加速器物理课件4章高压倍加器
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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。
绝缘芯变压器
1 2 3 4 高压 5 6 7
1.钢筒 2.高压电极 3.电子枪 4.加速管 5.磁芯 6.次级绕组 7.初级绕组
绝缘芯变压器型加速器工作原理图
高频高压发生器
• 利用高频高压发生器产 生高压的大功率高压型 加速器。亦称地那米 (Dynamitron)加速器。整 个加速器安装在充有高 压绝缘气体的钢筒内。 两个半圆筒型的高频电 极安放在钢筒之内，在 电极内所有的分压环都 分成两个半环，并相互 绝缘。在分压环之间交 替连接着整流器。
只看主电容放电 q 后、前半周期
C3’
Байду номын сангаас
q
c3
q
q q C3 q 2 2 q 3q C2 2q 2 2 q 5q C1 3q 2 2
2q
C2’
2q
c2
3q
C1’
3q
c1
主电容放电后、前半周期 q C3’ q c3 q
q q C3 q 2 2 q 3q C2 2q 2 2 q 5q C1 3q 2 2
1 2
一种高压型加 速器，它利用 绝缘芯变压器 的方法产生直 流高压对带电 粒子进行加速。
3 4 高压 5 6 7
1.钢筒 2.高压电极 3.电子枪 4.加速管 5.磁芯 6.次级绕组 7.初级绕组
绝缘芯变压器型加速器工作原理图
绝缘芯变压器工作 原理 : 其主磁铁芯分若 干层，每两层间由聚 合物薄膜绝缘。每层 磁铁芯上绕有次级绕 组。初级绕组的交流 低电压，在每个次级 绕组上感应出交流高 电压。每个次级绕组 上的交流电压，经整 流（半波，全波或倍 压整流）后产生直流 电压。将每层上的直 流电压串联起来，就 形成更高的直流高压。
理想：硅堆、电容、变压器
通 不通
k1’ k1 k1 k1’ k1 k1’ k1 k1’ k1’ k11’k1 k11’k1’k11’ k1 k11’
几个周期之后
va va va vc '1 0 ...... va 2 4 2(n 1) va va va vc1 va ...... 2va 2 4 2(n 1)
多级倍压电源
• 在变压器输出的负半周期内，不只 是电荷从地经k1’向c1’充电，也有部 分电荷从电容c1, c2 经k2’ k3’向电容 c2’ c3’充电；在正半周期内，每个辅 电容均向主电容充电。 • 多周期后，除c1’为va外，其余全部 电容均为2 va • 在每个周期的前半周内，只有 v1’o’+vo’o<0时,正电荷通过k1’向c1’充 电。 • 在每个周期的后半周内，只有 v1’o’+vo’o>v1o时c’上的部分电荷通过 k1向c1充电。 时间越来越短，越来越接近幅值。
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
整流器由地电位串联到高压端，并交替地连 接在耦合环上，这样，整流器就被包围于半圆形 的互相绝缘的耦合环中，而整个整流柱又被两个 大的半圆形高频电极所包围，因此在耦合环与高 频电极间形成耦合电容，它起耦合高频电压的作 用，同时耦合环本身还起分压作用。在高频振荡 器的引出端，有两个共振线圈分别与高频电极相 联，组成了高频发生器的高频共振回路。当高频 振荡器工作时，高频功率就从振荡器通过高频电 极和耦合电容分别输送到各整流器上。这样，高 频电极间的交变电压就使电子通过整流器在耦合 环之间来回运动，由于整流器只能单向导电，所 以电子流只能通过各整流器逐级向上输送，从而 使高压电极充电而形成直流高压。
绝缘芯变压器
1 2 3 4 高压 5 6 7
1.钢筒 2.高压电极 3.电子枪 4.加速管 5.磁芯 6.次级绕组 7.初级绕组
绝缘芯变压器型加速器工作原理图
• 绝缘芯变压器可采取单相或 三相方式工作。绝缘芯变压 器型加速器由电子枪（或离 子源），高压发生器，加速 管，真空，控制等系统等组 成。其特点是电源利用率大 （65%--75%），便宜，输出 功率大，最大平均输出功率 可近兆瓦级。它已成为科研， 工业和农业生产中的一种很 好的辐照源。我国有多台此 类加速器用于电缆辐照等方 面。电压抖动大，稳定性差， 重量大
当有负戴时，随级数n的增加，线路的电压降和电压波 动会严重增加，因此级数n不能太高。
q 2 1 1 Vm 2nVa n3 n 2 n c 3 2 6 dVm q 2 1 2Va 2n n 0 dn c 6
当n=10时
q 2 2Va 2n 2 Vc V cf n a a q i
C3’
c3
C2’
c2
C1’
c1
电压抖动δV
V V1 V2V3
11 3q 2q q 2c 11 nq (n 1)q ...... 3q 2q q n级 V 2c 1 q (n 1)n i (n 1)n 2c 2 fc 4
两个高频电极分别连在高频振荡器上。高频 功率通过分压环与高频电极间的电容送到整流 器上。通过一系列整流后，最终形成静电高压。 这种加速器的特点是输出能量高、输出电流大、 高压纹波小、束流品质好，而且结构紧凑、工 作稳定可靠。其缺点是电源利用效率低（》 40%）。高频高压发生器加速器主要用于电缆 电线的辐照及生产热收缩膜和管。其额定电压 从400kV到4.5MV，束流功率可达150kW.
Cn>>>q Cn-1>>>2q C2>>>(n-1)q C1>>>nq
2q
C2’
2q
c2
3q
C1’
3q
c1
向主电容充电 脉冲、瞬间 K1’,k2’,k3’ 各流q 用来补赏在主电容 放电时所流失的电量
各主电容所获得的电荷 C3，C2，C1 q, 2q , 3q, 总抖动振幅=（3q+2q+q)/c
负载电流
在高压端有稳定负载电流I的情况下， 各级耦合电容可能达到的最大充电电压值是 逐级上升的。设高频电极间所加高频电压幅 值为V。，高频频率为frf(一般在100千周／秒 以上)，各级耦合电容量均为C(一般为几个 pF)，则
第一级电容Cl最大充电电压 值为v。 第二级电容C2最大充电电压 值为: 第三级电容C3最大充电电压 值为: 第N级电容C，最大充电电压 值为: 可见，在有稳定负载时， 高压端的最高电压为: 式中ΔV为有载时电压降落值
电子束二极管
• 在脉冲高电压作用下，瞬间能产生很大电子流（几 KA~ 几 MA ）的二极管称之为电子束二极管，特指是冷阴极场致发 射二极管。二极管的结构由三部分组成：阴极、阳极和绝缘 支撑。按绝缘结构型式可分为径向绝缘和轴向绝缘两种类型， 二极管的工作机理可概述如下：冷阴极表面的微观突起 （“胡须”）由于场增强原因形成场发射，因焦耳加热使尖 端处阴极材料蒸发，产生“胡须”爆炸，形成阴极光斑。局 部等离子体猝发及膨胀，在阴极附近形成等离子体壳层。阴 极等离子体成为电子发射源。发射的束流强度受相关的空间 电荷限制律支配。
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
i Re
• q=iT 连续放电，电压连续下降，又在充 电时间内得到补充。周期性的释放补充， 造成波动
由于担任充电电容自身电量的减少，被充电容的最大电压不可能 达到空载时的2Va，逐级有所降低。 定义：有载时可能达到的最大充电电压相对空载时的相应值的 差值为电压降ΔV Vmax= 2Va-ΔV Vmin= 2Va-ΔV -2δV
2V0 3V0 NV0
I f rf C 2I f rf C ( N 1) I f rf C ( N 1) I f rf C
U MAX NV0 V NV0
高功率粒子束加速器
（High Power Particle Beam Accelerator） 在脉冲高电压的电场作用下，将非常大 的带电粒子束团（几十KA至几十MA） 进行加速的装置称之为高功率粒子束加 速器。它与一般加速器不同之处在于被 加速的带电粒子束流非常大。因此要求 束流源的发射能力要非常强，故采用场 致发射二极管
高功率粒子束加速器工作过程
直流高压电源对Marx发生器中的电容 并联充电，将电能储存在脉冲电容器中， Marx 发生器中的球隙开关，在外加高压 脉冲触发信号的作用下逐级导通，使各 级之间串联起来。各级电容器的电压叠 加，输出端电压为nV，其中n为电容器个 数，V为每级电容器所充电压。
串联放电的Marx发生器此时对脉冲形成线的电 容进行充电，脉冲形成线上的电压呈阻尼衰减 振荡状态。如当脉冲形成线上电压上升至第一 个峰的峰值附近时让主开关导通，此时在脉冲 形成线上发生波过程，一个阶跃电压波从脉冲 形成线传向二极管负载。脉冲形成线可做成单 同轴线、双同轴成线（又称Blumlein线）、平 板带状线、径向线等多种形式。脉冲形成线的 绝缘介质可选用油介质或去离水介质。二极管 为冷阴极场致发射二极管，由处于真空室内的 阴极和阳极组成，其功能是将电脉冲能量转换 为粒子束能。可以做成电子束二极管或离子束 二极管。
• 一般倍压整流器可输出直流高压从几百 千伏（大气中）到兆伏级（高气压下）。 高压倍加器由高压倍压整流电源，离子 源（或电子枪），加速管，聚焦和传输 系统，真空和控制系统组成。高压倍加 器的输出功率较大，可以作为较理想的 中子源，X光源和离子注入机。在核科学， 医学,工农业生产中被广泛应用。
绝缘芯变压器型加速器 Insulating Core Transformer
出–nV脉冲高压给负载。
变压器T和整流器D组成的高压直流电源。各级电容C充电至电压V， 各球隙开关G1两端电位差也为V，在充电过程中球隙开关自击穿 电压稍大于V。当外加脉冲信号触发G1时，点1的电位瞬间从V降 至零，由于电容器两端的电位差不能跃变，点 2的电位由原来的 零瞬时下降至–V，由于有充电电阻的隔离作用，点3仍为原电位 V，此时球隙开关G2两端电压为2V，则G2被过电压击穿。同理G3 承受 3V 过电压被击穿。依此类推，间隙 G2……Gn 依次在电压 2V……nV 作用下全部击穿，通过球隙开关以串联方式倍加起来， 通过主开关Gs输出–nV脉冲高压给负载。
高功率粒子束加速器
Marx高压发生器
• Marx高压发生器又称冲击电压发生器。它的工作原理 是对储能电容器进行并联充电，通过火花隙开关使之 串联放电，从而使电压倍加来获得更高的脉冲电压输 出。经典的Marx发生器线路如图1所示。变压器T和整 流器D组成的高压直流电源将各级电容C充电至电压V， 各球隙开关G1两端电位差也为V，在充电过程中球隙 开关自击穿电压稍大于V。当外加脉冲信号触发G1时， 间隙G2……Gn依次在电压2V……nV作用下全部击穿， 通过球隙开关以串联方式倍加起来，通过主开关Gs输
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。
绝缘芯变压器
1 2 3 4 高压 5 6 7
1.钢筒 2.高压电极 3.电子枪 4.加速管 5.磁芯 6.次级绕组 7.初级绕组
绝缘芯变压器型加速器工作原理图
高频高压发生器
• 利用高频高压发生器产 生高压的大功率高压型 加速器。亦称地那米 (Dynamitron)加速器。整 个加速器安装在充有高 压绝缘气体的钢筒内。 两个半圆筒型的高频电 极安放在钢筒之内，在 电极内所有的分压环都 分成两个半环，并相互 绝缘。在分压环之间交 替连接着整流器。
只看主电容放电 q 后、前半周期
C3’
Байду номын сангаас
q
c3
q
q q C3 q 2 2 q 3q C2 2q 2 2 q 5q C1 3q 2 2
2q
C2’
2q
c2
3q
C1’
3q
c1
主电容放电后、前半周期 q C3’ q c3 q
q q C3 q 2 2 q 3q C2 2q 2 2 q 5q C1 3q 2 2
1 2
一种高压型加 速器，它利用 绝缘芯变压器 的方法产生直 流高压对带电 粒子进行加速。
3 4 高压 5 6 7
1.钢筒 2.高压电极 3.电子枪 4.加速管 5.磁芯 6.次级绕组 7.初级绕组
绝缘芯变压器型加速器工作原理图
绝缘芯变压器工作 原理 : 其主磁铁芯分若 干层，每两层间由聚 合物薄膜绝缘。每层 磁铁芯上绕有次级绕 组。初级绕组的交流 低电压，在每个次级 绕组上感应出交流高 电压。每个次级绕组 上的交流电压，经整 流（半波，全波或倍 压整流）后产生直流 电压。将每层上的直 流电压串联起来，就 形成更高的直流高压。
理想：硅堆、电容、变压器
通 不通
k1’ k1 k1 k1’ k1 k1’ k1 k1’ k1’ k11’k1 k11’k1’k11’ k1 k11’
几个周期之后
va va va vc '1 0 ...... va 2 4 2(n 1) va va va vc1 va ...... 2va 2 4 2(n 1)
多级倍压电源
• 在变压器输出的负半周期内，不只 是电荷从地经k1’向c1’充电，也有部 分电荷从电容c1, c2 经k2’ k3’向电容 c2’ c3’充电；在正半周期内，每个辅 电容均向主电容充电。 • 多周期后，除c1’为va外，其余全部 电容均为2 va • 在每个周期的前半周内，只有 v1’o’+vo’o<0时,正电荷通过k1’向c1’充 电。 • 在每个周期的后半周内，只有 v1’o’+vo’o>v1o时c’上的部分电荷通过 k1向c1充电。 时间越来越短，越来越接近幅值。
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
整流器由地电位串联到高压端，并交替地连 接在耦合环上，这样，整流器就被包围于半圆形 的互相绝缘的耦合环中，而整个整流柱又被两个 大的半圆形高频电极所包围，因此在耦合环与高 频电极间形成耦合电容，它起耦合高频电压的作 用，同时耦合环本身还起分压作用。在高频振荡 器的引出端，有两个共振线圈分别与高频电极相 联，组成了高频发生器的高频共振回路。当高频 振荡器工作时，高频功率就从振荡器通过高频电 极和耦合电容分别输送到各整流器上。这样，高 频电极间的交变电压就使电子通过整流器在耦合 环之间来回运动，由于整流器只能单向导电，所 以电子流只能通过各整流器逐级向上输送，从而 使高压电极充电而形成直流高压。
绝缘芯变压器
1 2 3 4 高压 5 6 7
1.钢筒 2.高压电极 3.电子枪 4.加速管 5.磁芯 6.次级绕组 7.初级绕组
绝缘芯变压器型加速器工作原理图
• 绝缘芯变压器可采取单相或 三相方式工作。绝缘芯变压 器型加速器由电子枪（或离 子源），高压发生器，加速 管，真空，控制等系统等组 成。其特点是电源利用率大 （65%--75%），便宜，输出 功率大，最大平均输出功率 可近兆瓦级。它已成为科研， 工业和农业生产中的一种很 好的辐照源。我国有多台此 类加速器用于电缆辐照等方 面。电压抖动大，稳定性差， 重量大
当有负戴时，随级数n的增加，线路的电压降和电压波 动会严重增加，因此级数n不能太高。
q 2 1 1 Vm 2nVa n3 n 2 n c 3 2 6 dVm q 2 1 2Va 2n n 0 dn c 6
当n=10时
q 2 2Va 2n 2 Vc V cf n a a q i
C3’
c3
C2’
c2
C1’
c1
电压抖动δV
V V1 V2V3
11 3q 2q q 2c 11 nq (n 1)q ...... 3q 2q q n级 V 2c 1 q (n 1)n i (n 1)n 2c 2 fc 4
两个高频电极分别连在高频振荡器上。高频 功率通过分压环与高频电极间的电容送到整流 器上。通过一系列整流后，最终形成静电高压。 这种加速器的特点是输出能量高、输出电流大、 高压纹波小、束流品质好，而且结构紧凑、工 作稳定可靠。其缺点是电源利用效率低（》 40%）。高频高压发生器加速器主要用于电缆 电线的辐照及生产热收缩膜和管。其额定电压 从400kV到4.5MV，束流功率可达150kW.
Cn>>>q Cn-1>>>2q C2>>>(n-1)q C1>>>nq
2q
C2’
2q
c2
3q
C1’
3q
c1
向主电容充电 脉冲、瞬间 K1’,k2’,k3’ 各流q 用来补赏在主电容 放电时所流失的电量
各主电容所获得的电荷 C3，C2，C1 q, 2q , 3q, 总抖动振幅=（3q+2q+q)/c
负载电流
在高压端有稳定负载电流I的情况下， 各级耦合电容可能达到的最大充电电压值是 逐级上升的。设高频电极间所加高频电压幅 值为V。，高频频率为frf(一般在100千周／秒 以上)，各级耦合电容量均为C(一般为几个 pF)，则
第一级电容Cl最大充电电压 值为v。 第二级电容C2最大充电电压 值为: 第三级电容C3最大充电电压 值为: 第N级电容C，最大充电电压 值为: 可见，在有稳定负载时， 高压端的最高电压为: 式中ΔV为有载时电压降落值
电子束二极管
• 在脉冲高电压作用下，瞬间能产生很大电子流（几 KA~ 几 MA ）的二极管称之为电子束二极管，特指是冷阴极场致发 射二极管。二极管的结构由三部分组成：阴极、阳极和绝缘 支撑。按绝缘结构型式可分为径向绝缘和轴向绝缘两种类型， 二极管的工作机理可概述如下：冷阴极表面的微观突起 （“胡须”）由于场增强原因形成场发射，因焦耳加热使尖 端处阴极材料蒸发，产生“胡须”爆炸，形成阴极光斑。局 部等离子体猝发及膨胀，在阴极附近形成等离子体壳层。阴 极等离子体成为电子发射源。发射的束流强度受相关的空间 电荷限制律支配。
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
i Re
• q=iT 连续放电，电压连续下降，又在充 电时间内得到补充。周期性的释放补充， 造成波动
由于担任充电电容自身电量的减少，被充电容的最大电压不可能 达到空载时的2Va，逐级有所降低。 定义：有载时可能达到的最大充电电压相对空载时的相应值的 差值为电压降ΔV Vmax= 2Va-ΔV Vmin= 2Va-ΔV -2δV
2V0 3V0 NV0
I f rf C 2I f rf C ( N 1) I f rf C ( N 1) I f rf C
U MAX NV0 V NV0
高功率粒子束加速器
（High Power Particle Beam Accelerator） 在脉冲高电压的电场作用下，将非常大 的带电粒子束团（几十KA至几十MA） 进行加速的装置称之为高功率粒子束加 速器。它与一般加速器不同之处在于被 加速的带电粒子束流非常大。因此要求 束流源的发射能力要非常强，故采用场 致发射二极管
高功率粒子束加速器工作过程
直流高压电源对Marx发生器中的电容 并联充电，将电能储存在脉冲电容器中， Marx 发生器中的球隙开关，在外加高压 脉冲触发信号的作用下逐级导通，使各 级之间串联起来。各级电容器的电压叠 加，输出端电压为nV，其中n为电容器个 数，V为每级电容器所充电压。
串联放电的Marx发生器此时对脉冲形成线的电 容进行充电，脉冲形成线上的电压呈阻尼衰减 振荡状态。如当脉冲形成线上电压上升至第一 个峰的峰值附近时让主开关导通，此时在脉冲 形成线上发生波过程，一个阶跃电压波从脉冲 形成线传向二极管负载。脉冲形成线可做成单 同轴线、双同轴成线（又称Blumlein线）、平 板带状线、径向线等多种形式。脉冲形成线的 绝缘介质可选用油介质或去离水介质。二极管 为冷阴极场致发射二极管，由处于真空室内的 阴极和阳极组成，其功能是将电脉冲能量转换 为粒子束能。可以做成电子束二极管或离子束 二极管。
• 一般倍压整流器可输出直流高压从几百 千伏（大气中）到兆伏级（高气压下）。 高压倍加器由高压倍压整流电源，离子 源（或电子枪），加速管，聚焦和传输 系统，真空和控制系统组成。高压倍加 器的输出功率较大，可以作为较理想的 中子源，X光源和离子注入机。在核科学， 医学,工农业生产中被广泛应用。
绝缘芯变压器型加速器 Insulating Core Transformer
出–nV脉冲高压给负载。
变压器T和整流器D组成的高压直流电源。各级电容C充电至电压V， 各球隙开关G1两端电位差也为V，在充电过程中球隙开关自击穿 电压稍大于V。当外加脉冲信号触发G1时，点1的电位瞬间从V降 至零，由于电容器两端的电位差不能跃变，点 2的电位由原来的 零瞬时下降至–V，由于有充电电阻的隔离作用，点3仍为原电位 V，此时球隙开关G2两端电压为2V，则G2被过电压击穿。同理G3 承受 3V 过电压被击穿。依此类推，间隙 G2……Gn 依次在电压 2V……nV 作用下全部击穿，通过球隙开关以串联方式倍加起来， 通过主开关Gs输出–nV脉冲高压给负载。
高功率粒子束加速器
Marx高压发生器
• Marx高压发生器又称冲击电压发生器。它的工作原理 是对储能电容器进行并联充电，通过火花隙开关使之 串联放电，从而使电压倍加来获得更高的脉冲电压输 出。经典的Marx发生器线路如图1所示。变压器T和整 流器D组成的高压直流电源将各级电容C充电至电压V， 各球隙开关G1两端电位差也为V，在充电过程中球隙 开关自击穿电压稍大于V。当外加脉冲信号触发G1时， 间隙G2……Gn依次在电压2V……nV作用下全部击穿， 通过球隙开关以串联方式倍加起来，通过主开关Gs输