磁芯

感应加速腔上的磁芯对比实验

发布时间：

2023-09-01

感应加速腔上的磁芯对比实验

加速腔双脉冲实验平台通过对两根 Blumlein 脉冲形成线( PFL )中的一根进行触发延时,从而产生了两个脉冲输出,经二极管硅堆隔离后,在加速腔负载上便得到了双脉冲馈入波形。

两根 PFL 由一台 Marx 充电,调整发散的触发时间及发散到 PFL2 的主开关的触发电缆的长度,使两根PFL 分别在 Marx 对其充电电压到达峰值的前后触发,以确保输出的双脉冲有相同的幅度。实验中,考虑开关的抖动,输出双脉冲的时间间隔为 600～800ns ;复位系统利用两个 0.5 µ F 的电容并联充电,串联放电,可产生20～40kV 的电压,通过 100 µ H 电感,在负载上得到一个长 12 µ s 左右的正向电压。调整 PFL 主开关的触发时间,使其产生的双脉冲于这段时间内与复位脉冲叠加以获得脉冲间复位;负载为含 11 块铁氧体磁芯的加速腔与 30Ω 的镇流电阻并联。

当复位电路开关始终断开时,通过图 7 中二极管上方的电感 L 1 和 L 2 , Blumlein 传输线充电时可对磁芯自动复位,但复位电压幅度较低;PFL 充电约 180kV 后触发后得到的双脉冲波形如图 7 中虚线所示,由于脉冲间来不及形成反向的复位电流,第二个主脉冲到达后磁芯饱和,不能提供足够的磁通密度跳变范围,导致电压幅度迅速下降,引起波形畸变;当复位电路开关比 Blumlein 传输线主开关提前 2 µ s 触发时,得到的双脉冲波形，实线所示,双脉冲波形无明显畸变。对比两种情况,脉冲间叠加复位对加速腔感应的双脉冲波形有明显的改善作用。

在三脉冲情况下对磁芯进行叠加复位的 PSpice 模拟结果,其中为了充分利用磁芯,每次复位和励磁都使磁芯达到了饱和。模拟结果表明,对于多脉冲情况,叠加复位方式仍然有很好的效果,但为了确保每个脉冲间隔的复位效果一致,最好采用有平顶的长脉冲复位系统。

结论

实验结果证明,在双脉冲间叠加长脉冲对磁芯进行复位,可以大大提高磁通密度的可利用范围,在不需要改变加速腔设计的情况下,就可使单脉冲加速腔获得双脉冲输出。对于更多脉冲的情况,由于条件限制,暂时没有进行实验。由于加大复位电压可以提高复位电流增长速度,因此提高复位电压的幅度可以改善复位效果;而磁芯回路两端的电势差随着磁芯的饱和会大大降低,所以只要确保后续脉冲在磁芯饱和后到达,则复位电压对励磁电压的影响不大。

综上所述,采用脉冲间叠加复位方式,可以用简单的方法大大提高加速腔磁芯的利用率,使单脉冲 LIA 加速腔能够获得同等电压幅度下的多脉冲输出,为单脉冲 LIA 的多脉冲改造提供了可能。