加速器物理章高压倍加器教程分析.pptVIP

第四章，高压倍加器 Cockcroft Walton 倍压整流线路 一种最早期的，而今仍广泛应用的高压型加速器。利用倍压整流方法产生直流高压，对离子或电子加速。其倍压整流工作原理主要由高压变压器，高压整流器和高压电容器等组成。在无负戴时，倍压整流线路输出的高压随倍压级数增加而线性增加，可表达为： Vi=0=2nVa 式中Va为高压变压器的次级绕组交流电压峰值。 几个周期之后 多级倍压电源 在变压器输出的负半周期内，不只是电荷从地经k1’向c1’充电，也有部分电荷从电容c1, c2 经k2’ k3’向电容c2’ c3’充电；在正半周期内，每个辅电容均向主电容充电。 多周期后，除c1’为va外，其余全部电容均为2 va 在每个周期的前半周内，只有v1’o’+vo’o0时,正电荷通过k1’向c1’充电。 在每个周期的后半周内，只有v1’o’+vo’ov1o时c’上的部分电荷通过k1向c1充电。 时间越来越短，越来越接近幅值。 负载电流的影响 负载：加速器离子流；分压电阻流；电晕放电流；绝缘支柱表面电流；电容器漏电。等效电阻Re、等效电流I q=iT 连续放电，电压连续下降，又在充电时间内得到补充。周期性的释放补充，造成波动 电压抖动δV 一般倍压整流器可输出直流高压从几百千伏（大气中）到兆伏级（高气压下）。高压倍加器由高压倍压整流电源，离子源（或电子枪），加速管，聚焦和传输系统，真空和控制系统组成。高压倍加器的输出功率较大，可以作为较理想的中子源，X光源和离子注入机。在核科学，医学,工农业生产中被广泛应用。 绝缘芯变压器型加速器 Insulating Core Transformer 一种高压型加速器，它利用绝缘芯变压器的方法产生直流高压对带电粒子进行加速。 绝缘芯变压器 绝缘芯变压器工作原理:其主磁铁芯分若干层，每两层间由聚合物薄膜绝缘。每层磁铁芯上绕有次级绕组。初级绕组的交流低电压，在每个次级绕组上感应出交流高电压。每个次级绕组上的交流电压，经整流（半波，全波或倍压整流）后产生直流电压。将每层上的直流电压串联起来，就形成更高的直流高压。 绝缘芯变压器 绝缘芯变压器可采取单相或三相方式工作。绝缘芯变压器型加速器由电子枪（或离子源），高压发生器，加速管，真空，控制等系统等组成。其特点是电源利用率大（65%--75%），便宜，输出功率大，最大平均输出功率可近兆瓦级。它已成为科研，工业和农业生产中的一种很好的辐照源。我国有多台此类加速器用于电缆辐照等方面。电压抖动大，稳定性差，重量大 高频高压发生器 利用高频高压发生器产生高压的大功率高压型加速器。亦称地那米(Dynamitron)加速器。整个加速器安装在充有高压绝缘气体的钢筒内。两个半圆筒型的高频电极安放在钢筒之内，在电极内所有的分压环都分成两个半环，并相互绝缘。在分压环之间交替连接着整流器。 两个高频电极分别连在高频振荡器上。高频功率通过分压环与高频电极间的电容送到整流器上。通过一系列整流后，最终形成静电高压。这种加速器的特点是输出能量高、输出电流大、高压纹波小、束流品质好，而且结构紧凑、工作稳定可靠。其缺点是电源利用效率低（》40%）。高频高压发生器加速器主要用于电缆电线的辐照及生产热收缩膜和管。其额定电压从400kV到4.5MV，束流功率可达150kW. 整流器由地电位串联到高压端，并交替地连接在耦合环上，这样，整流器就被包围于半圆形的互相绝缘的耦合环中，而整个整流柱又被两个大的半圆形高频电极所包围，因此在耦合环与高频电极间形成耦合电容，它起耦合高频电压的作用，同时耦合环本身还起分压作用。在高频振荡器的引出端，有两个共振线圈分别与高频电极相联，组成了高频发生器的高频共振回路。当高频振荡器工作时，高频功率就从振荡器通过高频电极和耦合电容分别输送到各整流器上。这样，高频电极间的交变电压就使电子通过整流器在耦合环之间来回运动，由于整流器只能单向导电，所以电子流只能通过各整流器逐级向上输送，从而使高压电极充电而形成直流高压。 例如当高频发生器的左侧为负电位时，电子从左侧半耦合环(a’,b’,c’…)向右侧的半耦合环(a,b,c…)运动。当左侧为正电位时，电子向左侧半耦合环(a‘,b’,c’……)运动，可是aa‘,bb’,之间的整流器不允许电子反向运动，所以，这时电子并不是反回原来的半耦合环，而是向电压较高的耦合环运动，即从a向b‘，，从b向c’运动。这样，电子就逐级地向上传输，最后到达高压电极，以使它产生负高压。如果要获得正高压，整流器的极性要与图所示的极性相反。 高频高压发生器高压端所能达到的