[發明專利]采用blumlein線并消除故有前置脈沖的毛細管放電X光激光裝置

無效

• 申請號: 200710072589.6
• 申請日: 2007-07-31
• 公開（公告）號: CN101115345A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 王騏;趙永蓬;程元麗;朱秋石;欒伯晗;謝耀;楊大為
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H05G1/22
• 分類號: H05G1/22;H01S3/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 朱永林

技術領域

本發明涉及的是毛細管放電X射線激光技術的領域。

背景技術

現有毛細管放電X射線激光系統由四部分組成：一、儲能部分：是一個快速高壓電脈沖Marx發生器，為下一級電路提供能量。二、能量傳輸部分。三、毛細管及預脈沖電路：毛細管內充入一定氣壓的氣體或金屬蒸汽，先由預脈沖電離成+1、+2價均勻等離子體；在隨后的快脈沖大電流(主脈沖)作用下，進行箍縮，形成高密度、高溫度、高電離度、均勻的等離子體柱，在適當的條件下其中的電子碰撞過程形成相應能級的粒子數反轉，即可產生軟X射線的激射。四、真空及檢測系統。

現有高壓大電流快脈沖放電技術中Marx發生器與負載間傳輸效率一直是該領域核心技術之一。目前國際上共有五個已獲得毛細管放電X光激光輸出的科研小組，除我們外，有美國科羅拉多州立大學的Jorge?J.Rocca小組，以色列工業大學的Amit?Ben-kish小組，日本東京工業大學的EikiHotta小組，以及意大利L’Aquila大學的Tomassetti小組；他們的出光系統采用水電容作為能量傳輸線。但由于水電容的能量傳輸效率只有50％，因此須配合使用放電電壓為600KV以上的Marx發生器來保證激光輸出，因而降低了縮小電源體積的可能性。

Blumlein傳輸線是一種公認的理論電壓傳輸效率可達100％的傳輸技術，采用它代替水電容可以顯著的提高高壓脈沖電源的利用效率。但是Blumlein傳輸線的三套筒結構如圖1所示(圖中A為外筒，B為中筒，C為內筒，D為毛細管)，其對毛細管放電的等效電路如圖2所示(圖中1為Marx發生器，2為主開關，3為內筒-Blumlein傳輸線，4為毛細管)。Blumlein傳輸線的內筒不能直接接地，而是通過一個接地電感與外筒相連來接地；因為當Marx發生器對Blumlein傳輸線的內外筒充電時，為了構成充電回路，內外筒必須同時接地。與此同時，按Blumlein傳輸線的放電原理，又要求在放電時內筒與地電位之間是完全開路的，這樣才能保證內筒與外筒之間正常對毛細管放電。所以，接地電感的結構是為了滿足Blumlein傳輸線的工作條件而設的。但是由于接地電感在充電時總有一個低的阻抗，在電源為內筒充電的過程中，會有電荷經過內、外筒之間的接地電感，即有電流流過電感，由于這個充電電流是非恒定的，會在電感上產生感生電動勢，即電感上出現一個電壓，這就是呈現在毛細管上的Blumlein傳輸線的固有前置脈沖電壓。它出現在主脈沖電流到來前幾百納秒，通常幅值為5～7kA，持續時間～100ns，波形如圖3所示。這個高峰值固有前置脈沖會在毛細管管壁附近產生不均勻的擊穿通道，無法通過有效的Z箍縮使等離子體與管壁在主脈沖到來時快速分離，致使管壁燒蝕嚴重。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有高壓大電流快脈沖放電技術中，Marx發生器與負載間(毛細管)之間使用Blumlein傳輸線所帶來的固有前置脈沖電壓，會在毛細管管壁附近產生不均勻的擊穿通道，無法通過有效的Z箍縮使等離子體與管壁在主脈沖到來時快速分離，致使存在管壁燒蝕嚴重的問題，并且嚴重破壞了Z箍縮過程，為此提出一種采用blumlein線并消除故有前置脈沖的毛細管放電X光激光裝置。

它包含快速高壓電脈沖Marx發生器1、主開關2、Blumlein傳輸線3、固有前置脈沖隔離開關4、預脈沖發生器5、隔離電感6、毛細管及X光測試總成7；快速高壓電脈沖Marx發生器1的電脈沖輸出端連接主開關2的輸入端，主開關2的輸出端連接Blumlein傳輸線3的輸入端，Blumlein傳輸線3的輸出端連接固有前置脈沖隔離開關4的輸入端，固有前置脈沖隔離開關4的輸出端、隔離電感6的一端都連接在毛細管及X光測試總成7的電脈沖輸入端(陰極)上，隔離電感6的另一端連接預脈沖發生器5脈沖輸出端。

本發明阻止了Blumlein傳輸線的固有前置脈沖電壓對Z箍縮等離子體的破壞，其毛細管中氣體在主脈沖的作用下能形成軸向均勻、電子密度溫度適合出光的等離子體柱，保證了激光的高效輸出，它還具有結構簡單、易于維護優點。其技術效果為：電壓傳輸效率約為100％、Blumlein傳輸線的固有高峰值前置脈沖被有效消阻止、背景輻射大幅減小、譜線可分辨性強、管壁燒蝕量大幅減小、保證了X光激光的高效穩定輸出。

附圖說明