1、脈沖調制器脈沖調制器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“高壓脈沖調制系統”的統一協調控制下，一方 面，微波源向加速管內注入微波功率，建立起動 態加速電場；另一方面，電子槍向加速管內適時 發射電子。只要注入的電子與動態加速電場的相 位和前進速度（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。高壓脈沖調制器高壓脈沖調制器脈沖調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頻率、

2、寬度、波形合適脈沖電壓。電子槍電子槍( (發射電子發射電子) )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極孔E-E-E-E-E-E-E-脈沖調制器脈沖調制器概述概述工作原理與組成工作原理與組成關鍵器件關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 脈沖調制器是加速器的主要組成部分。加速器的微波功脈沖調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（或速調管）及脈沖調制器組成。它產率源都由磁控管（或速調管）及脈沖調制器組成。它產生一定的振幅、寬度、重復頻率和一定功率的脈沖

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

4、。 3脈沖重復頻率脈沖重復頻率FM或它的倒數重復周期或它的倒數重復周期TM， FM常用每秒鐘的脈沖數（常用每秒鐘的脈沖數（PPS）表示。）表示。脈沖波形：脈沖波形： 1、 脈沖前沿脈沖前沿 一般是以脈沖穩態值一般是以脈沖穩態值a的的5%上升到上升到90%所需的時間為脈沖的上升所需的時間為脈沖的上升時間。時間。 2、 脈沖后沿脈沖后沿 一般是以脈沖穩態值的一般是以脈沖穩態值的90%下降到下降到5%所需時間為脈沖的后沿。所需時間為脈沖的后沿。 3、脈沖的頂部波動系數：、脈沖的頂部波動系數： 由脈沖頂部的變化量由脈沖頂部的變化量am和穩態值和穩態值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。 當計算平均電流時以當計算平均電流時以50%電平處計算脈沖寬度；電平處計算脈沖寬度； 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%電平電平處計算射頻脈寬。處計算射頻脈寬。 駐波電子直線加速器中，因場的建立需要一定的時駐波電子直線加速器中，因場的建立需要一定的時間，常用間，常用以提高利用率。以提高利用率。脈沖調制器圖片脈沖調制器圖片二、調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設 計計制制 圖圖

6、審審 核核山山東東新新華華醫醫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 調調 制制 器器 . .d dd db b - - S SC CH H S Sh he ee et t1 1. .S Sc ch h標標 準準 化化批批 準準校校 對對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 藝藝時時 間間標標 記記 處處 數數 文文 件件 號號簽簽 字字 日日 期期

7、等等 級級 標標 記記數數 量量比比 例例重重 量量日日 期期簽簽 字字底底 圖圖 總總 號號舊舊 底底 圖圖 總總 號號圖圖 號號印印 板板 代代 號號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 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、儲能元件和負載普通的充電電路是由電源、儲能元件和負載電阻（或脈沖變壓器的初級繞組）組成。為了電阻（或脈沖變壓器的初級繞組）組成。為了防止電源在脈沖輸出期間被開關管短路，還需防止電源在脈沖輸出期間被開關管短路，還需要在電源和開關之間安插一個充電隔離元件，要在電源和開關之間安插一個充電隔離元件，這個元件常用電感，叫充電電感。這個元件常用電感，叫充電電感。仿真線仿真線充電電感充電電感負載閘流管電源2.1 充電回路充電回路為使調制器良好地工作，充電電路應滿足為使調制器良好地工作，充電電路應滿足三項要求：三項要求：每

11、次充電過程結束后，每次充電過程結束后， 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，使電源和開關管充分離開；脈沖輸出期間，使電源和開關管充分離開；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加速器的脈沖調制器功率都比較大，常采用等待加速器的脈沖調制器功率都比較大，常采用等待充電電路，就是在直流諧振充電電路中串聯充電充電電路，就是在直流諧振充電電路中串聯充電二極管而構成二極管而構成 。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開關管充電電路的應用充電電路的應用

12、 放電電路是調制器的輸出電路。由脈沖形成網絡、放電電路是調制器的輸出電路。由脈沖形成網絡、開關管、脈沖電纜、脈沖變壓器和負載組成。開關管、脈沖電纜、脈沖變壓器和負載組成。 圖圖1放電電路圖。放電電路圖。 閘流管具有單向導電性，圖閘流管具有單向導電性，圖2是簡化的等效放電是簡化的等效放電電路。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仿真線放電經過仿真線放電經過時刻以時刻以后，仿真線上電壓變為后，仿真線上電壓變

13、為負值。負值。v調制器一般工作在輕微調制器一般工作在輕微的負失配狀況如圖。的負失配狀況如圖。v在嚴重負失配，如磁控在嚴重負失配，如磁控管打火，負載短路，這管打火，負載短路，這是危險的，常用反峰電是危險的，常用反峰電路去消除這危險路去消除這危險 。負失配情況負失配情況在負失配時，仿真線上的反向電壓（絕對值）和在負失配時，仿真線上的反向電壓（絕對值）和充電電壓都隨著放電次數的增加而逐次增加。充電電壓都隨著放電次數的增加而逐次增加。破壞穩定的充電過程破壞穩定的充電過程 發生器件擊穿的危險發生器件擊穿的危險 2.3 反峰電路反峰電路 如圖由一只二極管和一個電阻串聯后并接在閘流如圖由一只二極管和一個電阻

14、串聯后并接在閘流管的兩端。閘流管只有正向導通特性，反峰電路管的兩端。閘流管只有正向導通特性，反峰電路只有反向導通特性。只有反向導通特性。 通過反峰電路消除反峰電壓，保護器件。通過反峰電路消除反峰電壓，保護器件。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絡仿真線又稱人工線或脈沖形成網絡 一般采用等電感等電容的鏈形網絡一般采用等電感等電容的鏈形網絡LLLLLCLCCCCC2.4 仿真線（仿真線（PFN pulse forming network）三、關鍵器件三、關鍵器件 氫閘流管氫閘流管 脈沖變壓器脈沖變壓器 具有正觸發特性。具有正觸

15、發特性。加正觸發脈沖到柵極加正觸發脈沖到柵極 帶有氫發生器帶有氫發生器填有鈦氫化合物的小管，在加熱時放填有鈦氫化合物的小管，在加熱時放出氫氣。出氫氣。穩定管內的氫壓穩定管內的氫壓氫閘流管氫閘流管 柵極加上正向電壓后，陰極發射出的電子便在電場的作用下向柵極運動。在運動過程中，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動，又會出現新的電離； 而離子向陰極運動在適當的條件下就能在極短的時間內發生“雪崩式”過程，在陰極柵極間形成等離子區(見氣體放電)。這時，如陽極具有足夠高的正向電壓，那么，在陽極電場的作用下,等離子區里的部分電子將得到加速,在陽極柵極空間使氣

16、體分子電離。極柵極間的等離子區迅速擴展到陽極柵極空間。這時，整個閘流管導通，柵極失去控制能力。只有在陽極電壓降得很低，不足以維持放電電流時，放電才會熄滅。管子在放電熄滅以后還要經過一段消電離時間,待放電空間等離子區消失后,柵極才能恢復原來的控制功能，準備下一次工作。 燈絲電壓要求穩定：燈絲電壓要求穩定：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，則發射能力不足。如溫度過低，則發射能力不足。氫氣發生器的熱絲與燈絲是并聯供電的，燈絲電壓不氫氣發生器的熱絲與燈絲是并聯供電的，燈絲電壓不穩引起管內氫氣壓強的變化。穩引起管內氫氣壓強的變化。氣壓

17、過低時，限制了電流上升速率，增大管壓降，氣壓過低時，限制了電流上升速率，增大管壓降，嚴重時陽極損耗大而呈紅熱。嚴重時陽極損耗大而呈紅熱。氣壓過高時，消電離時間長引起氫閘流管連通。氣壓過高時，消電離時間長引起氫閘流管連通。一般要求燈絲電壓上下變動不超過額定值的一般要求燈絲電壓上下變動不超過額定值的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度不夠損壞管子強度不夠損壞管子 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，熱漲冷縮會工作后溫度高，熱漲冷縮會炸管子炸管子 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 陽極帽必須用手托住

18、才能用陽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的注意事項在更換閘流管時的注意事項 1 1、小心取下、安裝管冒，防止損壞陽極、小心取下、安裝管冒，防止損壞陽極2 2、絕對不能抓玻璃殼取閘流管、絕對不能抓玻璃殼取閘流管強度不夠損壞管子3 3、應該抓住金屬殼取下閘流管、應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，熱漲冷縮會炸管子工作后溫度高，熱漲冷縮會炸管子5 5、陽極高壓線不能靠風扇太近、陽極高壓線不能靠風扇太近氫閘流管的儲存氫閘流管的儲存 長期不用的閘流管，第一次使用時，預熱長期不用的閘流管，第一次使用時，預熱時間延長，時間延長， 預熱電壓不要太大，開始電流不要太高預熱電壓不要太大，開始電流不要太高（老煉）。（老煉）。 倉庫存儲的閘流管，最好輪