[發明專利]一種采用低剩磁比磁芯、猝發產生多脈沖的兆伏級感應腔

有效

• 申請號: 201410653360.1
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104376965A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 孫鳳舉;魏浩;王志國;邱愛慈;曾江濤;尹佳輝;梁天學;姜曉峰
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H01F19/08
• 分類號: H01F19/08;H01F30/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及感應電壓疊加器(induction?voltage?adder,IVA)的一種感應腔，工作電壓1～1.5MV。

背景技術

高能脈沖X射線閃光照相可以透視高速運動物質的結構、狀態及演化過程，是高性能爆炸流體力學實驗等高速瞬變過程的重要診斷工具，也可用于等離子體物理、材料、生物、醫學等領域的瞬態過程研究。脈沖X射線照相的發展趨勢是采用一定時間間隔的脈沖串，對目標爆轟過程進行多脈沖分幅照相。國內外均在積極探索和發展多脈沖X射線源，主要包括直線感應加速器(Linear?induction?accelerator，LIA)和感應電壓疊加器(Induction?voltage?adder，IVA)。美國Los?Alamos國家實驗室的直線感應加速器DARHT-II，采用踢束器對脈寬約1.6μs的電子束進行切割，最終產生4個脈寬50ns電子束脈沖。中國工程物理研究院“神龍二號”直線感應加速器也在探索對三個電子束團分別加速，實現三脈沖輸出。但是，基于LIA技術產生多脈沖X射線照相，脈沖間隔調節范圍有限(間隔通常為數百納秒)，且LIA加速腔工作電壓低(一般約200～300kV)，加速組件數量多，系統龐大，造價較高。IVA感應腔工作電壓高(電壓1～1.5MV)，感應腔數量少，且電子束的產生、聚焦和打靶都在疊加器末端的強聚焦二極管內完成，不涉及電子束遠距離聚焦和傳輸難題，具有結構簡單、尺寸小、造價低等優勢。因此，基于IVA技術來建造多脈沖閃光照相X射線源具有一定技術優勢。

IVA工作在多脈沖輸出模式時，要求感應腔具備MHz重頻猝發輸出能力。感應腔內最關鍵部件就是磁芯材料，要求磁芯在連續多個脈沖輸出時間內均不能飽和。單脈沖輸出IVA感應腔，一般采用高剩磁比(剩余次感應腔強度B_r/飽和磁感應強度B_s>0.85)非晶態磁環。當感應腔工作在猝發多脈沖模式時，要求在微秒級脈沖間隔內對磁芯復位，技術難度大，一般難以實現，磁芯伏秒值無法重復使用。因此，為了避免磁芯飽和，若繼續采用高剩磁比磁芯，磁芯伏秒數必須大于幾個脈沖伏秒積分之和，增加了磁芯截面積和數量，極大地降低了磁芯使用效率，這不但增大了感應腔結構尺寸，增加了經濟成本，還限制了輸出多脈沖的個數。此時，感應腔若能夠采用低剩磁比(Br/Bs<0.15)磁芯，且低剩磁比磁芯能夠在微秒級的脈沖間隔內自復位，這樣就可以解決多脈沖感應腔磁芯伏秒值重復利用問題。因此，僅需要磁芯伏秒數大于單個脈沖的伏秒積分，磁芯在連續多個脈沖作用下就均不會飽和，極大地提高磁芯利用效率，降低感應腔尺寸。

發明內容

為了解決現有高剩磁比磁環的IVA感應腔工作在多脈沖輸出模式時，磁芯使用效率低，感應腔結構尺寸大、經濟成本高等問題，本發明提出一種采用低剩磁比磁芯、猝發產生多脈沖的兆伏級感應腔。

本發明的技術解決方案如下：

一種猝發產生多脈沖的兆伏級感應腔，包括腔體、位于腔體內與腔體同軸布置的內筒、磁芯、陰極體及高壓絕緣堆，所述內筒、陰極體及高壓絕緣堆沿腔體軸向依次布置在腔體內，所述磁芯環繞內筒設置，所述高壓絕緣堆外壁與感應腔的腔體內壁之間的區域為感應腔初級區域，所述高壓絕緣堆內的區域為感應腔次級區域，

其特殊之處在于：所述感應腔采用低剩比磁芯，磁芯剩磁比小于0.15，磁芯能夠在脈沖間隔內自動復位，且磁芯伏秒數大于饋入感應腔的單個脈沖的伏秒積分。

上述高壓絕緣堆采用多級堆式結構，由多個金屬均壓環及多個絕緣子環沿腔體軸向依次級聯組成；金屬均壓環在與絕緣子環小端接觸的一側設置軸向突起，絕緣子環在對應位置處設置有凹槽，金屬均壓環通過設置在自身的軸向突起與絕緣子環上的凹槽形成鑲嵌的結構。

上述軸向突起的橫截面形狀為矩形。

上述軸向突起的高度h約為絕緣子環厚度d的1/8～1/4。

上述金屬均壓環的外邊緣還設置有徑向突起，所述徑向突起的內側緊貼在兩側絕緣子環的外周。

上述徑向突起的橫截面形狀為圓弧狀或半圓形。

上述金屬均壓環的內側面為向內突的圓弧面。

上述感應腔初級區域采用液體介質絕緣，感應腔次級區域為真空。

上述磁芯選用國產鐵基納米晶，剩余磁感應強度磁B_r＝0.15T，飽和磁感應強度B_s＝1.25T。

本發明與現有技術相比，優點是：