非相对论性强流脉冲电子束源是一种高能脉冲电子束产生装置,在相对较低的电压下得到高能密度的电子束流,束流辐照到靶材上,能使靶料的表层瞬间熔融、蒸发、并迅速冷却凝固,产生在稳态状态下形成不了的物性。因而束源在材料表层如光洁度、生物相容性进行改性等领域,具有重要的价值。但根据非相对论性强流脉冲电子束源的工作原理,束源在运行过程中会产生强烈的脉冲强磁场、高功率脉冲阳极、阴极电流。以上强脉冲磁场、大电流可能会强烈干扰弱电控制系统。同时脉冲强磁场、高功率脉冲阳极、阴极电流三者之间的精确同步控制难度较大,导致靶材的辐照不能达到理想的效果。并且,束源电压等级高,特别对于控制系统,绝缘可靠性很低。针对以上不足之处,需要研制一种抗干扰更强,同步控制更灵活,提升束源辐照效果的电子束源设备。本课题在充分理解非相对论性强流脉冲电子束源的工作原理的基础上,采用新拓扑结构,设计新一代束源。该束源由PC机、30k V高压直流、2k V高压直流电源、储能电容组、脉冲触发驱动电路及各次级放电回路、真空二极管、真空系统等组成。PC机利用无线通讯模块对高压直流源、触发驱动电路,进行无线MCU组网和控制,系统硬件结构得以简化。设计的2k V和30k V高压直流电源,分别为各电容组初级储能供电。各电源分别包括主电路、驱动电路、控制电路。主电路由整流滤波电路、半桥逆变电路、高频隔离变压器、以及高压整流滤波电路组成;上位机通过无线控制电路,控制PWM驱动电路,PWM驱动电路将控制信号放大、整形为驱动信号,驱动主电路半桥逆变的电力电子元件动作,对前级直流进行高频逆变,并依次隔离升压、高压高频整流、滤波,输出直流高压为主电容充电。同时不仅利用分压器检测输出电压值,及时闭环反馈到控制电路,对输出电压进行稳定调节,而且还为各重要元件设置缓冲、过压、过流保护等环节,保证束源稳定、安全运行。设计的晶闸管触发驱动电路,驱动导向磁场、阳极和阴极回路的储能电容放电。触发驱动电路内置有无线隔离、光纤隔离、脉冲变压器磁场隔离等三重隔离,并采用由PC机到无线MCU的单向控制方式,使得控制系统耐压更高、强脉冲电磁场下抗扰性更强。设计的同步控制系统,充分利用高主频单指令周期型MCU中内部资源,采用粗延时与精细延时相结合的控制方法,能精准控制磁场、阳极和阴极放电的同步时刻。放电同步时差精度在62.5纳秒内。对所设计系统中的重要单元,如触发控制系统软、硬件电路,进行了实物制作与实验。对实验结果表明,设计的新一代束源能较好的控制高电压产生、对同步触发的控制达到了预期目的。本课题对脉冲电子束源研制与实际应用,具有极大的参考意义。