[發(fā)明專利]一種直線感應(yīng)加速腔結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011422922.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN112449475B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳思富;黃子平;李欣;何佳龍;葉毅;蔣薇;呂璐;劉爾祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號(hào): H05H9/00
• 分類號(hào): H05H9/00;H05G1/02
• 代理公司: 成都行之專利代理有限公司 51220
• 代理人: 孫海博

本發(fā)明公開了一種直線感應(yīng)加速腔結(jié)構(gòu)，包括鐵磁室，鐵磁室內(nèi)設(shè)有磁芯組，磁芯組包括鐵氧體磁芯和非晶磁芯。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：橫向阻抗大大降低，不需要像常規(guī)非晶磁芯感應(yīng)腔那樣采用增加束管道半徑的方式來降低非晶磁芯感應(yīng)腔的橫向耦合阻抗以滿足強(qiáng)流束的輸運(yùn)要求；鐵氧體磁性材料近似絕緣材料且它將非晶磁芯與高壓饋入板隔開，這大幅度增加了非晶磁芯感應(yīng)加速腔的耐壓能力；結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，既可用于短脈沖，也可用于長(zhǎng)脈沖、多脈沖等需要提供更多伏秒數(shù)的情形；與現(xiàn)有感應(yīng)腔相比，可以減小磁芯的用量，提高加速梯度，減少加速器的長(zhǎng)度，利于強(qiáng)流束的傳輸，同時(shí)大幅降低加速器的造價(jià)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及強(qiáng)流直線感應(yīng)加速器，具體涉及一種直線感應(yīng)加速腔結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

直線感應(yīng)加速器是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種積木式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)流脈沖加速器，以產(chǎn)生強(qiáng)流脈沖帶電粒子束。以電子直線感應(yīng)加速器為例，其產(chǎn)生的脈沖電子束的電流強(qiáng)度為數(shù)kA級(jí)、能量數(shù)十MeV、脈寬數(shù)十ns至數(shù)μs。

直線感應(yīng)加速器的加速段主要由眾多直線感應(yīng)加速腔（簡(jiǎn)稱感應(yīng)腔）串接而成。感應(yīng)腔一般通過裝載在環(huán)形不銹鋼腔體的鐵磁室中的非線性磁芯的感應(yīng)隔離，實(shí)現(xiàn)在真空加速間隙內(nèi)部提供時(shí)變場(chǎng)而外部無電位累加。其中，磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度增量和磁芯的橫截面積的乘積（稱為伏秒數(shù)）表征了感應(yīng)腔產(chǎn)生一定幅度與寬度的感應(yīng)脈沖的能力。

直線感應(yīng)加速器的感應(yīng)腔中的磁性材料一般為鐵氧體或非晶磁芯。由于非晶磁性帶材的磁感應(yīng)強(qiáng)度增量（約為3T）比鐵氧體（約為0.7T）大得多，因此，隨著非晶磁性帶材制造技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的直線感應(yīng)加速器感應(yīng)腔都傾向于使用非晶磁芯，尤其是在長(zhǎng)脈沖、多脈沖直線感應(yīng)加速器等需要磁芯提供更多伏秒數(shù)的情形，如美國的長(zhǎng)脈沖（~2μs）直線感應(yīng)加速器DARHT-II的感應(yīng)腔（圖1）。即使考慮到非晶磁性帶材的封裝，作為成品的非晶磁環(huán)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增量大于1.4T，價(jià)格與相同尺寸的鐵氧體基本一致，因此，與使用鐵氧體磁芯相比，從提供一定幅度和寬度的感應(yīng)電壓所需伏秒數(shù)的能力來看，使用非晶磁芯有利于大幅減小感應(yīng)腔的橫截面積。

但是現(xiàn)有的工程適用的非晶磁芯感應(yīng)腔目前有兩個(gè)主要弱點(diǎn)：一是高壓耐壓?jiǎn)栴}；一是為滿足橫向耦合阻抗的設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致的束管道半徑大幅增大的問題。

非晶磁芯感應(yīng)腔使用的非晶磁性材料（也稱金屬玻璃）是良好的導(dǎo)電體，趨膚深度只有零點(diǎn)幾微米，使用時(shí)必須制成微米級(jí)薄帶，用絕緣材料（或涂層）包裹，繞制成環(huán)狀。除了需要考慮所有非晶磁芯的層間絕緣、非晶磁芯內(nèi)外徑處的絕緣外，還需重點(diǎn)考慮高壓饋入處非晶磁芯的絕緣。正是由于非晶感應(yīng)腔的非晶磁芯離高壓饋入板太近的設(shè)計(jì)缺陷，造成美國DARHT-II最初設(shè)計(jì)的眾多非晶磁芯感應(yīng)腔在高壓調(diào)試時(shí)出現(xiàn)大面積擊穿。在采用加速腔整體切割、加長(zhǎng)、封裝等一系列復(fù)雜工藝來增加高壓饋入板與非晶磁芯的距離并使用絕緣輻條之后（參考文獻(xiàn)“Mechanical?engineering?upgrades?to?the?DARHT-IIinduction?cells”，J.?Barrazat,?T.?Ilg,?K.?Nielsen,?et.al.,?The?15th?IEEEInternational?Pulsed?Power?Conference,?2005），DARHT-II在延期七年之后才最終完成調(diào)試。絕緣輻條也浪費(fèi)了DARHT-II感應(yīng)腔鐵磁室空間。