一种加速器用高压电源系统设计方案
α粒子加速器结构原理
α粒子加速器结构原理
1.加速器部分：
加速器部分由加速系统、束流管道和磁铁系统组成。
(1)加速系统：
加速系统通常采用电场加速原理。
它由高压电源和加速电极组成。
高压电源提供高电压，加速电极产生电场，使粒子加速。
这些电极通常有正极和负极，以形成一个静电场。
当α粒子穿过加速电极时，会受到静电力的作用，进而加速。
(2)束流管道：
束流管道用于将加速的α粒子流束聚焦到靶区。
它由多个聚焦磁铁和磁场校正系统组成。
这些磁铁产生磁场，使带电粒子受到洛伦兹力的作用而呈螺旋状运动，从而实现聚焦和校正。
2.靶区部分：
靶区是α粒子加速器中的另一个重要组成部分。
它由靶、靶台和探测器组成。
(1)靶：
靶是α粒子的撞击目标。
它通常由具有高原子序数的物质制成，例如金或铂。
当α粒子撞击到靶上时，会产生各种反应，包括核反应和散射。
(2)靶台：
靶台是靶的支架，它能够保持靶的位置稳定，并且能够承受α粒子束对靶的撞击。
(3)探测器：
探测器用于检测反应产物以及α粒子的性质。
它可以是各种类型的探测器，包括电离室、半导体探测器和闪烁体探测器等。
通过探测器，我们可以获得有关α粒子的能量、轨迹和其他性质的信息。
加速器特点
加速器的种类：倍压加速器、直线加速器、回旋加速器、同步加速器、对撞机与储存环，静电加速器等等。
a倍压加速器原理：倍压加速器也称高压倍加器，是最早的一种低能加速器。
它是利用电压倍加原理产生高电压来加速粒子的。
倍压加速器一般由高压电源、加速管、离子源或电子枪、高压电极、绝缘支柱和其他附属设备所组成。
若使用正离子源，其高压电源的正极接到加速器的高压电极上，负极接地，中间是加速管，离子源放在高压电极中。
真空管道是用来保持加速器的真空。
当正离子源产生的正离子发射出来后，受到高压电极的排斥作用，就会沿加速管急速地到负极，能量逐步增高，正离子得到加速。
反过来，若使用负离子源或电子枪，这时高压电极的极性就要反接，即将高压电源的负极接到高压电极上，就能加速电子和负离子。
优缺点：由于倍压加速器的输出粒子流强度高，结构比较简单，运行比较可靠，造价低和建造快，因而得到了广泛的应用。
b直线加速器原理：直线加速器是采用高频电场来加速粒子的。
直线加速器既能加速质子和重离子，也能加速电子，加速质子的称为质子直线加速器，加速电子的称为电子直线加速器。
质子直线加速器的能量从几十到几百兆电子伏。
电子直线加速器的能量可从几兆到几十兆电子伏。
直线加速器可作为高能加速器（或对撞机）的注入器，此外在医疗和工业探伤方面也有广阔的应用前景。
质子直线加速器一般采用高频电场来加速。
加速器的外壳是1-2米的大圆筒，内壁是铜制成的，光洁如镜。
沿加速腔的轴线方向，装有好多个金属圆管，称为漂移管。
漂移管之间的间隙称为加速间隙。
漂移管一个比一个长，而间隙也是一段比一段大。
当施加高频电源后，在加速间隙中产生较高的高频电场。
我们知道，高频电场的方向和大小是随时间迅速变化的，漂移管设计得很巧妙，它好像一个个“防空洞”，洞中设有高频电场，当粒子的飞行方向与电场方向相同时则使粒子加速，当粒子飞行方向与电场方向相反时，粒子正好躲在“防空洞”中，而不会受到电场反向造成的减速；当电场方向又变得和粒子飞行方向一致时，粒子刚好从前一个“防空洞”出来，在第二个加速间隙中得到加速，电场改变时，又正好躲在下一个“防空洞”。
et126加速器接线原理讲解
et126加速器接线原理讲解et126加速器是一种常见的加速器设备，主要用于提高电子束在加速器中的能量。
它的接线原理可以简单概括为以下几个方面。
首先，加速器的主要功能是提供高压电场，用于加速电子束。
在et126加速器中，电子束通过电极结构的加速腔，并在加速腔中受到电场的加速作用。
因此，接线原理中需要注意将高压电场传递到加速腔中。
其次，et126加速器的接线原理涉及到高压电源的连接。
高压电源是提供加速器所需高压电场的关键设备。
在接线过程中，需要将高压电源的正极与加速器的阳极连接，而将高压电源的负极与加速器的阴极连接。
这样可以确保电场在加速腔中的建立。
进一步地，et126加速器的接线原理还包括将电子源与加速腔连接。
电子源主要是指提供电子束的设备，常见的电子源包括热阴极和冷阴极等。
在接线过程中，需要将电子源的阳极与加速器的阴极连接，并确保良好的电流传输。
这样可以保证电子源产生的电子被准确地注入到加速腔中。
此外，et126加速器的接线原理还涉及到控制系统的连接。
控制系统是调节加速器运行状态的关键，包括温度控制、电场控制、电子束聚焦等功能。
在接线过程中，需要将控制系统与加速器的相应部分连接，以实现对加速器的控制。
最后，et126加速器的接线原理还需要注意保护装置的连接。
保护装置是用于保护加速器的重要设备，包括过流保护、过压保护、过热保护等。
在接线过程中，需要将保护装置与加速器的相应部分连接，以确保加速器的安全运行。
参考内容：- 游子航. 高等学校实验室建设、管理与安全[M]. 版昆明: 云南大学出版社, 2003.- 梁小康, 高劲松. 等离子体物理实验[M]. 版哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2006.- 朗道, 栗弗席茨. 物理学教程·物理学通法[M]. 版北京: 高等教育出版社, 2000.- 辜文恺, 朱今遥, 黄金川. 中高能粒子加速器基础[M]. 版哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2014.- 冉大志. 等离子体计算与模拟方法与应用[M]. 版北京: 科学出版社, 2013.。
一种多路高压电源测试系统的设计
一种多路高压电源测试系统的设计郭云辉【摘要】介绍一种多路高压测试系统的设计方案,并简要的介绍其电路结构、电路设计、工作原理和技术指标.该设备主要用于实验室和高压电源的生产、调试及故障检修.该系统可测量的额定最大电压值为20kV,并可提供0-400μA连续可变的恒流负载.【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2018(036)008【总页数】2页(P175-176)【关键词】高压电源组件;测试仪;负载模拟【作者】郭云辉【作者单位】国防科技大学电子对抗学院,安徽合肥 230031【正文语种】中文【中图分类】TH1371 电路结构和主要技术指标测试仪由电压测试组、通讯网络、中央工控机三大部分组成。
根据测量的电压范围段进行分组,如高压测试组、中低压测试组,各测试组均通过485通讯电缆连接到中央工控机,构成一点对多点的拓扑网络。
通过高性能的中央工控机统一管理各测试组的测量作业;对测量模块返回的测试结果进行分析判断、存储。
软件设计上分成上位机软件(运行在中央工控机上)与下位机(运行在各测量模块中)两部分。
通过仔细的用户需求分析,精心设计数据库和任务调度模块,提供良好的用户图形界面,以使用户操作简单、正确。
本测试仪由测试组、通讯网、中央控制机三大部分组成,组成结构示意图如图1。
2 测试模块工作原理与硬件设计高压测试模块采用数字式高压电位计方式测量被测高压,当电路平衡时测试模块等效输人阻抗为无穷大;通过内部处理器的实时计算,输出控制信号,使得数字电位差计处于不平衡状态以模拟不同的负载电流或负载电阻。
2.1 测量原理利用电位差计原理,回路电流为0时,电路平街,此时测得的电压即为待测电压。
如图2所示,当内部数控电源产生电压与接入的电源组件电压相等时,回路电流为0,通过测量单元读出的电压即为待测电源模块电压。
图2中G为模拟的电位差计,Ex为待测电源组件输出电压,Et为测量模块内部数控电源产生的匹配电压,当Ex=Et时,电位差计达到平衡,此时测量单元测出的电压即为待测电压。
加速器物理课件4章高压倍加器
在前半周期内电源对负载连续放电，只有一小段时间是
辅电容向主电容充电。从最底到最高。 在后半周期内电源对负载连续放电，只有一小段时间是
主电容向辅电容充电。从中到中。
K6 6Va C5 K5 C6
K4
4Va
K3 C3 C4 载 2Va K1 C1 C2 负
K2
V a sint
T
图 1.三级倍压整流原理图
第四章，高压倍加器
Cockcroft & Walton
倍压整流线路
一种最早期的，而今仍广泛应用的高压型加速 器。利用倍压整流方法产生直流高压，对离子 或电子加速。其倍压整流工作原理主要由高压 变压器，高压整流器和高压电容器等组成。在 无负戴时，倍压整流线路输出的高压随倍压级 数增加而线性增加，可表达为： Vi=0=2nVa 式中 Va 为高压变压器的次级绕组交流电压 峰值。
例如当高频发生器的左侧为负电位时， 电子从左侧半耦合环(a’,b’,c’…)向右侧的半 耦合环(a,b,c…)运动。当左侧为正电位时， 电子向左侧半耦合环(a‘,b’,c’……)运动，可 是aa‘,bb’,之间的整流器不允许电子反向运动， 所以，这时电子并不是反回原来的半耦合环， 而是向电压较高的耦合环运动，即从a向 b‘，，从b向c’运动。这样，电子就逐级地 向上传输，最后到达高压电极，以使它产生 负高压。如果要获得正高压，整流器的极性 要与图所示的极性相反。 高频高压发生器高压端所能达到的高 压值U与级数成正比。级数是指耦合环或耦 合电容的总数，如图所示。由下而上共有N 个耦合电容，故称为N级高频高压发生器。
负载电流的影响
• 负载：加速器离子流；分压电阻流；电 晕放电流；绝缘支柱表面电流；电容器 2 NVa 漏电。等效电阻Re、等效电流I
加速器原理 第四章 高压静电加速器
§4.4 串列式静电加速器
3、三级串列静电加速器 ★图b是由一台正高压的两级串列加速器和一台负高压的两级串列加速器组
成的三级串列加速器。
★采用正离子源离子源可放在加速器外边,处在地电位，束流较强。 ★由正离子源产生的正离子束，要通过电荷中和管道变成中性束，注入负高电
压电极的两级串列加速器，在第一根加速管不加速。
WVV
§4.5 电压和能量的测量和稳定
3.离子束能量的直接测量法
2）磁分析器法
如图所示为此分析器的结构。在两磁极间
形成均匀磁场，让束流穿过均匀磁场，离子的
动力学方程为：
m
v
Zev B
ZeB
解得：
P mv ZeB
如果束流离子的能量较高，就要进行相对 论修正。
只要调节磁场B，使束流正好
沿曲率为 ρ的中心轨道运动，
§4.2、静电起电机
静电起电机是一种利用输电系统将电荷 传送到高压电极的装置。主要有输电带型 （动带型）、绝缘转子型、输电链型等。
1、输电带型（动带型)起电机及工作原理
1）组成：喷电电源、喷电针、输电带、刮电
设备（针）、高压电极。
2）原理： # 喷电过程 : 喷针电附近产生强电场→ 气 体电晕放电→负离子向喷电针→ 正离子被 推向输电带，附着在输电带上，与输电带 一起向上运动。 # 刮电过程：在刮电针排附近也形成强电 场 气体电离 正离子流向向针排，负离 子流向皮带，中和带上的正电荷。
[ SF6 ，N2 氟利昂(CCl2F2 ) ，N2 SF6
等高压气体通常被使用]
3）采用复激发输电方式可有效提高输 电电流。结构如图示：
m 2 Eb
§4.2、静电起电机
§4.2、静电起电机
加速器
高频高压加速器又名“地那米”加速器，它是一个用高频振荡器并联驱动，串级整流的系统（又称并激耦合的倍压电路）。
能将低压交流电转变成高压直流电，电感应而不是磁感应，把能量传输给每个整流器，这一基本思想是“地那米”加速器成功发展成高功率、高电压、直流发生器的原因。
DD型电子辐照加速器是一种高频高压电子辐照装置，作为工农业生产用的辐照源，它的主要组成部分包括：高压电源系统、加速管、电子枪、引出扫描系统、真空系统、SF6气体处理系统、辐射防护监测系统和控制系统等。
加速器总体结构图
工作原理
由高频振荡管、高频变压器和高频电极及其对钢筒、倍压器芯柱之间形成的分布电容组成一个高
频振荡器，它在两个高频电极之间产生300KV以上的高频电压。
这一高频电压通过高频电极与芯柱上的半圆电晕环间的分布电容和芯柱内的整流硅堆组成的并联耦合串联倍压系统，在高压电极上产生所需的直流电压。
从高压电极内的电子枪产生的电子流在此负极性电压作用下通过加速管时得到加速，从加速管中出来的高能电子束由磁扫描器在水平方向进行扫描，然后穿过钛窗对产品进行辐射加工。
高气压钢筒内充以SF6气体以保证加速器的高电位梯度。
加速器主体电路简图。
加速器原理 第四章 高压静电加速器
1 C
i有效
i有效 i充 i总负载 i充 (i束负载 i漏 i电晕 )
1）
2）
3）
此时电压达到最大稳定值Vm。
Vm一般有下列经验公式：
Vm
Vc
( Im
I束负载 d
I漏
)
其中，Vc为临界电压（电晕放 电和电子负载）；d为比例系数
（与诸多因素有关）。
可见，要提高Vm，必须提高 加速器系统的Vc和Im，减小I漏， 而这些都与绝缘介质的绝缘性能
[ SF6 ，N2 氟利昂(CCl2F2 ) ，N2 SF6
等高压气体通常被使用]
3）采用复激发输电方式可有效提高输 电电流。结构如图示：
m 2 Eb
§4.2、静电起电机
§4.2、静电起电机
4、电压的限制和提高
起电机所能达到的最高电压与很多 因素有关。有以下方程：
dV
dt
1 C
dQ dt
§4.2、静电起电机
3）充电电压和输电电流
若高压电极对地电容为Ｃ，积累的电荷为Ｑ，则高压极对地电压V ：
V Q C
dV dt
பைடு நூலகம்
1 C
dQ dt
1 C
i有效
i有效 为起电机有效充电电流
i有效 i充 i总负载 i充 (i束负载 i漏 i电晕 )
当 i充 i总负载 时，即 i有效 0
则 dV 0 dt
有关。
充气和均压是解决问题的有效
途径
§4.2、静电起电机
§4.3 静电加速器的加速管
1、结构
一般采用平板式电极结构的均匀场加速管，如图所示：
2、加速管耐压的 几个问 题
（1）绝缘环表面爬电 * 高压电瓷（75瓷） 约3kV/cm）； * 95瓷， 约5kV/cm
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一种加速器用高压电源系统设计方案
该电源系统为加速器供电，包括DC一200～一350kV 60mA主电源、30kV
100mA电源和10V 3A灯丝电源，其中30kV电源和10V电源浮在一350kV
电源的高电位上。为了减小电源系统对电网及加速器其它部分的干扰，
三相沟通市电先经过50kVA隔离再给该电源系统供电。其系统构成电气
框图l所示。
1 DC一200～一350kV主电源
该电源为加速器高压电源，输出高、功率大，由沟通稳压、功率逆变、
高压升压及控制、检测、庇护等部分组成，2所示。
该电源的关键部分在：1、功率逆变；2、高压部分；3、高压引出部分(即
如何将电源的输出高压与加速器对接)。
1)功率逆变
因为电源输出功率较大(约20多千瓦)，功率逆变部分采纳全桥逆变，
3所示。
其功率管采纳智能型大功率。
2)高压部分
因为电源输出电压高达350kV，高压部分采纳两个高压变压器，分离
倍压整流，然后叠加，4所示。囫囵高压部分放在一油箱中。
2 DC30kV、100mA(一35kV电位)电源
该电源输出功率达3 kW，且要求10kV～30kV可调，而其关键点在于
该电源输出电压叠加在一350kV主电源上，即要求隔离电位达一350kV。
对此，采纳计划为：由50kVA隔离变压器来的三相沟通电，经5kVA稳
压器(电压可调)输入给隔离电位为3．50kV的高压升压变压器，然后
整流滤波，输出30kVDC 1OOmA(一350kV电位)。1相关部分所示。
3 10V 3A(一350kV电位)灯丝电源
该电源尽管功率较小，但也要求输出电压可调，其关键点也在于输出