CN113285627A - 一种脉冲电源系统及中子发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲电源系统及中子发生器，通过正加速高压、负加速高压、阳极电压和触发电压4路脉冲电压，可为中子发生器提供几路不同脉宽、幅值的脉冲电压，满足真空弧离子源中子发生器的工作要求，其中正加速高压通过第一脉冲变压器T1的第一次级线圈产生，触发电压通过第二脉冲变压器T2产生，阳极电压通过第一脉冲变压器T1的第二次级线圈和主放电电容C4产生，负加速高压通过第三脉冲变压器T3产生；第一脉冲变压器T1的第二次级线圈和第二脉冲变压器T2既作为升压变压器对脉冲电源进行升压，又作为隔离变压器解决悬浮电压的问题，且采用正、负加速极结构有效减小了绝缘距离，3个脉冲形成回路共用1个充电电源，使得电源系统结构十分紧凑。

Description

一种脉冲电源系统及中子发生器

技术领域

本发明涉及中子发生器技术领域，尤其涉及一种脉冲电源系统及中子发生器。

背景技术

中子发生器作为小型加速器中子源，具有轻便、可移动、使用安全、无辐射危害等诸多优点，在油气测井中已经广泛应用。为满足更深地层测井需要，要求中子发生器直径更小、耐温更高等。中子发生器的离子源一般有潘宁离子源和真空弧离子源，真空弧离子源由阴极、阳极、触发电极组成。

真空弧离子源中子发生器工作时，首先在触发电极和阴极之间加一个幅值为10kV左右、脉宽为数个μs的脉冲高压，使触发极和阴极之间产生初始等离子体，而后在阴极和阳极之间加幅值2.5kV左右的脉冲高压，在阴阳极脉冲高压作用下，初始等离子体扩散使得阴极与阳极导通产生主弧放电。主弧放电产生的离子在正、负加速高压的作用下加速轰击靶面，产生中子。触发脉冲高压、主弧放电脉冲高压和加速脉冲高压幅值、脉宽和时序均不同，已有技术采用几个脉冲电源独立供电，导致电源小型化非常困难，无法满足测井中子发生器应用需求。

真空弧离子源中子发生器根据阴极所处的电位不同，可以分为阴极接地和阴极接正高压两种形式，阴极接正高压相比阴极接地，加速极与地电位之间的绝缘距离可以减小一半，使中子发生器的管径大幅减小，但由于此时阳极电压、触发电压是悬浮于阴极电压之上，需要设置相应的隔离变压器，使系统变的复杂，占用空间变大，不利于小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足提供一种脉冲电源系统及中子发生器，采用了脉冲变压器的拓扑结构，并将隔离变压器和脉冲变压器结合在一起进行设计，采用同一个充电电压，实现了触发电压、阳极电压和加速电压的脉冲发生一体化设计使得电源系统结构十分紧凑，同时解决悬浮电压隔离的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种脉冲电源系统包括：充电电源、与所述充电电源连接的第一脉冲形成回路、第二脉冲形成回路和第三脉冲形成回路，还包括第一升压脉冲变压器T1、第二升压脉冲变压器T2、第三升压脉冲变压器T3，真空弧离子源、第四放电开关V4和主放电电容C4；

所述第一脉冲形成回路与第一升压脉冲变压器T1的初级线圈连接，所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位与主放电电容C4的正极，第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈的高电位还通过第四放电开关V4与真空弧离子源的阴极和负加速极连接；第一次级线圈的低电位接地；所述第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈的高电位与主放电电容C4的负极和真空弧离子源的阳极连接；第二次级线圈的低电位与充电电源的正极连接；

所述第二脉冲形成回路与第二升压脉冲变压器T2的初级线圈连接，第二升压脉冲变压器T2的次级线圈的高电位与真空弧离子源的触发极连接，次级线圈的低电位通过第四放电开关V4与真空弧离子源的阴极和正加速极连接；

所述第三脉冲形成回路与第三升压脉冲变压器T3的初级线圈连接；所述第三升压脉冲变压器T3为单抽头时，次级线圈的高电位接地，次级线圈的低电位与真空弧离子源的负加速极连接；或第三升压脉冲变压器T3为双抽头时，次级线圈的高电位接地，次级线圈的中间抽头连接真空弧离子源的负加速极，次级线圈的低电位抽头连接真空弧离子源的引出极，其中正加速极和负加速极之间通过绝缘体绝缘。

本发明的有益效果是，通过正加速高压、负加速高压、阳极电压和触发电压4路脉冲电压，可为中子发生器提供几路不同脉宽、幅值的脉冲电压，满足真空弧离子源中子发生器的工作要求，采用正、负加速极结构有效减小了绝缘距离，第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈和第二升压脉冲变压器T2既作为升压变压器对脉冲电源进行升压，又作为隔离变压器解决悬浮电压的问题，且3个脉冲形成回路共用1个充电电源，一体化设计使得电源系统结构十分紧凑。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，在上述技术方案中，所述第一脉冲形成回路包括第一储能电容C1和第一放电开关V1，充电电源的正极与第一储能电容C1一端和第一放电开关V1一端连接，第一储能电容C1的另一端与所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位连接，所述第一放电开关V1的另一端、所述充电电源的负极和第一升压脉冲变压器T1第一次级线圈低电位接地；

第二脉冲形成回路包括第二储能电容C2和第二放电开关V2，充电电源的正极与第二储能电容C2一端和第二放电开关V2一端连接，第二储能电容C2的另一端与所述第二升压脉冲变压器T2的初级线圈高电位连接，所述第二放电开关V2的另一端、所述充电电源(1)的负极和第二升压脉冲变压器T2的初级线圈低电位接地；

第三脉冲形成回路包括第三储能电容C3和第三放电开关V3；充电电源的正极与第三储能电容C3一端和第三放电开关V3一端连接，第三储能电容C3的另一端与所述第三升压脉冲变压器T3的初级线圈高电位连接，所述第三放电开关V3的另一端、所述充电电源的负极和第三升压脉冲变压器T3的初级线圈低电位接地。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过3个储能电容和放电开关组成脉冲形成回路，电路结构简单。

进一步，在上述技术方案中，所述第一脉冲形成回路还包括第一充电电阻R1和第一二极管D1；所述充电电源1的正极与第一充电电阻R1一端连接，所述第一充电电阻R1另一端与所述二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极与第一储能电容C1一端和第一放电开关V1一端连接；

所述第二脉冲形成回路还包括第二充电电阻R2和第二二极管D2；所述充电电源的正极与第二充电电阻R2一端连接，，所述第二充电电阻R2另一端与所述第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极与第二储能电容C2一端和第二放电开关V2一端连接；

所述第三脉冲形成回路还包括第三充电电阻R3和第三二极管D3；所述充电电源的正极与第三充电电阻R3一端连接，所述第三充电电阻R3另一端与所述第三二极管D3的正极连接，所述第三二极管D3的负极与第三储能电容C3一端和第三放电开关V3一端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过充电电阻R1、R2、R3、限制充电电流，通过D1、D2、D3防止电容C在放电过程中电流返回至充电电源。

进一步，在上述技术方案中，所述第一放电开关V1、第二放电开关V2、第三放电开关V3和第四放电开关V4为半导体固态开关或氢闸流管。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用半导体固态开关、氢闸流管可控开关作为放电开关，根据脉冲的时序关系，开关的导通与关断完全可控，可以形成陡峭的上升沿和下降沿，做到脉冲的锐截止，离子源运行稳定，脉冲波形平稳，提高中子产额。

进一步，在上述技术方案中，所述脉冲电源系统还包括第四充电电阻R4和第四二极管D4；所述充电电源的正极与第四充电电阻R4一端连接，所述第四充电电阻R4另一端与所述第四二极管D4的正极连接，所述第四二极管D4的负极与第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈低电位连接，所述充电电源的负极接地。

采用上述优选方案的有益效果是，充电电阻R4、限制充电电流，通过D4防止电容C在放电过程中电流返回至充电电源。

进一步，在上述技术方案中,所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈和第三升压脉冲变压器T3的次级线圈的极性相反。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过极性相反的第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈和第三升压脉冲变压器T3，形成对称极性的正、负加速电压，进而组成了离子束的加速电压，降低了加速电压对地绝缘，利于电源的绝缘处理，使电源的整体体积减小，直径降低。

进一步，在上述技术方案中，所述充电电源电压为4～7kV。

采用上述进一步方案的有益效果是，应用广泛，为4路脉冲电源同时提供充电电压。

进一步，在上述技术方案中，所述第一升压脉冲变压器T1的变比为1:9:9～1:12:12，所述第二升压脉冲变压器T2的变比为1:2～1:4，单抽头的第三升压脉冲变压器T3的变比为1:9～1:12，双抽头的第三升压脉冲变压器T3的变比为1:18～1:24。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过不同变比的升压脉冲变压器，产生不同的脉宽、电压的脉冲电压，减少变压器的分布电容。

进一步，在上述技术方案中，所述第一升压脉冲变压器T1，第二升压脉冲变压器T2和第三升压脉冲变压器T3的形状为长条形，变压器磁芯材料为超微晶材料或铁氧体材料，绕组骨架为聚酰亚胺或聚四氟乙烯。

采用上述优选方案的有益效果是，在高温下具有较高的电击穿强度，有效的提高绝缘强度，为绕组提供更多的绕线空间，减小变压器的直径。

为了解决上述技术问题，本发明还提供中子发生器包括如上述所述的脉冲电源系统。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种脉冲电源系统的基本电路图；

图2为本发明实施例提供的一种脉冲电源脉冲时序表示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种脉冲电源系统的基本电路图。

附图中各标号代表如下：

1、充电电源，2、正加速极，3、负加速极，4、引出极，5、阴极，6、阳极，7、触发极，8、第一脉冲形成回路，9、第二脉冲形成回路，10、第三脉冲形成回路，11、真空弧离子源，12、绝缘体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种脉冲电源系统的基本电路图，脉冲电源系统包括充电电源1、与充电电源1连接的第一脉冲形成回路8、第二脉冲形成回路9和第三脉冲形成回路10，还包括第一升压脉冲变压器T1、第二升压脉冲变压器T2、第三升压脉冲变压器T3，真空弧离子源11、第四放电开关V4和主放电电容C4；

所述第一脉冲形成回路8与第一升压脉冲变压器T1的初级线圈连接；所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位与主放电电容C4的正极连接，第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈的高电位还通过第四放电开关V4与真空弧离子源11的阴极5和负加速极2连接；第一次级线圈低电位接地；所述第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈高电位与主放电电容C4的负极和真空弧离子源11的阳极6连接；第二次级线圈低电位与充电电源连接1的正极连接；

所述第二脉冲形成回路9与第二升压脉冲变压器T2的初级线圈连接，第二升压脉冲变压器T2的次级线圈的高电位与真空弧离子源11的触发极7连接，次级线圈的低电位通过第四放电开关V4与真空弧离子源11的阴极5和正加速极2(图中加粗的部分)连接；

所述第三脉冲形成回路10与第二升压脉冲变压器T3的初级线圈连接；所述第三升压脉冲变压器T3次级线圈高电位接地，次级线圈的低电位与真空弧离子源11的负加速极3连接；其中正加速极2和负加速极3之间通过绝缘体12绝缘。

在本实施例中，所述充电电源1和第一脉冲形成回路8产生的脉冲通过第二升压脉冲变压器T2升压后得到触发电压U4；

所述充电电源1和所述第二脉冲形成回路9产生的脉冲通过第三升压脉冲变压器T3升压后得到负加速高压U2；

所述充电电源1和所述第三脉冲形成回路10产生的脉冲通过第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈升压得到正加速高压U1；

所述第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈与主放电电容C4组成充放电电路，产生悬浮于正加速高压U1的阳极电压U3。

在本实施例中，通过正加速高压、负加速高压、阳极电压和触发电压4路脉冲电压，可为中子发生器提供几路不同脉宽、幅值的脉冲电压，满足真空弧离子源中子发生器的工作要求，采用正、负加速极结构有效减小了绝缘距离，第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈和第二升压脉冲变压器T2既作为升压变压器对脉冲电源进行升压，又作为隔离变压器解决悬浮电压的问题，且3个脉冲形成回路共用1个充电电源，一体化设计使得电源系统结构十分紧凑。

在本实施例中，充电电源1的正极连接第一脉冲形成回路8，第二脉冲形成回路9和第三脉冲形成回路10，负极接地，充电电源1电压为4kV～7kV，为4路脉冲电源同时提供充电电压。

在本实施例中，第一升压脉冲变压器T1的变比为1:9:9～1:12:12，所述第二升压脉冲变压器T2的变比为1:2～1:4，单抽头的第三升压脉冲变压器T3的变比为1:9～1:12，双抽头的第三升压脉冲变压器T3的变比为1:18～1:24，通过不同变比的升压脉冲变压器，产生不同的脉宽、电压的脉冲电压，可减小变压器的分布电容。

需要说明的是，第一升压脉冲变压器T1，第二升压脉冲变压器T2，第三升压脉冲变压器T3的形状为长条形，变压器磁芯材料为超微晶材料或铁氧体材料，绕组骨架为聚酰亚胺或聚四氟乙烯；超微晶磁芯和铁氧体材料居里温度高，磁饱和强度高，磁导率高，聚酰亚胺和聚四氟乙烯高温下的电击穿强度高，为绕组提供更多的绕线空间，减小变压器的直径。

在本实施例中，第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈和第三升压脉冲变压器T3次级线圈的极性相反，进而可产生极性相反的正加速高压U1和负加速高压U2。

在本实施例中，由储能电容及放电开关组成脉冲形成回路；具体的，所述第一脉冲形成回路8包括第一储能电容C1和第一放电开关V1，充电电源1的正极与第一储能电容C1一端和第一放电开关V1一端连接，所述第一储能电容C1的另一端与所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位连接，所述第一放电开关V1的另一端、所述充电电源(1)的负极和第一次级线圈低电位连接接地；

第二脉冲形成回路9包括第二储能电容C2和第二放电开关V2，充电电源1的正极与第二储能电容C2一端和第二放电开关V2一端连接，第二储能电容C2的另一端与所述第二升压脉冲变压器T2的初级线圈的高电位连接，所述第二放电开关V2的另一端、所述充电电源1的负极和第二升压脉冲变压器T2的初级线圈的低电位接地；

第三脉冲形成回路10包括第三储能电容C3和第三放电开关V3；充电电源与第三储能电容C3一端和第三放电开关V3一端连接，第三储能电容C3的另一端与所述第三升压脉冲变压器T3的初级线圈的高电位连接，所述第三放电开关V3、所述充电电源(1)的负极和第三升压脉冲变压器T3的初级线圈的低电位的另一端接地。

正加速高压U1和阳极电压U3的形成过程包括：充电电源1通过电容C1、第一放电开关V1充放电形成的脉冲，经变比为1:9:9～1:12:12的第一升压脉冲变压器T1第一次级线圈升压后，将与第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位连接的连接点对地电位升压至+50kV～+60kV，即产生正加速高压U1；充电电源1同时通过第二次级线圈为主放电电容C4充电，主放电电容C4的两端压差为4kV～7kV，此电位差是电容C4的充电电压；由于第一升压脉冲变压器T1工作，使得第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈的高电位悬浮电压为50kV～60kV，进而第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈与主放电电容C4组成的充放电电路产生悬浮于正加速电压的4kV～7kV阳极电压U3，即+54kV～+67kV，因此第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈既隔离了充电电源，又作为升压脉冲变压器对前级脉冲进行升压。

负加速高压U2的形成过程包括：充电电源1通过第三储能电容C3、第三放电开关V3充放电形成的脉冲经变比为1:9～1:12的第三升压脉冲变压器T3线圈升压后，将与第三升压脉冲变压器T3次级线圈的高电位连接的连接点对地电位升压至-50kV～-60kV，即产生负加速高压U2。

触发电压U4的形成过程包括：充电电源1通过电容C2、第二放电开关V2充放电形成的脉冲经变比是1:2～1:4的第二升压脉冲变压器T2线圈升压后，产生幅值为10kV～15kV电压，即触发电压U4，又由于第二升压脉冲变压器T2的次级线圈的低电位与第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈的高电位连接，则第二升压脉冲变压器T2次级线圈的低电位为+50kV～+60kV，因此触发电压U4悬浮在+50kV～+60kV之上，因此第二升压脉冲变压器T2既隔离了正加速高压，又对前级脉冲进行升压。

第一脉冲形成回路8还包括第一充电电阻R1和第一二极管D1；所述充电电源1的正极与第一充电电阻R1一端连接，所述第一充电电阻R1另一端与所述第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极与第一储能电容C1一端和第一放电开关V1一端连接；

所述第二脉冲形成回路9还包括第二充电电阻R2和第二二极管D2；所述充电电源1的正极与第二充电电阻R2一端连接，所述第二充电电阻R2另一端与所述第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极与第二储能电容C2一端和第二放电开关V2一端连接；

所述第三脉冲形成回路10还包括第三充电电阻R3和第三二极管D3；所述充电电源1的正极与第三充电电阻R3一端连接，所述第三充电电阻R3另一端与所述第三二极管D3的正极连接，所述第三二极管D3的负极与第三储能电容C3一端和第三放电开关V3一端连接。

脉冲电源系统还包括第四充电电阻R4和第四二极管D4；所述充电电源的正极与第四充电电阻R4一端连接，所述第四充电电阻R4另一端与所述第四二极管D4的正极连接，所述第四二极管D4的负极与第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈低电位连接，所述充电电源1的负极接地。

如图1所示，第一充电电阻R1、第二充电电阻R2、第三充电电阻R3、第四充电电阻R4其作用是为了限制充电电流，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第三二极管D4为高压隔离二极管，按照2倍充电电压选择，防止电容C在放电过程中电流返回至充电电源。

需要说明的是，第一放电开关V1、第二放电开关V2、第三放电开关V3和第四放电开关V4为半导体固态开关或氢闸流管，其中V1、V2、V3和V4的耐压为2倍充电电压；不同于利用触发极与阴极、阳极与阴极的极间间隙放电形成脉冲，用半导体固态开关、氢闸流管可控开关作为放电开关，根据脉冲的时序关系，开关的导通与关断完全可控，可以形成陡峭的上升沿和下降沿，做到脉冲的锐截止，离子源运行稳定，脉冲波形平稳，提高中子产额。

如图1所示，第一放电开关V1、第二放电开关V2、第三放电开关V3和第四放电开关V4为三极管；第一二极管D1的负极与第一放电开关V1的集电极连接，第一放电开关V1的放射极接地，第一放电开关V1的基极连接驱动电路(图中未示出)；同理，第二二极管D2的负极与第二放电开关V1的集电极连接，第二放电开关V1的放射极接地，第二放电开关V1的基极连接驱动电路；第三二极管D3的负极与第三放电开关V3的集电极连接，第三放电开关V3的放射极接地，第三放电开关V3的基极连接驱动电路；第四放电开关V4的集电极与第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位和第二升压脉冲变压器T2次级线圈低电位连接；第四放电开关V4的放射极与真空弧离子源11的阴极5连接，第三放电开关V3的基极连接驱动电路；其中驱动电路用于驱动第一放电开关V1、第二放电开关V2、第三放电开关V3和第四放电开关V4开通或关断。

在其他实施例中，第一放电开关V1、第二放电开关V2、第三放电开关V3和第四放电开关V4为氢闸流管时，第一二极管D1的负极与第一放电开关V1的阳极连接，第一放电开关V1的阴极接地，第一放电开关V1的栅极连接驱动电路，同理，第二二极管D2的负极与第二放电开关V1的阳极连接，第二放电开关V1的阴极接地，第二放电开关V1的栅极连接驱动电路；第三二极管D3的负极与第三放电开关V3的阳极连接，第三放电开关V3的阴极接地，第三放电开关V3的栅极连接驱动电路；第四放点开关V4的阳极与第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈的高电位和第二升压脉冲变压器T2次级线圈的低电位连接；第四放电开关V4的阴极与真空弧离子源11的阴极5连接，第三放电开关V3的栅极连接驱动电路；其中驱动电路用于驱动第一放电开关V1、第二放电开关V2、第三放电开关V3和第四放电开关V4开通或关断。

如图2所示，本实施例的脉冲电源系统的工作过程为：

t0-t1时刻，充电电源1通过第一充电电阻R1、第一二极管D1、第一升压脉冲变压器T1的初级线圈将第一储能电容C1充电至4kV～7kV电压，t1时刻，V1开通，第一储能电容C1通过V1向第一升压脉冲变压器T1的初级线圈进行放电，在第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈产生幅值为+50kV～+60kV脉宽为5μs～20μs的脉冲，脉冲宽度由电容容量决定；电容的充电频率为1Hz～20Hz，同样，脉冲的频率也为1Hz～20Hz。

与T1的放电过程相同，第三升压脉冲变压器T3次级线圈产生同样幅值和脉宽的脉冲，极性为负；即t0-t1时刻，充电电源1通过第三充电电阻R3、第三二极管D3、第三升压脉冲变压器T3初级线圈将第三储能电容C3充电至4kV～7kV电压，t1时刻，V3开通，第三储能电容C3通过V3向第三升压脉冲变压器T3初级线圈进行放电，在第三升压脉冲变压器T3次级线圈产生幅值为-50kV～-60kV脉宽为5μs～20μs的脉冲，脉冲宽度由电容容量决定；电容的充电频率为1Hz～20Hz，同样，脉冲的频率也为1Hz～20Hz。

由于真空弧离子源11的正加速电源与正加速极2连接，真空弧离子源11的负加速电源与负加速极3连接；通过第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈和第三升压脉冲变压器T3次级线圈，正加速电源和负加速电源脉冲电压极性相反，脉宽、频率、相位相同，压差为100kV～120kV，可以大大减小两个加速极与地之间的绝缘距离，使脉冲电源系统更加小型。

t0-t1t时刻，充电电源1通过第二充电电阻R2、第二二极管D2、第二升压脉冲变压器T2初级线圈将第二储能电容C2充电至4kV～7kV电压；

t1时刻，V2开通，第二储能电容C2通过V2向第二升压脉冲变压器T2的次级线圈进行放电，在第二升压脉冲变压器T2次级线圈产生幅值为10kV～15kV脉宽为0.2V幅～1.0V幅的脉冲，由于此时第二升压脉冲变压器T2升压脉冲变压器的次级线圈低电位连接第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈的高电位，则低电位为+50kV～+60kV，10kV～15kV的脉冲是悬浮在+50kV～+60kV之上，脉冲宽度由电容容量决定；电容的充电频率为1Hz～20Hz，同样，脉冲的频率也为1Hz～20Hz。此时，阴极5与触发极7在10kV～15kV电压作用下发生放电，产生离子束，放电时间由10kV～15kV脉冲宽度决定，等离子体在正加速极2和负加速极3100kV～120kV的电压下加速运动。

t0-t1时刻，充电电源1通过第四充电电阻R4、第四二极管D4、第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈为电容C4充电，此时阴极5和触发极7未发生放电，无法引起阴极5和阳极6之间放电。

t1-t1’时刻，第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈因初级线圈感应出幅值+50kV～+60kV的电压，此时，在电容C4的负极对地电位为+54kV～+67kV，主放电电容C4的正极对地电位为+50kV～+60kV，由于阴极5和触发极7开始发生放电，阴极5和阳极6在电容C44kV～7kV的压差下开始发生放电，产生等离子体，放电时间由电容C4的容量决定，等离子体在正加速极2和负加速极3的100kV～120kV的加速电压下加速运动。

t1-t2时刻，第四放电开关V4开通为放电回路提供通路，t2时刻，第四放电开关V4关断，作为截尾开关，使放电脉冲形成陡峭的下降沿，满足等离子体的锐截止要求。

实施例2

如图3所示，图3为本发明实施例提供的另一种脉冲电源系统的基本电路图，实施例1中的第三升压脉冲变压器T3为单抽头，次级线圈的高电位接地，次级线圈的低电位与真空弧离子源的负加速极3连接；与实施例1相比，本实施例中的第三升压脉冲变压器T3为双抽头，次级线圈的高电位接地，次级线圈的中间抽头连接真空弧离子源11的负加速极3，次级线圈的低电位抽头连接真空弧离子源11的引出极4，其中正加速极2和负加速极3之间通过绝缘体绝缘。

其中双抽头的第三升压脉冲变压器T3变比为1:18～1:24，充电电源1通过第三充电电阻R3、第三二极管D3、第三升压脉冲变压器T3初级线圈将第三储能电容C3充电至4kV～7kV电压，V3开通后，第三储能电容C3通过V3向第三升压脉冲变压器T3的次级线圈进行放电，在第三升压脉冲变压器T3次级线圈产生幅值为-50kV～-60kV的脉冲，引出极4悬浮在负加速极3的-50kV～-60kV之上，引出极4的幅值为50kV～60kV，极性为负，引出极4与正加速极2、负加速极3的脉冲时序完全形同，在等离子体在正加速极2和负加速极3电压下加速后，被引出极4电压引出，引出极电压与等离子体产生电压和加速电压一体化设计，简化了电路结构，引出电极和负加速极共用1个变压器，减小脉冲电源系统的体积。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本发明中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲电源系统，其特征在于，所述脉冲电源系统包括：充电电源(1)、与所述充电电源(1)连接的第一脉冲形成回路(8)、第二脉冲形成回路(9)和第三脉冲形成回路(10)，还包括第一升压脉冲变压器T1、第二升压脉冲变压器T2、第三升压脉冲变压器T3、真空弧离子源(11)、第四放电开关V4和主放电电容C4；

所述第一脉冲形成回路(8)与第一脉冲变压器T1的初级线圈连接，所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位与主放电电容C4的正极，第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈的高电位还通过第四放电开关V4与真空弧离子源(11)的阴极(5)和负加速极(2)连接；第一次级线圈的低电位接地；所述第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈的高电位与主放电电容C4的负极和真空弧离子源(11)的阳极(6)连接；第二次级线圈的低电位与充电电源(1)的正极连接；

所述第二脉冲形成回路(9)与第二升压脉冲变压器T2的初级线圈连接，第二升压脉冲变压器T2的次级线圈的高电位与真空弧离子源(11)的触发极(7)连接，次级线圈的低电位通过第四放电开关V4与真空弧离子源(11)的阴极(5)和正加速极(2)连接；

所述第三脉冲形成回路(10)与第三升压脉冲变压器T3的初级线圈连接；所述第三升压脉冲变压器T3为单抽头时，次级线圈的高电位接地，次级线圈的低电位与真空弧离子源(11)的负加速极(3)连接；或第三升压脉冲变压器T3为双抽头时，次级线圈的高电位接地，次级线圈的中间抽头连接真空弧离子源(11)的负加速极(3)，次级线圈的低电位抽头连接真空弧离子源(11)的引出极(4)，其中正加速极(2)和负加速极(3)之间通过绝缘体(12)绝缘。

2.根据权利要求1所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述第一脉冲形成回路(8)包括第一储能电容C1和第一放电开关V1，充电电源(1)的正极与第一储能电容C1一端和第一放电开关V1一端连接，所述第一储能电容C1的另一端与所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈高电位连接，所述第一放电开关V1的另一端、所述充电电源(1)的负极和第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈低电位接地；

第二脉冲形成回路(9)包括第二储能电容C2和第二放电开关V2，充电电源(1)的正极与第二储能电容C2一端和第二放电开关V2一端连接，所述第二储能电容C2的另一端与所述第二升压脉冲变压器T2的初级线圈高电位连接，所述第二放电开关V2的另一端、所述充电电源(1)的负极和第二升压脉冲变压器T2的初级线圈低电位接地；

第三脉冲形成回路(10)包括第三储能电容C3和第三放电开关V3；充电电源(1)的正极与第三储能电容C3一端和第三放电开关V3一端连接，所述第三储能电容C3的另一端与所述第三升压脉冲变压器T3的初级线圈高电位连接，所述第三放电开关V3的另一端、所述充电电源(1)的负极和第三升压脉冲变压器T3的初级线圈低电位接地。

3.根据权利要求2所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述第一脉冲形成回路(8)还包括第一充电电阻R1和第一二极管D1；所述充电电源(1)的正极与第一充电电阻R1一端连接，所述第一充电电阻R1另一端与所述第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极与第一储能电容C1一端和第一放电开关V1一端连接；

所述第二脉冲形成回路(9)还包括第二充电电阻R2和第二二极管D2；所述充电电源(1)的正极与第二充电电阻R2一端连接，所述第二充电电阻R2另一端与所述第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极与第二储能电容C2一端和第二放电开关V2一端连接；

所述第三脉冲形成回路(10)还包括第三充电电阻R3和第三二极管D3；所述充电电源(1)的正极与第三充电电阻R3一端连接，所述第三充电电阻R3另一端与所述第三二极管D3的正极连接，所述第三二极管D3的负极与第三储能电容C3一端和第三放电开关V3一端连接。

4.根据权利要求3所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述第一放电开关V1、第二放电开关V2、第三放电开关V3和第四放电开关V4为半导体固态开关或氢闸流管。

5.根据权利要求1所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述脉冲电源系统还包括第四充电电阻R4和第四二极管D4；所述充电电源(1)的正极与第四充电电阻R4一端连接，所述第四充电电阻R4另一端与所述第四二极管D4的正极连接，所述第四二极管D4的负极与第一升压脉冲变压器T1的第二次级线圈低电位连接，所述充电电源(1)的负极接地。

6.根据权利要求1所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述第一升压脉冲变压器T1的第一次级线圈和第三升压脉冲变压器T3次级线圈的极性相反。

7.根据权利要求1所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述充电电源电压为4～7kV。

8.根据权利要求1-7任一项所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述第一升压脉冲变压器T1的变比为1:9:9～1:12:12，所述第二升压脉冲变压器T2的变比为1:2～1:4，单抽头的第三升压脉冲变压器T3的变比为1:9～1:12，双抽头的第三升压脉冲变压器T3的变比为1:18～1:24。

9.根据权利要求8所述的脉冲电源系统，其特征在于，所述第一升压脉冲变压器T1，第二升压脉冲变压器T2和第三升压脉冲变压器T3的形状为长条形，变压器磁芯材料为超微晶材料或铁氧体材料，绕组骨架为聚酰亚胺或聚四氟乙烯。

10.一种中子发生器，其特征在于，所述中子发生器包括权利要求1-9任一项所述的脉冲电源系统。

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