一种放电截止式阳极脉冲装置的制作方法

本技术涉及阳极脉冲，具体涉及一种放电截止式阳极脉冲装置。

背景技术：

1、中子发生器有多种类型，其中用于检测和测量功能的微型中子发生器比较常见。微型中子发生器发射中子的强度一般不超过1010n/s，微型中子发生器通常呈现为圆筒状结构，最小直径可以仅为30mm，长度一般为1m以上。若微型中子发生器呈现为其它形状，其有效体积与圆筒状结构接近。

2、微型中子发生器的核心部件是中子管，中子管内发生受控氘-氚（或氘）核聚变而产生中子，中子管离子源是中子管内部产生氘离子（或和氚离子）的功能体，离子源也分为很多类型，如热阴极离子源、潘宁离子源等。在国内已经商业化的中子管是潘宁离子源中子管。

3、潘宁离子源工作的一个必要条件是在离子源阳极施加1.8kv（±1.2kv）的高压电源，只有该高压电源存在时，离子源才能产生氘离子（或和氚离子）。离子源产生氘离子（或和氚离子）也是中子管产生中子的必要条件。

4、在应用时，若离子源阳极持续地被施加一定幅度的高压电源，且中子管工作的其它必要条件已经具备，则中子管处于宏观上连续产生中子的状态。若离子源阳极间歇地被施加一定幅度的高压电源，且中子管工作的其它必要条件已经具备，则中子管处于宏观上间歇产生中子的状态。在多数实际应用中，要求中子管处于宏观上间歇产生中子的状态，所以离子源阳极应该被间歇地施加一定幅度的高压电源。可以间歇地产生一定幅度高压电源的部件叫阳极脉冲电路。

5、阳极脉冲电路的参数包括脉冲幅度、脉冲频率、占空比（脉冲宽度与脉冲周期的比值为占空比）、脉冲上升时间、脉冲下降时间。脉冲幅度范围为0.6kv~3kv即可，多数情况下为1.8kv。脉冲频率范围为0.1hz~30khz。占空比范围为20%~90%。脉冲上升时间小于1μs。脉冲下降时间小于1μs。

6、问题是在有限的体积范围内，阳极脉冲幅度为1.8kv的情况下，脉冲下降时间小于1μs的要求会带来实现方面的困难。因此，人们设计了一种阳极脉冲电路，实现了“脉冲下降时间小于1μs”的技术，同时其它参数也满足技术要求。该阳极脉冲电路包括一主体，该主体具有控制同步信号输入单元和阳极脉冲输出单元，在该控制同步信号输入单元和阳极脉冲输出单元之间的电路中，包括一高压电源、一地线、一同步控制信号处理单元、一高位隔离器、一低位隔离器、一高位开关、一低位开关，该高位开关包括一高位输入开端、一高位输入关端、一有高位高端，一高位低端，该高位高端连接该高压电源，该高位低端连接该阳极脉冲输出单元，该低位开关包括一低位输入开端、一低位输入关端、一低位高端、一低位低端，该低位高端连接阳极脉冲输出单元，该低位低端连接该地线，该高位隔离器含有一高位同相输入端、一高位反相输入端、一高位同相输出端、一高位反相输出端，该低位隔离器含有一低位同相输入端、一低位反相输入端、一低位同相输出端、一低位反相输出端，该同步控制信号处理单元生成一连接地线结束信号、一连接高压电源开始信号、一连接高压电源结束信号、一连接地线开始信号，该连接地线结束信号连接到该低位反相输入端，该连接高压电源开始信号连接到该高位同相输入端，该连接高压电源结束信号连接到该高位反相输出端，该连接地线开始信号连接到该低位同相输入端，该高位同相输出端连接到该高位输入开端，该高位反相输出端连接到该高位输入关端，该低位同相输出端连接到该低位输入开端，该低位反相输出端连接到该低位输入关端。当同步控制信号出现上升沿时刻顺序产生连接地线结束信号和连接高压电源开始信号，使阳极脉冲输出单元与地线断开而连接到高压电源上，从而阳极脉冲输出与高压电源幅度相同；当同步控制信号出现下降沿时刻顺序产生连接高压电源结束信号和连接地线开始信号，使阳极脉冲输出单元与高压电源断开而连接到地线上，从而阳极脉冲输出与地线幅度相同。因为该高位开关和该低位开关的反应时间设定在1μs以内，所以该电路脉冲上升时间小于和脉冲下降时间都小于1μs。该电路阳极脉冲幅度受高压电源幅度决定，频率和占空比受同步控制信号决定。

7、但是，该技术方案仍然存在不足，就是在应用到中子发生器之中，会因为中子管内部放电而偶尔损坏。提供阳极脉冲只是中子管工作的必要条件，要想中子管产生中子，还必须在中子管加速腔施加-80kv~-100kv的加速电场。潘宁粒子源电离时产生的氘离子（或和氚离子）被引出后在加速电场的作用下射向靶面才能产生中子。因为离子源电流微动、中子管内气压、管壁粗糙度和几何均匀度等因素的影响，提供加速电场的加速电源的电流会表现波动现象，偶尔有时会出现剧烈的波动。当剧烈的波动超过某一特定幅度时，被称作中子管内部放电，或被称为中子管内部打火（或拉弧）。因为该方案中的高位开关和低位开关都是由场效应管组合搭建构成的，尽管主场效应管的耐压很高，但是配合完成开环功能的辅助场效应管耐压不够高，太高会失去辅助功能，所以中子管放电会引起辅助场效应管的损坏，甚至进而带来主场效应管的损坏。另外，该技术方案中，高压电源是永恒存在的。永恒存在的高压电源会对“中子管放电偶尔致场效应管损坏”现象起到加剧作用，而且还会引起高压电源的损坏。若高压电源损坏，很难立即现场维修，只能更换高压电源总成。若中子管放引起电场效应管损坏，寻找损坏的场效应管是一件很繁琐的工作，在众多场效应管中，只能逐个检测才能找到损坏的场效应管，而且每次损坏现象发生事损坏的场效应管的数量并不固定。还有就是当中子管放电引起场效应管损坏并不能通过在线检测的方式找出损坏的场效应管，所以出现损坏现象时，不得不更换电路中所有相关的场效应管。

8、潘宁离子源中子管在工作偶尔产生内部放电是一个无法避免的问题，而现有的技术方案不能解决阳极脉冲电路损坏的问题。因此，研究能够适应潘宁离子源中子管在工作中偶尔放电的放电截止式阳极脉冲电路技术方案意义重大。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种能够适应潘宁离子源中子管在工作中偶尔放电的放电截止式阳极脉冲电路，通过设计的阳极脉冲电路，不会因为潘宁离子源中子管内部放电而引起该阳极脉冲电路的损坏的放电截止式阳极脉冲装置。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种放电截止式阳极脉冲装置，包括用于接收充电指令信号的充电信号驱动单元和用于接收放电指令信号的放电信号驱动单元；

3、所述充电信号驱动单元与充电门连接，充电门与充电变压器连接，所述充电变压器与整流充电保持单元连接，整流充电保持单元与阳极脉冲电源输出单元连接；

4、所述放电信号驱动单元与放电门的连接，放电门与充电变压器连接，所述整流充电保持单元与放电门连接；

5、还包括充电输入电源单元，该充电输入电源单元与充电变压器连接；

6、当充电信号驱动单元接收到充电指令信号时，此时充电信号驱动单元对接收到的充电指令信号进行放大，并将放大的充电指令信号发送给充电门，充电门开启，充电变压器接收到充电门开启的信号后，充电变压器产生高压脉冲，并将产生的高压脉冲发送给整流充电保持单元，整流充电保持单元输出高电压给阳极脉冲电源输出单元，阳极脉冲电源输出单元输出高电压；

7、当放电信号驱动单元接收到放电指令信号时，此时放电信号驱动单元对接收到的放电指令信号进行放大，并将放大的放电指令信号发送给放电门，放电门开启，整流充电保持单元接收到放电门开启的信号后，整流充电保持单元将保存的剩余电荷在极短时间内完成全部放电，整流充电保持单元输出给阳极脉冲电源输出单元的电压降低为地线电压水平，阳极脉冲电源输出单元输出与放电指令信号同步的阳极脉冲。

8、优选的，还包括同步控制信号处理单元，所述同步控制信号处理单元接收到的指令信号时，当指令信号为上升沿时刻则生成充电信号，同步控制信号处理单元将生成的充电信号发送给充电信号驱动单元，由充电信号驱动单元将该充电信号进行放大；当指令信号为降沿时刻则生成放电信号，将放电信号发送给放电信号驱动单元，由放电信号驱动单元对该放电信号进行放大。

9、优选的，还包括同步信号输入单元和同步控制信号处理单元，所述同步信号输入单元用于接收指令信号，并对指令信号的前后沿进行判别，并将判别后的结果发送给同步控制信号处理单元，同步控制信号处理单元接收到判别的结果后，当判别指令信号为上升沿时刻则生成充电信号，同步控制信号处理单元将生成的充电信号发送给充电信号驱动单元，由充电信号驱动单元将该充电信号进行放大；当判别指令信号为降沿时刻则生成放电信号，将放电信号发送给放电信号驱动单元，由放电信号驱动单元对该放电信号进行放大。

10、优选的，还包括阳极脉冲幅度控制单元和阳极脉冲幅度测量单元，所述阳极脉冲幅度测量单元与阳极脉冲电源输出单元连接，用于检测阳极脉冲电源输出单元输出的阳极脉冲幅度，并将检测到的阳极脉冲幅度发送给阳极脉冲幅度控制单元，所述阳极脉冲幅度控制单元连接在充电输入电源单元和充电变压器之间，所述阳极脉冲幅度控制单元根据接收到的阳极脉冲幅度控制充电输入电源单元向充电变压器输出的阳极脉冲幅度。

11、优选的，还包括阳极脉冲电流采样单元，所述放电门通过阳极脉冲电流采样单元与地线连接。

12、优选的，整流充电保持单元将保存的剩余电荷在1μs时间内完成全部放电。

13、优选的，当阳极脉冲幅度控制单元接收到的阳极脉冲幅度大于设定阳极脉冲幅度设定值时，阳极脉冲幅度控制单元控制充电输入电源单元降低向充电变压器输出的阳极脉冲幅度，当阳极脉冲幅度控制单元接收到的阳极脉冲幅度小于设定阳极脉冲幅度设定值时，阳极脉冲幅度控制单元控制充电输入电源单元提高向充电变压器输出的阳极脉冲幅度。

14、与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

15、（1）本发明通过充电变压器来产生高压脉冲，高压脉冲经过整流充电保持单元形成直流高压电源，直流高压在放电门作用下迅速降低到零，实现了阳极脉冲电源应有的特征，因为充电变压器和整流充电保持单元具有极强的耐高压冲击能力，所以在中子管内部出现偶尔放电的情况时，电路不会发生损坏，放电门是由足够耐高压的场效应管组成，而且不必需要耐压不高的辅助场效应管，所以放电门在中子管内部出现偶尔放电的情况时也不会损坏。

16、（2）本发明的充电变压器起到了产生高电压的作用，只有在指令信号为高电平期间，才产生高电压，在指令信号为低电平时没有高压输出。所以本发明不存在一个永恒存在的高压电源，减少了一个加剧中子管内部放电影响的因素。