中子源高壓電源的中子能量穩(wěn)定性控制研究
中子源作為核物理研究、材料分析及醫(yī)療輻照的核心裝置，其輸出中子能量的穩(wěn)定性直接取決于加速器高壓電源的供電品質(zhì)。本文從加速電場構(gòu)建、束流輸運(yùn)調(diào)控及多物理場耦合角度，系統(tǒng)分析高壓電源參數(shù)對(duì)中子能譜分布的定量影響，并提出全鏈路的穩(wěn)定性提升方案。
1. 高壓電源特性與中子能譜展寬關(guān)聯(lián)性
中子能量離散度ΔE/E與加速電壓波動(dòng)率δV/V存在嚴(yán)格的正相關(guān)：ΔE/E=2δV/V+(δt/t)^2（t為加速時(shí)間）。當(dāng)高壓電源紋波噪聲超過0.02%時(shí)，14 MeV中子的能量展寬將從±0.3%惡化至±1.5%。通過雙極性疊加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配合10^14Ω級(jí)高阻分壓網(wǎng)絡(luò)，可將直流高壓的短期穩(wěn)定度提升至5×10^-6/10min。實(shí)驗(yàn)證明，該方案使基于D-D反應(yīng)的緊湊型中子源輸出能譜半高寬（FWHM）壓縮至72 keV（基準(zhǔn)值：220 keV）。
2. 動(dòng)態(tài)負(fù)載下的快速補(bǔ)償機(jī)制
離子源束流提取過程中，脈沖電流波動(dòng)（ΔI/I≈10^-3/μs）會(huì)引起高壓電源負(fù)載特性突變，導(dǎo)致加速梯度偏移。采用磁耦合諧振式動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電路，在50μs內(nèi)實(shí)現(xiàn)200kV級(jí)電壓的閉環(huán)校正（調(diào)節(jié)精度<0.005%）。在瞬態(tài)工況下，中子產(chǎn)額波動(dòng)率從常規(guī)電源的12%降低至1.8%，滿足瞬發(fā)γ射線關(guān)聯(lián)測量對(duì)時(shí)間一致性的嚴(yán)苛需求。
3. 多物理場干擾抑制策略
環(huán)境溫度漂移（ΔT=±15℃）導(dǎo)致分壓器電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生±0.03%/℃的增益誤差，引發(fā)中子能量0.5%/℃的系統(tǒng)偏移。通過分布式溫度傳感陣列與PID-Fuzzy復(fù)合控制算法，在-40~70℃范圍內(nèi)將電壓溫度系數(shù)抑制至2×10^-6/℃。機(jī)械振動(dòng)（5-2000Hz，0.5g RMS）引起的接觸電位差波動(dòng)需通過三維懸架阻尼系統(tǒng)控制至<0.1mV，對(duì)應(yīng)中子能量抖動(dòng)<0.01%。
4. 數(shù)字化協(xié)同控制體系構(gòu)建
基于FPGA的實(shí)時(shí)能譜監(jiān)測系統(tǒng)（采樣率1MHz）與高壓電源形成前饋控制環(huán)路，當(dāng)探測到中子能量偏移超過±0.2%時(shí)，在100μs內(nèi)觸發(fā)電壓校正。在14 MeV質(zhì)子束打鋰靶實(shí)驗(yàn)中，該方案使中子產(chǎn)額穩(wěn)定度達(dá)到99.7%（8小時(shí)連續(xù)運(yùn)行）。深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法通過分析歷史工況數(shù)據(jù)，可預(yù)判最佳電壓補(bǔ)償量，將突發(fā)負(fù)載沖擊下的恢復(fù)時(shí)間縮短60%。
5. 極端工況電源拓?fù)鋭?chuàng)新
針對(duì)聚變中子源所需的100kV/10mA級(jí)穩(wěn)態(tài)高壓，開發(fā)出全固態(tài)LCC諧振變換器，在連續(xù)72小時(shí)運(yùn)行中電壓漂移<0.001%。脈沖式中子源（脈寬10ns，重復(fù)頻率1kHz）采用Marx-Bank與磁開關(guān)組合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)前沿陡度>100kV/ns的精確脈沖輸出，使瞬態(tài)中子通量不確定度降至0.8%。
結(jié)論
中子源高壓電源的能控精度已突破傳統(tǒng)工程極限，正向智能化、極端化方向發(fā)展。未來需突破寬禁帶半導(dǎo)體器件耐輻射設(shè)計(jì)、量子電壓基準(zhǔn)傳遞及多節(jié)點(diǎn)協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)meV級(jí)中子能量分辨率奠定基礎(chǔ)。
泰思曼 TXF1272 系列是一款采用固態(tài)封裝的高性能緊湊型 X 射線高壓電源，功率 6kW 可選，單負(fù)極性、單正極性和雙極性等輸出極性可選，單極性最高電壓可達(dá) 225kV，雙極性最高電壓可達(dá) 450kV。采用有源功率因數(shù)校正電路（PFC），放寬了對(duì)輸入電流的要求，逆變器拓?fù)浼夹g(shù)提高了電源功率密度和效率。采用相互獨(dú)立的模塊設(shè)計(jì)，改善了產(chǎn)品可靠性與維護(hù)便利性，例如線路上的電磁干擾（EMI）可以通過調(diào)節(jié) EMI 模塊參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化而不影響其他模塊的正常工況。電源支持模擬接口（DB25）和數(shù)字接口（USB、以太網(wǎng)、RS-232），便于 OEM。并且擁有精密的發(fā)射電流調(diào)節(jié)電路，使燈絲電源能夠通過兩路直流輸出，精確且穩(wěn)定地提供管電流。電源同時(shí)配備了與內(nèi)部電路和外部輸出點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的全方位故障檢測，電弧控制方面提供了檢測、計(jì)數(shù)與滅弧的功能。確保電源一旦出現(xiàn)故障，能及時(shí)停機(jī)并記錄故障內(nèi)容。
典型應(yīng)用：無損檢測（NDT）；醫(yī)療滅菌/輻照；X 射線掃描；安全應(yīng)用；數(shù)字射線照相術(shù)（DR）；工業(yè) CT 計(jì)算攝影（CR）；AI 視覺識(shí)別
