[發明專利]一種同軸結構軔致輻射反射三極管

有效

• 申請號: 202010468450.9
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111524773B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 來定國;徐啟福;邱孟通;楊海亮;張鵬飛;吳撼宇;李沫
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究院
• 主分類號: H01J35/06
• 分類號: H01J35/06;H01J35/08;H01J35/14;H01J35/16
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發明針對目前脈沖硬X射線負載轉換效率和利用效率低的問題，提供了一種同軸結構軔致輻射反射三極管。該同軸結構軔致輻射反射三極管包括真空腔室、外陰極環、內陰極環、陰極基座、陽極、陽極夾持組件和陽極引入段；陰極基座包括同軸設置的外筒體和內筒體，外筒體和內筒體通過連接板固定連接；外陰極環設置在外筒體的頂端，內陰極環設置在內筒體的頂端；陽極引入段包括轉接環和多根引桿，引桿的底端設置在脈沖功率源輸出端，頂端穿過連接板上的通孔與轉接環連接；陽極為圓筒結構，其底端通過陽極夾持組件設置在轉接環上，頂端穿過內陰極環、外陰極環之間的徑向間隙，且與內外陰極環保持同軸。

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術及應用領域，具體涉及一種用于提高低能X射線轉換效率的同軸結構軔致輻射反射三極管。

背景技術

光子能量為10～100keV的脈沖硬X射線在系統電磁脈沖效應研究中有著重要的應用。由于X射線與物質相互作用產生的效應與光子能量相關，X射線光子能量過高會導致激勵電流極性翻轉，嚴重降低模擬的逼真度。因此，系統電磁脈沖效應試驗要求X射線能量小于100keV，同時具有較高的輻射強度和輻照面積。

如圖1和圖2所示，采用強流脈沖電子束轟擊高Z材料產生軔致輻射是獲得X射線的基本手段。電子束與靶材相互作用，軔致輻射的能譜取決于電子能量，降低X射線能譜必須降低二極管工作電壓。產生10～100keV的脈沖硬X射線，電子能量通常要降低到300kV以滿足能譜要求。低能電子的軔致輻射轉換效率降低，由于電壓的限制，無法利用大型脈沖功率裝置通過提高電壓來提高軔致輻射強度。在二極管電壓受限的條件下，通過降低二極管阻抗可以產生更強的束流，提高X射線強度。但是，降低二極管阻抗需要減小陰陽極間隙，陰極爆炸發射等離子體的運動將導致陰陽極間隙短路，無法將功率源的電能轉化為電子束的動能。因此，單間隙二極管難以通過降低阻抗，獲得足夠強的束流，產生能譜逼真、大輻照面積和高能注量的脈沖X射線。利用反射三極管使電子多次穿透靶材可以大幅提高X射線轉換效率。目前已有的軸向反射三極管，背向輻射的X射線無法利用，嚴重降低了X射線的利用效率；對稱輻射反射三極管能夠利用前向和背向的X射線，但無法將其匯聚到一個方向提高輻射強度。

由于脈沖X射線負載的技術的限制，難以獲得能譜逼真、高輻射強度、大輻照面積的X射線輻射環境，極大地制約了系統電磁脈沖效應及相關輻射效應的應用。研制新型X射線轉換負載，提高電子轉換脈沖硬X射線的轉換效率和利用效率，是脈沖硬X射線產生技術急需解決的關鍵問題。

發明內容

本發明針對目前脈沖硬X射線負載轉換效率和利用效率低的問題，提出了一種同軸結構軔致輻射反射三極管，該三極管將高Z材料同軸薄靶作為陽極和轉換靶，內外環狀陰極在脈沖高電壓下發射電子并多次穿透靶材，產生脈沖X射線。高強度電子束流產生的電磁場約束電子向一個方向運動，使脈沖X射線在使用空間疊加，從而提高脈沖X射線的轉換和利用效率。

為實現以上發明目的，本發明的具體方案如下：

一種同軸結構軔致輻射反射三極管，包括真空腔室和位于真空腔室內的外陰極環、內陰極環、陰極基座、陽極、陽極夾持組件和陽極引入段；所述陰極基座固定設置在真空腔室內，包括同軸設置的外筒體和內筒體，所述外筒體和內筒體通過連接板固定連接，且連接板上設置有多個沿周向布置的通孔；所述外陰極環設置在外筒體的頂端，所述內陰極環設置在內筒體的頂端，且外陰極環和內陰極環位于同一水平面上，所述外筒體與脈沖功率源接地端連接，使外陰極環、內陰極環處于地電位；所述陽極引入段包括轉接環和多根引桿，所述引桿的底端設置在脈沖功率源輸出端，頂端穿過連接板上的通孔與轉接環連接；所述陽極為圓筒結構，其底端通過陽極夾持組件設置在轉接環上，頂端穿過內陰極環、外陰極環之間的徑向間隙，且與內外陰極環保持同軸，所述陽極引入段與陰極基座通過通孔隔離絕緣，脈沖功率通過陽極引入段加載到陰陽極間隙。

進一步地，所述陽極夾持組件包括由外向內依次套裝的夾持外環、夾持中間環和夾持內環；所述夾持外環固定設置在轉接環上，所述陽極置于夾持外環、夾持中間環之間，并通過夾持內環壓緊。