一種高壓雙脈沖感應(yīng)加速組元結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及多脈沖加速電場產(chǎn)生技術(shù)，具體涉及一種高壓雙脈沖感應(yīng)加速組元結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由感應(yīng)腔和相應(yīng)脈沖功率系統(tǒng)組成的感應(yīng)加速組元是直線感應(yīng)加速器的基本組成單元，脈沖功率系統(tǒng)所產(chǎn)生的高壓短脈沖激勵(lì)感應(yīng)加速腔中的磁芯，在加速間隙上感應(yīng)產(chǎn)生脈沖電場實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)流電子束的加速。饋入加速腔的脈沖高壓通常需達(dá)到200kV以上，由于開關(guān)能力的限制，目前還只能利用脈沖形成線產(chǎn)生，形成線放電后需要較長的開關(guān)絕緣恢復(fù)時(shí)間和充電時(shí)間，因此只能工作在極低的重復(fù)頻率或單次運(yùn)行。在傳統(tǒng)的單脈沖直線感應(yīng)加速器中，基于Blumlein脈沖形成線的脈沖功率系統(tǒng)在Blumlein線充電時(shí)可以為加速腔提供復(fù)位脈沖，在Blumlein線放電時(shí)則提供勵(lì)磁脈沖，我們稱之為加速腔的“自動復(fù)位”。
[0003]直線感應(yīng)加速器主要應(yīng)用于閃光照相，其加速的強(qiáng)流電子束打靶產(chǎn)生強(qiáng)X射線脈沖對高速變化的爆轟樣品進(jìn)行透視照相。爆轟過程所需的時(shí)間很短(通常為ys量級)，因此要開展多幅閃光照相，加速組元需要產(chǎn)生MHz以上重復(fù)率的多個(gè)加速脈沖。
[0004]能滿足高重復(fù)率的高壓多脈沖組元目前只有兩種已知結(jié)構(gòu)，一種是基于多套功率系統(tǒng)和硅堆隔離網(wǎng)絡(luò)的多脈沖產(chǎn)生方式(參考文獻(xiàn)“250kV，IMHz重復(fù)率方波雙脈沖源”，李欣，陳思富等，強(qiáng)激光與粒子束，2005，17(5))，另一種是基于電纜延時(shí)的雙脈沖產(chǎn)生方式(參考文獻(xiàn)“高壓雙脈沖感應(yīng)加速組元設(shè)計(jì)”，2013黃子平，陳思富等，高能量密度物理，2013,3)0
[0005]第一種多脈沖產(chǎn)生方式，其優(yōu)點(diǎn)在于:多個(gè)脈沖由多根Blumlein脈沖形成線獨(dú)立產(chǎn)生后匯流到加速腔，其脈沖間隔、脈沖數(shù)量和每個(gè)脈沖的幅度均獨(dú)立可調(diào)，能夠較好的滿足多幅閃光照相的需求;不足之處在于:其組元包含多根脈沖形成線及其配套的初級功率源和觸發(fā)電源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求高;高壓硅堆的使用對脈沖波形品質(zhì)有一定影響，且存在器件損壞的風(fēng)險(xiǎn);Blumlein形成線充電時(shí)產(chǎn)生的復(fù)位脈沖被硅堆阻斷，加速腔磁芯不能“自動復(fù)位”，需連接獨(dú)立的復(fù)位電源和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對磁芯的復(fù)位。
[0006]第二種雙脈沖產(chǎn)生方式，其優(yōu)點(diǎn)在于:由一根Blumlein形成線實(shí)現(xiàn)雙脈沖的產(chǎn)生，加速組元結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高;加速腔磁芯可利用形成線充電時(shí)產(chǎn)生的預(yù)脈沖實(shí)現(xiàn)“自動復(fù)位”；脈沖間隔、幅度等指標(biāo)能夠達(dá)到多幅閃光照相對加速組元的基本要求;不足之處在于:脈沖間隔不可調(diào);脈沖數(shù)量不可變化;脈沖幅度不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，經(jīng)過延時(shí)產(chǎn)生的第二個(gè)脈沖幅度通常略低于第一個(gè)脈沖;雙脈沖波形品質(zhì)與脈沖幅度和復(fù)位電阻阻值密切相關(guān)，導(dǎo)致波形質(zhì)量的穩(wěn)定性較差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型目的在于提供一種高壓雙脈沖感應(yīng)加速組元結(jié)構(gòu)，解決目前的雙脈沖產(chǎn)生方式存在的多根脈沖形成線及其配套的初級功率源和觸發(fā)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、脈沖間幅度難以調(diào)節(jié)、加速腔磁芯復(fù)位困難三個(gè)難題。
[0008]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]—種高壓雙脈沖感應(yīng)加速組元結(jié)構(gòu)，包括加速腔A、加速腔B、Blumlein線A、Blumlein線B，所述的Blumlein線A與Blumlein線B共用同一套充電和觸發(fā)系統(tǒng)，當(dāng)觸發(fā)信號到達(dá)時(shí)，Blumlein線A與Blumlein線B同時(shí)輸出短脈沖；其中Blumlein線A通過4根相同長度的第一高壓電纜與加速腔A、加速腔B分別相連，Blumlein線B通過2根并聯(lián)的第二高壓電纜與水介質(zhì)高壓延時(shí)線連接，水介質(zhì)高壓延時(shí)線的輸出端再通過4根相同長度的第三高壓電纜與加速腔A、加速腔B分別相連。本實(shí)用新型的高壓雙脈沖感應(yīng)加速組元結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)思維的束縛，Blumlein線B所產(chǎn)生的高壓短脈沖在延時(shí)電長度后到達(dá)加速腔A和加速腔B，在觸發(fā)后，加速腔A和加速腔B從第一高壓電纜同時(shí)饋入第一個(gè)高壓脈沖，此時(shí)第三高壓電纜作為該脈沖的匹配負(fù)載，脈沖經(jīng)過加速腔后進(jìn)入第三高壓電纜向延時(shí)線方向傳播;觸發(fā)后，Blumlein線A和Blumlein線B分別產(chǎn)生的高壓脈沖在水介質(zhì)高壓延時(shí)線中相遇，疊加后各自保持原方向傳播，觸發(fā)后600ns ,Blumlein線B所產(chǎn)生的高壓脈沖通過第三高壓電纜饋入加速腔A和加速腔B，自此，在加速腔A和加速腔B的加速間隙上將分別產(chǎn)生兩個(gè)間隔540ns的高壓雙脈沖，這樣的雙脈沖結(jié)構(gòu)相對于現(xiàn)有技術(shù)的多根脈沖形成線及其配套的初級功率源和觸發(fā)電源結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)大大簡化，而且，在Blumlein線A和Blumlein線B充電的過程中，會產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間數(shù)ys的充電泄漏電流脈沖，該電流脈沖與主脈沖電流極性相反，經(jīng)過加速腔時(shí)將對加速腔A和加速腔B的磁芯進(jìn)行復(fù)位，解決了復(fù)位困難的問題。
[0010]所述Blumlein線A、Blumlein線B的阻抗均為12 Ω，水介質(zhì)高壓延時(shí)線的電長度為500ns，第二高壓電纜的阻抗為24 Ω，其電長度為40ns，第一高壓電纜與第三高壓電纜的阻抗為48 Ω，其電長度為60ns。以上參數(shù)的選擇是申請人經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)需要得到的，同時(shí)也最適宜于感應(yīng)加速組元產(chǎn)生較好的雙脈沖波形。利用這種結(jié)合方式已經(jīng)實(shí)驗(yàn)獲得滿足雙脈沖直線感應(yīng)加速器需要的高壓雙脈沖。通過改變延時(shí)線和高壓電纜的長度，可以對雙脈沖的時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)整，雙脈沖的最小時(shí)間間隔可以達(dá)到300ns。
[0011]在所述Blumlein線B上還連接有一個(gè)復(fù)位水電阻。復(fù)位電阻安裝在Blumlein線B的出口，實(shí)現(xiàn)對復(fù)位電流脈沖的強(qiáng)度進(jìn)行控制，通過設(shè)置合適的阻值，可以確保每次高壓短脈沖到達(dá)加速腔時(shí)其磁芯正好復(fù)位到最佳位置。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0013]1、本實(shí)用新型一種高壓雙脈沖感應(yīng)加速組元結(jié)構(gòu)，Blumlein線B所產(chǎn)生的高壓短脈沖在延時(shí)電長度后到達(dá)加速腔A和加速腔B，在觸發(fā)后，加速腔A和加速腔B從第一高壓電纜同時(shí)饋入第一個(gè)高壓脈沖，此時(shí)第三高壓電纜作為該脈沖的匹配負(fù)載，脈沖經(jīng)過加速腔后進(jìn)入第三高壓電纜向延時(shí)線方向傳播;觸發(fā)后，Blumlein線A和Blumlein線B分別產(chǎn)生的高壓脈沖在水介質(zhì)高壓延時(shí)線中相遇，疊加后各自保持原方向傳播，觸發(fā)后600ns，Blumlein線B所產(chǎn)生的高壓脈沖通過第三高壓電纜饋入加速腔A和加速腔B，自此，在加速腔A和加速腔B的加速間隙上將分別產(chǎn)生兩個(gè)間隔540ns的高壓雙脈沖，這樣的雙脈沖結(jié)構(gòu)相對于現(xiàn)有技術(shù)的多根脈沖形成線及其配套的初級功率源和觸發(fā)電源結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)大大簡化，而且，在Blumlein線A和Blumlein線B充電的過程中，會產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間數(shù)ys的充電泄漏電流脈沖，該電流脈沖