[发明专利]电子束装置

说明书

本发明涉及一种电子束装置，该装置由下列各部分组成：

（a）一个阴极，处于阴极电位，阴极中产生高功率的电子束沿电子束的轴线传播;

（b）一个阳极，配置在阴极后面电子束轴线方向上，处于阳极电位，该阳极电位比阴极电位高，对电子束的各电子起加速作用;

（c）一个集电极，配置在阳极后面电子束轴线的方向上，对电子束的各电子起减速作用，且处于低于阳极电位的集电极电位;和

（d）电位供应电路，用以给阴极、阳极和集电极提供各自的电位。

这类电子束装置是公知的，从例如H.-G.Mathews在1989年元月份第50卷第一期第C1-643至C1-658法国物理杂志C1讨论会增刊上发表的文章（特别参看该文献的图11）中可以了解到上述那种电子束装置的情况，该文章称这种装置为“降压式集电极”的准光学回旋管（quasi-optical    gyrotron    with“depressed    collector”）。

高功率回旋管的电位供应电路例如目前在等离子体聚变实验中用以进行等离子体加热（ECRH＝Electron    Cyclotron    Resonance    Heating，电子回施加速器共振加热），主要是与高压变压器、整流器、管调制器和电容器组组成的系统配合工作。为保护回旋管，还采用一些引燃管组成的串联电路作为消弧电路，限制或破坏储存在系统中的能量。例如市面上出售的高功率四极管（如Asea    brown    Boveri有限公司出品的CQK    200-4    型的四极管）用作开关和调整管取得了成功。

例如目前使用的回旋管（如GT92-5P型回旋管，这也是Asea    BrownBoveri公司的产品），其工作时的阴极电压达-90千伏，电流达50安，因而必须配备电位供应电路。在个别情况下也采用若干电子供应电路，同时给三个回旋管供电。

为接通或断开回旋管，现有技术中采用了独立的低功率的管调制器，在相对于阴极电位为0与大约+30千伏之间切换辅助阳极或调制阳极。目前也采用没有辅助阳极的回旋管，在此情况下高功率阴极调制器的切换速度限制了调制过程。

为提高下一代回旋管的效率，下一代回旋管会装备有前面提到的出版文献中所述的所谓“降压式集电极”，这种集电极的电位比阳极的电位低，且作为电子集电极，在高功率电子束电子消失前对这些电极起减速作用。

考虑到效率方面，一个理想的作法是将集电极分成若干集电极级，一个接一个地排列，在各种情况下，这些集电极级都处于较低的电位级。然而，这样做就需要高功率的高压供电电路给各集电极级供电，这就只能借助现有技术中使用的高压管调制器来进行，花费很大。

因此，本发明的一个目的是研制开头所述的那种类型的电子束装置，达到减少技术上的复杂性、提高可靠性和安全性、同时提高其效率。

对于开头所述那种类型的装置，上述目的是通过以下措施实现的：

（e）集电极由若干集电极组成，各集电极级一个接一个地在电子束轴线方向上排列，在各种情况下，这些集电极级都处于较低的电位级;

（f）电位供应电路包括高压直流电源，该高压直流电源由多个类似的开关级组成，在各种情况下均构成为可切换的中压源，且其输出端串联连接;和

（g）各集电极级的分级电位由高压直流电源开关级之间相应的抽头提供。

本发明的核心在于提供可切换的中压电源串联电路作为集电极级的电位供应电路，这一方面不难用半导体技术来进行设计，另一方面，按简单的方式借助于各级之间的抽头就可以提供不同的电位。此外，由于各级可以切换，因而在应急情况下可以快速地断开整个电位供应电路而无须另设消弧电路。

本发明装置一个最佳实施例的特征在于：

（a）各开关级均有一个线路变压器的次级绕组、一个接该次级绕组的开关级整流器、其后用以对经整流的电压进行滤波的装置和至少一个位于输出端且由级控制器控制的开关级开关;和

（b）在各开关级输出端之间在各种情况下配置有反极性的串级二极管。

这样就得出了一种电位供应电路，该电位供应电路以另一种设计和操作方式，已作为等离子体实验中注入中性粒子的高压直流电源（同时参看欧洲专利EP-B1-0，134，505）和作为广播发信机中的脉冲级调制器（PSM）而获得成功。

其它的一些实施侧参见各从属权利要求。

结合附图参看下面的详细说明就不难更全面地理解本发明的内容及其附随的许多优点。附图中：