[发明专利]串级式电子束二极管悬浮电极的支撑装置及其驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，尤其涉及一种多间隙串级工作的电子束串级式二极管悬浮电极的支撑装置及其驱动电路。

背景技术

开展系统电磁脉冲效应研究需要建立高能注量且能谱分布在20～120keV之间的硬X射线源，硬X射线的能谱取决于韧致辐射电子束的能量，而采用串级二极管，通过二级或多级分压降低电子束能量，能够产生大面积、能谱逼真、高能注量硬X射线。美国的double Eagle已经开展了两级和三级串级二极管，取得较好的实验数据。

在脉冲功率技术中，真空二极管作为传输线的负载，其作用是将传输线形成的高功率脉冲能量转化成粒子束或内爆等离子体。真空二极管主要由阴极和阳极组成，串级二极管即在电子束二极管的阴极和阳极之间再增加新电极，类似于电容极板之间的串联作用，新增加电极的一面作为第一个间隙的阳极，另一面作为第二个间隙的阴极，在高压脉冲作用下，实现二极管的串联工作。

这种将单间隙二极管通过增加电极分为多个间隙技术，使得电极环在电子束发射方向上不重叠，由于电容串联分压，主脉冲加载到二极管时，各间隙获得相应的电压，悬浮电极即作为第一个间隙的阳极，阻挡主阴极（第一个阴极）发射的电子并转换为X射线，同时作为第二个间隙的阴极发射电子在距离二极管X射线窗口较近的一个平面上形成大面积的均匀辐照面。每一个二极管间隙电子的加速电压由于分压而降低，使得电子束能谱降低，轫致辐射X能谱降低，产生新的X射线能谱，并实现功率匹配传输或准匹配传输，提高能量传输效率和二极管能量转换效率；此外通过间隙分压，还可以提高脉冲功率源的电压，从而提高总储能，产生大面积高能注量的X射线。

在串级二极管研究中，悬浮电极的支撑是实现串级二极管的前提。在低阻抗二极管腔室中，目前常采用绝缘固定支架支撑中间的电极，当采用固定绝缘子支撑时，由于固体绝缘子之撑的引入，会影响电极间电场分布。同时在引入绝缘子支撑时，在绝缘子，电极和空间介质的三结合点处电场成为最弱的地方，因此引入绝缘子，首先考虑绝缘子是否满足沿面闪络的要求，同时考虑电极间的电场分布。当绝缘子的不能满足沿面闪络的要求时，必须增大绝缘子的尺寸，这样又会影响二极管的电感分布，降低脉冲前沿。尤其对于当数百千伏的电子束作用到一个多间隙的同轴电极上时，常规的支撑件很难满足电气绝缘要求，影响到串级二极管的实现。

发明内容

本发明针对在二极管串级中存在的悬浮电极支撑结构在高电压作用下绝缘性能不够，且对电场分布产生影响的不足，提出了一种基于活动支撑结构的串级式电子束二极管悬浮电极的支撑装置及其驱动电路，在二极管工作前的瞬间，通过外力作用，支撑针撤除，悬浮电极在重力的作用下自由落体，利用物体的惯性实现中间电极的悬浮，实现瞬间的多间隙二极管串级工作。

本发明的技术解决方案如下：

一种串级式电子束二极管悬浮电极的支撑装置，其特殊之处是：包括三个支撑单元，其分别位于串级式电子束二极管悬浮电极1的正上方、正左方和正右方；所述支撑单元包括支撑针3、壳体4、弹簧5、铁芯6、电磁线圈7和限位筒8，所述壳体4为筒状结构，其开口端固定在电子束二极管外壳2上且正对外壳2的通孔，其非开口端设置中心孔，所述限位筒8扣在壳体4的中心孔上；所述电磁线圈7安装在壳体4的筒壁外部，所述弹簧5安装在壳体4内部，所述弹簧5的一端顶在铁芯6上，其另一端顶在壳体4的非开口端，所述支撑针3的中部固定在铁芯6上，其内端穿过电子束二极管外壳2上的通孔后插入悬浮电极1外圈上设置的支撑孔内，其外端穿过弹簧5和壳体4非开口端的中心孔后伸入限位筒8内；所述铁芯6可在电磁线圈7产生的电磁力和弹簧5的作用下沿壳体4轴线方向移动。

上述外壳4的非开口端设置有多个与限位筒8相通的气体流通孔。

上述弹簧5为塔形弹簧，所述铁芯6设置在塔形弹簧的大径处。

上述铁芯6采用软磁材料纯铁制成，所述支撑针3采用铝材制成。

上述壳体4中心孔与电子束二极管外壳2通孔之间同轴度小于0.04mm，壳体4中心孔直径以及电子束二极管外壳2通孔直径与支撑针直径偏差±0.02mm。

上述串级式电子束二极管悬浮电极的支撑装置的驱动电路，包括储能电容C1、闸流管U1、分压电阻单元和延时器T1，其中储能电容C1、闸流管U1和电磁线圈7串联构成回路，且储能电容C1和电磁线圈7的连接点接地；分压电阻单元并联在电磁线圈7的两端，所述分压电阻单元包括两个串联工作的分压电阻R1、R2，所述延时器T1的输入端电联接在两个分压电阻之间，输出端与电子束二极管的前级触发单元联接。

本发明具有的技术效果如下：