020]線繞電感帶有高電壓，外層連接套筒是地電位，為保證隔離電感的正常工作，需要對隔離電感和套筒間進(jìn)行高壓絕緣設(shè)計(jì)。因此在線繞電感與連接套筒間設(shè)計(jì)了尼龍材質(zhì)的高壓絕緣套筒。
[0021]本發(fā)明為了減少激光脈沖產(chǎn)生后，主脈沖電流長時(shí)間振蕩產(chǎn)生的電磁干擾，從而保證主脈沖電源控制系統(tǒng)能正常工作，在預(yù)脈沖電感的設(shè)計(jì)中增加了環(huán)形氣體開關(guān)。該氣體開關(guān)，可以將通過線繞電感后的主脈沖電流，利用電弧放電的方式導(dǎo)入大地。該放電開關(guān)可以更換不同直徑的內(nèi)側(cè)放電電極，從而實(shí)現(xiàn)不同的電壓絕緣強(qiáng)度，以便適應(yīng)不同主脈沖電壓的放電實(shí)驗(yàn)條件。主脈沖電壓一般為幾百千伏，而預(yù)脈沖電壓僅為二十千伏左右，因此可以通過不同的放電開關(guān)間距，在對主脈沖電能進(jìn)行釋放的同時(shí)預(yù)脈沖電壓不能使開關(guān)導(dǎo)通。放電開關(guān)利用金屬桿與預(yù)脈沖電源端相連，使預(yù)脈沖電壓能夠經(jīng)過隔離電感。
[0022]【具體實(shí)施方式】二、本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的預(yù)脈沖隔離電感的進(jìn)一步說明，連接套筒3下端向外延伸的沿的下表面設(shè)置有圓環(huán)形凹槽，該凹槽位于圓形通孔的內(nèi)測，凹槽內(nèi)安裝有氣體密封膠圈，氣體密封膠圈用于對連接套筒3和不銹鋼法蘭4的連接進(jìn)行密封。
[0023]【具體實(shí)施方式】三、本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的預(yù)脈沖隔離電感的進(jìn)一步說明，不銹鋼法蘭4的下端設(shè)置有圓環(huán)形凹槽，該凹槽位于螺栓的內(nèi)側(cè)，凹槽內(nèi)安裝有氣體密封膠圈，該氣體密封膠圈用于將不銹鋼法蘭4和尼龍連接套筒7的連接處密封。
[0024]【具體實(shí)施方式】四、本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的預(yù)脈沖隔離電感的進(jìn)一步說明，它還包括金屬圓盤，該金屬圓盤固定安裝在二號金屬桿8上，二號金屬桿8穿過金屬圓盤的圓心，該金屬圓盤的下表面與尼龍連接套筒7筒底的上表面貼合，且金屬圓盤的下表面設(shè)置有同心圓環(huán)形凹槽，圓環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)置有氣體密封膠圈，該氣體密封膠圈用于對二號金屬桿8與尼龍連接套筒7的底端的連接進(jìn)行密封。
[0025]【具體實(shí)施方式】五、結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是利用【具體實(shí)施方式】一所述的預(yù)脈沖隔離電感的毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置，該裝置包括主脈沖電源a、放電室b、毛細(xì)管C、真空室d、真空系統(tǒng)e、探測器f和預(yù)脈沖電源g ;主脈沖電源a信號輸出端同時(shí)連接毛細(xì)管c的一端和預(yù)脈沖電源g的輸出端，毛細(xì)管c置于放電室b內(nèi)，放電室b為筒形密閉空間，毛細(xì)管c固定于放電室b筒形的軸線上，且毛細(xì)管c與真空室d連通，真空系統(tǒng)e用于對真空室d進(jìn)行抽真空；
[0026]預(yù)脈沖隔離電感h串聯(lián)在毛細(xì)管c與預(yù)脈沖電源g之間。
[0027]圖4中給出了安裝主脈沖隔離電感前后的主脈沖電流波形。從圖4中可以看出，在未使用主脈沖隔離電感時(shí)，主脈沖電流呈RLC振蕩放電波形，電流衰減較慢。使用隔離電感主脈沖隔離電感后，可以看出在首個(gè)半周期主脈沖電流與原主脈沖電流幾乎完全重合，這說明安裝新隔離電感不會(huì)對毛細(xì)管內(nèi)的等離子體壓縮過程產(chǎn)生影響。同時(shí)可以在400ns之后的范圍內(nèi)看出，使用主脈沖隔離電感后的電流呈RC放電波形，電流幅值在IOOOns時(shí)幾乎減小為零，同時(shí)振蕩幅值和周期變小。這說明主脈沖隔離電感中新加入的環(huán)形氣體開關(guān)在400ns左右導(dǎo)通，并將儲(chǔ)存在毛細(xì)管和水電容內(nèi)的剩余電磁能直接通過地線釋放，減小了剩余能量對控制系統(tǒng)的干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，安裝隔離電感主脈沖隔離電感后，主脈沖發(fā)生器和預(yù)脈沖形成電路可以正常聯(lián)合工作。使用新隔離電感后主脈沖電源控制電路不易被放電時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾破壞，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)。以上結(jié)果說明，我們在毛細(xì)管放電裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制作了能有效隔離主脈沖電流的隔離電感，并完成了調(diào)試工作。
【權(quán)利要求】
1.預(yù)脈沖隔離電感，其特征在于，該電感包括線繞電感(I)、尼龍絕緣套筒(2)、連接套筒(3)、不銹鋼法蘭(4)、一號金屬桿(5)、環(huán)形氣體放電開關(guān)(6)、尼龍連接套筒(7)、二號金屬桿(8)和尼龍棒； 線繞電感(I)纏繞在尼龍棒上，尼龍絕緣套筒(2)套在線繞電感(I)的外側(cè)，連接套筒(3)套在尼龍絕緣套筒(2)的外側(cè)，連接套筒(3)的高度小于尼龍絕緣套筒(2)的高度，且連接套筒(3)的上下端都有向外延伸的沿，且所述向外延伸的沿上均勻設(shè)置有圓形通孔，連接套筒(3)的下端同軸安裝有不銹鋼法蘭(4)，連接套筒(3)上的通孔與不銹鋼法蘭(4)上的通孔相對應(yīng)，尼龍絕緣套筒(2)的底端卡在不銹鋼法蘭(4)內(nèi)的臺(tái)肩上，一號金屬桿(5)的一端連接線繞電感(I)的一端，環(huán)形氣體放電開關(guān)(6)串聯(lián)在一號金屬桿(5)和二號金屬桿(8)之間，且環(huán)形氣體放電開關(guān)(6)和二號金屬桿(8)位于不銹鋼法蘭(4)內(nèi)，銹鋼法蘭(4)的下端與尼龍連接套筒(7)通過螺栓連接，所述尼龍連接套筒(7)的上端有向外延伸的沿，尼龍連接套筒(7)的底端密閉，二號金屬桿(8)的另一端通過尼龍連接套筒(7)穿過尼龍連接套筒(7)的底端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)脈沖隔離電感，其特征在于，連接套筒(3)下端向外延伸的沿的下表面設(shè)置有圓環(huán)形凹槽，該凹槽位于圓形通孔的內(nèi)測，凹槽內(nèi)安裝有氣體密封膠圈，氣體密封膠圈用于對連接套筒(3)和不銹鋼法蘭(4)的連接進(jìn)行密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)脈沖隔離電感，其特征在于，不銹鋼法蘭(4)的下端設(shè)置有圓環(huán)形凹槽，該凹槽位于螺栓的內(nèi)側(cè)，凹槽內(nèi)安裝有氣體密封膠圈，該氣體密封膠圈用于將不銹鋼法蘭(4)和尼龍連接套筒(7)的連接處密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)脈沖隔離電感，其特征在于，它還包括金屬圓盤，該金屬圓盤固定安裝在二號金屬桿(8)上，二號金屬桿(8)穿過金屬圓盤的圓心，該金屬圓盤的下表面與尼龍連接套筒(7)筒底的上表面貼合，且金屬圓盤的下表面設(shè)置有同心圓環(huán)形凹槽，圓環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)置有氣體密封膠圈，該氣體密封膠圈用于對二號金屬桿(8)與尼龍連接套筒(7)的底端的連接進(jìn)行密封。
5.利用權(quán)利要求1所述的預(yù)脈沖隔離電感的毛細(xì)管放電軟X射線激光裝置，該裝置包括主脈沖電源(a)、放電室(b)、毛細(xì)管(C)、真空室(d)、真空系統(tǒng)(e)、探測器(f)和預(yù)脈沖電源(g);主脈沖電源(a)信號輸出端同時(shí)連接毛細(xì)管(C)的一端和預(yù)脈沖電源(g)的輸出端，毛細(xì)管(C)置于放電室(b)內(nèi)，放電室(b)為筒形密閉空間，毛細(xì)管(C)固定于放電室(b)筒形的軸線上，且毛細(xì)管(C)與真空室(d)連通，真空系統(tǒng)(e)用于對真空室(d)進(jìn)行抽真空; 其特征在于，預(yù)脈沖隔離電感(h)串聯(lián)在毛細(xì)管(C)與預(yù)脈沖電源(g)之間。
【文檔編號】H01F37/00GK103559993SQ201310589661
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】趙永蓬, 姜杉, 崔懷愈, 劉濤, 丁宇潔 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)