【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及强流脉冲中子发生器，具体涉及一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器。
技术介绍
1、含氢(氘)电极的真空弧离子源有时也称作火花离子源，起源于上世界50年代，主要用于产生强流脉冲氢(氘)离子束，相比于传统离子源，该离子源不需要在放电脉冲过程中再额外引入中性气体成分。多种位于元素周期表中渡越区的金属材料通过放热过程吸收大量的氢，将氢储存在固体材料中，具有极高的储氢密度。含氢(氘)电极真空弧脉冲离子束主要应用于强流脉冲中子发生器，这种发生器是一种特殊的，能在较短脉宽时间内产生强脉冲中子的中子源。从原理和结构上讲，它是一台微型的低能粒子加速器，主要由真空弧离子源、束流光学系统、靶以及其它附属部件组成，通常其结构紧凑，各部件封装在陶瓷管或玻璃管中，形成一种特殊的电真空器件(通常称之为中子管)，结合外部电源系统构成强流脉冲中子发生器。含氘离子源电极在大电流的作用下，释放氘气和金属蒸汽，同时被电离产生含有氘离子和其它金属离子的高密度等离子体，经扩张杯膨胀，再经束流光学区的高电压引出加速，轰击氘靶或氚靶，发生热核反应产生中子。通常基于潘宁、射频离子源的中子管一般工作于连续模式，离子流强通常在百μa量级；而强流脉冲中子发生器具有显著差别，这类中子发生器工作流强通常在百ma到a量级，工作脉宽从亚μs到数ms，具有强流、脉冲中子产额高、尺寸紧凑的显著特点，在石油测井、化学战剂检测、违禁物品检测、铀矿探测、生物医学、深地以及地外星体探测等重要领域都有广泛应用。
2、强流脉冲中子发生器通常采用脉冲高压加速离子打靶产生脉冲中子，脉
3、但采用脉冲加速的方式受到高压脉冲变压器以及重复频率高压开关器件的限制，使得中子发生器脉宽较短，且输出中子脉宽不可调节。同时，对于脉冲变压器参数设计要求极高，且受到发生器总体装配结构分布参数影响，使得脉冲变压器参数设计与控制更加困难；而长寿命重复频率高压开关器件也是该技术方案需要攻克的关键技术难点。如申请号为cn 202110388701.7的中国专利技术专利公开了一种脉冲电源系统及中子发生器，高压加速电源采用了脉冲电压的驱动方式，采用了四个脉冲变压器，用于实现正负脉冲加速高压，以及悬浮于高压加速电压的离子源主弧驱动电流。
4、因此，本文提出一种采用直流高压加速、脉冲模式工作的强流脉冲中子发生器工作和驱动方式。能够实现脉冲参数可调，且实现更加简单，将中子脉宽从亚μs拓宽到数ms，有助于拓宽强流脉冲中子发生器的应用领域，比如ms级的强流脉冲中子源可以应用在基于中子活化的质量流速及成分测量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，针对现有技术存在的脉冲变压器设计难度大、长寿命高压开关实现难度大、脉冲宽度难于调节等不足的问题，具体通过以下技术方案来实现：
2、一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，包括主弧电源模块、高压加速电源模块和中子管，其中：所述主弧电源模块内设有直流电源和主弧电源离子源、储能电容和主开关；所述主弧电源离子源、储能电容并联接入直流电源，所述主开关置于主弧电源离子源所在支路，通过控制主开关的导通时间，使主弧电源离子源产生电流脉冲波形；
3、所述高压加速电源模块内设倍压电路结构，将输入电压放大输出；
4、所述中子管内包括中子管离子源、束流光学系统和靶；所述中子管离子源通过放电产生等离子体，并由束流光学系统的加速为离子束，加速后的离子束轰击至靶上产生中子；
5、所述主弧电源模块为中子管提供脉冲电流，对中子管内的中子管离子源进行放电，产生等离子体；所述高压加速电源模块为束流光学系统提供直流电压，等离子束加速轰击至靶上，发生聚变反应产生中子。
6、可选或优选地，所述主弧电源模块内还设有限流电阻r2；所述限流电阻r2与所述主弧电源离子源串联，用于调节流过主弧电源离子源的电流幅值。
7、可选或优选地，所述高压加速电源模块采用倍压电路结构，具体为：
8、通过变压器将初始输入电压uin变换为正负对称的交流电压u1和-u1，由多级电容在脉冲间隙之间对电路进行能量补充，将正负对称的电路重新充电至加速电压初始值；该高压加速电源模块的总储能电容容量c0满足：
9、c0·δu＝i·δt
10、其中，δu为高压加速电源模块带载工作周期内电压降；i为高压电源带载电流流强；δt为高压电源的带载时间周期。
11、可选或优选地，所述主弧电源模块、高压加速电源模块和中子管均装设于发生器外壳中；所述发生器外壳上设有馈电接头；所述主弧电源模块和所述高压加速电源模块均通过馈电接头与外部控制器电连接。
12、可选或优选地，所述发生器外壳内填充有绝缘介质；所述绝缘介质为变压器油、固体灌封或绝缘气体中的一种。
13、可选或优选地，所述主弧电源模块提供的脉冲电流的可调电流幅值范围为1-1000a，脉冲电流的可调脉宽范围为100ns-10ms。
14、可选或优选地，所述主弧电源模块输出的触发电压为1-10kv。
15、可选或优选地，所述高压加速电源模块输出的电压范围为10-200kv，脉冲输出电流范围为10ma-10a，通常在较小工作脉宽时输出较大的脉冲电流强度
16、基于上述技术方案，可产生如下技术效果：
17、本专利技术提供的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，能够实现脉冲参数可调，且实现更加简单，将中子脉宽从亚μs拓宽到数ms，有助于拓宽强流脉冲中子发生器的应用领域。
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1.一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：包括主弧电源模块(3)、高压加速电源模块(9)和中子管(12)，其中：
2.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述主弧电源模块(3)内还设有限流电阻R2；所述限流电阻R2与所述主弧电源离子源(302)串联，用于调节流过主弧电源离子源(302)的电流幅值。
3.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述高压加速电源模块(9)采用倍压电路结构，具体为：
4.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述主弧电源模块(3)、高压加速电源模块(9)和中子管(12)均装设于发生器外壳(5)中；所述发生器外壳(5)上设有馈电接头(1)；所述主弧电源模块(3)和所述高压加速电源模块(9)均通过馈电接头(1)与外部控制器(7)电连接。
5.根据权利要求4所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述发生器外壳(5)内填充有绝缘介质(11)；所述绝缘介质(11)为变压器油、固体灌
6.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述主弧电源模块(3)提供的脉冲电流的可调电流幅值范围为1-1000A，脉冲电流的可调脉宽范围为100ns-10ms。
7.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述主弧电源模块(3)输出的触发电压为1-10kV。
8.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述高压加速电源模块(9)输出的电压范围为10-200kV，脉冲输出电流范围为10mA-10A，通常在较小工作脉宽时输出较大的脉冲电流强度。
...【技术特征摘要】
1.一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：包括主弧电源模块(3)、高压加速电源模块(9)和中子管(12)，其中：
2.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述主弧电源模块(3)内还设有限流电阻r2；所述限流电阻r2与所述主弧电源离子源(302)串联，用于调节流过主弧电源离子源(302)的电流幅值。
3.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述高压加速电源模块(9)采用倍压电路结构，具体为：
4.根据权利要求1所述的一种直流高压脉冲工作强流脉冲中子发生器，其特征在于：所述主弧电源模块(3)、高压加速电源模块(9)和中子管(12)均装设于发生器外壳(5)中；所述发生器外壳(5)上设有馈电接头(1)；所述主弧电源模块(3)和所述高压加速电源模块(9)均通过馈电接头(1)与外...
【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，王韬，董攀，刘平，何佳龙，杨洁，陈欣，向军，黄刚，李天涛，李晨，叶龙建，武庆周，袁建强，孙奇志，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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