技术领域本发明涉及等离子体加热技术领域，尤其涉及一种具有阳极的高功率速调管的新型运行方法，本发明还提供具有阳极的高功率速调管的阳极供电装置。
背景技术：
低混杂波系统是磁约束聚变等离子体研究中一种重要的电流驱动和辅助加热手段，低混杂波系统中，一般使用高功率速调管来得到高功率微波。高功率速调管是一种微波放大电真空器件，其通过电子枪产生束电流以实现微波输出，为了保护高功率速调管的安全，在系统运行异常情况下，需高速切断束电流。在高功率微波管的发展过程中，先后发展了两种束电流控制方式来实现束电流的快速切断：阳极调制和阴极调制：阳极调制技术成型于20世纪80年代，受限于当时的电源技术水平，无法快速关断数十安的束电流。为了解决这一问题，发展了三极管类型的电子枪，即在阴极和地电位之间，引入阳极。阳极电位可调节束电流大小。当阳极电位与阴极电位相同时，在阳极和阴极之间没有加速电场，束电流截止。当阳极电位比阴极电位高时，但比地电位低时，阴极和阳极之间存在加速电场，可形成束电流。阳极电位高低可控制束电流大小。另一方面，电子束被外加聚焦磁场约束，仅有很小一部份电子束轰击阳极形成阳极电流。阳极电流一般在mA量级。当时的技术水平，可实现小电流，高电压的快速开启和关断，进而实现高功率微波管束电流的快束保护功能。这种类型的高功率微波管，一般使用基于电真空四极管的阳极调制器来提供阳极电压。由于电真空四极管为非线性器件，阳极调制器通常引入复杂的反馈控制系统来实现阳极电压稳定，而复杂的控制系统的引入又会影响系统运行的稳定性。随着电力电子技术的发展，高压阴极电源已经可能快速切断束电流，即使用阴极高压电源来控制束电流，这种束电流控制方式称为阴极调制。现阶段，由于种种原因仍有大量新产或在用旧高功微波管采用阳极调制方式，从而这种阳极调制方式带来的控制系统复杂、系统稳定性不好和建设成本高的问题继续存在。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是现有的具有阳极的速调管的控制系统设备复杂、稳定性较差、建设成本高的问题，进而提供一种能够大大简化控制系统的结构、提高系统稳定性、降低成本的具有阳极的高功率速调管的新型运行方法及阳极供电装置。当速调管采用阴极调制时，阳极即成为一个多余的部分，但是由于阳极在速调管的内部，一旦速调管生产出来其结构就无法改变，如果将此种阳极调制速调管的调制方式改为阴极调制则可以简化阳极供电系统，此时，需要给阳极配备新的供电系统，按照本领域的一般理解，只要供电系统能够给阳极提供合适的电压速调管就能正常工作，但是发明人发现远非这么简单，发明人尝试过多种阳极供电方法，都无法使高功率速调管正常工作，经过长时间的摸索研究、试验验证，这一问题一直没有得到解决，最后发明人针对上述技术问题，提出了如下技术方案：一种具有阳极的高功率速调管的新型运行方法，包括以下步骤：使用所述高功率速调管的阴极电源控制束电流；采用所述高功率速调管的阴极电源以分压偏置方式给所述高功率速调管的阳极供电：在所述阳极与所述阴极电源之间设置阳极对阴极电阻，在所述阳极与地之间设置阳极对地电阻。优选地，所述阳极对阴极电阻和/或所述阳极对地电阻取自高压分压器，所述高压分压器包括分层安装在高压绝缘板上的数十个额定大功率高压电阻，并配有短接线，通过所述短接线短接部分电阻实现所述阳极对阴极电阻和/或所述阳极对地电阻的电阻阻值的调整，从而将所述阳极对阴极电阻和/或所述阳极对地电阻设定至所需的阻值上。优选地，在所述高功率速调管正常工作后，采用所述短接线改变接入电阻的数量和变换不同阻值电阻，微调所述阳极对地电阻的阻值，对所述高功率速调管的输出性能进行优化。优选地，所述高压绝缘板为环氧板。优选地，在分压点和所述高功率速调管的阳极之间串入取样电阻，所述取样电阻的两端的电压通过电压频率变换模块进行电压频率变换后传入测量系统实现对流经所述阳极的电流的测量，当流经所述阳极的电流超过阈值时，所述高功率速调管的阴极电源快速关断对所述阳极和阴极的供电。优选地，采用100kV隔离变压器给所述电压频率变换模块供电。优选地，所述高功率速调管的阴极电源采用脉冲步进调制电源。本发明还提供一种具有阳极的高功率速调管的阳极供电装置，包括高功率速调管的阴极电源，采用所述高功率速调管的阴极电源以分压偏置方式给所述高功率速调管的阳极供电：在所述阳极与所述阴极电源之间设置有阳极对阴极电阻，在所述阳极与地之间设置有阳极对地电阻。优选地，所述阳极对阴极电阻和/或所述阳极对地电阻取自高压分压器，所述高压分压器包括分层安装在高压绝缘板上的数十个额定大功率高压电阻，并配有短接线，通过所述短接线短接部分电阻实现所述阳极对阴极电阻和/或所述阳极对地电阻的电阻阻值的调整，从而将所述阳极对阴极电阻和/或所述阳极对地电阻设定至所需的阻值上。优选地，在所述高功率速调管正常工作后，采用所述短接线改变接入电阻的数量和变换不同阻值电阻，微调所述阳极对阴极电阻和/或所述阳极对地电阻的阻值，对所述高功率速调管的输出性能进行优化。优选地，所述高压绝缘板可以为环氧板。优选地，在分压点和所述高功率速调管的阳极之间串入取样电阻，所述取样电阻的两端的电压通过电压频率变换模块进行电压频率变换后传入测量系统实现对所述阳极的电流的测量，当流经所述阳极的电流超过阈值时，所述高功率速调管的阴极电源快速关断对阳极和阴极的供电。优选地，采用100kV隔离变压器给所述电压频率变换模块供电。优选地，所述高功率速调管的阴极电源采用脉冲步进调制电源。本发明的有益效果如下：本发明的速调管的新的运行方法及阳极供电装置，能够实现速调管在阴极调制方式下的正常工作，从而能够避免使用阳极调制器，简化阳极供电系统，提高了系统的稳定性、降低了成本。附图说明图1为本发明的具有阳极的高功率速调管的新型运行方法的电器连接图；图2为采用本发明的运行方法的高功率速调管的运行波形图；图中：1-阴极电源、2-阳极对阴极电阻、3-取样电阻、4-阳极对地电阻、5-阴极、6-阳极、7-收集极、8-电压频率变换模块、9-100kV隔离变压器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。本发明的具有阳极的高功率速调管的新型运行方法，包括以下步骤，其电器连接图参见附图1：使用高功率速调管的阴极电源1控制束电流；采用高功率速调管的阴极电源1以分压偏置方式给高功率速调管的阳极6供电：在阳极6与阴极电源1之间设置阳极对阴极电阻2，在阳极与地之间设置阳极对地电阻4。本发明还提供一种具有阳极的高功率速调管的阳极供电装置，其电器连接图参考图1，包括高功率速调管的阴极电源1，采用高功率速调管的阴极电源1以分压偏置方式给高功率速调管的阳极6供电：在阳极6与阴极电源1之间设置有阳极对阴极电阻2，在阳极6与地之间设置有阳极对地电阻4。在本发明的方法或装置下，速调管的阳极和阴极有同一电源供电，阳极电压和阴极电压同时开启和切断，从而，本发明不仅在硬件上不需要设置阳极调制器，简化了结构，而且时序上也更加简单，传统方法为阳极电压和阴极电压一起下降，然后阳极电压逐渐上升建立束电流。放电结束后，阳极电压下降到与阴极电压等电位，关断束流，然后阳极和阴极电压一起下降。时序相对复杂，本发明的方法阳极和阴极电压同时上升和下降，无需复杂的时序控制设备。发明人之所以采用上述技术方案，是因为发明人经研究发现，之所以在给阳极提供合适的电压的情况下速调管依然无法工作，是因为速调管的阳极电流有其特殊性：即速调管的阳极电流由两部分组成，一个是从阴极发射的束电流有一部分轰击到阳极上形成流入阳极的电流，另一个是由于轰击造成的二次电子发射引起的流出阳极的电流，而为了保证速调管的安全，阳极电流需要被限制在比较小的范围内，这就需要上述两个电流达到基本平衡，以保证较小的阳极电流，同时，由于绝对的平衡很难达到，因此阳极总是会出现流入的电流高于流出的电流或者流出的电流高于流入的电流的情况，从而造成阳极的电流方向发生变化。发明人认为正是由于速调管阳极的上述特殊性使得一般的供电方式无法满足要求，发明人根据这一思路提出了本发明的技术方案，采用分压偏置方式给阳极供电，使得其能够使得流出阳极和流入阳极的电流达到很好的平衡，且这种供电方式能够适应阳极电流方向的变化。由于速调管的阴极高压能够达到数十千伏，这就要求阳极对阴极电阻2和阳极对地电阻4必须就有较高的绝缘性，而且在速调管放电瞬间会产生瞬间大电流，从而使得阳极对阴极电阻2和阳极对地电阻4瞬间受到较大的冲击，这就需要该两电阻具有较好的耐压性，为了达到上述要求，本发明提供了一种高压分压器，该高压分压器包括分层安装在高压绝缘板上的数十个额定大功率高压电阻，并配有短接线，高压分压器上的部分电阻作为阳极对阴极电阻2，部分电阻作为阳极对地电阻4接入电路，通过短接线短接部分电阻实现阳极对阴极电阻2和/或阳极对地电阻4的电阻阻值的调整，从而将阳极对阴极电阻2和/或阳极对地电阻4设定至所需的阻值上。该高压分压器的设置可以方便调整阳极对阴极电阻2和阳极对地电阻4的总电阻及分压点，阳极电压最低为阴极电压，最高为地电位。具体实施时，可以高压分压器包含60个额定功率为300W的大功率高压电阻，单个电阻耐压大于2.3kV，包含3.3k电阻10个，1k电阻10个，3.9k电阻40个，并根据高功率速调管工作点，选择分压点。本发明中的高压分压器的设置，还可以实现如下功能：在高功率速调管正常工作后，采用短接线改变接入电阻的数量和变换不同阻值电阻，在高功率速调管工作点附近微调阳极对地电阻4的阻值，对高功率速调管的输出性能进行优化。高压分压器中作为支撑结构的高压绝缘板可以是环氧板，电阻可以分10层立体安装，利用空间距离实现高压绝缘，分压器耐压可达到80kV。为了测量阳极电流，在分压点(即图1中阳极对阴极电阻2和阳极对地电阻4之间的位置)和高功率速调管的阳极之间串入取样电阻3，例如可以是200Ω的取样电阻，取样电阻3的两端的电压通过电压频率变换模块8进行电压频率变换后传入测量系统实现对阳极的电流的测量，当流经阳极的电流超过阈值时，高功率速调管的阴极电源1快速关断对阳极6和阴极5的供电，以保证高功率速调管安全。该电压频率转换模块8可以采用AD650JNZ芯片，为了防止阳极6上电峰值电流损坏该模块，可以在输入端安装有10V稳压二极管。本发明中，可以采用100kV隔离变压器9给电压频率变换模块供电，实现阴极高压与供电电网和隔离。本发明中，高功率速调管的阴极电源1需要能够实现快速切断束电流的功能，例如可以选择采用脉冲步进调制电源，具体实施时，可以要求脉冲步进调制电源最大输出电压60kV，最大输出电流大于30A，快速关断时间小于10μs，快速关断过程中通过负载释放的能量小于10J。图2为采用本发明的运行方法的高功率速调管的放电波形图。其中Q1_Uk为阴极电压，Q1_Ua为阳极电压，Q1_Ik为束电流，Q1_Ia为阳极电流。阳极对地电阻为30kΩ，阴极电压为-52.5kV。阳极电压先经历约100μs的瞬态过程后进入到稳态放电状态。在阴极电压下降时，阳极电压下降到-26kV，下降幅度大于分压值-9kV，峰值阳极电流达到600mA，方向为流入阳极，即阴极发射的电子束轰击阳极后，通过阳极对地电阻迅速放电，然后阳极电压减小到分压值，进入稳态。稳态阳极电流小于10mA。从图2可以看出采用本发明的运行方法或者阳极供电装置的速调管能够正常工作，且工作状态良好，这也印证了发明人对速调管阳极特殊性的分析结论的正确性。综上，本发明从一定程度上简化了高功率微波源，避免了由于基于非线性器件的阳极调制器，提高了低杂波系统的安全性和可靠性并且大幅降低了成本。