一种脉冲式空间电子束产生系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种脉冲式空间电子束产生系统，属于电力电子技术领域，该电子束产生系统包括高压大电流脉冲调制器、过渡段、真空腔、电子发射极和输出窗等，该系统只消耗电能、可长时间重复使用，产生的电子束能够在真空或大气中传输，解决了当前脉冲式电子束装置应用面窄、应用范围有限等问题，具备费效比高、作用时间短、对被处理物本身影响小、环境友好、人体无伤害等优点，可以广泛的应用于表面处理、生物医药、杀菌灭虫、物质改性、土壤改良、微生物灭活、辐照消毒等方面。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲式空间电子束产生系统
本技术涉及一种脉冲式空间电子束产生系统，属于电力电子
，特别是一种小型化高压大电流脉冲调制器，应用范围包括但不限于：高压脉冲产生、微波产生、X射线产生、生物医药、材料处理、环保处理、环境治理、设施农业等领域。
技术介绍
电子束是由强场激发下的被激发物质释放出的电子粒团。电子束除拥有一定的能量和谐振频率外，还具有内部场强高、导电性好、导热性好和宏观机械应力等特点。脉冲式电子束，是一种经能量压缩后，在极短时间内，通常为纳秒或微秒级(1纳秒＝10-9秒，1微秒＝10-6秒)，释放出的电子束。脉冲式电子束，即兼顾了作用速度快、辐射极低、无环境污染的优点，又具备瞬时能量高、作用时间短、处理效率高，被处理物温升小、被处理物不发生形变、不改变被处理物本体性状、不破坏被处理物原有属性等优势。在典型应用领域中，例如杀菌灭活，目前的技术处理手段主要为：高温法、化学药剂法和射线辐照法。高温法，顾名思义，是将被处理物温度升高后实现杀菌灭活。高温法的特点是简单，但缺点也十分明显，包括：处理周期长，容易改变本体原始性状，费效比低。化学药剂虽然具有成本低、应用限制小和穿透力强等特点，但存在环境污染严重，极易破坏被处理物本身的平衡状态，特别是应用在农业领域，将显著改变土壤的微生物群落结构，降低活性酶成分，破坏土壤的可持续生产能力。射线辐照法是一种由特定能量的放射性元素产生的，利用放射性射线实现杀菌灭活目的的方法。常用的放射性源为钴-60和铯-137，通过产生γ射线完成杀菌灭活。射线辐照法，虽然理论上可彻底摧毁细菌的遗传因子，彻底破坏有害菌群和微生物体的生理活性，但高剂量使用时几乎可以消灭任何菌群。在实际应用中，射线辐照法存在专业性强、技术要求高、安全防护要求高、放射性源的处置和保管要求高、辐照剂量控制难等问题。因此，利用电子束进行杀菌灭活处理，可以弥补上述方法的不足，实现经济、高效、绿色、环保。目前，可以产生电子束的装置主要分为两种：一种是长时间小电流(分钟级、安培级)装置，一种是短时间大电流(微秒级、百安培级以上)装置。长时间小电流装置主要应用于工程领域，例如焊接、切割和机械加工等方面。短时间大电流装置目前还处于研究阶段，主要应用于前沿高新
，包括新材料技术、高能微波技术、高能物理和核物理等。脉冲式电子束产生装置，属于短时间大电流装置，一般工作于真空封闭腔内，主要应用包括：金属和非金属表面处理，材料表面和内在改性等方面，然而上述两种电子束装置均存在应用面窄、应用范围有限等问题。
技术实现思路
为了弥补现有处理技术和方法的不足，解决当前脉冲式电子束装置应用面窄、应用范围有限等问题，本技术提出一种脉冲式空间电子束产生系统，该系统产生的电子束可在真空中传输也可在大气中传输，处理能力和处理方式增加，应用范围拓宽，为满足多领域不同需求提供保障。为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：一种脉冲式空间电子束产生系统包括高压大电流脉冲调制器、过渡段、真空腔、电子发射极和输出窗，其中：所述高压大电流脉冲调制器用于产生千伏级电压和千安级电流的电脉冲；所述过渡段用于连接高压大电流脉冲调制器和电子发射极、且用于将电脉冲传送至电子发射极；所述真空腔为容放电子发射极的金属腔体；所述电子发射极为针状、丝状或条状结构中的一种，在强场作用下电子发射极的尖端形成局部等离子体并产生电子束；所述输出窗设置在真空腔的出口处、且为真空环境和大气环境的隔离界面。优选的，所述高压大电流脉冲调制器为TESLA型高压大电流脉冲调制器，所述TESLA型高压大电流脉冲调制器采用旋转轴对称结构，内部集成TESLA型脉冲变压器和脉冲形成线。优选的，所述电子发射极的针状结构包括金属平板和设置在金属平板上的多针结构。优选的，所述输出窗为金属箔、合金箔或非金属箔中的一种。优选的，所述过渡段为金属材质、且包括直筒和/或弯筒结构，过渡段的横截面为圆形、矩形或梯形中的一种。优选的，还包括连通真空腔的真空泵组，所述真空泵组用于在真空腔产生真空环境。优选的，还包括连接高压大电流脉冲调制器和真空泵组的系统控制器，所述系统控制器用于控制高压大电流脉冲调制器和真空泵组工作。优选的，所述高压大电流脉冲调制器包括激光触发通道、主开关、开关绝缘支撑体、变压器原边、变压器副边、脉冲形成线外筒、脉冲形成线内筒、变压器供电端、内筒支撑体和封装外壳，其中：所述激光触发通道设置在封装外壳的一端、且用于对接精确触发单元；所述主开关安装在封装外壳的内部、且位于靠近激光触发通道的一侧，主开关的一端连接内置变压器，主开关的另一端连接高压大电流脉冲输出口，主开关接受精确触发单元的控制以实现变压器瞬时放电；所述开关绝缘支撑体用于支撑主开关、且用于隔离主开关与脉冲形成线；所述变压器原边为多匝卷绕金属带、且设置在封装外壳的内部中侧位置；所述变压器副边为密绕细金属线构成的锥型结构、且设置在变压器原边的内部；所述脉冲形成线外筒为金属圆筒，金属圆筒的外壁连接变压器副边，金属圆筒的一端连接主开关的电极，金属圆筒的另一端开口；所述脉冲形成线内筒为圆筒状或圆柱状结构，脉冲形成线内筒通过内筒支撑体同轴布置在脉冲形成线外筒的内部；所述变压器供电端的一端连接外部电源，变压器供电端的另一端连接变压器。优选的，所述精确触发单元为小型可控激光器，所述小型可控激光器用于产生时间可控和强度可控的激光，激光通过激光触发通道聚焦在主开关的内部，通过电离气体使主开关受控导通。优选的，还包括储能单元，所述储能单元由储能开关和储能器组成，通过储能开关的控制，储能器一方面将电能存储在储能器中，另一方面将储能器中电能释放至变压器。本技术提出的脉冲式空间电子束产生系统具有以下有益效果：该产生系统只消耗电能，可长时间重复使用，费效比高；作用时间短，对被处理物本身影响小；环境友好，绿色环保，对人体无伤害。本技术不仅有利于农业领域中的部分农药替代，真正实现绿色环保，还有利于医疗行业中医疗废弃物的快速循环利用。除此之外，本技术有利于一些高附加值产业和产品的升级改造和提质增效，例如烟草、茶叶、种子等前期生产环节中的杀虫灭菌处理。附图说明图1为本技术的整体结构示意图；图2为本技术的内部原理示意图；图3为本技术中电子发射极的第一原理图；图4为本技术中电子发射极的第二原理图；图5为本技术中高压大电流脉冲调制器的结构示意图；图6为秒脉冲式电子束处理系统参数列表；图7为本技术中电子束在大气中的传输距离与能量分布关系。图中，1-高压大电流脉冲调制器、101-激光触发通道、102-主开关、103-开关绝缘支撑体、104-变压器原边、105-变压器副边、106-脉冲形成线外筒、107-脉冲形成线内筒、108-变压器供电端、109-内筒支撑体、1010-封装壳体、2-过渡段、3-真空腔、4-电子发射极、5-输出窗、6-真空泵组、7-系统控制器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，包括高压大电流脉冲调制器(1)、过渡段(2)、真空腔(3)、电子发射极(4)和输出窗(5)，其中：/n所述高压大电流脉冲调制器(1)用于产生千伏级电压和千安级电流的电脉冲；/n所述过渡段(2)用于连接高压大电流脉冲调制器(1)和电子发射极(4)、且用于将电脉冲传送至电子发射极(4)；/n所述真空腔(3)为容放电子发射极(4)的金属腔体；/n所述电子发射极(4)为针状、丝状或条状结构中的一种，在强场作用下电子发射极(4)的尖端形成局部等离子体并产生电子束；/n所述输出窗(5)设置在真空腔(3)的出口处、且为真空环境和大气环境的隔离界面。/n

【技术特征摘要】
1.一种脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，包括高压大电流脉冲调制器(1)、过渡段(2)、真空腔(3)、电子发射极(4)和输出窗(5)，其中：
所述高压大电流脉冲调制器(1)用于产生千伏级电压和千安级电流的电脉冲；
所述过渡段(2)用于连接高压大电流脉冲调制器(1)和电子发射极(4)、且用于将电脉冲传送至电子发射极(4)；
所述真空腔(3)为容放电子发射极(4)的金属腔体；
所述电子发射极(4)为针状、丝状或条状结构中的一种，在强场作用下电子发射极(4)的尖端形成局部等离子体并产生电子束；
所述输出窗(5)设置在真空腔(3)的出口处、且为真空环境和大气环境的隔离界面。


2.根据权利要求1所述的脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，所述高压大电流脉冲调制器(1)为TESLA型高压大电流脉冲调制器，所述TESLA型高压大电流脉冲调制器采用旋转轴对称结构，内部集成TESLA型脉冲变压器和脉冲形成线。


3.根据权利要求1所述的脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，所述电子发射极(4)的针状结构包括金属平板和设置在金属平板上的多针结构。


4.根据权利要求1所述的脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，所述输出窗(5)为金属箔、合金箔或非金属箔中的一种。


5.根据权利要求1所述的脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，所述过渡段(2)为金属材质、且包括直筒和/或弯筒结构，过渡段(2)的横截面为圆形、矩形或梯形中的一种。


6.根据权利要求1所述的脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，还包括连通真空腔(3)的真空泵组(6)，所述真空泵组(6)用于在真空腔(3)产生真空环境。


7.根据权利要求6所述的脉冲式空间电子束产生系统，其特征在于，还包括连接高压大电流脉冲调制器(1)和真空泵组(6)的系统控制器(7)，所述系统控制器(7)用于控制高压大电流脉冲调制器(1)和真空泵组(6)工作。


8.根据权利要求1所述的脉冲式空间电子束产生系...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炎伟，李伟，李立明，
申请(专利权)人：陕西中控微脉智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61