[发明专利]一种采用低剩磁比磁芯、猝发产生多脉冲的兆伏级感应腔

说明书

技术领域

本发明涉及感应电压叠加器(induction voltage adder,IVA)的一种感应腔，工作电压1～1.5MV。

背景技术

高能脉冲X射线闪光照相可以透视高速运动物质的结构、状态及演化过程，是高性能爆炸流体力学实验等高速瞬变过程的重要诊断工具，也可用于等离子体物理、材料、生物、医学等领域的瞬态过程研究。脉冲X射线照相的发展趋势是采用一定时间间隔的脉冲串，对目标爆轰过程进行多脉冲分幅照相。国内外均在积极探索和发展多脉冲X射线源，主要包括直线感应加速器(Linear induction accelerator，LIA)和感应电压叠加器(Induction voltage adder，IVA)。美国Los Alamos国家实验室的直线感应加速器DARHT-II，采用踢束器对脉宽约1.6μs的电子束进行切割，最终产生4个脉宽50ns电子束脉冲。中国工程物理研究院“神龙二号”直线感应加速器也在探索对三个电子束团分别加速，实现三脉冲输出。但是，基于LIA技术产生多脉冲X射线照相，脉冲间隔调节范围有限(间隔通常为数百纳秒)，且LIA加速腔工作电压低(一般约200～300kV)，加速组件数量多，系统庞大，造价较高。IVA感应腔工作电压高(电压1～1.5MV)，感应腔数量少，且电子束的产生、聚焦和打靶都在叠加器末端的强聚焦二极管内完成，不涉及电子束远距离聚焦和传输难题，具有结构简单、尺寸小、造价低等优势。因此，基于IVA技术来建造多脉冲闪光照相X射线源具有一定技术优势。

IVA工作在多脉冲输出模式时，要求感应腔具备MHz重频猝发输出能力。感应腔内最关键部件就是磁芯材料，要求磁芯在连续多个脉冲输出时间内均不能饱和。单脉冲输出IVA感应腔，一般采用高剩磁比(剩余次感应腔强度B_r/饱和磁感应强度B_s>0.85)非晶态磁环。当感应腔工作在猝发多脉冲模式时，要求在微秒级脉冲间隔内对磁芯复位，技术难度大，一般难以实现，磁芯伏秒值无法重复使用。因此，为了避免磁芯饱和，若继续采用高剩磁比磁芯，磁芯伏秒数必须大于几个脉冲伏秒积分之和，增加了磁芯截面积和数量，极大地降低了磁芯使用效率，这不但增大了感应腔结构尺寸，增加了经济成本，还限制了输出多脉冲的个数。此时，感应腔若能够采用低剩磁比(Br/Bs<0.15)磁芯，且低剩磁比磁芯能够在微秒级的脉冲间隔内自复位，这样就可以解决多脉冲感应腔磁芯伏秒值重复利用问题。因此，仅需要磁芯伏秒数大于单个脉冲的伏秒积分，磁芯在连续多个脉冲作用下就均不会饱和，极大地提高磁芯利用效率，降低感应腔尺寸。

发明内容

为了解决现有高剩磁比磁环的IVA感应腔工作在多脉冲输出模式时，磁芯使用效率低，感应腔结构尺寸大、经济成本高等问题，本发明提出一种采用低剩磁比磁芯、猝发产生多脉冲的兆伏级感应腔。

本发明的技术解决方案如下：

一种猝发产生多脉冲的兆伏级感应腔，包括腔体、位于腔体内与腔体同轴布置的内筒、磁芯、阴极体及高压绝缘堆，所述内筒、阴极体及高压绝缘堆沿腔体轴向依次布置在腔体内，所述磁芯环绕内筒设置，所述高压绝缘堆外壁与感应腔的腔体内壁之间的区域为感应腔初级区域，所述高压绝缘堆内的区域为感应腔次级区域，

其特殊之处在于：所述感应腔采用低剩比磁芯，磁芯剩磁比小于0.15，磁芯能够在脉冲间隔内自动复位，且磁芯伏秒数大于馈入感应腔的单个脉冲的伏秒积分。

上述高压绝缘堆采用多级堆式结构，由多个金属均压环及多个绝缘子环沿腔体轴向依次级联组成；金属均压环在与绝缘子环小端接触的一侧设置轴向突起，绝缘子环在对应位置处设置有凹槽，金属均压环通过设置在自身的轴向突起与绝缘子环上的凹槽形成镶嵌的结构。

上述轴向突起的横截面形状为矩形。

上述轴向突起的高度h约为绝缘子环厚度d的1/8～1/4。

上述金属均压环的外边缘还设置有径向突起，所述径向突起的内侧紧贴在两侧绝缘子环的外周。

上述径向突起的横截面形状为圆弧状或半圆形。

上述金属均压环的内侧面为向内突的圆弧面。

上述感应腔初级区域采用液体介质绝缘，感应腔次级区域为真空。

上述磁芯选用国产铁基纳米晶，剩余磁感应强度磁B_r＝0.15T，饱和磁感应强度B_s＝1.25T。

本发明与现有技术相比，优点是：