几项新技术在“闪光二号”加速器上的应用

《几项新技术在“闪光二号”加速器上的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第2O卷第5期强激光与粒子束Vo1．20，NO．52008年5月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay，2008文章编号：i001—4322(2008)05—0876—05几项新技术在“闪光二号"加速器上的应用张永民，邱爱慈。，黄建军，来定国，孙风举，陈维青，任书庆z，杨莉，程亮，张玉英，谢霖桑，黄勇，姚伟博，蒯斌(1．清华大学电机系，北京100084；2．西北核技术研究所，西安710024)摘要：为追踪国际上脉冲功率技术的发

2、展方向，在“闪光二号”加速器上开展了水介质形成线并联技术、多级多通道气体开关转术和同步触发技术等研究。经过3维结构下电场分布的模拟计算和绝缘设计，采用3根6Q小水线并联组成了2Q水介质形成线，研制成功了作为主开关的3MV多级多通道气体触发开关，并实现了3个多级多通道气体开关的并联运行；采用工作时延446ns的同步触发系统实现了Marx发生器与主开关的延时同步运行。真空负压下的涡流循环冲刷消除水中气泡技术应用于水介质形成线上，有效消除了并联形成线汇聚结构处的气泡，提高了加速器运行的安全性。经过调试后，加

3、速器重新获得了稳定的运行状态，几项新技术的应用获得成功。关键词：强流相对论电子束加速器；水线并联；气体主开关；同步触发；Marx发生器中图分类号：TN782文献标识码：A“闪光二号”加速器是国内束流最强的低能强流脉冲相对论电子束加速器，代表着2O世纪8O年代国际脉冲功率技术和国内工业技术的发展水平[1]。在当时的技术条件下Marx发生器采取了6．4MV的高电压，对绝缘材料和发生器体积有较高的要求；加速器水介质传输线部分采取了从5Q形成线到2Q二极管的逐级过渡，传输效率较低。目前，多根水介质高阻抗同轴线

4、并联组成低阻抗形成线、多级多通道气体开关和同步触发技术已成为国际脉冲功率技术的热点。为跟踪国际上脉冲功率技术的发展，在“闪光二号”加速器上开展并联形成线技术和多级多通道气体主开关以及同步触发技术的研究，通过新技术的应用降低加速器的工作电压，提高水介质同轴线部分的能量传输效率和加速器的工作稳定性。采用并联水介质同轴线后，并联汇聚区域水中的气泡是其运行安全的最大隐患，根据水中含气的机理研究了排除水介质中气泡的新技术和工艺。1水介质同轴线并联技术根据加速器输出单元2Q二极管的阻抗要求，结合Marx发生器油箱

5、输出端口的结构，采用3根6Q小尺寸水介质同轴线并联组成了2Q形成线。在Marx发生器油箱中，发生器的输出均匀分配给3根小尺寸水介质同轴线的内筒；在主开关一端，3根小尺寸水介质同轴线各带一个多级多通道气体开关，通过气体开关后汇聚到传输线的内筒。3根小尺寸水介质同轴线成三角形布置，每根形成线所带的气体开关见图1，形成线内筒和主开关由绝缘隔板支撑。发生器油箱中的功率分配结构见图2，内筒与外筒之间的隔板既起绝缘支撑，又起油水分离作用。在发生器一侧，绝缘介质为变压器油，通过调整汇流柱直径、高度、与隔板的夹角、过

6、渡圆弧半Fig．1ThreePFLsandgasswitchFig．2PowersplittingconfigurationofMarx图13根形成线与气体主开关图2发生器输出端向3根形成线分配的结构*收稿日期：2008-01-07；修订日期：2008—04—23作者简介：张永民(1961一)．男，主要从事脉冲功率技术研究；zhangym03@mails．tsinghua．edu．ca。维普资讯http://www.cqvip.com第5期张永民等：几项新技术在“闪光二号”加速器上的应用877径和汇聚

7、电极的尺寸和结构，保证隔板上正负两个三结合线上的电场强度、隔板面上任意区域的最高场强和平均场强以及场强分布能够满足要求。隔板水介质一侧电场受分配结构的影响已经很小，可以直接采用2维轴对称电场计算结果。并联形成线的关键技术是解决在Marx发生器输出端对3根形成线内筒的功率分配和3根形成线内筒在主开关区域水中的功率汇聚问题。在功率分配和汇聚区域，电场分布不再是传统的圆对称结构，强电场的分布区域不再是在一条线上，而是在数个区域的数条曲线上；导致水中击穿的电场分量不再仅仅是径向电场，轴向和角向电场分布不合理时

8、也能导致各种方向上的击穿。国外同类加速器的设计中，绝缘体沿面径向平均场强一般取在50～6OkV／em，只有445W加速器的平均场强取到了8OkV／em。“闪光二号”加速器原绝缘体沿面最大径向场强130kV／em，平均场强61kV／em，内导体三结合点处径向场强小于2OkV／em，外导体三结合点处径向场强小于30kV／em。3维电场中的绝缘设计尚未有可以借鉴的经验，绝缘设计的主要依据还是采用上述实验结果，但是，将对径向电场值的要求改为电场矢量的绝对值。此次