长脉冲高阻抗强流电子束二极管

介绍了强光一号加速器长脉冲功率系统;分析了强光一号加速器长脉冲轴向绝缘高阻抗电子束二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能;阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则,给出了设计参数。实验研究表明：二极管电压0.75~2.6MV,电流65~85kA,电压幅值对应的工

　第15卷　第11期　2003年11月

强激光与粒子束

HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS

Vol.15,No.11　

Nov.,2003　

文章编号:　100124322(2003)1121133204

长脉冲高阻抗强流电子束二极管

蒯　斌,　邱爱慈,　曾正中,　王亮平,　丛培天,　梁天学

(西北核技术研究所,陕西西安710024)

Ξ

　　摘　要:　介绍了强光一号加速器长脉冲功率系统;分析了强光一号加速器长脉冲轴向绝缘高阻抗电子束二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能;阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则,给出

了设计参数。实验研究表明:二极管电压0.75～2.6MV,电流65～85kA,电压幅值对应的工作阻抗14～44Ω,输出轫致辐射脉冲宽度100～400ns,100cm2输出窗口的轫致辐射剂量率108～2×109Gy/s。　　关键词:　长脉冲,　高阻抗,　电子束二极管,　真空磁绝缘传输线,　轫致辐射　　中图分类号:　TL503　　　　文献标识码:　A

　　“强光一号”加速器一个非常重要的工作是产生不同脉冲宽度的长脉冲Xγ,射线辐照环境,利用该环境可

以开展各种核探测器技术的实验研究和各种电子元器件的抗辐射性能实验。它的基本工作原理是,利用直线型脉冲变压器和相应的电感储能与爆炸导体断路开关系统产生不同脉冲宽度的电脉冲,通过高阻抗电子束二极管将该电脉冲转换成电子束,并由电子束与高原子序数靶作用产生轫致辐射,从而获得不同脉冲宽度、不同辐射剂量和不同光子平均能量的长脉冲Xγ,射线。其中,长脉冲高阻抗电子束二极管是其中的关键部件,它直接关系到脉冲电能转换为电子束能的效率,并最终决定了所要获得的Xγ,射线参数。因此,对长脉冲高阻抗电子束二极管进行细致的技术分析和研究具有重要的意义。

1　“强光一号”长脉冲功率系统[1]

　　“强光一号”加速器长脉冲功率系统主要由直线型脉冲变压器、储能电感器、电爆炸断路开关、油介质自击穿开关和高阻抗电子束二极管等器件组成。系统的等效电路如图1所示,其中,Ls是储能电感,fuse是电爆炸断路开关,当电爆炸断路开关断开时,储能电感器获得的高电压脉冲通过油开关放电加到电子束二极管上。而所得电脉冲的特性参数(前沿、幅值和脉冲宽度)主要取决于电爆炸断路开关系统的工作性能,同时与电子束二极管的负载状况密切相关。　　“强光一号”加速器采用的储能电感是螺线管,其值

μH。电爆炸断路开关安装在一个长4.5m的高压约为8

聚乙烯圆柱形腔体中,开关的材料是金属铜丝,铜丝的直Fig.1　Equivalentcircuitoflongpulsepower

systemonQiangGuang2Ⅰ径和数量可调。开关的工作介质是具有一定气压的空

图1　“强光一号”加速器长脉冲功率系统等效电路气,压强约为0.17MPa。脉冲功率源输出的电脉冲参

数:电压幅值2.5～3.5MV,电流幅值100kA,脉冲宽度180～300ns[2]。　　此外,还可以从上述系统中去掉电爆炸断路开关,并将油开关短路,使直线型脉冲变压器经过储能电感器直接驱动电子束二极管,产生脉冲宽度大于400ns的辐射脉冲信号。

2　长脉冲高阻抗电子束二极管

2.1　管绝缘体和真空磁绝缘传输线

　　由于长脉冲电子束二极管工作电压约为3MV且脉冲持续时间较长,二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线(MITL)采用轴向绝缘结构,如图2所示。其中管绝缘体采用33片聚乙烯圆环绝缘介质和32片金属铝环交替叠成的容性均匀结构,且绝缘介质的真空表面与电场成45°夹角。整个管绝缘体长1.1m,内径0.9m,放

Ξ收稿日期:2003204222;　　修订日期:2003206225

基金项目:国防科技基础研究基金资助课题

作者简介:蒯　斌(19672),男,硕士,高级工程师,从事脉冲功率技术研究;西安市69210信箱。

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