[论文解读] A New Linear Inductive Voltage Adder Driver for the Saturn Accelerator

M.G. Mazarakis, R. B. Spielman+2 more|ArXiv.org|Aug 17, 2000

Pulsed Power Technology Applications参考文献 4被引用 8

一句话总结

本论文提出了一种基于并联连接的线性电感分压器（LIVA）的新驱动器设计，用于土星加速器，取代了马尔科夫发生器和脉冲成形网络。每个腔体由快速、低电感的100-kV电容器以环形阵列方式直接供电，实现亚50-ns电压脉冲并具备高电流能力，支持作为闪光X射线源或Z-箍缩驱动器的双模式运行。

ABSTRACT

Saturn is a dual-purpose accelerator. It can be operated as a large-area flash x-ray source for simulation testing or as a Z-pinch driver especially for K-line x-ray production. In the first mode, the accelerator is fitted with three concentric-ring 2-MV electron diodes, while in the Z-pinch mode the current of all the modules is combined via a post-hole convolute arrangement and driven through a cylindrical array of very fine wires. We present here a point design for a new Saturn class driver based on a number of linear inductive voltage adders connected in parallel. A technology recently implemented at the Institute of High Current Electronics in Tomsk (Russia) is being utilized[1]. In the present design we eliminate Marx generators and pulse-forming networks. Each inductive voltage adder cavity is directly fed by a number of fast 100-kV small-size capacitors arranged in a circular array around each accelerating gap. The number of capacitors connected in parallel to each cavity defines the total maximum current. By selecting low inductance switches, voltage pulses as short as 30-50-ns FWHM can be directly achieved.

研究动机与目标

• 通过用传统马尔科夫发生器和脉冲成形网络架构的替代方案，开发一种更紧凑、更高效的土星加速器驱动器。
• 通过直接向电感分压器腔体供电，实现更短、更陡峭的电压脉冲（FWHM为30–50 ns）。
• 通过在每个腔体并联多个电容器，提高电流输出能力，支持高电流Z-箍缩和闪光X射线模式。
• 利用俄罗斯托木斯克高电流电子研究所近期实现的低电感开关技术。
• 通过消除中间脉冲整形元件，提高系统可靠性并降低系统复杂性。

提出的方法

• 该设计采用多个并联连接的线性电感分压器（LIVA），以实现高总电流输出。
• 每个LIVA腔体由一个环形阵列的快速、100-kV、小型电容器并联直接驱动。
• 每个腔体并联电容器的数量决定了系统的最大电流输出能力。
• 采用低电感开关，可直接生成FWHM短至30–50 ns的电压脉冲。
• 系统避免使用马尔科夫发生器和脉冲成形网络，简化了架构并降低了电气应力。
• 所有模块的电流通过后孔耦合器合并，以驱动Z-箍缩模式下的细丝圆柱阵列。

实验结果

研究问题

• RQ1 直接电容供电的LIVA架构是否能在无脉冲成形网络的情况下实现亚50-ns电压脉冲？
• RQ2 在高电流加速器驱动器中，消除马尔科夫发生器对系统可靠性与脉冲保真度有何影响？
• RQ3 通过并联电容供电LIVA腔体，可实现的最大电流能力是多少？
• RQ4 该设计是否能够支持闪光X射线与Z-箍缩应用的双模式运行？
• RQ5 低电感开关技术如何在LIVA配置中实现更短、更陡峭的电压脉冲？

主要发现

• 所提出的LIVA驱动器可实现FWHM短至30–50 ns的电压脉冲，适用于高带宽应用。
• 通过并联100-kV电容器直接供电LIVA腔体，消除了对马尔科夫发生器和脉冲成形网络的需求。
• 每个腔体并联电容器的数量直接控制系统的总最大电流输出。
• 该设计支持双模式运行：作为2-MV电子二极管闪光X射线源，或作为K线X射线产生的Z-箍缩驱动器。
• 采用低电感开关可实现快速、干净的电压脉冲，具有最小的振 ringing 和失真。
• 该架构具有可扩展性，并与现有土星加速器基础设施兼容，特别是用于电流合并的后孔耦合器。