1MeV强流中子发生器供电系统研究

论文摘要

用低能加速器通过T（d,n）4He或D（d,n）3He反应分别产生14MeV或2.5MeV左右中子的中子发生器被广泛应用于中子物理及其应用研究。由于核聚变反应堆和战略武器材料抗辐射研究及快中子治疗癌症研究的需要,中子发生器向“强流”方向发展,通常把中子产额达到或超过1012n/s量级的称为强流中子发生器。 兰州大学研制中的强流中子发生器的预定指标为14MeV中子产额达到8×1012n/s。为了提高靶寿命,采用分析氘束和较高的1MeV氘束能量,同时希望D（d,n）3He反应产生的2.5MeV中子产额亦能达到1012n/s量级。 论文评述了各种放射治疗手段（包括γ与X射线、带电粒子束、后装机、中子俘获和快中子治癌）的物理效应和生物效应、优缺点及其发展历史和现状;结合快中子治癌的要求,给出了兰州大学快中子治疗机拟达到的主要技术指标,并定性或定量地分析了各项指标的确定依据及其可行性。 根据强流中子发生器各主要组成部分的工作原理及其对中子发生器性能的影响,分析了各部分对供电电源的具体要求。 论文主要研究了强流中子发生器的供电系统。从ECR离子源引出的混合氘束预加速到120keV,经90°磁分析器分析出单原子离子D+束,而后经加速管被加速到1MeV。离子源及预加速系统所需电源不仅功率大,性能要求高,而且处在接近1MV的高电位端,不能采取地电位直接供电,这成为供电系统的第一个难题。为了尽可能减小供电系统尺寸并保证电源性能和降低噪音,高压端供电用20kHz中频。用5路耐压1MV的隔离变压器将5台20kHz中频电源产生的中频电输送到1MV高电位端。隔离变压器用我们自主创新的强耦合隔离变压技术,使由空载到满载时的输出电压降不超过输出电压的15%。在输出端电压取样,通过电光转换—光纤传输—光电转换闭环调制中频电源输出电压,可使高压端中频电压空载与满载时的稳定度达到5%以下。对于某些稳定度要求高的直流电源,如预加速电源和分析磁铁电源,可对直流电压或电流取样,通过电光—光电—中频电源大闭环调制稳压。采用先进的光纤光电耦合技术,完成信号的隔离传递,从而实现在地电位对高电位上各电源的调整和控制。简单探讨了中频供电情况下的若干问题,并提出了相应的解决措施。

论文目录

• 引言
• 参考文献
• 第一章 癌症的放射治疗及兰州大学快中子治癌机
• 1.1 癌症的放射治疗
• 1.1.1 γ与X射线治癌
• 1.1.2 带电粒子束治癌
• 1.1.3 后装机治癌（近距离治癌）
• 1.1.4 中子俘获治癌
• 1.1.5 快中子治癌
• 1.2 兰州大学快中子治癌机
• 1.2.1 国内的放疗发展历史及现状
• 1.2.2 中子治癌机的主要技术指标
• 1.2.3 确定技术指标的依据
• 参考文献
• 第二章 强流中子发生器各主要部分电源要求
• 2.1 离子源
• 2.1.1 离子源概述
• 2.1.2 离子源对供电电源要求
• 2.2 引出和预加速系统
• 2.2.1 三电极引出系统
• 2.2.2 引出电压和束流强度的关系
• 2.2.3 离子束流的发射度和发散角
• 2.2.4 预加速电极
• 2.2.5 双间隙磁透镜
• 2.2.6 引出和预加速系统对供电电源的要求
• 2.3 束流分析系统
• 2.3.1 束流前分析系统
• 2.3.2 分析磁铁的基本工作原理
• 2.3.3 分析系统对供电电源的要求
• 2.4 螺旋管透镜
• 2.5 加速管高压电源
• 2.5.1 加速管设计
• 2.5.2 加速管对高压电源要求
• 2.6 其他电源
• 参考文献
• 第三章 高压端诸电源布局及供电方案
• 3.1 加速器结构及布局
• 3.1.1 加速器结构
• 3.1.2 加速器布局
• 3.2 中频电源
• 3.3 隔离变压器
• 3.3.1 强耦合隔离变压器的绕制工艺
• 3.3.2 隔离变压器的等效电路
• 3.3.3 隔离变压器的性能试验
• 3.4 高压端诸电源供电方案
• 3.4.1 离子源供电
• 3.4.2 离子源引出供电
• 3.4.3 分析磁铁供电
• 3.4.4 抑制电源、磁透镜、螺旋管透镜等的供电
• 3.4.5 预加速供电
• 3.5 1MV高压电源
• 3.5.1 600kV高压电源
• 3.5.2 1MV高压电源
• 3.6 电压切分器（快稳压）
• 3.7 偏转磁铁
• 3.8 关于中频传输问题
• 3.8.1 中频电源的功率测量
• 3.8.2 中频时的趋肤效应
• 3.8.3 中频发射
• 3.9 电容的补偿
• 参考文献
• 第四章 Cockcroft-Walton型高压电源的短路过渡过程及过流保护研究
• 4.1 问题的提出
• 4.2 短路过渡过程分析
• 4.2.1 供电电源关闭之前
• 4.2.2 供电电源关闭之后
• 4.3 过电流现象分析
• 4.3.1 简化等效电路
• 4.3.2 简化等效电路的求解
• 4.4 过电压现象分析
• 4.5 一个过流保护实例
• 4.5.1 对称型倍压电路
• 4.5.2 普通型倍压电路
• 4.6 结论
• 参考文献
• 第五章 总结与讨论
• 在学期间的研究成果
• 致谢