[发明专利]采用blumlein线并消除故有前置脉冲的毛细管放电X光激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是毛细管放电X射线激光技术的领域。

背景技术

现有毛细管放电X射线激光系统由四部分组成：一、储能部分：是一个快速高压电脉冲Marx发生器，为下一级电路提供能量。二、能量传输部分。三、毛细管及预脉冲电路：毛细管内充入一定气压的气体或金属蒸汽，先由预脉冲电离成+1、+2价均匀等离子体；在随后的快脉冲大电流(主脉冲)作用下，进行箍缩，形成高密度、高温度、高电离度、均匀的等离子体柱，在适当的条件下其中的电子碰撞过程形成相应能级的粒子数反转，即可产生软X射线的激射。四、真空及检测系统。

现有高压大电流快脉冲放电技术中Marx发生器与负载间传输效率一直是该领域核心技术之一。目前国际上共有五个已获得毛细管放电X光激光输出的科研小组，除我们外，有美国科罗拉多州立大学的Jorge J.Rocca小组，以色列工业大学的Amit Ben-kish小组，日本东京工业大学的EikiHotta小组，以及意大利L’Aquila大学的Tomassetti小组；他们的出光系统采用水电容作为能量传输线。但由于水电容的能量传输效率只有50％，因此须配合使用放电电压为600KV以上的Marx发生器来保证激光输出，因而降低了缩小电源体积的可能性。

Blumlein传输线是一种公认的理论电压传输效率可达100％的传输技术，采用它代替水电容可以显著的提高高压脉冲电源的利用效率。但是Blumlein传输线的三套筒结构如图1所示(图中A为外筒，B为中筒，C为内筒，D为毛细管)，其对毛细管放电的等效电路如图2所示(图中1为Marx发生器，2为主开关，3为内筒-Blumlein传输线，4为毛细管)。Blumlein传输线的内筒不能直接接地，而是通过一个接地电感与外筒相连来接地；因为当Marx发生器对Blumlein传输线的内外筒充电时，为了构成充电回路，内外筒必须同时接地。与此同时，按Blumlein传输线的放电原理，又要求在放电时内筒与地电位之间是完全开路的，这样才能保证内筒与外筒之间正常对毛细管放电。所以，接地电感的结构是为了满足Blumlein传输线的工作条件而设的。但是由于接地电感在充电时总有一个低的阻抗，在电源为内筒充电的过程中，会有电荷经过内、外筒之间的接地电感，即有电流流过电感，由于这个充电电流是非恒定的，会在电感上产生感生电动势，即电感上出现一个电压，这就是呈现在毛细管上的Blumlein传输线的固有前置脉冲电压。它出现在主脉冲电流到来前几百纳秒，通常幅值为5～7kA，持续时间～100ns，波形如图3所示。这个高峰值固有前置脉冲会在毛细管管壁附近产生不均匀的击穿通道，无法通过有效的Z箍缩使等离子体与管壁在主脉冲到来时快速分离，致使管壁烧蚀严重。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有高压大电流快脉冲放电技术中，Marx发生器与负载间(毛细管)之间使用Blumlein传输线所带来的固有前置脉冲电压，会在毛细管管壁附近产生不均匀的击穿通道，无法通过有效的Z箍缩使等离子体与管壁在主脉冲到来时快速分离，致使存在管壁烧蚀严重的问题，并且严重破坏了Z箍缩过程，为此提出一种采用blumlein线并消除故有前置脉冲的毛细管放电X光激光装置。

它包含快速高压电脉冲Marx发生器1、主开关2、Blumlein传输线3、固有前置脉冲隔离开关4、预脉冲发生器5、隔离电感6、毛细管及X光测试总成7；快速高压电脉冲Marx发生器1的电脉冲输出端连接主开关2的输入端，主开关2的输出端连接Blumlein传输线3的输入端，Blumlein传输线3的输出端连接固有前置脉冲隔离开关4的输入端，固有前置脉冲隔离开关4的输出端、隔离电感6的一端都连接在毛细管及X光测试总成7的电脉冲输入端(阴极)上，隔离电感6的另一端连接预脉冲发生器5脉冲输出端。

本发明阻止了Blumlein传输线的固有前置脉冲电压对Z箍缩等离子体的破坏，其毛细管中气体在主脉冲的作用下能形成轴向均匀、电子密度温度适合出光的等离子体柱，保证了激光的高效输出，它还具有结构简单、易于维护优点。其技术效果为：电压传输效率约为100％、Blumlein传输线的固有高峰值前置脉冲被有效消阻止、背景辐射大幅减小、谱线可分辨性强、管壁烧蚀量大幅减小、保证了X光激光的高效稳定输出。

附图说明