加速器(五)调制器

1、脉冲调制器脉冲调制器HT pulse modulator 电子直线加速器的基本工作原理：电子直线加速器的基本工作原理： 在“高压脉冲调制系统”的统一协调控制下，一方 面，微波源向加速管内注入微波功率，建立起动 态加速电场；另一方面，电子枪向加速管内适时 发射电子。只要注入的电子与动态加速电场的相 位和前进速度（行波）或交变速度（驻波）都能 保持一致，那么，就可以得到所需要的电子能量。 如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口”输 出，就是高能电子射线，若为打靶后输出，就是 高能X线。高压脉冲调制器高压脉冲调制器脉冲调制器是向脉冲工作的微波源提供脉冲功率的电源。输出一系列大功率具有一定重复频率、

2、宽度、波形合适脉冲电压。电子枪电子枪( (发射电子发射电子) )钡钨阴极E-E-E-E-E-E-E-E-E-E- 栅控制极阴极加热灯丝E-E-E-E-E-E-12,000 VoltsE-E-自由电子钡原子中的电子阳极孔E-E-E-E-E-E-E-脉冲调制器脉冲调制器概述概述工作原理与组成工作原理与组成关键器件关键器件闸流管闸流管脉冲变压器脉冲变压器磁控管磁控管 脉冲调制器是加速器的主要组成部分。加速器的微波功脉冲调制器是加速器的主要组成部分。加速器的微波功率源都由磁控管（或速调管）及脉冲调制器组成。它产率源都由磁控管（或速调管）及脉冲调制器组成。它产生一定的振幅、宽度、重复频率和一定功率的脉冲

3、。生一定的振幅、宽度、重复频率和一定功率的脉冲。 加速器的性能、工作的可靠性直接与微波源、调制器有加速器的性能、工作的可靠性直接与微波源、调制器有关，正确地了解调制器的原理、线路和工作特点是很有关，正确地了解调制器的原理、线路和工作特点是很有必要的。必要的。一、概述一、概述脉冲调制器的技术参数 调制器的技术要求是由加速管和磁控管的工作状态调制器的技术要求是由加速管和磁控管的工作状态所要求的。所要求的。 1脉冲功率脉冲功率PM 供给振荡器产生超高频振荡所需的脉冲功率。供给振荡器产生超高频振荡所需的脉冲功率。 2调制器效率调制器效率M 调制器输出功率与输入功率的比值。调制器输出功率与输入功率的比值

4、。 3脉冲重复频率脉冲重复频率FM或它的倒数重复周期或它的倒数重复周期TM， FM常用每秒钟的脉冲数（常用每秒钟的脉冲数（PPS）表示。）表示。脉冲波形：脉冲波形： 1、 脉冲前沿脉冲前沿 一般是以脉冲稳态值一般是以脉冲稳态值a的的5%上升到上升到90%所需的时间为脉冲的上升所需的时间为脉冲的上升时间。时间。 2、 脉冲后沿脉冲后沿 一般是以脉冲稳态值的一般是以脉冲稳态值的90%下降到下降到5%所需时间为脉冲的后沿。所需时间为脉冲的后沿。 3、脉冲的顶部波动系数：、脉冲的顶部波动系数： 由脉冲顶部的变化量由脉冲顶部的变化量am和稳态值和稳态值a的比值表示。的比值表示。 aa 1 Ea MEa0

5、 . 9 0 Ea M0 . 0 5 Ea Mc0tEa M脉冲宽度脉冲宽度 一般以脉冲额定值的一般以脉冲额定值的90%处的宽度表示。处的宽度表示。 当计算平均电流时以当计算平均电流时以50%电平处计算脉冲宽度；电平处计算脉冲宽度； 为估算磁控管输出射频脉冲宽度，则以为估算磁控管输出射频脉冲宽度，则以6080%电平电平处计算射频脉宽。处计算射频脉宽。 驻波电子直线加速器中，因场的建立需要一定的时驻波电子直线加速器中，因场的建立需要一定的时间，常用间，常用以提高利用率。以提高利用率。脉冲调制器图片脉冲调制器图片二、调制器的工作原理与组成原理框图原理框图功能组成部件功能组成部件设设 计计制制 图图

6、审审 核核山山东东新新华华医医疗疗器器械械股股份份有有限限公公司司文文 件件 名名 : :F F: : x xh h1 14 4- -0 07 70 03 3 0 04 4脉脉 冲冲 调调 制制 器器 . .d dd db b - - S SC CH H S Sh he ee et t1 1. .S Sc ch h标标 准准 化化批批 准准校校 对对0 00 0共共第第张张张张1 17 7- -D De ec c- -2 20 00 07 7X XH HA A1 14 4. .0 05 5. .XHA14.05.工工 艺艺时时 间间标标 记记 处处 数数 文文 件件 号号签签 字字 日日 期期

7、等等 级级 标标 记记数数 量量比比 例例重重 量量日日 期期签签 字字底底 图图 总总 号号旧旧 底底 图图 总总 号号图图 号号印印 板板 代代 号号MFHMKHMKLMFLGKLGKHHVGND1u6.8n51脉 冲 电 压脉 冲 电 流T？TRASPULSE4DQ采 样KF加 速 管ACCELERATOR充 电 电 压135A424VMCX1159直流高压电源KGHA4VDQ5C22反峰电路4L12.25H (XH-2#) RC匹配电路4L2500uH4R2-4R11200W-250104R12250/200W4CR125kV/2A4CR325kV/2A4C10.1DE-Q电阻组件4P

8、044充电二极管组件1取样电阻板4R1200W-254JX24C20.011u4JX022123454T1XH-7#4C30.011u4C90.011u123454T2220V/6.3V23A XH-3#4J044Q9-50kF4J204CR425kV/2A4CR525kV/2A4CR625kV/2AR8W1R8W1NSFC磁 控 管 MG5193MAGNATRON4C107500pF4CT24R14254L3INDUCTOR4CR72DW1154R132504R185.14R175.1TCM4VMG14R165.14VMG24JX14R155.14R195.14JX5014JX5024JX5

9、034J542-14J542-24J542-34J541XHA14.05.04.05触 发 器 低 通 电 路.sch4JX5014JX5024JX5034J542-14J542-24J542-34J541121233JX21212JX1XHA14.05.04.02.02DE-Q高压采样板4CR225kV/2A4P0424L4PFN4J0424J154P20Q94C50.011u4C60.011u4JX0314C70.011u4C80.011u4C40.011uR320k4CT2R150MR420kR25.1kXHA14.05.04.00.01E4仿 真 线原理框图原理框图功能组成部件功能组成

10、部件充电回路充电回路放电回路放电回路反峰电路反峰电路仿真线仿真线普通的充电电路是由电源、储能元件和负载普通的充电电路是由电源、储能元件和负载电阻（或脉冲变压器的初级绕组）组成。为了电阻（或脉冲变压器的初级绕组）组成。为了防止电源在脉冲输出期间被开关管短路，还需防止电源在脉冲输出期间被开关管短路，还需要在电源和开关之间安插一个充电隔离元件，要在电源和开关之间安插一个充电隔离元件，这个元件常用电感，叫充电电感。这个元件常用电感，叫充电电感。仿真线仿真线充电电感充电电感负载闸流管电源2.1 充电回路充电回路为使调制器良好地工作，充电电路应满足为使调制器良好地工作，充电电路应满足三项要求：三项要求：每

11、次充电过程结束后，每次充电过程结束后， 仿真线上充电电仿真线上充电电压大致相同；压大致相同；脉冲输出期间，使电源和开关管充分离开；脉冲输出期间，使电源和开关管充分离开；有较高的充电效率。有较高的充电效率。 充电回路的要求充电回路的要求CLERK等效电路等效电路v加速器的脉冲调制器功率都比较大，常采用等待加速器的脉冲调制器功率都比较大，常采用等待充电电路，就是在直流谐振充电电路中串联充电充电电路，就是在直流谐振充电电路中串联充电二极管而构成二极管而构成 。v防止仿真线向电源反向充电。防止仿真线向电源反向充电。CR1充电电感1235A4CX1159充电二极管REC开关管充电电路的应用充电电路的应用

12、 放电电路是调制器的输出电路。由脉冲形成网络、放电电路是调制器的输出电路。由脉冲形成网络、开关管、脉冲电缆、脉冲变压器和负载组成。开关管、脉冲电缆、脉冲变压器和负载组成。 图图1放电电路图。放电电路图。 闸流管具有单向导电性，图闸流管具有单向导电性，图2是简化的等效放电是简化的等效放电电路。电路。 1235A4CX1159图2Ln图1L1.2HCnECCLnCn CRCHR2.2 放电回路放电回路放电回路有三种放电情况：放电回路有三种放电情况：v=匹配情况匹配情况 v 正失配情况正失配情况 v 正失配情况正失配情况v仿真线放电经过仿真线放电经过时刻以时刻以后，仿真线上电压变为后，仿真线上电压变

13、为负值。负值。v调制器一般工作在轻微调制器一般工作在轻微的负失配状况如图。的负失配状况如图。v在严重负失配，如磁控在严重负失配，如磁控管打火，负载短路，这管打火，负载短路，这是危险的，常用反峰电是危险的，常用反峰电路去消除这危险路去消除这危险 。负失配情况负失配情况在负失配时，仿真线上的反向电压（绝对值）和在负失配时，仿真线上的反向电压（绝对值）和充电电压都随着放电次数的增加而逐次增加。充电电压都随着放电次数的增加而逐次增加。破坏稳定的充电过程破坏稳定的充电过程 发生器件击穿的危险发生器件击穿的危险 2.3 反峰电路反峰电路 如图由一只二极管和一个电阻串联后并接在闸流如图由一只二极管和一个电阻

14、串联后并接在闸流管的两端。闸流管只有正向导通特性，反峰电路管的两端。闸流管只有正向导通特性，反峰电路只有反向导通特性。只有反向导通特性。 通过反峰电路消除反峰电压，保护器件。通过反峰电路消除反峰电压，保护器件。CR1R1235A4CX1159CR2反峰电路E反峰二极管C反峰电路反峰电路 仿真线又称人工线或脉冲形成网络仿真线又称人工线或脉冲形成网络 一般采用等电感等电容的链形网络一般采用等电感等电容的链形网络LLLLLCLCCCCC2.4 仿真线（仿真线（PFN pulse forming network）三、关键器件三、关键器件 氢闸流管氢闸流管 脉冲变压器脉冲变压器 具有正触发特性。具有正触

15、发特性。加正触发脉冲到栅极加正触发脉冲到栅极 带有氢发生器带有氢发生器填有钛氢化合物的小管，在加热时放填有钛氢化合物的小管，在加热时放出氢气。出氢气。稳定管内的氢压稳定管内的氢压氢闸流管氢闸流管 栅极加上正向电压后，阴极发射出的电子便在电场的作用下向栅极运动。在运动过程中，电子不断与气体分子相碰撞,使部分气体分子电离,形成新的电子和离子。新的电子也向栅极运动，又会出现新的电离； 而离子向阴极运动在适当的条件下就能在极短的时间内发生“雪崩式”过程，在阴极栅极间形成等离子区(见气体放电)。这时，如阳极具有足够高的正向电压，那么，在阳极电场的作用下,等离子区里的部分电子将得到加速,在阳极栅极空间使气

16、体分子电离。极栅极间的等离子区迅速扩展到阳极栅极空间。这时，整个闸流管导通，栅极失去控制能力。只有在阳极电压降得很低，不足以维持放电电流时，放电才会熄灭。管子在放电熄灭以后还要经过一段消电离时间,待放电空间等离子区消失后,栅极才能恢复原来的控制功能，准备下一次工作。 灯丝电压要求稳定：灯丝电压要求稳定：灯丝电压决定阴极的温度，如温度过高，缩短寿命。灯丝电压决定阴极的温度，如温度过高，缩短寿命。如温度过低，则发射能力不足。如温度过低，则发射能力不足。氢气发生器的热丝与灯丝是并联供电的，灯丝电压不氢气发生器的热丝与灯丝是并联供电的，灯丝电压不稳引起管内氢气压强的变化。稳引起管内氢气压强的变化。气压

17、过低时，限制了电流上升速率，增大管压降，气压过低时，限制了电流上升速率，增大管压降，严重时阳极损耗大而呈红热。严重时阳极损耗大而呈红热。气压过高时，消电离时间长引起氢闸流管连通。气压过高时，消电离时间长引起氢闸流管连通。一般要求灯丝电压上下变动不超过额定值的一般要求灯丝电压上下变动不超过额定值的5%。氢闸流管灯丝电压要求氢闸流管灯丝电压要求 不能抓玻璃部分擦拔不能抓玻璃部分擦拔强度不够损坏管子强度不够损坏管子 不能用湿布包管子擦拔不能用湿布包管子擦拔工作后温度高，热涨冷缩会工作后温度高，热涨冷缩会炸管子炸管子 用手抓住金属外壳在冷却后用手抓住金属外壳在冷却后才能擦拔才能擦拔 阳极帽必须用手托住

18、才能用阳极帽必须用手托住才能用螺丝刀锁紧螺丝刀锁紧氢闸流管的安装氢闸流管的安装在更换闸流管时的注意事项在更换闸流管时的注意事项 1 1、小心取下、安装管冒，防止损坏阳极、小心取下、安装管冒，防止损坏阳极2 2、绝对不能抓玻璃壳取闸流管、绝对不能抓玻璃壳取闸流管强度不够损坏管子3 3、应该抓住金属壳取下闸流管、应该抓住金属壳取下闸流管4 4、不能用湿布包管子插拔不能用湿布包管子插拔工作后温度高，热涨冷缩会炸管子工作后温度高，热涨冷缩会炸管子5 5、阳极高压线不能靠风扇太近、阳极高压线不能靠风扇太近氢闸流管的储存氢闸流管的储存 长期不用的闸流管，第一次使用时，预热长期不用的闸流管，第一次使用时，预热时间延长，时间延长， 预热电压不要太大，开始电流不要太高预热电压不要太大，开始电流不要太高（老炼）。（老炼）。 仓库存储的闸流管，最好轮