紧凑型中子源（如基于D-D或D-T反应的中子发生器、基于质子加速器的散裂中子源小型化装置）在材料研究、安全检测、医学应用等领域展现出灵活性与便捷性。然而，受限于其紧凑的尺寸和相对较低的束流功率，如何高效利用产生的中子束流，即获得满足特定应用需求的空间分布（束流轮廓），成为关键问题。理想的束流轮廓可能是均匀分布的宽束（用于辐照样品）、聚焦的小束斑（用于高空间分辨率成像或微区分析）或特定形状的束流（如用于断层扫描的扇形束）。直接从中子靶产生的中子束通常是各向同性的或具有较宽的角分布，难以直接满足这些要求。高压整形技术，通过利用高压电场（或磁场）对产生中子的“前驱”带电粒子束（如氘离子束）进行操控，间接实现对出射中子束轮廓的预先塑造，是一种从源头优化中子束品质的有效手段。
高压整形的基本原理在于：中子是通过带电粒子（如氘离子）轰击靶材（如氚钛靶、铍靶）发生核反应产生的。反应产生的中子在空间中的角分布与入射离子的能量、靶核特性有关，但对于给定的反应，出射中子通量的空间分布很大程度上取决于初级离子束在靶面上的强度分布（即束斑形状和均匀性）。因此，通过控制入射离子束在靶面上的二维强度分布，就可以间接“塑造”出射中子束的轮廓。
高压整形系统主要作用于离子束从离子源引出后、轰击靶面之前的传输与聚焦环节。其核心是高压静电或电磁聚焦与偏转系统，通过对施加于一系列电极或线圈上的高压（或大电流）进行精密调控，实现对离子束的变换：
1. 束斑尺寸与形状控制（聚焦/散焦）：
* 聚焦成小束斑：对于需要高空间分辨率的中子成像或微区分析，需要将离子束聚焦成尽可能小的点状束斑轰击靶面，从而产生一个近似点源的中子发射点，再配合准直器获得细束。这需要多级静电透镜（单透镜、三单元透镜）或电磁透镜。为这些透镜供电的高压电源（静电透镜）或稳流电源（电磁透镜）需要高稳定度，因为透镜激励的微小波动会导致束斑位置和尺寸变化，进而引起中子源点漂移或模糊。
* 散焦或扫描形成均匀宽束：对于需要均匀照射较大面积的样品辐照应用，需要离子束在靶面上形成一个均匀分布的较大束斑。这可以通过主动散焦透镜，或者让一个聚焦的细束在靶面上进行快速光栅扫描来实现。扫描模式要求高压偏转放大器能够驱动离子束以特定频率和幅度在X和Y方向扫描，扫描的均匀性和线性度直接决定了中子束空间分布的均匀性。
2. 束流强度分布均匀化：即使束斑覆盖了靶面区域，其强度分布也可能不均匀（中心强，边缘弱）。为了获得空间通量均匀的中子束，需要对离子束的强度分布进行“平顶化”整形。这可以通过以下高压控制策略实现：
* 束流轮廓调制：在离子束路径中设置一个可变的物理光阑（如多个独立叶片组成的光阑），并通过高压驱动机构控制叶片开合，对束流进行空间裁剪。更先进的是采用“自适应光学”理念，使用多极静电偏转器或特殊形状的电极，产生一个与束流固有不均匀分布相反的矫正场，使最终打在靶上的束流强度分布变得均匀。这要求多通道高压电源精确控制各电极电压，且控制算法基于对束流初始分布的精确测量。
3. 特殊轮廓束流的生成：对于如中子断层扫描所需的扇形束，则要求离子束在靶面上形成一条细长的线状束斑。这可以通过圆柱形静电透镜使束流在一个方向聚焦，另一个方向散焦来实现，或者使用狭缝光阑进行物理限制。同样，相关透镜或偏转器的高压需精确设定。
实现有效的高压整形，面临诸多挑战：首先是空间电荷效应。在低能、高流强的离子束中，粒子间的库仑排斥力（空间电荷力）会对抗聚焦电场，导致束流发散，难以获得小束斑。整形系统设计必须考虑空间电荷补偿或采用更高能量的离子束来减弱其影响。其次是像差。静电和磁透镜存在各种像差（球差、色差等），限制了束斑的最小尺寸和形状保真度。需要采用多级透镜组合和像差校正技术。第三是高压绝缘与稳定。为达到足够的聚焦和偏转能力，电极间可能需要施加数万伏的高压。在紧凑空间内实现高压绝缘和防止击穿是机械设计难点。同时，所有高压电源必须极度稳定，任何漂移都会导致束流轮廓缓慢变化。
此外，在线束流诊断对于整形至关重要。需要利用束流剖面监测器（如丝扫描、荧光靶或断面式法拉第杯）实时测量离子束在靶前某位置的二维强度分布，为整形系统的设置和调整提供反馈。这些诊断设备本身也可能需要高压偏置。
紧凑型中子源束流轮廓高压整形技术，是将带电粒子束控制技术应用于中子束优化的典范。它通过在前端“雕琢”离子束这把“钥匙”的形状，来间接铸造出符合应用需求的“中子束锁”的轮廓。这套高压整形系统的能力，直接决定了紧凑型中子源装置的空间分辨能力、辐照均匀性以及整体应用效能，是其从“能产生中子”迈向“能产生好用中子”的关键一步。
