长脉冲高阻抗强流电子束二极管(4)

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

根细绒毛,簇底半径为0.3mm,簇与簇之间间距约0.9mm;另一种为圆柱状环形普通钢,圆环外径和内径分别为110mm和102mm,环高为60mm。　　由于长脉冲电子束二极管的作用是产生强的轫致辐射,因此直接将阳极设计成电子束轫致辐射靶。这样,阳极设计的原则就是保证轫致辐射产额最大。针对二极管的阴阳极之间的实际电压小于3MV,利用ITS程序计算了电子能量为2～3MeV的轫致辐射产生效率与辐射转换钽靶厚度的关系,如图4所示,其中轫致辐射产生效率定义为产生的轫致辐射光子能量与入射电子能量的比值。由计算可知,在入射电子能量2～3MeV时,钽靶的最佳厚度为0.3～0.6mm,实验

Fig.4　Relationsofbremsstrahlungefficiency

andtantalumtargetthickness

中取0.5mm。另外,根据轫致辐射辐照面积的要求,

靶的直径取110mm。

图4　入射电子轫致辐射产生效率与钽靶厚度之间的关系

3　实验结果

　　通过对长脉冲高阻抗电子束二极管的调试,获得了4种典型的二极管工作方式。表2给出了这4种工作

表2　二极管性能参数表

Table2　Parametersofdiode

No.1234

V0

I

Rd

parametersofbremsstrahlungat100cm2radiationarea

pulseduration/ns

100150200400

doserate/(Gy s-1)

2×1092×1089

/MV2.32.42.60.75

/kA80856585

/Ω38304414

non2uniformity

3∶12.8∶12.3∶12.1∶

1

1.2×109

Fig.5　Typicalwaveformsfordiodeproducingthepulsewidthof200nsbremsstrahlung

图5　产生200ns脉宽轫致辐射二极管典型电流(a)和电压波形(b)

方式下的二极管性能参数;图5给出了典型的二极管

电流、电压波形;图6给出了典型的二极管工作阻抗曲线。

4　结　论

　　本文介绍了“强光一号”加速器长脉冲高阻抗电子束二极管的结构和实验结果。该二极管是一种阻抗和辐射输出脉冲宽度可调节的电子束二极管,二极管的工作电压为0.75～2.6MV,二极管电流为65～85kA,输出辐射脉冲宽度100～400ns,电压幅值对应的工作阻抗14～44Ω,100cm2输出窗口的轫致辐射剂量率

Fig.6　Typicalimpedancecurvefordiodeproducing

thepulsewidthof200nsbremsstrahlung

图6　产生200ns脉宽轫致辐射二极管典型阻抗曲线