便攜式1010s中子發(fā)生器電路的研制

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1、全國(guó)第四屆核儀囂殛其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Proceedingsofthe4tb．NationalConferenceonNuclearInstrument＆ItsApplication便攜式1010／s中子發(fā)生器電路的研制楊喜峰1，盧濤，郭景富1，陳彩云1，盧洪波1(1東北師范大學(xué)物理系，吉林長(zhǎng)春130024；2吉林省電力建設(shè)公司)擅要：介紹了200kV、2mA靶極高壓倍壓電路的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其等效電路進(jìn)行分析，提出了用增大變壓器漏感的方法來(lái)減小無(wú)功功率；介紹了Vieor功率模塊和VMOS管研制的中子臂氣壓自動(dòng)控制的恒流源電路。美t

2、詞：中子發(fā)生器；高壓變壓器；疆感；氣壓自動(dòng)控制中子發(fā)生器電路主要由存貯器加熱電路、潘寧離子源電路、氣壓自動(dòng)控制電路和靶極高壓電路組成。存貯器加熱電路在工作時(shí)把吸附在存貯器內(nèi)氘氚(或氘)氣體放出，離子源電路產(chǎn)生2～3kV的電壓，使離子源源內(nèi)的氘氚氣體電離，氣壓自動(dòng)控制電路保證中子管內(nèi)氣壓的穩(wěn)定，靶極高壓電路產(chǎn)生一100kv以上的高壓。氘氚(或氘)正離子在負(fù)高壓的作用下高速?zèng)_向靶極．和靶極上吸附的氘氚(或氚)氣體原子碰撞。發(fā)生氘氘核反應(yīng)放出中子。中子產(chǎn)額和靶極電流成正比，和靶極電壓的3．56次方成正比【1】，因此相同的供電功率，提

3、高靶極電壓比提高靶極電流更容易提高中子產(chǎn)額。因此10”／s中子發(fā)生器要具有相對(duì)較高的靶極電壓，按照中子管的設(shè)計(jì)要求，每秒產(chǎn)生10”個(gè)中子．需要的靶極高壓不低于200kV，功率不少于400W。10”／S個(gè)中子發(fā)生器和其他類(lèi)型的中子發(fā)生器結(jié)構(gòu)相似，其電路框圖如圖1所示。本文圖110，。^i子發(fā)生器電路框圖重點(diǎn)介紹兩部分：一200kV、2mA靶極高壓電路和氣壓自動(dòng)控制電路。1—200kv、2mA靶極高壓電路靶極高壓電路是中子發(fā)生器的核心電路，要減少中子發(fā)生器的體積，使其具有便攜功能．高壓電路必須采用變頻倍壓電路，其原理圖如圖2所示。

4、變換器采用半橋式電路，把直流電壓變換成幾kHz以上的方波電壓，經(jīng)過(guò)高頻變壓器提升到20kv左右，再經(jīng)過(guò)6．．5級(jí)倍壓升到一200kV。圖中Ql和Q2為VMOS管，耐壓450V，最大電流為13A。Cl～C13為高壓電容，容量為2200pF，耐壓40kV。Dl～D13為高壓硅堆，耐壓為60kV。RI．為中子管等效電阻，阻值100Mn。該電路在實(shí)驗(yàn)調(diào)整過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有很多指標(biāo)的實(shí)測(cè)值和理論值存在較大出入，如工作頻率，最高輸出電壓。內(nèi)阻等。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高壓變壓器的繞制對(duì)該電路的工作狀態(tài)有很大影響，現(xiàn)介紹兩種比較典型的結(jié)果。高壓變壓器磁芯的材

5、料為RK2B，外型EC90，變壓比為1：80。1號(hào)變壓器采用常規(guī)繞法，在框架上首先密繞初級(jí)。再繞次級(jí)；2號(hào)在特別的胎具上分別繞好兩組獨(dú)立的線圈，脫胎后，兩線圈分別用聚四氟薄膜絕緣，然后將兩組線圈并排套在磁芯中。經(jīng)過(guò)測(cè)量，1號(hào)變壓器初級(jí)漏感為23t-H，次級(jí)漏感為0．14H，2號(hào)初級(jí)漏感為118“H，次級(jí)漏感為905mH，變壓器的初級(jí)電感L。均為2．3mH。分別由1、2號(hào)變壓器組成如圖2所示高壓電路。電路的其余部·121·分不變，兩個(gè)電路的工作狀態(tài)相差很大，在圖2中A點(diǎn)測(cè)得的1,2號(hào)電路的電流波形如圖3所圖2靶極高壓電路示。電路

6、1中輸入電流在導(dǎo)通后的很短時(shí)重新分布，峰值電流下降很大，輸出lOOkV時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)較夭的峰值電流，輸出lOOkV時(shí)達(dá)為5A左右。這就降低了對(duì)VMOS管的要求，18A。這個(gè)電流對(duì)VMOS管提出很高的要求，同時(shí)變壓器磁芯不發(fā)熱。測(cè)得的高壓電路輸出VMOS管常因電流過(guò)大而損壞，同時(shí)隨著電流電壓和效率的關(guān)系如圖4所示。電路1不能長(zhǎng)增大，高壓變壓器的磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，磁芯發(fā)期穩(wěn)定工作，電路2則可以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。熱。電路2中輸入電流在整個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)做了骱6．25蟠knzF窀曾=Ej二匕f乇拯。一Q圖31號(hào)(a)和2號(hào)(b)電路波形圖901I

7、1L———r———————————，———————————T———^——一80j蕢{????～～～-．．-?，翅70-II?一電路l】——電路26004080120160200高壓輸出，I‘v圖4輸出電壓和效率關(guān)系圖為什么會(huì)出現(xiàn)以上的差別呢，我們從理論上作如下分析：高壓變壓器和倍壓電路的等效電路如圖5所示。圖中R．為輸入等效電阻，測(cè)得值為8n，L1為初級(jí)漏感，L2為次級(jí)漏感，cd為高壓變壓器次級(jí)分布電容，C。為倍壓整流電路的等效電容，cd比C。小很多，可忽略。該電路折合到初級(jí)的等效電路如圖6所始，圖中表達(dá)式的n為變壓器的變壓比

8、。進(jìn)一步計(jì)算圖6中的C。數(shù)值，在倍壓整流工作時(shí)，高壓硅堆近似看成理想二極管，在輸入正半周時(shí)，Dl、D3．．．D13導(dǎo)通，D2、D4．．．．．．D12截止，其等效電路如圖7a所示，其充電電路由7個(gè)支路并聯(lián)構(gòu)成。如果所有電容值為c，其總的等效電容值為：Cf=C／／(c／3)／／(