神龙二号加速器绝缘环真空沿面闪络.pdfVIP

第 28卷第9期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 28，N 〇. 9 2016 年 9 月 HI G H P O W E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E A M S S e p . ， 2016 神龙二号加速器绝缘环真空沿面闪络 何佳龙〃 ， 陈思富 U 2， 张 篁 u ， 吕 璐 〃 ， 夏连胜u 2 , 石金水〃 ( 1 . 中 程 物 观 研 究 院 流 体 物 观 研 究 所 ，四 川 绵 阳 621900; 2 . 中国工稗物即J [•究 院 脉 冲功率科学技术砍玖实验索 . 叫 川 绵 阳 621900) 摘 要 ： 在对神龙二号加速器绝缘环进行耐压考核时发现，感应腔中的绝缘支撑部件交联聚苯乙烯绝缘 环在猝发多脉冲高压加载下出现的真空沿面闪络现象存在两种类型：阴极始发的闪络击穿和阳极始发的闪络 击穿。通过计算绝缘环的沿面电场分布、对比击穿电压波形与绝缘环表面闪络放电烧蚀痕迹，结合小绝缘子样 品实验结果对以上沿面击穿现象的机理进行了分析，认为可能是绝缘环端面与电极面的配合问题引起了加速 段与注人器绝缘环击穿现象的差异。 关键词： 直线感应加速器； 交联聚苯乙烯； 绝缘环； 真空沿面闪络； 流注放电 中 图 分 类 号 ： TM835; TL503 文献标志码： A doi ：10. 11884/HPLPB201628. 150950 神龙二号是一台可以产生M Hz 猝发率强流脉冲电子束的直线感虛加速器。与单次脉冲工作模式的神龙 一号加速器不同，神龙二号加速器的脉冲功率系统通过感应方式在注人器与加速段感应腔上产生3 个脉冲间 隔 500 n s 的脉冲高压来加速强流电子束 研究表明，绝缘子的真空沿面耐压能力不仅与绝缘材料的耐压强度 有关，还与电极结构、外加电压波形等因素有关。通过小绝缘子样品耐压测试实验发现，绝缘介质材料在猝发 多脉冲加载下的耐压性能比单次脉冲加载下低[1]，因而神龙二号加速器感应腔内的绝缘支撑部件的材料选择 与结构设计与神龙一号相比，将面临更高的耐压可靠性要求。本文介绍了神龙二号感应腔使用的交联聚苯乙 烯绝缘环出现的真空沿面闪络现象，并对闪络现象产生的机理进行了分析研究。 1 绝缘环沿面闪络实验现象 直线感应加速器采用串联加速方式逐腔对强流电子束进行加速，如图 1 ( a ) 所示，为了维持感应腔加速间 隙阴阳极之间的高压绝缘，同时隔绝束流传输通道内部的真空与外部的变压器油，相邻加速段感应腔以及注入 器感应腔之间需要使用绝缘环作为绝缘支撑部件。首先，绝缘环的材料选择和结构设计需要考虑绝缘耐压可 靠性，其次，由于神龙二号注人器热阴极对真空度的要求比较高，需要10 s P a 的工作真空度，因而注入器内的 绝缘支撑部件应选择放气率较小的材料。交联聚苯乙烯不仅放气率比其他常用有机电绝缘介质材料低，而且 具有更好的真空沿面耐压性能与抗辐射性能，因而是感应腔绝缘环的理想材料，绝缘环实物如图1(b )所示。 (a) schematic of accelerator cavity (b) photo of insulator ring Fig. 1 Schematic of accelerator cavity and photo .of insulator ring 图 i 加速段感应腔结构/K .a 阁及绝缘环实物图 虽然交联聚苯乙烯材料本身的绝缘性能很好，但坯料在成型时内部可能产生微小的气泡，并且交联聚苯乙 烯性脆，在加工成绝缘环的过程中容易出现肉眼不可见的微小裂纹，这些来源于坯料本身以及机械加工过程产 * * 收稿日期：2 0 i m i l ; 修订日期：2016-02-22 作者简介：何住龙（1984— ) ，出，网.1:研 ，从事加速器物观及应jU 、高电压绝缘物理