2024年5月15日发(作者：xp系统和win7系统区别)

束流强度达几十万以至上百万安培的束流。它比通常加速器的束流密度高几万倍

以至几十万倍。20世纪60年代初期,由于模拟核爆炸条件下γ射线辐照效应和X

射线照相的需要，强流脉冲电子束加速器得到了迅速发展，70年代后，由于粒

子束惯性约束聚变、电子束抽运气体激光器、电子束产生高功率微波等研究工作

的要求，研制了低电压大电流的电子束加速器，并在这些技术的基础上获得了强

流脉冲离子束。1984年已能产生1MeV、1MA的轻离子束，强流脉冲电子束也

达到了如下的技术水平：

电子能量 0.3MeV～12MeV

电子束流 10kA～5MA

脉冲宽度 10ns～100ns

总束能 1kJ～5MJ

功率 1011W～3×1013W

这些束流之特点是束流能量大、功率高、电流大、时间宽度窄。这种基于物理

学和电工学相结合的高功率脉冲技术是一门新的前沿科学技术，近年来发展极为

迅速，已成为研究高温高压等离子体物理的重要工具，它在经济和军事应用方面

有着广阔的前景。

强流脉冲电子束的产生 强流脉冲电子束加速器主要由三个部分组成，即冲击

电压发生器、脉冲成形线与脉冲传输线和场致发射二极管。从冲击电压发生器输

出的微秒级上升时间的高压脉冲经脉冲成形线成形为几十纳（10-9)秒上升时间

的高压脉冲，并由传输线输运至场致发射二极管，二极管起着将电磁能转变为电

子束的能量的作用。

冲击电压发生器 见脉冲倍压发生器之图2。冲击电压发生器的工作原理是对

电容器组并联充电串联放电，获得脉冲高压输出，减小冲击电压发生器电感，可

缩短输出高压脉冲的上升时间。电容器的排列有Z型、S型和混合型等，采取正、

负充电线路，可使火花球隙数目减少一倍。

LC反转冲击电压发生器的电感小，输出脉冲上升时间短，但当所有球隙不能

在同一时间内击穿时，过电压会把电容器击穿。

脉冲成形线和脉冲传输线 如图1所示。冲击电压发生器输出的电压脉冲，对

脉冲成形线充电，当电压充至一定值时主开关接通，成形线中开始了波过程,经

过时间在成形线末端产生时间宽度为的高压脉冲加在场致发射二极管上。L为成

形线长度,с为光速,ε为成形线介质的介电常数，也可以通过变阻抗传输线加到二

极管上，以达到升压或降压的目的。脉冲成形线和脉冲传输线中充以去离子水或

变压器油，对于亚微秒充电时间的高压脉冲，水是很好的绝缘介质，水的储能密

度大、价廉，发生电击穿后能很快恢复不留痕迹。可根据T.H.马丁的经验公式

来考虑脉冲成形线和脉冲传输线的绝缘要求。

强流电子束二极管 阴极表面细微的针尖状结构，使场强增大约100倍，趋

于108V/cm，由此引起的电流的增强造成阴极上微小尖端的蒸发，蒸发物的电

离形成阴极等离子体，并从中发射电流，阴极等离子体的前沿以1～4×104m/s

的速度向阳极运动，随着束流的增强，在阳极上吸附的气体释放出来并被电离，

形成阳极等离子体，它以约1×104m/s的速度向阴极运动。

描述二极管中电子束流特性的一个重要物理量是v/ γ 值，v是单位长度上电子

数目乘电子经典半径，，，IA称为阿尔文电流。

低v/γ 值二极管阻抗可由蔡尔德－朗缪尔公式描述，平行板二极管阻抗为

式中V以兆伏为单位,R是二极管半径，d是阴阳极间隙距离，以厘米为单位，μ

是阴极等离子体运动速度，以厘米／秒为单位，Z以欧姆为单位，K(V)是随着V

而增长的函数，对于非相对论性束流K(V)＝136。

当二极管中电流超过了临界电流值时，电子轨迹开始箍缩，这时电子的拉莫尔

半径等于电子束半径的一半，并等于阴阳极之间的间距。

在高v/ γ值的二极管中，当达到临界电流值时，束流开始箍缩，实验观察到箍

缩主要在脉冲的后一段时间内形成，并以(1～5)×106m/s的径向崩塌速度进行，

它比等离子体膨胀速率大一个半到二个数量级，这是由于阳极等离子体中的正离

子向阴极运动，改变了空间电荷分布，增大了二极管电流，从而使箍缩进一步发

展。

箍缩发生后，二极管阻抗大致和"顺位流模型"的计算值相符。箍缩的结果使电

子向二极管的轴线方向移动。由于空间电荷的堆积，造成阴极中心部分轴向电场

的减小，从而降低了阴极中心区域的电子发射，过剩的空间电荷使得等位面分布

接近锥形。电子沿锥形等位面运动。等位面的法线方向和磁场方向垂直。因而向

外的电场力和向内的自磁场力方向相反。空间电荷堆积一直继续到作用在电子上

的净力为零。于是从阴极边界处发出的电子沿等位面作净力为零的运动。按顺位

流模型可得