加速器(五)調(diào)制器

1、脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器HT pulse modulator 電子直線加速器的基本工作原理：電子直線加速器的基本工作原理： 在“高壓脈沖調(diào)制系統(tǒng)”的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制下，一方 面，微波源向加速管內(nèi)注入微波功率，建立起動(dòng) 態(tài)加速電場(chǎng)；另一方面，電子槍向加速管內(nèi)適時(shí) 發(fā)射電子。只要注入的電子與動(dòng)態(tài)加速電場(chǎng)的相 位和前進(jìn)速度（行波）或交變速度（駐波）都能 保持一致，那么，就可以得到所需要的電子能量。 如果被加速后的電子直接從輻射系統(tǒng)的“窗口”輸 出，就是高能電子射線，若為打靶后輸出，就是 高能X線。高壓脈沖調(diào)制器高壓脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器是向脈沖工作的微波源提供脈沖功率的電源。輸出一系列大功率具有一定重復(fù)頻率、

2、寬度、波形合適脈沖電壓。電子槍電子槍( (發(fā)射電子發(fā)射電子) )鋇鎢陰極E-E-E-E-E-E-E-E-E-E- 柵控制極陰極加熱燈絲E-E-E-E-E-E-12,000 VoltsE-E-自由電子鋇原子中的電子陽(yáng)極孔E-E-E-E-E-E-E-脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器概述概述工作原理與組成工作原理與組成關(guān)鍵器件關(guān)鍵器件閘流管閘流管脈沖變壓器脈沖變壓器磁控管磁控管 脈沖調(diào)制器是加速器的主要組成部分。加速器的微波功脈沖調(diào)制器是加速器的主要組成部分。加速器的微波功率源都由磁控管（或速調(diào)管）及脈沖調(diào)制器組成。它產(chǎn)率源都由磁控管（或速調(diào)管）及脈沖調(diào)制器組成。它產(chǎn)生一定的振幅、寬度、重復(fù)頻率和一定功率的脈沖

3、。生一定的振幅、寬度、重復(fù)頻率和一定功率的脈沖。 加速器的性能、工作的可靠性直接與微波源、調(diào)制器有加速器的性能、工作的可靠性直接與微波源、調(diào)制器有關(guān)，正確地了解調(diào)制器的原理、線路和工作特點(diǎn)是很有關(guān)，正確地了解調(diào)制器的原理、線路和工作特點(diǎn)是很有必要的。必要的。一、概述一、概述脈沖調(diào)制器的技術(shù)參數(shù) 調(diào)制器的技術(shù)要求是由加速管和磁控管的工作狀態(tài)調(diào)制器的技術(shù)要求是由加速管和磁控管的工作狀態(tài)所要求的。所要求的。 1脈沖功率脈沖功率PM 供給振蕩器產(chǎn)生超高頻振蕩所需的脈沖功率。供給振蕩器產(chǎn)生超高頻振蕩所需的脈沖功率。 2調(diào)制器效率調(diào)制器效率M 調(diào)制器輸出功率與輸入功率的比值。調(diào)制器輸出功率與輸入功率的比值

4、。 3脈沖重復(fù)頻率脈沖重復(fù)頻率FM或它的倒數(shù)重復(fù)周期或它的倒數(shù)重復(fù)周期TM， FM常用每秒鐘的脈沖數(shù)（常用每秒鐘的脈沖數(shù)（PPS）表示。）表示。脈沖波形：脈沖波形： 1、 脈沖前沿脈沖前沿 一般是以脈沖穩(wěn)態(tài)值一般是以脈沖穩(wěn)態(tài)值a的的5%上升到上升到90%所需的時(shí)間為脈沖的上升所需的時(shí)間為脈沖的上升時(shí)間。時(shí)間。 2、 脈沖后沿脈沖后沿 一般是以脈沖穩(wěn)態(tài)值的一般是以脈沖穩(wěn)態(tài)值的90%下降到下降到5%所需時(shí)間為脈沖的后沿。所需時(shí)間為脈沖的后沿。 3、脈沖的頂部波動(dòng)系數(shù)：、脈沖的頂部波動(dòng)系數(shù)： 由脈沖頂部的變化量由脈沖頂部的變化量am和穩(wěn)態(tài)值和穩(wěn)態(tài)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脈沖寬度脈沖寬度 一般以脈沖額定值的一般以脈沖額定值的90%處的寬度表示。處的寬度表示。 當(dāng)計(jì)算平均電流時(shí)以當(dāng)計(jì)算平均電流時(shí)以50%電平處計(jì)算脈沖寬度；電平處計(jì)算脈沖寬度； 為估算磁控管輸出射頻脈沖寬度，則以為估算磁控管輸出射頻脈沖寬度，則以6080%電平電平處計(jì)算射頻脈寬。處計(jì)算射頻脈寬。 駐波電子直線加速器中，因場(chǎng)的建立需要一定的時(shí)駐波電子直線加速器中，因場(chǎng)的建立需要一定的時(shí)間，常用間，常用以提高利用率。以提高利用率。脈沖調(diào)制器圖片脈沖調(diào)制器圖片二、調(diào)制器的工作原理與組成原理框圖原理框圖功能組成部件功能組成部件設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)制制 圖圖

6、審審 核核山山東東新新華華醫(yī)醫(yī)療療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脈脈 沖沖 調(diào)調(diào) 制制 器器 . .d dd db b - - S SC CH H S Sh he ee et t1 1. .S Sc ch h標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 化化批批 準(zhǔn)準(zhǔn)校校 對(duì)對(duì)0 00 0共共第第張張張張1 17 7- -D De ec c- -2 20 00 07 7X XH HA A1 14 4. .0 05 5. .XHA14.05.工工 藝藝時(shí)時(shí) 間間標(biāo)標(biāo) 記記 處處 數(shù)數(shù) 文文 件件 號(hào)號(hào)簽簽 字字 日日 期期

7、等等 級(jí)級(jí) 標(biāo)標(biāo) 記記數(shù)數(shù) 量量比比 例例重重 量量日日 期期簽簽 字字底底 圖圖 總總 號(hào)號(hào)舊舊 底底 圖圖 總總 號(hào)號(hào)圖圖 號(hào)號(hào)印印 板板 代代 號(hào)號(hào)MFHMKHMKLMFLGKLGKHHVGND1u6.8n51脈 沖 電 壓脈 沖 電 流T？TRASPULSE4DQ采 樣KF加 速 管ACCELERATOR充 電 電 壓135A424VMCX1159直流高壓電源KGHA4VDQ5C22反峰電路4L12.25H (XH-2#) RC匹配電路4L2500uH4R2-4R11200W-250104R12250/200W4CR125kV/2A4CR325kV/2A4C10.1DE-Q電阻組件4P

8、044充電二極管組件1取樣電阻板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觸 發(fā) 器 低 通 電 路.sch4JX5014JX5024JX5034J542-14J542-24J542-34J541121233JX21212JX1XHA14.05.04.02.02DE-Q高壓采樣板4CR225kV/2A4P0424L4PFN4J0424J154P20Q94C50.011u4C60.011u4JX0314C70.011u4C80.011u4C40.011uR320k4CT2R150MR420kR25.1kXHA14.05.04.00.01E4仿 真 線原理框圖原理框圖功能組成部件功能組成

10、部件充電回路充電回路放電回路放電回路反峰電路反峰電路仿真線仿真線普通的充電電路是由電源、儲(chǔ)能元件和負(fù)載普通的充電電路是由電源、儲(chǔ)能元件和負(fù)載電阻（或脈沖變壓器的初級(jí)繞組）組成。為了電阻（或脈沖變壓器的初級(jí)繞組）組成。為了防止電源在脈沖輸出期間被開關(guān)管短路，還需防止電源在脈沖輸出期間被開關(guān)管短路，還需要在電源和開關(guān)之間安插一個(gè)充電隔離元件，要在電源和開關(guān)之間安插一個(gè)充電隔離元件，這個(gè)元件常用電感，叫充電電感。這個(gè)元件常用電感，叫充電電感。仿真線仿真線充電電感充電電感負(fù)載閘流管電源2.1 充電回路充電回路為使調(diào)制器良好地工作，充電電路應(yīng)滿足為使調(diào)制器良好地工作，充電電路應(yīng)滿足三項(xiàng)要求：三項(xiàng)要求：每

11、次充電過程結(jié)束后，每次充電過程結(jié)束后， 仿真線上充電電仿真線上充電電壓大致相同；壓大致相同；脈沖輸出期間，使電源和開關(guān)管充分離開；脈沖輸出期間，使電源和開關(guān)管充分離開；有較高的充電效率。有較高的充電效率。 充電回路的要求充電回路的要求CLERK等效電路等效電路v加速器的脈沖調(diào)制器功率都比較大，常采用等待加速器的脈沖調(diào)制器功率都比較大，常采用等待充電電路，就是在直流諧振充電電路中串聯(lián)充電充電電路，就是在直流諧振充電電路中串聯(lián)充電二極管而構(gòu)成二極管而構(gòu)成 。v防止仿真線向電源反向充電。防止仿真線向電源反向充電。CR1充電電感1235A4CX1159充電二極管REC開關(guān)管充電電路的應(yīng)用充電電路的應(yīng)用

12、 放電電路是調(diào)制器的輸出電路。由脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、放電電路是調(diào)制器的輸出電路。由脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)管、脈沖電纜、脈沖變壓器和負(fù)載組成。開關(guān)管、脈沖電纜、脈沖變壓器和負(fù)載組成。 圖圖1放電電路圖。放電電路圖。 閘流管具有單向?qū)щ娦裕瑘D閘流管具有單向?qū)щ娦?，圖2是簡(jiǎn)化的等效放電是簡(jiǎn)化的等效放電電路。電路。 1235A4CX1159圖2Ln圖1L1.2HCnECCLnCn CRCHR2.2 放電回路放電回路放電回路有三種放電情況：放電回路有三種放電情況：v=匹配情況匹配情況 v 正失配情況正失配情況 v 正失配情況正失配情況v仿真線放電經(jīng)過仿真線放電經(jīng)過時(shí)刻以時(shí)刻以后，仿真線上電壓變?yōu)楹?，仿真線上電壓變

13、為負(fù)值。負(fù)值。v調(diào)制器一般工作在輕微調(diào)制器一般工作在輕微的負(fù)失配狀況如圖。的負(fù)失配狀況如圖。v在嚴(yán)重負(fù)失配，如磁控在嚴(yán)重負(fù)失配，如磁控管打火，負(fù)載短路，這管打火，負(fù)載短路，這是危險(xiǎn)的，常用反峰電是危險(xiǎn)的，常用反峰電路去消除這危險(xiǎn)路去消除這危險(xiǎn) 。負(fù)失配情況負(fù)失配情況在負(fù)失配時(shí)，仿真線上的反向電壓（絕對(duì)值）和在負(fù)失配時(shí)，仿真線上的反向電壓（絕對(duì)值）和充電電壓都隨著放電次數(shù)的增加而逐次增加。充電電壓都隨著放電次數(shù)的增加而逐次增加。破壞穩(wěn)定的充電過程破壞穩(wěn)定的充電過程 發(fā)生器件擊穿的危險(xiǎn)發(fā)生器件擊穿的危險(xiǎn) 2.3 反峰電路反峰電路 如圖由一只二極管和一個(gè)電阻串聯(lián)后并接在閘流如圖由一只二極管和一個(gè)電阻

14、串聯(lián)后并接在閘流管的兩端。閘流管只有正向?qū)ㄌ匦裕捶咫娐饭艿膬啥?。閘流管只有正向?qū)ㄌ匦?，反峰電路只有反向?qū)ㄌ匦浴Ｖ挥蟹聪驅(qū)ㄌ匦浴?通過反峰電路消除反峰電壓，保護(hù)器件。通過反峰電路消除反峰電壓，保護(hù)器件。CR1R1235A4CX1159CR2反峰電路E反峰二極管C反峰電路反峰電路 仿真線又稱人工線或脈沖形成網(wǎng)絡(luò)仿真線又稱人工線或脈沖形成網(wǎng)絡(luò) 一般采用等電感等電容的鏈形網(wǎng)絡(luò)一般采用等電感等電容的鏈形網(wǎng)絡(luò)LLLLLCLCCCCC2.4 仿真線（仿真線（PFN pulse forming network）三、關(guān)鍵器件三、關(guān)鍵器件 氫閘流管氫閘流管 脈沖變壓器脈沖變壓器 具有正觸發(fā)特性。具有正觸

15、發(fā)特性。加正觸發(fā)脈沖到柵極加正觸發(fā)脈沖到柵極 帶有氫發(fā)生器帶有氫發(fā)生器填有鈦氫化合物的小管，在加熱時(shí)放填有鈦氫化合物的小管，在加熱時(shí)放出氫氣。出氫氣。穩(wěn)定管內(nèi)的氫壓穩(wěn)定管內(nèi)的氫壓氫閘流管氫閘流管 柵極加上正向電壓后，陰極發(fā)射出的電子便在電場(chǎng)的作用下向柵極運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中，電子不斷與氣體分子相碰撞,使部分氣體分子電離,形成新的電子和離子。新的電子也向柵極運(yùn)動(dòng)，又會(huì)出現(xiàn)新的電離； 而離子向陰極運(yùn)動(dòng)在適當(dāng)?shù)臈l件下就能在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生“雪崩式”過程，在陰極柵極間形成等離子區(qū)(見氣體放電)。這時(shí)，如陽(yáng)極具有足夠高的正向電壓，那么，在陽(yáng)極電場(chǎng)的作用下,等離子區(qū)里的部分電子將得到加速,在陽(yáng)極柵極空間使氣

16、體分子電離。極柵極間的等離子區(qū)迅速擴(kuò)展到陽(yáng)極柵極空間。這時(shí)，整個(gè)閘流管導(dǎo)通，柵極失去控制能力。只有在陽(yáng)極電壓降得很低，不足以維持放電電流時(shí)，放電才會(huì)熄滅。管子在放電熄滅以后還要經(jīng)過一段消電離時(shí)間,待放電空間等離子區(qū)消失后,柵極才能恢復(fù)原來的控制功能，準(zhǔn)備下一次工作。 燈絲電壓要求穩(wěn)定：燈絲電壓要求穩(wěn)定：燈絲電壓決定陰極的溫度，如溫度過高，縮短壽命。燈絲電壓決定陰極的溫度，如溫度過高，縮短壽命。如溫度過低，則發(fā)射能力不足。如溫度過低，則發(fā)射能力不足。氫氣發(fā)生器的熱絲與燈絲是并聯(lián)供電的，燈絲電壓不氫氣發(fā)生器的熱絲與燈絲是并聯(lián)供電的，燈絲電壓不穩(wěn)引起管內(nèi)氫氣壓強(qiáng)的變化。穩(wěn)引起管內(nèi)氫氣壓強(qiáng)的變化。氣壓

17、過低時(shí)，限制了電流上升速率，增大管壓降，氣壓過低時(shí)，限制了電流上升速率，增大管壓降，嚴(yán)重時(shí)陽(yáng)極損耗大而呈紅熱。嚴(yán)重時(shí)陽(yáng)極損耗大而呈紅熱。氣壓過高時(shí)，消電離時(shí)間長(zhǎng)引起氫閘流管連通。氣壓過高時(shí)，消電離時(shí)間長(zhǎng)引起氫閘流管連通。一般要求燈絲電壓上下變動(dòng)不超過額定值的一般要求燈絲電壓上下變動(dòng)不超過額定值的5%。氫閘流管燈絲電壓要求氫閘流管燈絲電壓要求 不能抓玻璃部分擦拔不能抓玻璃部分擦拔強(qiáng)度不夠損壞管子強(qiáng)度不夠損壞管子 不能用濕布包管子擦拔不能用濕布包管子擦拔工作后溫度高，熱漲冷縮會(huì)工作后溫度高，熱漲冷縮會(huì)炸管子炸管子 用手抓住金屬外殼在冷卻后用手抓住金屬外殼在冷卻后才能擦拔才能擦拔 陽(yáng)極帽必須用手托住

18、才能用陽(yáng)極帽必須用手托住才能用螺絲刀鎖緊螺絲刀鎖緊氫閘流管的安裝氫閘流管的安裝在更換閘流管時(shí)的注意事項(xiàng)在更換閘流管時(shí)的注意事項(xiàng) 1 1、小心取下、安裝管冒，防止損壞陽(yáng)極、小心取下、安裝管冒，防止損壞陽(yáng)極2 2、絕對(duì)不能抓玻璃殼取閘流管、絕對(duì)不能抓玻璃殼取閘流管強(qiáng)度不夠損壞管子3 3、應(yīng)該抓住金屬殼取下閘流管、應(yīng)該抓住金屬殼取下閘流管4 4、不能用濕布包管子插拔不能用濕布包管子插拔工作后溫度高，熱漲冷縮會(huì)炸管子工作后溫度高，熱漲冷縮會(huì)炸管子5 5、陽(yáng)極高壓線不能靠風(fēng)扇太近、陽(yáng)極高壓線不能靠風(fēng)扇太近氫閘流管的儲(chǔ)存氫閘流管的儲(chǔ)存 長(zhǎng)期不用的閘流管，第一次使用時(shí)，預(yù)熱長(zhǎng)期不用的閘流管，第一次使用時(shí)，預(yù)熱時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)間延長(zhǎng)， 預(yù)熱電壓不要太大，開始電流不要太高預(yù)熱電壓不要太大，開始電流不要太高（老煉）。（老煉）。 倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)的閘流管，最好輪