介質壁加速器

介質壁加速器(DWA)是一種新型的高梯度脈衝加速器。它是由美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的G. Caporaso等人在20世紀90年代提出來的。其特點具有很高加速梯度,可加速強流脈衝帶電粒子束,在科學研究、國防及國民經濟領域有廣泛的套用前景。

基本介紹

  • 中文名:介質壁加速器
  • 外文名:Dielectric Wall Accelerator
介質壁加速器是基於絕緣微堆技術、固態脈衝形成線技術和光導開關技術的新概念高梯度脈衝加速器。
絕緣微堆,又稱高梯度絕緣子(HGI),它是一種新型的絕緣結構,是由毫米量級或更薄的環狀絕緣層與金屬層交替排列而成。該結構可抑制三相點(金屬材料、絕緣材料和真空交界處)發射的初始電子轟擊絕緣材料產生的二次電子。因此,高梯度絕緣子可以實現達100MV/m的真空絕緣場強,以維持介質壁加速器所需的加速電場。結構內部腔體實現真空,可用於帶電粒子束的加速和輸運。
固態脈衝形成線(可連結),它是由新型電介質材料製成的,是產生高電壓脈衝的關鍵器件。具有結構緊湊、介電常數穩定、高頻介質損耗小、絕緣場強高等特點。
光導開關,是由光控光導半導體材料製成(如砷化鎵、碳化矽半導體),是利用雷射能量激勵半導體材料,使其電導率發生變化而產生電脈衝的開關器件。它可在亞納秒量級的時間裡實現數十千伏乃至更高電壓的通斷。具有低抖動、高峰值功率、小尺寸等優點。
跟所有粒子加速器一樣,介質壁加速器利用電場對帶電粒子進行加速。普通直線感應加速器(LIA)僅在加速間隙上有加速電場,束流傳輸管道大部分被內置磁芯與螺線管的無加速場漂移段占據,因此平均加速梯度通常不超過1 MV/m。而介質壁加速器採用上述新技術,使用高梯度絕緣子作為帶電粒子束加速、傳輸通道,使用固態脈衝形成線和光導開關產生高峰值功率脈衝電壓,直接作用下絕緣微堆上產生脈衝加速、聚焦電場,不需要使用磁芯和螺線管,整個束傳輸通道即是一系列加速間隙的直接串聯而沒有漂移段,可獲得較高的平均加速梯度,最高可達100 MV/m。

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