第22卷第12期2010年12月马茂元
强激光与粒子束
H I G H P O W ER L A S E R A N D P A R T I C I。E B EA M S
V01．22。N o．12
D ec．。2010
文章编号：1001—4322(2010)12—2969—04
殷毅，钟辉煌，杨志龙，杨杰，刘金亮，张军机械研究与应用
(国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙410073)
姚文元墓摘要：利用光纤传感器与光电二极管相结合的方法，对强流电子加速器中气体火花开关以及真空二极管
的发光特性进行了研究，对影响光电二极管测量的因素进行了理论计算与模拟研究。在气体开关导通电压 1．7M V，二极管电压1．07M V，电流18kA时，进行了多次实验，得到了发光特性与击穿电压、电流的关系。同
时，对利用光学检测方法测量主开关或真空二极管电压，电流大小得可行性进行了分析。
关键词：脉冲调制器；气体开关发光；光电二极管；强流电子加速器
中图分类号：T N78文献标志码：A doi：10．3788／H P L PB20102212．2969
气体开关、真空二极管是强流电子加速器的重要组成部分，诊断其电压、电流等参数对加速器运行具有重要意义。目前，加速器工作特性的诊断主要是对电学参数进行测量，如利用电阻分压器、电容分压器测量脉冲高压，或利用电流互感器、分流器测量脉冲电流[1-3]。电学测量高压和强流的装置易受到电磁场的影响，并且脉冲功率装置放电过程中也经常产生各种不利于测量的电磁场，容易影响到实验结果。采用光电二极管与光纤可以有效减小干扰，并可利用测量结果分析其电参数。国内外对这种方法研究较少。利用光纤、光电二极管和光电倍增器可对开关光信号进行测量[4]，结构相对复杂；采用高速相机照相虽然比较直观，但对于测量真空二极管ns前沿的光信号，需要相机曝光时间仅为几a s，
对相机要求较高，价格昂贵[5]。本文利用光电二极管测量装置，对强流电子加速器中气体火花开关以及真空二极管的发光特性进行实验与理论研究，分析了不同光电二极管参数对测量结果的影响，得到了开关的发光特性与击穿电压、电流的关系。
1实验装置及原理
进行光学参数测量的装置为
T or c h一01加速器，结构如图1所
示。该装置采用T e sl a变压器充
电的油介质脉冲形成线，二极管
最高输出电压为1．7M V，电流
为17kA。用1#光电二极管测
量开关处光信号，2#光电二极管测量真空二极管处光信号，二极管中用的阴极材料为介质阴极。
of pu l s e f or m i ng l i n e
环氧树脂6101
Fi g．1Sch em at i c o f exper i m ent s e tup 图1实验装置结构图
光信号通过位于装置表面的光纤传送至屏蔽室内，经光电二极管转换成电信号后进行测量。
气体开关的工作过程就是气体在开关电极间击穿形成等离子体的过程。根据气体放电流注理论‘6。7]，在电场作用下，电子奔向阳极，并形成电子崩。如果外电场及空间电荷的电场足够强，电子崩将放射出大量光子，这些光子引起空间光电离，形成新的光电子及新的电子崩，将引起进一步的空间光电离，所以开关导通发出大量光子。并可能产生多种方式跃迁，形成包括从紫外到红外的很宽的连续光谱区。当高压加到真空二极管时，其表面微观突起部分场强急剧增加，由于焦耳加热发生气化，其电子发射机理为爆炸电子发射，电子在阴极表面产生，其前沿通常在几ns，电子在发射过程中同样产生光，其光强大小与电流的大小相关。
碎片拼接>计算机仿真
*收稿日期：2009—12—07；修订日期：2010—05—06
基金项目：国家自然科学基金项目(10975186，11075209)
作者简介：殷毅(1979一)，男。主要从事脉冲功率技术研究；yi nyi l020(孕163．eo m 。
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