一种高压双脉冲感应加速组元结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多脉冲加速电场产生技术，具体涉及一种高压双脉冲感应加速组元结构。
【背景技术】
[0002]由感应腔和相应脉冲功率系统组成的感应加速组元是直线感应加速器的基本组成单元，脉冲功率系统所产生的高压短脉冲激励感应加速腔中的磁芯，在加速间隙上感应产生脉冲电场实现对强流电子束的加速。馈入加速腔的脉冲高压通常需达到200kV以上，由于开关能力的限制，目前还只能利用脉冲形成线产生，形成线放电后需要较长的开关绝缘恢复时间和充电时间，因此只能工作在极低的重复频率或单次运行。在传统的单脉冲直线感应加速器中，基于Blumlein脉冲形成线的脉冲功率系统在Blumlein线充电时可以为加速腔提供复位脉冲，在Blumlein线放电时则提供励磁脉冲，我们称之为加速腔的“自动复位”。
[0003]直线感应加速器主要应用于闪光照相，其加速的强流电子束打靶产生强X射线脉冲对高速变化的爆轰样品进行透视照相。爆轰过程所需的时间很短(通常为ys量级)，因此要开展多幅闪光照相，加速组元需要产生MHz以上重复率的多个加速脉冲。
[0004]能满足高重复率的高压多脉冲组元目前只有两种已知结构，一种是基于多套功率系统和硅堆隔离网络的多脉冲产生方式(参考文献“250kV，IMHz重复率方波双脉冲源”，李欣，陈思富等，强激光与粒子束，2005，17(5))，另一种是基于电缆延时的双脉冲产生方式(参考文献“高压双脉冲感应加速组元设计”，2013黄子平，陈思富等，高能量密度物理，2013,3)0
[0005]第一种多脉冲产生方式，其优点在于:多个脉冲由多根Blumlein脉冲形成线独立产生后汇流到加速腔，其脉冲间隔、脉冲数量和每个脉冲的幅度均独立可调，能够较好的满足多幅闪光照相的需求;不足之处在于:其组元包含多根脉冲形成线及其配套的初级功率源和触发电源，结构复杂，对系统稳定性的要求高;高压硅堆的使用对脉冲波形品质有一定影响，且存在器件损坏的风险;Blumlein形成线充电时产生的复位脉冲被硅堆阻断，加速腔磁芯不能“自动复位”，需连接独立的复位电源和控制系统实现对磁芯的复位。
[0006]第二种双脉冲产生方式，其优点在于:由一根Blumlein形成线实现双脉冲的产生，加速组元结构简单，可靠性高;加速腔磁芯可利用形成线充电时产生的预脉冲实现“自动复位”；脉冲间隔、幅度等指标能够达到多幅闪光照相对加速组元的基本要求;不足之处在于:脉冲间隔不可调;脉冲数量不可变化;脉冲幅度不能独立调节，经过延时产生的第二个脉冲幅度通常略低于第一个脉冲;双脉冲波形品质与脉冲幅度和复位电阻阻值密切相关，导致波形质量的稳定性较差。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型目的在于提供一种高压双脉冲感应加速组元结构，解决目前的双脉冲产生方式存在的多根脉冲形成线及其配套的初级功率源和触发电源结构复杂、脉冲间幅度难以调节、加速腔磁芯复位困难三个难题。
[0008]本实用新型通过下述技术方案实现:
[0009]—种高压双脉冲感应加速组元结构，包括加速腔A、加速腔B、Blumlein线A、Blumlein线B，所述的Blumlein线A与Blumlein线B共用同一套充电和触发系统，当触发信号到达时，Blumlein线A与Blumlein线B同时输出短脉冲；其中Blumlein线A通过4根相同长度的第一高压电缆与加速腔A、加速腔B分别相连，Blumlein线B通过2根并联的第二高压电缆与水介质高压延时线连接，水介质高压延时线的输出端再通过4根相同长度的第三高压电缆与加速腔A、加速腔B分别相连。本实用新型的高压双脉冲感应加速组元结构突破了传统思维的束缚，Blumlein线B所产生的高压短脉冲在延时电长度后到达加速腔A和加速腔B，在触发后，加速腔A和加速腔B从第一高压电缆同时馈入第一个高压脉冲，此时第三高压电缆作为该脉冲的匹配负载，脉冲经过加速腔后进入第三高压电缆向延时线方向传播;触发后，Blumlein线A和Blumlein线B分别产生的高压脉冲在水介质高压延时线中相遇，叠加后各自保持原方向传播，触发后600ns ,Blumlein线B所产生的高压脉冲通过第三高压电缆馈入加速腔A和加速腔B，自此，在加速腔A和加速腔B的加速间隙上将分别产生两个间隔540ns的高压双脉冲，这样的双脉冲结构相对于现有技术的多根脉冲形成线及其配套的初级功率源和触发电源结构而言，结构大大简化，而且，在Blumlein线A和Blumlein线B充电的过程中，会产生一个时间数ys的充电泄漏电流脉冲，该电流脉冲与主脉冲电流极性相反，经过加速腔时将对加速腔A和加速腔B的磁芯进行复位，解决了复位困难的问题。
[0010]所述Blumlein线A、Blumlein线B的阻抗均为12 Ω，水介质高压延时线的电长度为500ns，第二高压电缆的阻抗为24 Ω，其电长度为40ns，第一高压电缆与第三高压电缆的阻抗为48 Ω，其电长度为60ns。以上参数的选择是申请人经过理论分析和实验需要得到的，同时也最适宜于感应加速组元产生较好的双脉冲波形。利用这种结合方式已经实验获得满足双脉冲直线感应加速器需要的高压双脉冲。通过改变延时线和高压电缆的长度，可以对双脉冲的时间间隔进行调整，双脉冲的最小时间间隔可以达到300ns。
[0011]在所述Blumlein线B上还连接有一个复位水电阻。复位电阻安装在Blumlein线B的出口，实现对复位电流脉冲的强度进行控制，通过设置合适的阻值，可以确保每次高压短脉冲到达加速腔时其磁芯正好复位到最佳位置。
[0012]本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果:
[0013]1、本实用新型一种高压双脉冲感应加速组元结构，Blumlein线B所产生的高压短脉冲在延时电长度后到达加速腔A和加速腔B，在触发后，加速腔A和加速腔B从第一高压电缆同时馈入第一个高压脉冲，此时第三高压电缆作为该脉冲的匹配负载，脉冲经过加速腔后进入第三高压电缆向延时线方向传播;触发后，Blumlein线A和Blumlein线B分别产生的高压脉冲在水介质高压延时线中相遇，叠加后各自保持原方向传播，触发后600ns，Blumlein线B所产生的高压脉冲通过第三高压电缆馈入加速腔A和加速腔B，自此，在加速腔A和加速腔B的加速间隙上将分别产生两个间隔540ns的高压双脉冲，这样的双脉冲结构相对于现有技术的多根脉冲形成线及其配套的初级功率源和触发电源结构而言，结构大大简化，而且，在Blumlein线A和Blumlein线B充电的过程中，会产生一个时间数ys的充电泄漏电流脉冲，该电流脉冲