便携式1010s中子发生器电路的研制

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1、全国第四届核仪嚣殛其应用学术会议论文集Proceedingsofthe4tb．NationalConferenceonNuclearInstrument＆ItsApplication便携式1010／s中子发生器电路的研制杨喜峰1，卢涛，郭景富1，陈彩云1，卢洪波1(1东北师范大学物理系，吉林长春130024；2吉林省电力建设公司)擅要：介绍了200kV、2mA靶极高压倍压电路的结构，并对其等效电路进行分析，提出了用增大变压器漏感的方法来减小无功功率；介绍了Vieor功率模块和VMOS管研制的中子臂气压自动控制的恒流源电路。美t

2、词：中子发生器；高压变压器；疆感；气压自动控制中子发生器电路主要由存贮器加热电路、潘宁离子源电路、气压自动控制电路和靶极高压电路组成。存贮器加热电路在工作时把吸附在存贮器内氘氚(或氘)气体放出，离子源电路产生2～3kV的电压，使离子源源内的氘氚气体电离，气压自动控制电路保证中子管内气压的稳定，靶极高压电路产生一100kv以上的高压。氘氚(或氘)正离子在负高压的作用下高速冲向靶极．和靶极上吸附的氘氚(或氚)气体原子碰撞。发生氘氘核反应放出中子。中子产额和靶极电流成正比，和靶极电压的3．56次方成正比【1】，因此相同的供电功率，提

3、高靶极电压比提高靶极电流更容易提高中子产额。因此10”／s中子发生器要具有相对较高的靶极电压，按照中子管的设计要求，每秒产生10”个中子．需要的靶极高压不低于200kV，功率不少于400W。10”／S个中子发生器和其他类型的中子发生器结构相似，其电路框图如图1所示。本文图110，。^i子发生器电路框图重点介绍两部分：一200kV、2mA靶极高压电路和气压自动控制电路。1—200kv、2mA靶极高压电路靶极高压电路是中子发生器的核心电路，要减少中子发生器的体积，使其具有便携功能．高压电路必须采用变频倍压电路，其原理图如图2所示。

4、变换器采用半桥式电路，把直流电压变换成几kHz以上的方波电压，经过高频变压器提升到20kv左右，再经过6．．5级倍压升到一200kV。图中Ql和Q2为VMOS管，耐压450V，最大电流为13A。Cl～C13为高压电容，容量为2200pF，耐压40kV。Dl～D13为高压硅堆，耐压为60kV。RI．为中子管等效电阻，阻值100Mn。该电路在实验调整过程中，发现有很多指标的实测值和理论值存在较大出入，如工作频率，最高输出电压。内阻等。实验发现高压变压器的绕制对该电路的工作状态有很大影响，现介绍两种比较典型的结果。高压变压器磁芯的材

5、料为RK2B，外型EC90，变压比为1：80。1号变压器采用常规绕法，在框架上首先密绕初级。再绕次级；2号在特别的胎具上分别绕好两组独立的线圈，脱胎后，两线圈分别用聚四氟薄膜绝缘，然后将两组线圈并排套在磁芯中。经过测量，1号变压器初级漏感为23t-H，次级漏感为0．14H，2号初级漏感为118“H，次级漏感为905mH，变压器的初级电感L。均为2．3mH。分别由1、2号变压器组成如图2所示高压电路。电路的其余部·121·分不变，两个电路的工作状态相差很大，在图2中A点测得的1,2号电路的电流波形如图3所图2靶极高压电路示。电路

6、1中输入电流在导通后的很短时重新分布，峰值电流下降很大，输出lOOkV时间内出现较夭的峰值电流，输出lOOkV时达为5A左右。这就降低了对VMOS管的要求，18A。这个电流对VMOS管提出很高的要求，同时变压器磁芯不发热。测得的高压电路输出VMOS管常因电流过大而损坏，同时随着电流电压和效率的关系如图4所示。电路1不能长增大，高压变压器的磁芯进入饱和状态，磁芯发期稳定工作，电路2则可以长期稳定工作。热。电路2中输入电流在整个导通时间内做了骱6．25蟠knzF窀曾=Ej二匕f乇拯。一Q图31号(a)和2号(b)电路波形图901I

7、1L———r———————————，———————————T———^——一80j蒉{⋯⋯⋯⋯～～～-．．-⋯，翅70-II⋯一电路l】——电路26004080120160200高压输出，I‘v图4输出电压和效率关系图为什么会出现以上的差别呢，我们从理论上作如下分析：高压变压器和倍压电路的等效电路如图5所示。图中R．为输入等效电阻，测得值为8n，L1为初级漏感，L2为次级漏感，cd为高压变压器次级分布电容，C。为倍压整流电路的等效电容，cd比C。小很多，可忽略。该电路折合到初级的等效电路如图6所始，图中表达式的n为变压器的变压比

8、。进一步计算图6中的C。数值，在倍压整流工作时，高压硅堆近似看成理想二极管，在输入正半周时，Dl、D3．．．D13导通，D2、D4．．．．．．D12截止，其等效电路如图7a所示，其充电电路由7个支路并联构成。如果所有电容值为c，其总的等效电容值为：Cf=C／／(c／3)／／(