1.2 MV大功率直流高压电源研制

采用等边三角形结构的铁芯,次级线圈分成40级,分别进行三相全波整流,每级输出直流30 kV,串联后获得1.2 MV/A的直流高电压大功率输出。电源的能量转换效率大于95%,漏抗高达21.7%。采用无滤波电容结构,次级线圈星型/三角型接法交替使用,纹波系数小于±4%。整个电源密封在压力钢筒中,充0.8 MPa高纯度SF6气体作为绝缘介质,最大工作场强小于130 kV/cm。设计了专门的SF6气体冷却系统,气体温度控制在60 ℃以内,高电压由充气同轴传输线输出。在小负载条件下,电源各项指标满足技术要求,已经安装在1.2 MW,1.2 MeV大功率直流电子加速器上进行整机联调。     

1．2MV大功率直流高压电源研制

随着工业辐照加速器技术的发展，电子加速器应用范围已经扩展到环保领域，利用大功率电子束治理燃煤烟气的污染就是其中比较成功的例子。工业加速器的束功率通常约在100kW，而电子束烟气治理技术的束功率达到1MW以上，能量0．8～1．5MeV。大功率直流高压电源是此类加速器最重要的关键技术，是整个加速器能量转换效率的决定因素，是加速器稳定性、可靠性的基础，是决定加速器制造成本的关键。     

MV级重复频率三电极气体开关的优化研究

对一种高工作电压、高重复频率的三电极气体开关的优化设计方法进行了研究,包括绝缘结构的优化、最优触发孔径和触发电极位置的选取。采用设计开关开展了实验研究,并对实验结果进行了分析。结果表明,开关实现了工作电压1.1 MV,峰值电流约13.8 kA,重复频率100 Hz的最大稳定运行参数,性能满足设计要求;开关绝缘恢复性能良好,各次电压波形幅值均匀,分散性小,归一化标准偏差小于3%。     

MV级重复频率三电极气体开关的优化研究

 对一种高工作电压、高重复频率的三电极气体开关的优化设计方法进行了研究,包括绝缘结构的优化、最优触发孔径和触发电极位置的选取。采用设计开关开展了实验研究,并对实验结果进行了分析。结果表明,开关实现了工作电压1.1 MV,峰值电流约13.8 kA,重复频率100 Hz的最大稳定运行参数,性能满足设计要求;开关绝缘恢复性能良好,各次电压波形幅值均匀,分散性小,归一化标准偏差小于3%。     

大功率辐照加速器的研制

介绍了10MeV/20kW大功率辐照加速器的设计. 该加速器采用返波型行波加速结构加速管, 综合了常规行波加速结构微波反射小、频率稳定性好和驻波加速结构分流阻抗高的优点. 加速器工作于S波段, 中心频率为~2856MHz. 利用自编的模拟程序AccDesign进行物理设计, 设计输出电子束能量为10MeV, 脉冲流强300mA, 加速管总长1.5m, 模拟计算结果显示微波至电子束的转换效率为66%. 同时利用计算机仿真程序对加速腔的温度和应力分布进行了计算, 得到了微波功率损耗对加速腔频率的影响.     

MV级多通道重复频率气体开关的设计及初步实验

 介绍了一种高工作电压、高重复频率的多通道气体开关的工作原理、设计方法及在SINUS-700加速器上开展的实验情况。初步结果表明,开关实现了工作电压1.15 MV、峰值电流约14.4 kA、重复频率100 Hz、工作范围64.5%的最大稳定运行参数,并实现了多通道放电。     

MV级多通道重复频率气体开关的设计及初步实验

介绍了一种高工作电压、高重复频率的多通道气体开关的工作原理、设计方法及在SINUS-700加速器上开展的实验情况。初步结果表明,开关实现了工作电压1.15 MV、峰值电流约14.4 kA、重复频率100 Hz、工作范围64.5%的最大稳定运行参数,并实现了多通道放电。     

大功率辐照加速器的研制

介绍了10MeV/20kW大功率辐照加速器的设计.该加速器采用返波型行波加速结构加速管,综合了常规行波加速结构微波反射小、频率稳定性好和驻波加速结构分流阻抗高的优点.加速器工作于S波段,中心频率为2856MHz.利用自编的模拟程序AccDesign进行物理设计,设计输出电子束能量为1OMeV,脉冲流强300mA,加速管总长1.5m,模拟计算结果显示微波至电子束的转换效率为66%.同时利用计算机仿真程序对加速腔的温度和应力分布进行了计算,得到了微波功率损耗对加速腔频率的影响.     

1.2 MV“天蝎”X光机杆箍缩二极管性能模拟

为了深入研究杆箍缩二极管的物理性能,采用蒙特卡罗方法对中国工程物理研究院流体物理研究所1.2 MV天蝎X光机的杆箍缩二极管进行模拟研究,包括PIC模拟和光电子输运模拟。着重分析了杆箍缩二极管结构参数与阻抗及出光剂量等的关系,发现阻抗和出光剂量与阴阳极半径比正相关,而出光剂量和杆探出长度正相关。提出一种阻止阴极盘后表面发射电子的设想,有望显著提高X射线辐射剂量。     

强流电子枪电子光学性能的研究

 利用SLAC-226程序对一种工业用大功率电子加速器(450kW)的电子枪光学系统性能进行了研究。计算程序以带电粒子的洛伦兹力运动方程的相对论形式为基础，在充分考虑了空间电荷效应和电子自身产生磁场的情况下编写而成。在该程序中，网格的划分采用正方形网格；解泊松方程采用半迭代切比雪夫法；解轨迹方程采用四阶龙格 库塔法。经过对轴上电位的优化计算，得到了轴上电场的分布，电子轨迹以及阳极孔处的径迹斜率等结果，并且对外加电场与空间电荷场对束流的聚焦作用作了比较分析。计算发现，电子初始角和初始能量（对束流的）聚焦性能影响很小，二极管间距 d=58.5mm时对束流聚焦最有利。     

Tesla-PFN型长脉冲功率源加载线的结构设计

为解决Tesla-PFN型长脉冲功率源在高电压下多个加载线串联时加载线之间出现的电磁干扰问题,对一种环形串联加载线的结构进行了优化设计,重点解决了加载线与形成线的阻抗匹配及加载线的高压绝缘问题。优化了过渡段结构,使形成线与加载线阻抗匹配较好,输出脉冲顶部平坦;利用静电场分析软件计算了加载线的电场分布,通过调整屏蔽环的形状和位置使电场分布更加均匀。     

6～18GHz,120W,PIN大功率开关的设计

PIN开关是微波控制电路中的基本部件,它在雷达、电子对抗、微波通信、卫星通信以及微波测量等方面有着广泛的应用。大功率PIN开关是开关型产品中技术最难实现的一种开关,在许多整机和系统中起到关键的作用。文中给出了实现大功率单刀掷开关和大功率单刀双掷开关的方法。     

一种陶瓷径向绝缘强流二极管耐压结构设计

 对外径230 mm的陶瓷绝缘板,依据强流真空二极管径向绝缘的设计思想,设计加工了“锥-柱”型阳极外壳,并在传输线内筒和阴极杆末端位置增加了均压罩和屏蔽环结构。利用静电场有限元程序计算了陶瓷-真空界面电场分布,通过对外壳细节结构以及均压罩、屏蔽环形状和位置的调整,使得真空界面上沿面场强和三结合点处场强均得到了有效控制。在单线长脉冲加速器上进行了实验研究,结果显示,二极管能够耐受400 kV、脉宽大于200 ns的脉冲电压,运行稳定,达到了理论设计要求。     

高峰值功率多注速调管电子光学系统的研究

 分析了存在于高峰值功率多注速调管电子光学系统中的问题。采用间接设计方法设计了S波段50 MW多注速调管的电子光学系统。设计中采用分立屏蔽筒结构解决电子枪区聚焦场的旁轴对称问题。利用2维电子光学软件EGUN、3维电磁模拟软件MAFIA和PIC粒子模拟程序对电子轨迹进行了模拟,结果表明：分立屏蔽筒结构可以获得较好的旁轴对称场,电子光学系统的电子轨迹比较理想。     

高功率微波辐射场功率密度测量系统

 根据功率密度大、脉冲短、形状不规则的特点，研制出一种能适应各种条件下使用的高功率微波功率密度测量装置。从已有的测量手段出发，比较其不同原理和适用性，选定了峰值检波法。根据实际工作需要，着重从结构及测量的可靠性、降低系统误差等方面，进行优化设计。该装置采用矩形波导和可靠性高的耦合衰减，利用示波器进行测量。最后详细地给出了测量系统的标定方法。     

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介绍了高压直流电源输出发生短路故障时的暂态情况,并详细分析和计算了速调管负载发生极间打火时,在三电极气体开关保护动作过程中电源向速调管注入的能量。计算和仿真结果与实验结果一致,当高压电源输出发生短路故障时,开关能在μs级关断,并且能将短路电流能控制在200A。验证了三电极气体开关保护的快速性与可靠性,具有工程应用价值。     

高峰值功率多注速调管的初步研究

 高峰值功率速调管因其作为高功率微波源而受到各国的重视。采用单电子注方案的高峰值功率速调管存在许多难以克服的问题,如工作电压很高,输出效率偏低,系统体积偏大等。对高峰值功率多注速调管进行了初步的研究,重点研究了S波段50 MW多注速调管的电子光学系统和高频互作用系统。研究表明,在与单注速调管相同的功率电平下,多注速调管的工作电压明显降低,输出效率明显提高,同时,这种管型也存在结构复杂、电子注聚焦和消除非工作模式困难等技术问题。