前几天在网上看到的一个自己进行高压实验的日志。与我之前看到的高压实验不同，它没有高大的实验大厅，没有昂贵的实验设备，但是，通过他（她）自己的设计和亲手组装高压装置，做到了160kV的电压强度，十分惊人。
原文作者还拍摄了大量的图片，包括非常美丽的高压放电、X射线照片。
但是由于我的原因，没办法一次性翻译出全部实验，但是我保证一定会分批分次翻译出来和各位分享。
翻译上和专业上的错误，恳请指正。
（原文链接）

警示：高压危险！电离辐射危险！

高电压及X射线实验

  图文著作权归 © 2005 – 2008 Henning Umland所有

中文翻译：郭捷

免责条款

本文记述仅为提供科普知识。作者不鼓励任何人按照文中所描述的实验进行实际操作，并对由操作本实验产生的后果免责。在高压或X射线环境下工作的人员应有坚实的物理学和电学专业知识并对他们的操作了如指掌。高电压电源的能量远比静电发生器强大，如静电发电机或Van de Graaff发电机等等。高压触电可以使人立即毙命，X射线如不正确使用会对人体引发长期不良影响（如：放射疾病、癌症）。

160kV高压电源的建立

建立一台真正强大的高压装置是我迄今为止最雄心勃勃的计划。因为装置的输出功率在千瓦级，所以全波高压装置会是一个极好的选择（当然，如果能建立一个三相电路会更好，但是我因缺乏元件而作罢）。利用40kV电容器，仅通过四个升压级就可以得到160kV的高电压。装置的建造其实更类似于一个进化过程，其中包括一些实验上的改进，比如一些新的想法和一些附加结构的实现。下面的设计过程按时间排序。

下面的电路图显示了最初版本的电路原理图。每组高压整流器都串接了一个2 kΩ的保护电阻。同时，三个200 kΩ的大电阻（绕线电阻，每个额定功率500 W ）串联在一起作为输出保护电阻。这些保护措施是必要的，因为在电压峰值时电容器储能将超过400 J ，如果放电电流不加限制，大概一次意外的瞬间放电就可能损毁许多昂贵的元件。所以电流必须限定在270 mA 以下。后来，我又加装了第四个电阻器，把电流限制在200 mA 以下。

160 kV全波串级直流高压装置电路

C1…C2 = 100 nF / 20 kV, C3…C4 = 88 nF / 40 kV, C5…C6 = 66 nF / 40 kV, C7…C12 = 44 nF / 40 kV, C13…C14 = 5 μF / 400 VAC, R1…R2 = 2 k / 10 W, R3…R18 = 5.6 k / 10 W, R19 = 600 k (3 × 200 k)

照片展示的是串级直流高压装置的构造。由于房间高度的限制，对120 kV 高压装置的简单扩展是不可行的。所以我必须拆解旧的装置，从零开始开发一种更加紧凑的装置。由于每级尺度的减小，避免由此产生拉弧故障便成为设计工作的主体。需要十分谨慎地注意相邻元件的电位差和他们之间的距离。除了连接用的导线，装置并不包含任何金属零件（当然不包括木制夹板上的螺钉）。装置结构包括三根垂直的圆柱和若干横梁（管子和外包材料均为聚丙烯），用塑料捆扎带和热融粘合剂把它们组合在一起。电子元件同样也用捆扎带固定。在照片左上角的灰色塑料管内装有200 kΩ 电阻（每个足有33厘米长）。高压端子刚好落在了画面之外。现在，装置已经准备好了进行第一次试验运行。桌子上是一台电子管电压计。电压计连着一根40 kV 的高压探棒，它们用来测量第一级整流电路，这级电路的电压是总开路电压的四分之一。

160 kV 高压装置

试验运行非常壮观。正如所预计的一样，电晕放电比旧的120 kV装置更为严重。随着接通电源，装置发出类似一群被激怒的蜜蜂一般的嗡嗡声，同时，刺激性的臭氧气味立即弥漫开来。空间中大量离子的存在，使房间中所有没有接地的金属性物体都被充电。空气中的电荷在我的脸上引起了一种令人不快的痒痒的感觉。经过一段时间以后，我注意到房间里的一个白色碗橱现在看起来又灰又旧。它被一薄层尘土所覆盖，土层并不均匀，有些地方呈现出奇怪的图案。尘突击乎可以说是粘在表面，非常难以清除，以至于我最终仅能使用酒精才把它们擦掉。这种现象的解释是：空气中的浮沉与空气离子结合后，由于电荷的吸引，沉积在物体的表面。这同静电除尘器的工作原理是一致的。

电压降:

接下来研究在负载情况下的现象。图表显示电压降同负载电流成线关系。负载阻抗（含保护电阻）为3.75 MΩ，还不错，这样如要驱动一支100 kV 电压4 mA 阳极电流的X射线管，就需要把装置的空载电压设定为115 kV。

第一步改进:

    电路产生的高压有效值超过理论峰值，从而对电压互感器的高压绕组产生冲击电压并且经常击穿我事先安装的保护间隙。这种暂态电压过冲主要是由于高压二极管的开关延时所致。KYY 29/155型二极管是老旧的型号，反向恢复时间较长（约1000纳秒）。为了减轻上述附加电压对高压绕组绝缘的破坏，我安装了电容器C15和 C16 (每只1 nF, 40 kV)，它们起到低通滤波器的作用即吸收了输出电压的高频分量。（译者注：原文如此，存疑，译者认为它们的主要作用应为防止过电压，其次才是滤波，这样才能与前文的暂态过电压一说吻合。）

我进一步把C1 和 C2 的电容值增大为150 nF 并加入了滤波电容C17 (20 nF / 67 kV)和保护电阻R20 (2 kΩ, 10 W)从而尽可能减小高压装置的输出阻抗。根据手册所述C17的直流额定电压仅为67 kV ，但是它可以允许额定值130％的最高电压。

增强后的高压装置电路

现在，输出阻抗约为3.50 MΩ ，其改善并不是很大，但是当C17 作为容性负载之后负载条件下的电压纹波明显减小。

第二步改进:

由于使用高压探棒和VTVM测量输出电压不方便，我加入了一个简单的电压监视装置，它由二极管D1 和 D2 (1N4007)、滤波电容 C18 (20 μF)和电压表组成。C18上的电压与空载是高压装置的输出电压近似成正比（约为1：800），从而使电压测量更加精确

另外：由于在装置开启时的浪涌电流多次导致1N4007二极管失效，我给每只二极管串接了一只20 Ω的限流电阻（电路图中没有画出）。

接入电压表的装置电路图

下图展示了装置的改进版。左侧的变压器额定功率为3kW，向推挽式电压互感器（侧）提供2×150V的交流电压输出。

改良版的160 kV高压装置