加速器原理-高压发生器
加速器物理基础
高压加速器类型及应用
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1.4 高压加速器的类型及应用
加速器物理基础
高频高压加速器(Dynamitron)
端电压： 0.4-4.5 MV 特点：输出能量高、输出电流大、束流品质较
好，高压纹波小，稳定可靠，束流功率可达 150KW，但电源利用率低，总效率一般不超过 40%
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6
1 4 2 5
串列高压加速器
1.3 高压加速器的发展
加速器物理基础
许多加速器加速粒子，高压电极只被利用一次——单级加速器 如果让粒子多次加速，就能得到更高的能量——串列加速器
串列加速器是在静电加速器的基础上发展起来的。
高压电极2由高压电源1获得正高 压，粒子源3产生负离子。负离
子被电场加速到高压电极后，经 过一个固体薄膜或一段低压气体
常被用作增能器)
高压加速器类型及应用
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1.4 高压加速器的类型及应用
加速器物理基础
倍压加速器
端电压： 0.1-4 MV 特点：束流品质及能量稳定度较静电加速器差
，但负载能力大，可加速各种粒子，提供连续或脉 冲束流
主要用途：质子与重离子直线加速器的注入器
，中子发生器，离子注入机，电子辐照等
课后习题
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高压加速器类型及应用 高压发生器 绝缘磁芯变压器 高压电场与绝缘介质 加速管 高压加速器的其他技术
利用利用直流高压电场来加速带电粒 子的加速器。倍压加速器、直线加速 器、回旋加速器、同步加速器、对撞 机与储存环，静电加速器等等。
课后习题
3
1. 高压加速器类型及应用
按照高压电源类型不同： 静电加速器 倍压加速器 高频高压加速器 绝缘芯变压器型加速器 强脉冲加速器
高压发生器原理
高压发生器原理高压发生器是一种能够产生高电压的装置，它在各种科学实验和工业领域中都有着广泛的应用。
了解高压发生器的原理对于掌握其工作机制和应用具有重要意义。
高压发生器的原理主要包括以下几个方面：1. 高压发生器的结构。
高压发生器通常由高压变压器、整流器、滤波器和输出电极等部件组成。
高压变压器用于将输入的低电压提升至所需的高电压，整流器用于将交流电转换为直流电，滤波器用于去除电压中的杂波，输出电极则用于输出高压电。
2. 高压发生器的工作原理。
高压发生器的工作原理是利用变压器的电磁感应原理，通过改变输入线圈和输出线圈的匝数比来实现电压的升高。
当输入电压通过输入线圈时，产生的磁场会感应出输出线圈中的电压，从而实现电压的升高。
整流器和滤波器则用于将输出的交流电转换为直流电，并去除电压中的杂波，最终输出稳定的高压电。
3. 高压发生器的应用。
高压发生器在科学实验中常用于产生高电压场，用于研究电场对物质的影响；在工业领域中常用于电子器件的测试和校准，以及静电除尘等领域。
另外，高压发生器还广泛应用于医疗领域，如X射线发生器和医用电刀等设备中。
4. 高压发生器的安全性。
由于高压发生器产生的电压较高，因此在使用过程中需要特别注意安全。
操作人员应严格按照操作规程进行操作，并配备相应的安全防护设备，以防止触电或其他意外事件的发生。
总结：高压发生器是一种能够产生高电压的装置，其原理是利用变压器的电磁感应原理实现电压的升高，通过整流器和滤波器将输出的交流电转换为直流电，并去除电压中的杂波，最终输出稳定的高压电。
它在科学实验、工业领域和医疗领域中都有着广泛的应用，但在使用过程中需要特别注意安全。
对于了解高压发生器的原理和应用具有重要意义，有助于更好地掌握其工作机制和使用方法。
谈谈高压加速器
谈谈高压加速器概述：简单介绍一下一下高压加速器的原理，重点介绍倍压加速器,然后谈谈我国高压加速器！在各种加速器中以高压和感应两大类加速器的原理最简单,结构不复杂,容易建造,使用也方便,容易为所掌握,加以在工农类等各方面用途很广,因此,普遍推广的实际意义很大。
高压加速器让带电粒子束一次或多次通过直流高压电源产生的电场而获得加速的装置.按产生高压的方法不同，可分为倍压加速器和静电加速器两类.按倍压电路不同，倍压加速器家族中又有高压倍加器（又称串激倍压整流器）、地那米加速器（又称高频高压发生器）、绝缘芯变压器和强脉冲倍压发生器等.静电加速器采用输电带或输电链向空心的金属电极输运电荷，从而获得高压来加速粒子.串列静电加速器是５０年代加入静电加速器家族的新成员，粒子通过高压电极被加速一次后在电荷转换装置中改变其带电极性，从而实现在同一电极电压下两次加速粒子，提高其能量.高压加速器在原理上可加速任意一种带电粒子，且能量可连续调节，但受到高压绝缘和材料击穿的限制，其能量不能太高，通常在几十到K`L几十之间.高压加速器可用作中子发生器、离子注入机P`L 和高能加速器的注入器等，并在分子、原子和核物理研究、微量分析和辐照加工等领域都有广泛的应用.倍压加速器：直流高压加速器的一种，采用倍压整流电路产生的直流高电压加速带电粒子。
倍压加速器同其直流高压加速器一样，都是由高压发生器、粒子源、加速和聚焦系统、真空系统、分析器、靶室以及控制系统等部分组成。
在加速管一端的高压电极内部，装有粒子源（离子源或电子源），能够产生所需要的带电粒子束。
当直流高压加到高压电极和加速管中的各个加速电极上时，各电极之间就产生了加速电场。
从粒子源中引出的带电粒子，在加速电场的作用下，由高电压端向加速管的另一端（处于地电势）加速,获得能量E=Q V（Q是粒子的电荷数，V是加速管两端的电势差），最后轰击到靶上。
为了减少粒子在加速过程中同气体分子碰撞而造成的束流分散和损失，加速管内的真空度约为1×10-5Torr（毫米汞柱）。
加速器原理-第3章
mm
不同气体的击穿电场强度相差十分悬殊，惰 性气体最差，而负电性气体最好。 负电性气体是指含有氧、氟、氯等负电性原 子的气态化合物。这些气体分子容易吸附电 子而成为稳定的负离子，从而削弱了电子倍 增过程。 目前在加速器中应用较为广泛的气体有：氮 气、氮气与二氧化碳(一般占20％)的混合气 体、上述气体与少量六氮化硫的混合气体、 以及纯六氟化硫。 常用的固体绝缘材料：玻璃、陶瓷、有机玻 璃、聚矾等。
第5节 高压加速器的其它技术
1. 粒子能量的测量
粒子的能量一般用分析器测量。主要有三种分析 器：静电分析器、磁分析器和交叉场分析器。 分析器的用途: 束流成分分析（不同粒子不同电荷态） 束流能量测量（能谱中心能量） 束流能散测量（能谱宽度）
2. 电子剥离 在串列加速器中，离子源所产生的负离子被 加速到高压电极后，要经过电子剥离器转变 为正离子，再继续加速。 剥离器有两种：气体剥离器与固体剥离器。
第4节 加速管
1. 基本结构
（1）对加速管的要求 有良好的真空性能，高气压环境下能维持较好的真 空度； 有足够的机械强度； 对束流有聚焦作用； 耐高电压（电场匀整）； 有过电压保护措施。
（2）类型 加速管由一段段的绝缘环与金属片交叠封接 而成。这些金属片称为加速电极。 在大气压下工作的加速器，如大多数倍压加 速器，遇常加速管较长而平均电位梯度较低。 这种加速管往往分段较少，每段的长度为十 几到几十厘米。其加速电极是长圆筒形，电 极长度较电极间隙大很多。在这种加速管中， 电场集中在间隙附近，在圆筒电极内部几乎 没有电场，粒子通过时仅以恒定速度漂移， 因此这种加速管被称为带漂移管的加速管(大 气压型)。 电位梯度<1MV/m。
固体剥离器可以是固体薄膜（例如几十μg／ cm2的碳箔）。 气体剥离器是一段细管，其中充以一定压力的 气体（例如氩气，压力为～1Pa）。 气体剥离器与膜剥离器的比较：
高压发生器原理
高压发生器原理高压发生器是一种能够产生高压电场的设备，其原理基于静电学和电场理论。
在物理学和工程技术领域，高压发生器被广泛应用于电子设备、医疗器械、科学研究等领域。
本文将介绍高压发生器的原理及其工作过程。
首先，高压发生器的原理基于静电学的基本原理。
静电学是研究静电场和静电力的学科，其中电荷是静电场的基本载体。
高压发生器利用静电学的原理，通过对电荷的分离和聚集来产生高压电场。
在高压发生器内部，通过一系列的电子元件和电路来实现对电荷的分离和聚集，从而产生高压电场。
其次，高压发生器的工作过程可以简单地分为几个步骤。
首先，高压发生器会将外部的电源输入转换成高压电源，然后经过一系列的电子元件和电路进行处理，最终产生高压电场。
在这个过程中，高压发生器需要克服电荷的阻力和电场的损耗，确保高压电场的稳定输出。
因此，高压发生器的设计和制造需要考虑电子元件的选材、电路的设计和稳定性等因素。
此外，高压发生器的应用领域非常广泛。
在电子设备中，高压发生器常用于显像管、雷达、激光器等设备中，为这些设备提供稳定的高压电源。
在医疗器械中，高压发生器被用于X射线机、电子显微镜等设备中，用于产生高压电场。
在科学研究领域，高压发生器也被广泛应用于物理学、化学等领域的实验中，为科学家提供高压电场。
总的来说，高压发生器是一种基于静电学原理的设备，能够产生稳定的高压电场。
其工作原理基于对电荷的分离和聚集，通过一系列的电子元件和电路来实现。
高压发生器在电子设备、医疗器械、科学研究等领域有着重要的应用价值，为这些领域提供了稳定的高压电源。
通过对高压发生器原理及其工作过程的了解，可以更好地理解高压发生器在现代科技领域中的重要作用。
高压发生器原理
高压发生器原理高压发生器是一种能够将低压电能转换为高压电能的装置，其原理主要基于静电感应和电场作用。
在高压发生器中，通过一系列复杂的电路和元件，低压电能得以被集中并转换为高压电能，从而实现对电场的控制和利用。
下面将详细介绍高压发生器的原理及其工作过程。
首先，高压发生器的核心部件之一是变压器。
变压器通过电磁感应原理，将输入的低压交流电转换为高压交流电。
当输入的低压电流通过变压器的初级线圈时，会在次级线圈中感应出高压电流。
这种电磁感应的原理是基于法拉第电磁感应定律，即变化的磁场会在导体中感应出感应电动势。
因此，变压器能够将低压电能转换为高压电能。
其次，高压发生器中的电容器也扮演着重要的角色。
电容器是一种能够储存电荷的元件，通过在两个导体之间建立电场来实现电荷的储存。
在高压发生器中，电容器能够将输入的高压电流储存起来，并在需要时释放出来。
这样一来，电容器可以帮助高压发生器实现对电荷的积累和释放，从而实现对电场的控制。
另外，高压发生器中的放电管也是至关重要的元件。
放电管是一种能够在特定条件下将电荷释放的元件，其工作原理主要基于电场的作用。
当电容器中储存的电荷达到一定的电压时，放电管会被激发，从而将电荷释放到外部电路中。
通过放电管的工作，高压发生器能够实现对电荷的释放和控制，从而产生高压电能。
最后，高压发生器中的绝缘材料也是不可或缺的。
绝缘材料能够阻止电荷的泄漏和外部干扰，从而保证高压电能的稳定输出。
在高压发生器中，绝缘材料被广泛应用于电路板、绝缘子等部件中，其主要作用是阻止电荷的外泄和保护电路的稳定运行。
综上所述，高压发生器的原理主要基于电磁感应、电场作用和绝缘原理。
通过变压器、电容器、放电管和绝缘材料等元件的协同作用，高压发生器能够将低压电能转换为高压电能，并实现对电场的控制和利用。
这种原理不仅在实际生活中得到了广泛应用，还为电力领域的发展提供了重要的技术支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解高压发生器的工作原理，并对相关领域的研究和应用有所启发。
高压发生器工作原理
高压发生器工作原理高压发生器是一种常用的设备，用于产生高压电流或高压气体。
它在多个领域中发挥着重要的作用，例如医疗、工业和科学研究等。
本文将介绍高压发生器的工作原理。
一、概述高压发生器的工作原理可以简单地描述为：通过一系列电路或装置，将低压电流或气体转化为高压。
具体的工作原理取决于不同的高压发生器类型，其中包括电压倍增器、变压器和压缩机等。
二、电压倍增器电压倍增器是一种常见的高压发生器，其工作原理基于电荷积累和放电。
电压倍增器主要由多个电容器和二极管组成。
在正向电源作用下，电容器会逐渐储存电荷，并且随着时间的推移，电压逐渐升高。
当电压达到一定程度时，二极管将导通，使电荷通过，产生一次高压放电。
电压倍增器通过多次储存和放电的过程，最终产生所需的高压。
三、变压器变压器是另一种常见的高压发生器，其工作原理基于电磁感应。
变压器主要由两个线圈组成：初级线圈和次级线圈。
当初级线圈中通过交流电流时，会在变压器的铁芯中产生变化的磁场。
这个磁场将导致次级线圈中的电流发生变化，从而产生高压。
四、压缩机在某些情况下，高压发生器采用压缩机的工作原理来产生高压气体。
压缩机主要由气缸、活塞和压缩腔室组成。
气缸中的活塞定期运动，将气体从较低的压力状态压缩到较高的压力状态。
通过重复进行该过程，可达到所需的高压。
五、应用领域高压发生器广泛应用于医疗、工业和科学研究领域。
在医疗领域，高压发生器经常用于X射线设备和放射治疗装置等。
在工业领域，高压发生器可用于电力输送、雷达系统和粒子加速器等。
在科学研究领域，高压发生器在材料研究、电子学和核物理学等方面发挥着重要作用。
六、安全注意事项在使用高压发生器时，要注意安全。
高压电流或气体具有较大的危险性，操作人员应戴好必要的个人防护设备，确保设备正常工作以及相关连接处的绝缘良好。
此外，应定期进行设备检查和维护，确保设备的安全可靠性。
总结：高压发生器是一种重要的设备，它能将低压电流或气体转化为高压。
高压发生器工作原理
高压发生器工作原理在科学研究、工业生产和生活应用中，高压发生器被广泛使用。
它是一种能够产生高压电流或高压气体的设备，具有非常重要的作用。
本文将以高压发生器的工作原理为主线，详细介绍其工作原理和应用。
第一部分：高压发生器的分类高压发生器可以根据工作介质的不同分为电压发生器和气压发生器。
电压发生器通过电场作用产生高压电，而气压发生器则利用气体的压缩和放松来产生高压气体。
第二部分：电压发生器的工作原理电压发生器利用电场力使电荷在导体中产生移动，从而形成高压电。
其工作原理如下：1. 电荷的加速电压发生器中的电源通过导线连接到两个电极上，形成电势差。
正电荷从正极开始受到推动力，向负极移动。
负电荷则受到拉力，向正极移动。
这样，电荷在导线中加速运动。
2. 电荷的聚积当电荷靠近导线的两端时，电场强度增大，电荷会被聚集在导线的两端附近，形成高电荷密度区域。
这时，导线两端形成高压区和低压区。
3. 高压区的输出在高电荷密度区域形成的高压区，电荷的电势能更高。
当导线接触到外部装置时，高压区的电荷会流动到外部装置中，形成高压电。
第三部分：气压发生器的工作原理气压发生器利用气体的特性，通过压缩和放松产生高压气体。
其工作原理如下：1. 气体的压缩气压发生器通过机械装置或泵将气体进行压缩，使气体分子之间的距离变小，从而增加气体的压强。
压缩时，气体分子不断受到外力压迫，导致分子之间的能量增加。
2. 气体的放松当达到设定的压缩程度后，气压发生器会释放压力，使气体分子之间的距离增大，压强减小。
气体放松时，分子之间的能量减少，并释放出热量。
3. 高压气体的输出经过压缩和放松的气体，在气压发生器的输出部分被接收，并通过管道或阀门输出到需要高压气体的设备中，完成工作。
结论：高压发生器是一种十分重要的设备，广泛应用于科学研究、工业生产和生活应用中。
电压发生器通过电场作用产生高压电，而气压发生器则利用气体的压缩和放松来产生高压气体。
了解高压发生器的工作原理对于正确使用和维护高压发生器具有重要意义。
高压发生器工作原理
高压发生器工作原理高压发生器是一种能够产生高压电场的设备，广泛应用于科学研究、医学诊断和工业生产等领域。
它通过特定的工作原理，将低压电源转化为高压输出。
本文将详细介绍高压发生器的工作原理及其相关知识。
一、高压发生器的组成部分高压发生器一般由以下几个主要组成部分构成：1. 电源模块：电源模块是高压发生器的动力源，一般使用电源变压器将低压电源升压至较高电压。
通过调节电源模块的输出电压和电流，可以控制高压发生器的输出。
2. 变压器：变压器是将电源模块输出的直流电压转化为高频交流电压的装置。
高压发生器中的变压器采用了特殊的设计，可以使输出的电压达到很高的水平。
3. 稳压器：稳压器用于控制高压发生器输出的电压稳定在所设定的数值范围内。
稳压器能够通过负反馈回路自动调整输出电压，保证高压发生器的稳定性和可靠性。
4. 输出端子：高压发生器的输出端子用于连接外部设备，将高压电场输出到需要的地方。
输出端子一般由安全绝缘材料制成，能够有效防止电流泄露和意外触电等安全问题。
二、高压发生器的工作原理高压发生器的工作原理涉及电场的产生和加速过程。
下面将分别介绍这两个方面。
1. 电场的产生高压发生器通过电源模块和变压器将低压电源转化为高压电源。
电源模块通过电压升压实现电能转换，使电能增大到一定程度。
然后，变压器将高压电源转化为高频交流电压。
这个过程中，变压器的设计和结构起到至关重要的作用，能够将输出的电压进一步升高。
2. 电场的加速高压发生器输出的电场需要经过加速才能够发挥作用。
它通过稳压器将输出的电压稳定在所需要的数值范围内。
稳压器能够自动调整输出电压，保持稳定。
然后，高压发生器将稳定的电压输出到外部设备，形成高压电场。
三、高压发生器的应用领域高压发生器广泛应用于科学研究、医学诊断和工业生产等领域。
以下是一些常见的应用领域：1. 实验室科研：在实验室中，高压发生器可以用于产生高压电场，用于物理、化学等实验研究。
比如，用于研究电荷的移动和分布情况，以及高电压对物质的影响等。
高压发生器是什么 高压发生器原理介绍
高压发生器是什么高压发生器原理介绍高压发生器又称直流高压发生器，是高压电源的传统称呼，是指主要用于绝缘和漏电检测中的高压电源，现在高压电源和高压发生器已经没有严格的区别。
下面为大家介绍高压发生器原理是什么。
高压发生器原理高压发生器又称直流高压发生器，是高压电源的传统称呼，是指主要用于绝缘和漏电检测中的高压电源，现在高压电源和高压发生器已经没有严格的区别。
英文：high voltage power supply 简称：HVPS。
高频直流高压发生器采用了高频倍压电路，应用了最新的PWM高频脉宽调制技术，闭环调整，采用了电压大反馈，使电压稳定度大幅度提高。
使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驱动技术，并根据电磁兼容性理论，采用特殊屏蔽、隔离和接地等措施。
使直流高压发生器实现了高品质、便携式，并能承受额定电压放电而不损坏。
VLF 0.1HZ 超低频高压发生器结合了现代数字变频先进技术，采用微机控制。
升压，降压，测量，保护完全自动化。
并且在自动升压过程中能进行人工干预。
由于全电子化。
可广泛用于电缆，旋转电机，电力电容器的交流耐压试验之中。
直流高压发生器采用中频整流滤波技术，解决了工频直流高压发生装置波纹系数较大，波形不平稳的缺点。
直流高压发生器最新研究、设计、制造的新科技产品，适用于电力部门、厂矿企业动力部门、科研单位、铁路、化工、发电厂等对氧化锌避雷器、磁吹避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验，是新世纪最理想的换代产品。
智能直流高压发生器应用新一代PWM高频脉宽调制技术，采用高端中频倍压电路，高性能闭环调整，高电压大反馈，大大进一步提高了电压稳定度。
根据《便携式直流高压发生器通用技术条件》（ZGF24003-90）国家标准，在原先直流高压发生器基础上符合日行电气电磁兼容性理论原则，采用国标法特殊屏蔽、隔离和接地等措施的原则和方法，使用性能更卓越的大功率IGBT器件及其驱动技术，现代电子高新技术芯片，智能化操作，是智能直流高压发生器更具真正的智能化，便携式，进一步扩大承受电压的范围不受损害。
加速器种类及优缺点
大学物理自主学习之勇攀高峰中荷学院2012级卓越班闫醒阳20125357带电粒子加速器加速器的种类：倍压加速器、直线加速器、回旋加速器、同步加速器、对撞机与储存环，静电加速器等等。
a倍压加速器原理：倍压加速器也称高压倍加器，是最早的一种低能加速器。
它是利用电压倍加原理产生高电压来加速粒子的。
倍压加速器一般由高压电源、加速管、离子源或电子枪、高压电极、绝缘支柱和其他附属设备所组成。
若使用正离子源，其高压电源的正极接到加速器的高压电极上，负极接地，中间是加速管，离子源放在高压电极中。
真空管道是用来保持加速器的真空。
当正离子源产生的正离子发射出来后，受到高压电极的排斥作用，就会沿加速管急速地到负极，能量逐步增高，正离子得到加速。
反过来，若使用负离子源或电子枪，这时高压电极的极性就要反接，即将高压电源的负极接到高压电极上，就能加速电子和负离子。
优缺点：由于倍压加速器的输出粒子流强度高，结构比较简单，运行比较可靠，造价低和建造快，因而得到了广泛的应用。
b直线加速器原理：直线加速器是采用高频电场来加速粒子的。
直线加速器既能加速质子和重离子，也能加速电子，加速质子的称为质子直线加速器，加速电子的称为电子直线加速器。
质子直线加速器的能量从几十到几百兆电子伏。
电子直线加速器的能量可从几兆到几十兆电子伏。
直线加速器可作为高能加速器（或对撞机）的注入器，此外在医疗和工业探伤方面也有广阔的应用前景。
质子直线加速器一般采用高频电场来加速。
加速器的外壳是1-2米的大圆筒，内壁是铜制成的，光洁如镜。
沿加速腔的轴线方向，装有好多个金属圆管，称为漂移管。
漂移管之间的间隙称为加速间隙。
漂移管一个比一个长，而间隙也是一段比一段大。
当施加高频电源后，在加速间隙中产生较高的高频电场。
我们知道，高频电场的方向和大小是随时间迅速变化的，漂移管设计得很巧妙，它好像一个个“防空洞”，洞中设有高频电场，当粒子的飞行方向与电场方向相同时则使粒子加速，当粒子飞行方向与电场方向相反时，粒子正好躲在“防空洞”中，而不会受到电场反向造成的减速；当电场方向又变得和粒子飞行方向一致时，粒子刚好从前一个“防空洞”出来，在第二个加速间隙中得到加速，电场改变时，又正好躲在下一个“防空洞”。
加速器原理-概述
高压加速器：利用直流高压电场加速带电粒子
组成：高压电源 高压电极 离子源 加速管 绝缘支柱 靶 电子剥离器
高压加速器按高压电源的类型的不同，可分为： 倍压加速器；静电加速器；高频高压加速器；绝缘 磁蕊变压器型加速器；强脉冲加速器；电子帘加速 器等。
粒子能量的提高： ΔW=qV
1. 提高高压V 2. 提高离子电荷态q 3. 多次加速
串列加速器ΔW=(1+q)V
负离子注入，头部电子剥离；高压电场可重复利 用，质子能量可提高一倍，重离子剥离后取高电荷 态。
串列加速器不能加速电子，只能பைடு நூலகம்速离子。
核心问题是提高高压。
30年代1MV→80年代20MV（90年代法国人冲 击35MV，未获成功）
早期电压主要受到高压电极火花放电的限制，空 气的击穿场强(E=V/r)约为30ＫＶ／㎝
倍压加速器 端电压(MV) 0.1-4 特点 束流品质及能量稳定度较静电加速器差，
但负载能力大，可加速各种粒子，提供连 续或脉冲束流
主要用途
质子与重离子直线加速器的注入器，中 子发生器，离子注入机，电子辐照等
高频高压加速器
端电压(MV) 0.4-4.5
特点 束流品质较好，高压纹波小，稳定 可靠，束流功率可达150KW，但电 源利用率低
主要用途
表面涂层固化辐照
强脉冲加速器
端电压(MV) 1－12
特点
脉宽50－100ns，脉冲功率可达1013W, 加速强电子束，并可产生短脉冲强X 射线及韧致辐射
主要用途 闪光照相及模拟核武器效应
主要用途 电子辐照，也可供核物理实 验及分析用
绝缘磁芯变压器型加速器
端电压(MV) 0.3-4
高压发生器原理
高压发生器原理
高压发生器是一种能够将电能转化为高压电能的装置。
其工作原理基于电磁感应和电场力的作用。
高压发生器通常由一个原电源、一个变压器和一个整流器组成。
首先，原电源产生电流通过变压器的初级线圈，经过一系列的变压、整流和滤波处理后，形成一个高频交流电源。
接下来，这个高频交流电源送入变压器的次级线圈。
在变压器中，次级线圈的匝数比初级线圈大，因此通过电磁感应的原理，可以实现电压的升高。
然后，变压器中产生的高压交流电被送入整流器。
整流器的作用是将交流电转换为直流电，通过改变电荷在电感和电容器上的积累和释放，实现电压的稳定。
最后，通过电场力的作用，高压直流电被输出。
这种电场力是利用介质的电离和电荷分离来实现的。
值得注意的是，高压发生器的工作过程中，需要依靠绝缘材料来防止电流泄漏和击穿现象的发生，以保证安全运行。
总之，高压发生器利用电磁感应和电场力的原理，通过变压、整流和滤波等步骤，将原电源产生的低压电能转换为高压电能，实现高压输出。
加速器原理 第四章 高压静电加速器
§4.5 电压和能量的测量和稳定
4.电压的稳定
讨论：
2) 稳压原理
# 引起电压波动的原因
高压头对地高压：
V Q C
# 负反馈稳压原理 在加速器高压回路中人为加一路电流 IC
# 其他问题： * 磁场的稳定性 * 磁场的均匀度 * 边缘场的不确定性及影响
§4.5 电压和能量的测量和稳定
4.电压的稳定
1）稳压的意义 # 核反应研究要求打到靶上的束流能量要稳定（如： 0.01%左右），以提高核反应数据的测量精度； # 离子束注入要求能量要稳定（注入深度）。
要使束流能量稳定，就必须采取稳压措施，不加稳压， 电压波动可达到 1%左右。
感应电压计（旋转伏特计）法测量高压。
2）束流能量的测量办法 测量静电高压； 束流能量的直接测量；
＊核反应法（共振反应） ＊离子飞行时间法 ＊电或磁分析器法 ＊射程法（有射程距离）
1）动片转动时，改变高压电极与静片之间的分 布电容C，静片上感应电荷Q随时间改变。
2）流经R上的电流
i
dQ dt
(交变电流)
3）特点
# 离子能量：2qV # 加速系统，基本与单极相
同 # 离子源和靶室均处于低电
位，便于操作、维修。
§4.4 串列式静电加速器
2、两极串列式静电加速器的基本结构和特点
4）电子剥离器 将负离子转换成正离子。电子的剥离通过负离子与介质
的碰撞来实现，介质一般有固态和气态两种： ＊固态：如固态箔（碳箔）
第四章 静电高压加速器
§4.1 概述
静电加速器是高压加速器的一 种，具有束流品质优良、能量连续 可调、单色性好等优点，是低能核 物理及带电粒子与物质相互作用研 究的一个重要工具。
加速器物理课件第3章静电加速器
1. 2. 3. 4.
静电加速器较其它加速器有如下特点： 被加速离子的能量连续可调； 离子的能量单一； 可加速多种离子或电子； 离子束聚焦良好，离子束靶点小。
静电加速器是低能核物理实验的最理想工具，同 时还广泛应用于离子注入，材料分析、材料辐照等领 域。
串列加速器 Tandem Accelerator
静电高压发生器
1. 高压电极（高压头部） 2. 充(输)电系统 3. 绝缘支柱
静电高压发生器产生高压的过程实质上是一个类 似于向电容器充电升压的过程。高压电极是一表面 光滑，边缘无棱角的半球状或园柱状金属壳体，可 以看成是一个对地的电容。充电系统不断地向高压 头部输送电荷，对电容充电，从而使高压头部电位 不断升高。设高压电极电压V，对地电容C与积累的 电荷Q的关系为：
i 2bv
对带子的宽度是有一定限制的．增大宽度，或多用几条输电带，加速器的体 积会随之增加．如果高气压型的钢桶太大，重量也会太大，而且所用的绝缘气体 也会增加很多，这些都是不能不加以考虑的．把大气型的体积增大一些，虽然花 费(设备、土建以及维护费用等)不至很大，但总是有一定限度的．因此，输电带的 宽度一般为300--600毫米． 带子的线速度也有一定的限制．· 线速度过高，带子容易发生强烈的振动， 因此一般在10--26米／秒之间 输电带的面速度为bv,一般在6一15米2／秒之间．
电晕针 Corona Point
高压三极管 3 磁分析器 钢筒 4
1 AC/DC 转 换 器 差分放大器 GVM 高压指示 转换开关
5 2
CPU 示波器 加法器
1.缝隙仪 2.旋转伏特计 3.电晕针 4.高压电极 5.电容拾取板
串列加速器高压稳定系统原理图
电子剥离器
加速器物理课件4章高压倍加器
在前半周期内电源对负载连续放电，只有一小段时间是
辅电容向主电容充电。从最底到最高。 在后半周期内电源对负载连续放电，只有一小段时间是
主电容向辅电容充电。从中到中。
K6 6Va C5 K5 C6
K4
4Va
K3 C3 C4 载 2Va K1 C1 C2 负
K2
V a sint
T
图 1.三级倍压整流原理图
第四章，高压倍加器
Cockcroft & Walton
倍压整流线路
一种最早期的，而今仍广泛应用的高压型加速 器。利用倍压整流方法产生直流高压，对离子 或电子加速。其倍压整流工作原理主要由高压 变压器，高压整流器和高压电容器等组成。在 无负戴时，倍压整流线路输出的高压随倍压级 数增加而线性增加，可表达为： Vi=0=2nVa 式中 Va 为高压变压器的次级绕组交流电压 峰值。
例如当高频发生器的左侧为负电位时， 电子从左侧半耦合环(a’,b’,c’…)向右侧的半 耦合环(a,b,c…)运动。当左侧为正电位时， 电子向左侧半耦合环(a‘,b’,c’……)运动，可 是aa‘,bb’,之间的整流器不允许电子反向运动， 所以，这时电子并不是反回原来的半耦合环， 而是向电压较高的耦合环运动，即从a向 b‘，，从b向c’运动。这样，电子就逐级地 向上传输，最后到达高压电极，以使它产生 负高压。如果要获得正高压，整流器的极性 要与图所示的极性相反。 高频高压发生器高压端所能达到的高 压值U与级数成正比。级数是指耦合环或耦 合电容的总数，如图所示。由下而上共有N 个耦合电容，故称为N级高频高压发生器。
负载电流的影响
• 负载：加速器离子流；分压电阻流；电 晕放电流；绝缘支柱表面电流；电容器 2 NVa 漏电。等效电阻Re、等效电流I
加速器原理-概述
主要用途
表面涂层固化辐照
强脉冲宽50－100ns，脉冲功率可达1013W, 加速强电子束，并可产生短脉冲强X 射线及韧致辐射
主要用途 闪光照相及模拟核武器效应
主要用途 电子辐照，也可供核物理实 验及分析用
绝缘磁芯变压器型加速器
端电压(MV) 0.3-4
特点
束流功率可达90KW，纹波较大，超过 2MV时稳定性变差，重量大，但电源利 用率高，可达65~75%，且价格便宜
主要用途 电子辐照
电子帘加速器
端电压(MV) 0.15-0.3
特点 束流功率可达150KW，结构简单，生 产效率高，电源利用率可高达90%
倍压加速器 端电压(MV) 0.1-4 特点 束流品质及能量稳定度较静电加速器差，
但负载能力大，可加速各种粒子，提供连 续或脉冲束流
主要用途
质子与重离子直线加速器的注入器，中 子发生器，离子注入机，电子辐照等
高频高压加速器
端电压(MV) 0.4-4.5
特点 束流品质较好，高压纹波小，稳定 可靠，束流功率可达150KW，但电 源利用率低
电压并不随高压电极的直径的加大而线性上升。 在大间隙大电位差的条件下，气体的击穿场强要比 小间隙小电位差条件下小得多。
提高气压、在绝缘气体中加入少量氟利昂、在高 压电极外面增设中间电极等措施，于1940年将静电 加速器的最高电压提高到4.5 MV
最高电压的进一步提高主要受加速管耐压性能的 限制
60年代以来，提高束流强度与功率成为高压加速 器的另一重要目标，于是，高频高压加速器，电子 帘加速器等得到了迅速发展。
各种高压型加速器的特点及主要用途
单极静电加速器及串列静电加速器
端电压(MV) 1-35 特点 束流品质好，发散度与能散度小，能量稳
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串激式
并激式
N级并激倍压线路
充放电回路皆并联，不通过其它电容， 理想条件下V=VCN=NVa
困难： 电容耐压~MV 60年代Cleland利用电 极间分布电容解决了 耐压问题，结构如右 图，利用分压环与高 频电极间的分布电容， 均为半环，交替充电。
绝缘磁芯高压电源
端电压0.3～4MV 纹波 大，重量大，但电源利 用率高，价格低
值定义为电压波动 V 。
V N (N 1) i
4 fC
充电阶段
Q
Q Q
Q 2Q
2Q Q 3Q
3Q
C3获得Q,C2获得2Q,C1获得3Q
放电阶段
Q Q
Q
Q
2Q
2Q
Q
R
3Q
3Q
Q
对辅助电容充电:C2流失Q, C1流失2Q
加上向负载上的放电:C3流失Q, C2流失2Q, C1流失 3Q,充放电电荷流动量达到平衡.
充电电源功率小
纹波小、稳定度高 缺点：源自梯式：两条输电链接金属板单链的输电能力弱 多链
驱动功率小，带不动发电机 另外的传动轴
4）梯式输电系统可克服上述二个缺点，但风耗大。
高频高压发生器
高频高压发生器采用负载良好的并
激耦合倍压线路来产生直流高压。实际 上是倍压电路的另一种接线方法，也叫 “并激倍压发生器”
第二节 高压发生器
串激倍压电源 串激倍压电源是一种对低频交流电压进行多级倍 压整流线路。
组成 变压器 整流器（硅堆） 主电容（柱） 辅助电容（柱）
对于N级倍压线路，若变压器次级电压的幅值为 Va。
空载运行，理想条件：无内阻
无漏电
电容柱经反复充电，电压逐步上升，输出电压 可达：V = 2NVa。
有载运行
输电方式:动带式、链式、绝缘转子型 动带式输电系统（Van de Graaff）
组成： 输电带（橡胶） 上、下转轴 喷电电源 喷电、刮电针排
输电电流
b—带宽<0.6m，v—速度<30m/s，振动、磨损、 风耗∝v3 表面电荷密度最大值 通常
原因：带表面附近电场不均匀。 一般采用电晕喷电，可使表面均匀带电。
提高ic措施 1）增加输电带数量（一般不>2） 2）加分压棍（金属） 使电场沿带匀整，
σ→σM 带易与棍相擦， 导致ic不稳。 解决办法： 再加保护棍（绝缘）
3）复激输电（利用下行边） 复激电源、自偏压 优点：设备少，成本低；缺点：总波动大。
4）用高气压气体作为绝缘介质
提高Eb
提高σM
链式输电系统（Pelletron） 1）组成输电链： 金属圆筒、绝缘接头 上下拉轮 感应电源 感应电极板
V N i
2 fC
V N 3 1.5N 2 2N i
6
fC
实际上主电容上电 荷转移量很小，可 将主电容柱省掉， 纹波只增加20%。
静电起电机 静电加速器的高压发生器是静电起电机，由
高压电极，绝缘支柱与输电系统组成……。
V=Q/C C通常很小，积累Q，达到高V。 实际上电荷积累不随时间线性增长。
功率压缩技术：一个强脉冲高压发生器，可由多级储 能元件相连，能量逐级向后传递。能量传递时间越来 越窄，而峰值功率则越来越高。这就意味着后级比前 级有更高的储能密度与更低的特性阻抗。这种产生高 功率强脉冲的方法，被称为功率压缩技术。
脉冲功率压缩系统的首级一般采用产生脉冲高压的 MAX发生器，后级则多采用传输元件。
dQ dt
ic
iL
式中 iC为输电电流，i L 为负载电流
负载电流iL包括： a.离子（电子）束流 b.电阻性漏电 c.电晕电流 d.电子负载 电子负载，电晕电流超过某个临界值以后迅速增 大，会使得电荷的累积速度变慢。
电压上升到一定值时，会发生击穿现象，高压迅 速下降，使加速器不能工作，有可能造成永久性损 坏。
2）复激原理 I1使筒节感应带电，上行至高压 电极释放；I5复激，下行入地； 上下连接触拉轮放电，I4、I7消火花； I2/p1，I3/p2，I6/p3提取电位；
p1→I7 +V
p2→I5 φ+V
p3→I4 φ-V
3）与带式的比较优点：
磨损小、寿命长、无粉尘
吸潮少、伸长小
不宜击穿
不受临界气压限制
有负载时，主电容器将不停地通过负载放电， 从而导致输出电压的下降。在电源的半周期内， 主电容有一持续很短的充电时间，又使输出电压 上升。因此，主电容平均电压较理想输出值2NVa 有一电压降，实际输出电压围绕平均值有一波动。
在有负载的情况下，线路主电容一侧输出端必 将连续地向负载输送电荷，导致主电容一侧电压 的下降。而在随后的电源电压交变的过程中，主 电容流失的电量又得到新的补充，即主电容一侧 电压周期性波动。我们把电压对平均值的波动幅
我国已生产0.3MV 30mA, 0.6MV 30~60mA, 1.5MV 10mA绝缘磁芯高压电 子辐照加速器，用于 电线电缆辐照，生产 泡沫塑料，处理污水 废气。
变压器的铁芯和次级线圈分成多层，每层与整流电 路相连，整流后直流电压串联，获的直流高压。
强脉冲高压发生器 [马克思(Marx)发生器]
在有负载的情况下，由于担任充电任务的电 容器自身电荷量的减少,电容器的最大电压不可 能达到空载时的2NVa，而是逐级降低的。我们 把主电容器可达能到的平均电压相对于空载时相
应值的差值定义为电压降V。
V 8N 3 9N 2 N i
12
fC
对称式倍压线路，它有两套整流元件和两组辅助 电容器，输出电流理论上可以增加一倍……
由高压变压器输出的高压交流经整流后得到高压 直流，对n个电容器并联充电至V0。
一种利用电容器组在并联下充电，然后串联放电来获得强 流脉冲高压脉冲的装置。
端电压1～12MV， 脉宽50～100ns， 脉冲功率1013W ，用 于闪光照相和模拟核武器效应。
脉冲成形技术：(双同轴传输线脉冲成形线路)将脉冲 倍压发生器的输出脉冲成形为前沿几个纳秒的高压脉 冲，使得以脉冲倍压发生器为主体的大功率高压脉冲 技术进入了纳秒脉冲技术阶段。