[發(fā)明專利]一種同軸結(jié)構(gòu)軔致輻射反射三極管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010468450.9
• 申請(qǐng)日: 2020-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN111524773B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 來定國(guó);徐啟福;邱孟通;楊海亮;張鵬飛;吳撼宇;李沫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01J35/06
• 分類號(hào): H01J35/06;H01J35/08;H01J35/14;H01J35/16
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發(fā)明針對(duì)目前脈沖硬X射線負(fù)載轉(zhuǎn)換效率和利用效率低的問題，提供了一種同軸結(jié)構(gòu)軔致輻射反射三極管。該同軸結(jié)構(gòu)軔致輻射反射三極管包括真空腔室、外陰極環(huán)、內(nèi)陰極環(huán)、陰極基座、陽(yáng)極、陽(yáng)極夾持組件和陽(yáng)極引入段；陰極基座包括同軸設(shè)置的外筒體和內(nèi)筒體，外筒體和內(nèi)筒體通過連接板固定連接；外陰極環(huán)設(shè)置在外筒體的頂端，內(nèi)陰極環(huán)設(shè)置在內(nèi)筒體的頂端；陽(yáng)極引入段包括轉(zhuǎn)接環(huán)和多根引桿，引桿的底端設(shè)置在脈沖功率源輸出端，頂端穿過連接板上的通孔與轉(zhuǎn)接環(huán)連接；陽(yáng)極為圓筒結(jié)構(gòu)，其底端通過陽(yáng)極夾持組件設(shè)置在轉(zhuǎn)接環(huán)上，頂端穿過內(nèi)陰極環(huán)、外陰極環(huán)之間的徑向間隙，且與內(nèi)外陰極環(huán)保持同軸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種用于提高低能X射線轉(zhuǎn)換效率的同軸結(jié)構(gòu)軔致輻射反射三極管。

背景技術(shù)

光子能量為10～100keV的脈沖硬X射線在系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)研究中有著重要的應(yīng)用。由于X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的效應(yīng)與光子能量相關(guān)，X射線光子能量過高會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)電流極性翻轉(zhuǎn)，嚴(yán)重降低模擬的逼真度。因此，系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)試驗(yàn)要求X射線能量小于100keV，同時(shí)具有較高的輻射強(qiáng)度和輻照面積。

如圖1和圖2所示，采用強(qiáng)流脈沖電子束轟擊高Z材料產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(qiáng)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(chǎn)生更強(qiáng)的束流，提高X射線強(qiáng)度。但是，降低二極管阻抗需要減小陰陽(yáng)極間隙，陰極爆炸發(fā)射等離子體的運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致陰陽(yáng)極間隙短路，無法將功率源的電能轉(zhuǎn)化為電子束的動(dòng)能。因此，單間隙二極管難以通過降低阻抗，獲得足夠強(qiáng)的束流，產(chǎn)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(zhuǎn)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(yán)重降低了X射線的利用效率；對(duì)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(gè)方向提高輻射強(qiáng)度。

由于脈沖X射線負(fù)載的技術(shù)的限制，難以獲得能譜逼真、高輻射強(qiáng)度、大輻照面積的X射線輻射環(huán)境，極大地制約了系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)及相關(guān)輻射效應(yīng)的應(yīng)用。研制新型X射線轉(zhuǎn)換負(fù)載，提高電子轉(zhuǎn)換脈沖硬X射線的轉(zhuǎn)換效率和利用效率，是脈沖硬X射線產(chǎn)生技術(shù)急需解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前脈沖硬X射線負(fù)載轉(zhuǎn)換效率和利用效率低的問題，提出了一種同軸結(jié)構(gòu)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(yáng)極和轉(zhuǎn)換靶，內(nèi)外環(huán)狀陰極在脈沖高電壓下發(fā)射電子并多次穿透靶材，產(chǎn)生脈沖X射線。高強(qiáng)度電子束流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)約束電子向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，使脈沖X射線在使用空間疊加，從而提高脈沖X射線的轉(zhuǎn)換和利用效率。

為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種同軸結(jié)構(gòu)軔致輻射反射三極管，包括真空腔室和位于真空腔室內(nèi)的外陰極環(huán)、內(nèi)陰極環(huán)、陰極基座、陽(yáng)極、陽(yáng)極夾持組件和陽(yáng)極引入段；所述陰極基座固定設(shè)置在真空腔室內(nèi)，包括同軸設(shè)置的外筒體和內(nèi)筒體，所述外筒體和內(nèi)筒體通過連接板固定連接，且連接板上設(shè)置有多個(gè)沿周向布置的通孔；所述外陰極環(huán)設(shè)置在外筒體的頂端，所述內(nèi)陰極環(huán)設(shè)置在內(nèi)筒體的頂端，且外陰極環(huán)和內(nèi)陰極環(huán)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(huán)、內(nèi)陰極環(huán)處于地電位；所述陽(yáng)極引入段包括轉(zhuǎn)接環(huán)和多根引桿，所述引桿的底端設(shè)置在脈沖功率源輸出端，頂端穿過連接板上的通孔與轉(zhuǎn)接環(huán)連接；所述陽(yáng)極為圓筒結(jié)構(gòu)，其底端通過陽(yáng)極夾持組件設(shè)置在轉(zhuǎn)接環(huán)上，頂端穿過內(nèi)陰極環(huán)、外陰極環(huán)之間的徑向間隙，且與內(nèi)外陰極環(huán)保持同軸，所述陽(yáng)極引入段與陰極基座通過通孔隔離絕緣，脈沖功率通過陽(yáng)極引入段加載到陰陽(yáng)極間隙。

進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極夾持組件包括由外向內(nèi)依次套裝的夾持外環(huán)、夾持中間環(huán)和夾持內(nèi)環(huán)；所述夾持外環(huán)固定設(shè)置在轉(zhuǎn)接環(huán)上，所述陽(yáng)極置于夾持外環(huán)、夾持中間環(huán)之間，并通過夾持內(nèi)環(huán)壓緊。