脉冲线型电子加速器是应用十分广泛的一种脉冲功率装置，图1-1给出了脉冲线加速器的结构示意图，它主要包括直流电源、马克斯发生器、脉冲形成线、开关和真空二极管等部分。

脉冲功率源马克斯发生器

马克斯发生器是一种降多个电容器并联经直流电源充电后，通过一些开关使电容器串联的放电的系统，得到的放电电压可以是充电电压与电容器个数的乘积。图1-2是一个4级马克斯发生器的电路示意图，首先，直流电源多4个并联电容器

充电到电压

，然后触发火花隙开关S，4个并联电容被串联，从而产生4

的输出电压。气体火花隙开关是利用绝缘电极之间充入大压缩气体（一般为空气、氮气、六氟化硫等）在高压下被击穿形成等离子体传导通道而接通电路的一种器件，它是马克斯发生器的重要部件。马克斯发生器一般浸没在变压器油中以保证足够的绝缘。

脉冲功率源脉冲形成线

一般由马克斯发生器获得的脉冲的持续时间在us量级，如果直接连接负载，则不可能得到高功率，而且与负载往往也不匹配。因此，必须对初级脉冲发生器产生的输出脉冲进行整形和压缩，其方法是在初级脉冲发生器后接电容型或电感型脉冲储能器，再通过闭合型或断路型开关驱动负载，这就是脉冲形成线的功能。

脉冲形成线利用电压波在一定长度和一定波阻抗的传输线上的往来反射成一定脉宽的电压脉冲，由于脉冲形成线的长度总是有限的，再长也不会超过几十米，而电压波在线上的传播速度通常与光速同一数量级，因此通过多次反射形成的电压波形很窄，一般脉宽仅几十到上百纳秒；与此同时，初级脉冲十分不规则的波形在此过程中被整形或形成更接近矩形形状的脉冲，这就是脉冲形成线的工作原理。

脉冲形成线可以有多种结构，目前应用最多的是布鲁姆莱茵传输线，它由3个同轴圆筒组成（参见图1-1），筒间充油或水作为绝缘介质，充油称为油线，充水则称为水线。中筒与马克思发生器相连充电，内筒通过电感与接地的外筒连接。布鲁姆莱茵传输线可以看做是双同轴脉冲形成的，对于相同的几何尺寸，水线阻抗约为油线的1/6，电容约为油线的34倍，因此更适合低阻抗脉冲功率装置，而其储能密度则在常用液体绝缘介质中的是最高的。

当脉冲形成线被充电到额定电压时，位于形成线终端的开关接通，脉冲形成线通过二极管的负载放电，放电过程也就是作用于二极管上的脉冲电压的形成过程。高压脉冲加到二极管的阴、阳极之间，阴极产生强烈的爆炸式场致发射，产生电子束，该电子束在阴、阳极之间的高电场下被加速，形成相对论电子注器件所需要的强流相对论电子束。

脉冲功率源二极管

二极管就是脉冲功率技术中的负载，它是利用脉冲功率装置获得强脉冲带电粒子束、

射线、X射线和高功率微波、强激光等最关键的部分。二极管有轴向绝缘和径向绝缘两种基本类型（图1-3），轴向绝缘型二极管比较适合于与高阻抗传输线如油线配合使用，而径向绝缘型二极管则较适合于与低阻抗的水线配用。

脉冲功率装置中常用的阴极是爆炸发射式阴极，当场强超过100kV/cm的脉冲高压加到阴极表面时，阴极表面上的微小凸起尖端（称为金属晶须）上的电场可以增强几十倍甚至数百倍，足以产生场致发射。金属须被发射电流迅速加热并在数纳秒内引起汽化爆炸，并形成等离子体。由于在阴极表面分布有大量晶须，所以表面的局部等离子体由于膨胀而会互相连接，从而在5ns~20ns的时间内形成一个覆盖整个阴极表面的等离子体鞘层，从这个鞘层中可以提取超过数kA/

的电子束电流。在这个过程中，尽管在微观上存在大量局部烧蚀现象，但在宏观上阴极表面并没有损伤，晶须发射尖端不断被烧蚀又在汽化爆炸过程中不断形成新的晶须，因此爆炸式阴极可反复使用。典型的阴极材料有铝、石墨、不锈钢等，它们的特点是电流密度高，表面粗糙，可以低真空使用且寿命长。

天鹅绒也是脉冲功率装置中常用的一种阴极，它也是一种场致发射阴极，电流密度可以达到每平方厘米数百安至数千安，其优点是表面电场强度阈值低于爆炸式阴极的阈值，因此可以避免等离子体影响。其缺点就是电流密度较低，寿命也有限。