[发明专利]一种脉冲电源系统及中子发生器

说明书

本发明涉及一种脉冲电源系统及中子发生器，通过正加速高压、负加速高压、阳极电压和触发电压4路脉冲电压，可为中子发生器提供几路不同脉宽、幅值的脉冲电压，满足真空弧离子源中子发生器的工作要求，其中正加速高压通过第一脉冲变压器T1的第一次级线圈产生，触发电压通过第二脉冲变压器T2产生，阳极电压通过第一脉冲变压器T1的第二次级线圈和主放电电容C4产生，负加速高压通过第三脉冲变压器T3产生；第一脉冲变压器T1的第二次级线圈和第二脉冲变压器T2既作为升压变压器对脉冲电源进行升压，又作为隔离变压器解决悬浮电压的问题，且采用正、负加速极结构有效减小了绝缘距离，3个脉冲形成回路共用1个充电电源，使得电源系统结构十分紧凑。

技术领域

本发明涉及中子发生器技术领域，尤其涉及一种脉冲电源系统及中子发生器。

背景技术

中子发生器作为小型加速器中子源，具有轻便、可移动、使用安全、无辐射危害等诸多优点，在油气测井中已经广泛应用。为满足更深地层测井需要，要求中子发生器直径更小、耐温更高等。中子发生器的离子源一般有潘宁离子源和真空弧离子源，真空弧离子源由阴极、阳极、触发电极组成。

真空弧离子源中子发生器工作时，首先在触发电极和阴极之间加一个幅值为10kV左右、脉宽为数个μs的脉冲高压，使触发极和阴极之间产生初始等离子体，而后在阴极和阳极之间加幅值2.5 kV左右的脉冲高压，在阴阳极脉冲高压作用下，初始等离子体扩散使得阴极与阳极导通产生主弧放电。主弧放电产生的离子在正、负加速高压的作用下加速轰击靶面，产生中子。触发脉冲高压、主弧放电脉冲高压和加速脉冲高压幅值、脉宽和时序均不同，已有技术采用几个脉冲电源独立供电，导致电源小型化非常困难，无法满足测井中子发生器应用需求。

真空弧离子源中子发生器根据阴极所处的电位不同，可以分为阴极接地和阴极接正高压两种形式，阴极接正高压相比阴极接地，加速极与地电位之间的绝缘距离可以减小一半，使中子发生器的管径大幅减小，但由于此时阳极电压、触发电压是悬浮于阴极电压之上，需要设置相应的隔离变压器，使系统变的复杂，占用空间变大，不利于小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足提供一种脉冲电源系统及中子发生器，采用了脉冲变压器的拓扑结构，并将隔离变压器和脉冲变压器结合在一起进行设计，采用同一个充电电压，实现了触发电压、阳极电压和加速电压的脉冲发生一体化设计使得电源系统结构十分紧凑，同时解决悬浮电压隔离的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种脉冲电源系统包括：充电电源、与所述充电电源连接的第一脉冲形成回路、第二脉冲形成回路和第三脉冲形成回路，还包括第一升压脉冲变压器T1、第二升压脉冲变压器T2、第三升压脉冲变压器T3，真空弧离子源、第四放电开关V4和主放电电容C4；

所述第一脉冲形成回路与第一升压脉冲变压器T1的初级线圈连接，所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位与主放电电容C4的正极连接，第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈的高电位还通过第四放电开关V4与真空弧离子源的阴极和正加速极连接；第一次级线圈的低电位接地；所述第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈的高电位与主放电电容C4的负极和真空弧离子源的阳极连接；第二次级线圈的低电位与充电电源的正极连接；

所述第二脉冲形成回路与第二升压脉冲变压器T2的初级线圈连接，第二升压脉冲变压器T2的次级线圈的高电位与真空弧离子源的触发极连接，次级线圈的低电位通过第四放电开关V4与真空弧离子源的阴极和正加速极连接；

所述第三脉冲形成回路与第三升压脉冲变压器T3的初级线圈连接；所述第三升压脉冲变压器T3为单抽头时，次级线圈的高电位接地，次级线圈的低电位与真空弧离子源的负加速极连接；或第三升压脉冲变压器T3为双抽头时，次级线圈的高电位接地，次级线圈的中间抽头连接真空弧离子源的负加速极，次级线圈的低电位抽头连接真空弧离子源的引出极；其中正加速极和负加速极之间通过绝缘体绝缘。