长脉冲高阻抗强流电子束二极管(2)

介绍了强光一号加速器长脉冲功率系统;分析了强光一号加速器长脉冲轴向绝缘高阻抗电子束二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能;阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则,给出了设计参数。实验研究表明：二极管电压0.75~2.6MV,电流65~85kA,电压幅值对应的工

1134强激光与粒子束第15卷

置在变压器油中,工作时绝缘体内腔体真空度为10-2Pa。对于轴向绝缘结构的管绝缘体,它的绝缘性能可用J.C.Martin的真空沿面闪络场强ETM[3]表征

ETMteffD

1/6

1/10

=1831(1)

式中:ETM=VTM/l,单位为kV/cm,VTM是沿面闪络时管绝缘体两端电压幅值,l是管绝缘体长度;teff是脉冲电压有效时间,单位为ns,计算中一般取脉冲电压半值宽度(FWHM);D是管绝缘体内径,单位为cm

。

Fig.2　Longpulsehighimpedancee2beamdiodeFig.3　Electricfielddistributionofinsulator

图2　

长脉冲高阻抗电子束二极管图3　二极管管绝缘体上的电场强度分布

表1　管绝缘体的绝缘性能

Table1　InsulatingcharacteristicsofinsulatorNo.123

　　针对长脉冲电子束二极管管绝缘体实际结构,利用Superfish程序计算了外加电压3MV时绝缘体的工

作电场分布,如图3所示,计算结果表明最大场强位于阳极端面,幅值72.5kV/cm。根据管绝缘体上电压不同的脉冲形状,利用公式(1)并结合工作电场计算结果,计算得到管绝缘体的绝缘性能,见表1。

τFWHM

/ns140260300

ETMVTM

/(kV cm-1)

78.6270.9369.26

/MV3.782.942.87

　　长脉冲电子束二极管真空磁绝缘传输线的阴极内4100056.672.34

筒是圆台形,总长度120cm,与二极管阴极隔板相连的

端面直径为42.5cm,与二极管阴极相衔接的端面直径11.0cm。阳极外筒是两段圆柱体,中间用圆台过渡连接,最大直径210cm,最小直径90cm;根据几何尺寸计算所得的阻抗约126Ω。表征真空磁绝缘传输线磁绝缘性能的主要参数是满足磁绝缘的最小电流,即磁绝缘临界电流[4]

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(2)Icr=8500g(γa-1)式中:Icr是磁绝缘临界电流;g是MITL的几何形状因子;γa是相对论因子。计算表明,在二极管工作电压2.

5～3.5MV下,Icr为60～70kA,而真空磁绝缘传输线的实际工作电流大于75kA,满足磁绝缘条件。2.2　二极管阻抗设计