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RSS2014年 26卷 第04期
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2014, 26: 043001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043001
摘要:
设计了等离子体填充的二维金属光子晶体特殊开放腔体结构, 并采用粒子模拟技术（PIC）建立了基于等离子体填充腔体结构物理模型, 分析了等离子体填充下二维腔体的各模式场分布特性, 以及等离子体的引入对腔体内各模式工作频率、电场幅值的影响。结果表明：腔体内各模式的电场强度随等离子体密度的增加而减弱, 模式频率随背景等离子体归一化频率的提高而增加, 工作模式的产生与激励方式密切相关。
设计了等离子体填充的二维金属光子晶体特殊开放腔体结构, 并采用粒子模拟技术（PIC）建立了基于等离子体填充腔体结构物理模型, 分析了等离子体填充下二维腔体的各模式场分布特性, 以及等离子体的引入对腔体内各模式工作频率、电场幅值的影响。结果表明：腔体内各模式的电场强度随等离子体密度的增加而减弱, 模式频率随背景等离子体归一化频率的提高而增加, 工作模式的产生与激励方式密切相关。
2014, 26: 043002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043002
摘要:
介绍了非线性传输线的工作原理和色散特性，给出了用于模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的计算方法。算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代，其中利用J-A模型描述传输线中NiZn铁氧体磁芯的非线性磁化行为，并模拟了非线性传输线的工作方式。实验获得了中心频率165 MHz的宽带脉冲输出，初步验证了用于产生宽带电磁脉冲的非线性传输线关键技术。
介绍了非线性传输线的工作原理和色散特性，给出了用于模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的计算方法。算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代，其中利用J-A模型描述传输线中NiZn铁氧体磁芯的非线性磁化行为，并模拟了非线性传输线的工作方式。实验获得了中心频率165 MHz的宽带脉冲输出，初步验证了用于产生宽带电磁脉冲的非线性传输线关键技术。
2014, 26: 043003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043003
摘要:
利用螺旋波导对频率调制脉冲进行压缩可大幅度提高脉冲峰值功率。利用所编Matlab程序对螺旋波导的色散特性进行了计算和分析，获得了波纹幅度和纵向周期长度等结构参数对其色散特性的影响规律；给出了脉冲功率压缩比的计算公式，对不同脉宽和频带宽度、不同频率调制形式的微波脉冲通过螺旋波导后的功率压缩比进行了计算和分析。计算表明：脉冲的频率调制形式对功率压缩比影响较大；相同频率调制形式下，脉冲长度越长，工作频带越宽，功率压缩比越高。为了获得尽可能高的功率压缩比，需对脉冲的频率变化方式进行调节，使其与螺旋波导色散特性匹配。同时还需要在高的功率压缩比和高的压缩效率之间做出权衡。计算得到，当注入脉冲的脉宽为40 ns、工作频带为8.8~9.5 GHz、频率调制形式与螺旋波导色散特性匹配时，功率压缩比达到了15，压缩效率约为40%。
利用螺旋波导对频率调制脉冲进行压缩可大幅度提高脉冲峰值功率。利用所编Matlab程序对螺旋波导的色散特性进行了计算和分析，获得了波纹幅度和纵向周期长度等结构参数对其色散特性的影响规律；给出了脉冲功率压缩比的计算公式，对不同脉宽和频带宽度、不同频率调制形式的微波脉冲通过螺旋波导后的功率压缩比进行了计算和分析。计算表明：脉冲的频率调制形式对功率压缩比影响较大；相同频率调制形式下，脉冲长度越长，工作频带越宽，功率压缩比越高。为了获得尽可能高的功率压缩比，需对脉冲的频率变化方式进行调节，使其与螺旋波导色散特性匹配。同时还需要在高的功率压缩比和高的压缩效率之间做出权衡。计算得到，当注入脉冲的脉宽为40 ns、工作频带为8.8~9.5 GHz、频率调制形式与螺旋波导色散特性匹配时，功率压缩比达到了15，压缩效率约为40%。
2014, 26: 043004.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043004
摘要:
为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点, 提高高功率微波器件的优化设计水平, 将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合, 研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件两个波段的磁绝缘线振荡器（MILO）：C-MILO和L-MILO进行优化设计。在输入功率不变的条件下, 原C-MILO效率为10.8%, 经优化后效率为15.4%; 原L-MILO效率为12.6%, 经优化后效率为17.7%。由此得出, 两类MILO模型经优化后在输入功率基本不变的情况下输出功率和效率都有很大程度的提高, 且模型几何参数合理, 物理图像正确。
为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点, 提高高功率微波器件的优化设计水平, 将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合, 研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件两个波段的磁绝缘线振荡器（MILO）：C-MILO和L-MILO进行优化设计。在输入功率不变的条件下, 原C-MILO效率为10.8%, 经优化后效率为15.4%; 原L-MILO效率为12.6%, 经优化后效率为17.7%。由此得出, 两类MILO模型经优化后在输入功率基本不变的情况下输出功率和效率都有很大程度的提高, 且模型几何参数合理, 物理图像正确。
2014, 26: 043005.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043005
摘要:
给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组，并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程，给出了在击穿建立过程中，电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明：由于大气层中本底自由电子数密度较低，高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度，与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多，而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。
给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组，并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程，给出了在击穿建立过程中，电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明：由于大气层中本底自由电子数密度较低，高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度，与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多，而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。
2014, 26: 043006.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043006
摘要:
通过在强磁场条件下, 利用环形刀口石墨阴极（刀口尺寸38~39 mm）开展电子束轰击收集极内表面铜箔和垂直轰击金属靶片实验, 对无箔二极管中电子束的空间密度分布进行了初步研究, 并对其产生原因进行了分析。研究结果表明, 电子束径向分布在37.2~40.2 mm, 存在密度较高区域（38.8~39.4 mm）和密度最大值点（39.2 mm）, 且均偏向于阴极外侧。无箔二极管环形阴极爆炸发射产生电子束的径向密度分布可用偏态分布近似。
通过在强磁场条件下, 利用环形刀口石墨阴极（刀口尺寸38~39 mm）开展电子束轰击收集极内表面铜箔和垂直轰击金属靶片实验, 对无箔二极管中电子束的空间密度分布进行了初步研究, 并对其产生原因进行了分析。研究结果表明, 电子束径向分布在37.2~40.2 mm, 存在密度较高区域（38.8~39.4 mm）和密度最大值点（39.2 mm）, 且均偏向于阴极外侧。无箔二极管环形阴极爆炸发射产生电子束的径向密度分布可用偏态分布近似。
2014, 26: 043101.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043101
摘要:
利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响。结果表明，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输严重衰减。模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。
利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响。结果表明，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输严重衰减。模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。
2014, 26: 043201.
doi: 10.11884/HPLPB201426.043201
摘要:
在实验的基础上给出了束参数时间分辨测量系统的实验布局和特点，分析高压电磁干扰对直线感应加速器中时间分辨测量系统外触发性能的影响和变化规律；进一步探讨系统高压电磁干扰后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况，主要通过采用光纤传输控制信号的措施，能很好地传输窄脉冲，信号延时抖动小于2 ns，达到了高速信号的可靠传输要求，采用嵌入式控制器既解决了抗电磁干扰的要求，也满足了束参数时间分辨测量系统的使用要求。
在实验的基础上给出了束参数时间分辨测量系统的实验布局和特点，分析高压电磁干扰对直线感应加速器中时间分辨测量系统外触发性能的影响和变化规律；进一步探讨系统高压电磁干扰后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况，主要通过采用光纤传输控制信号的措施，能很好地传输窄脉冲，信号延时抖动小于2 ns，达到了高速信号的可靠传输要求，采用嵌入式控制器既解决了抗电磁干扰的要求，也满足了束参数时间分辨测量系统的使用要求。
2014, 26: 044001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.044001
摘要:
提出了一种基于二次离子质谱分析技术的离子束流剖面分布的离线诊断方法，具有分辨率高、可同时给出束流剖面分布和成分信息的特点。利用数值模拟方法对该诊断方法的可行性进行了分析和讨论，并结合原理实验给出了验证结果。结果表明：该方法可以用于真空密封型中子发生器离子束流剖面分布的诊断，能够成为其他诊断方法的验证手段和有力补充。
提出了一种基于二次离子质谱分析技术的离子束流剖面分布的离线诊断方法，具有分辨率高、可同时给出束流剖面分布和成分信息的特点。利用数值模拟方法对该诊断方法的可行性进行了分析和讨论，并结合原理实验给出了验证结果。结果表明：该方法可以用于真空密封型中子发生器离子束流剖面分布的诊断，能够成为其他诊断方法的验证手段和有力补充。
2014, 26: 044002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.044002
摘要:
通过研究法国实验客体（FTO）的闪光照相过程, 设计了静态照相过程中采用的准直措施, 除传统的一二级准直体外, 还通过添加三级准直体来进一步控制入射到客体边缘部分的X射线, 从而降低散射的影响。蒙特卡罗方法模拟结果表明, 采用三级准直技术可以有效地控制散射的影响, 图像接收平面各边界的直散比有了明显的提升。
通过研究法国实验客体（FTO）的闪光照相过程, 设计了静态照相过程中采用的准直措施, 除传统的一二级准直体外, 还通过添加三级准直体来进一步控制入射到客体边缘部分的X射线, 从而降低散射的影响。蒙特卡罗方法模拟结果表明, 采用三级准直技术可以有效地控制散射的影响, 图像接收平面各边界的直散比有了明显的提升。
2014, 26: 044003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.044003
摘要:
软X光闪烁体功率计（闪烁体光电管系统）是阳加速器及PTS装置上进行Z箍缩实验获取软X光总辐射功率及能量等参数的主要设备, 光谱响应灵敏度是这套设备最关键的物理参数。为获取闪烁体功率计系统的光谱响应灵敏度, 在北京同步辐射实验室进行了闪烁体与光电倍增管系统的光谱响应灵敏度标定, 而要将闪烁体与光电倍增管系统的光谱响应灵敏度转换成Z箍缩实验需要的闪烁体与光电管系统的光谱响应灵敏度, 还需要进行光电管与光电倍增管相对灵敏度标定, 为此研制了一套光电管与光电倍增管光谱响应灵敏度相对标定系统。应用此系统进行标定实验, 得到了光电管与光电倍增管的相对灵敏度, 进而推出了功率计系统的光谱响应灵敏度。
软X光闪烁体功率计（闪烁体光电管系统）是阳加速器及PTS装置上进行Z箍缩实验获取软X光总辐射功率及能量等参数的主要设备, 光谱响应灵敏度是这套设备最关键的物理参数。为获取闪烁体功率计系统的光谱响应灵敏度, 在北京同步辐射实验室进行了闪烁体与光电倍增管系统的光谱响应灵敏度标定, 而要将闪烁体与光电倍增管系统的光谱响应灵敏度转换成Z箍缩实验需要的闪烁体与光电管系统的光谱响应灵敏度, 还需要进行光电管与光电倍增管相对灵敏度标定, 为此研制了一套光电管与光电倍增管光谱响应灵敏度相对标定系统。应用此系统进行标定实验, 得到了光电管与光电倍增管的相对灵敏度, 进而推出了功率计系统的光谱响应灵敏度。
2014, 26: 045001.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045001
摘要:
采用自行研制的s级重复频率高压单极性脉冲电源，应用于聚四氟乙烯（PTFE）膜表面改性，研究脉冲放电等离子体对PTFE薄膜表面改性的作用规律。测量处理前后PTFE薄膜表面的水接触角，结果显示，在特定的脉冲参数及更严格的对比条件下其平均水接触角从112下降到85，PTFE薄膜表面亲水性改善效果非常显著。脉冲电源采用脉宽调制控制方式，通过逆变升压及波形整形，得到脉冲电压幅值0~20 kV、重复频率0~20 kHz、脉宽5~15 s、上升沿500 ns~2 s、下降沿大于20 s的单极性脉冲。
采用自行研制的s级重复频率高压单极性脉冲电源，应用于聚四氟乙烯（PTFE）膜表面改性，研究脉冲放电等离子体对PTFE薄膜表面改性的作用规律。测量处理前后PTFE薄膜表面的水接触角，结果显示，在特定的脉冲参数及更严格的对比条件下其平均水接触角从112下降到85，PTFE薄膜表面亲水性改善效果非常显著。脉冲电源采用脉宽调制控制方式，通过逆变升压及波形整形，得到脉冲电压幅值0~20 kV、重复频率0~20 kHz、脉宽5~15 s、上升沿500 ns~2 s、下降沿大于20 s的单极性脉冲。
2014, 26: 045002.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045002
摘要:
气体开关是脉冲功率系统的关键部件，开关的火花通道阻抗直接影响负载电压的陡度及其能量传输效率。提出一种光谱学诊断方法，通过对火花通道成像光谱的时空分辨测量，获得通道半径及电导率，从而计算时变的火花电阻。光谱测量结果表明, 氮气间隙火花放电通道电子温度为2~3 eV，通道电导率先增大后减小，最大值约16 000 S，随着放电发展，火花通道电阻从绝缘状态快速跌落并趋于稳定值，时变趋势与电学计算结果基本吻合。3~100 kPa范围内，随着气压增大，放电通道半径减小，火花通道电阻增大。
气体开关是脉冲功率系统的关键部件，开关的火花通道阻抗直接影响负载电压的陡度及其能量传输效率。提出一种光谱学诊断方法，通过对火花通道成像光谱的时空分辨测量，获得通道半径及电导率，从而计算时变的火花电阻。光谱测量结果表明, 氮气间隙火花放电通道电子温度为2~3 eV，通道电导率先增大后减小，最大值约16 000 S，随着放电发展，火花通道电阻从绝缘状态快速跌落并趋于稳定值，时变趋势与电学计算结果基本吻合。3~100 kPa范围内，随着气压增大，放电通道半径减小，火花通道电阻增大。
2014, 26: 045003.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045003
摘要:
为了深入研究等离子射流阵列的放电特性，利用上升沿1 s、脉宽2 s的微秒脉冲电源产生等离子体射流，通过电压电流波形的测量和发光图像的拍摄，研究了在针-环双电极结构下，不同电极位置以及不同重复脉冲频率下氦气等离子体射流阵列的放电特性。实验结果表明放电最初产生在阵列的两端，随着外加电压幅值的增加，中心管也会有射流产生，最终形成射流阵列。随地电极距管口距离的变远，放电电流和中心管的射流长度均呈现出先增大后减小的变化趋势(20 mm处取得最大值)，随着重复脉冲频率的增大，放电由不均匀的丝状放电向均匀放电转变，放电电流先减小而后保持不变。
为了深入研究等离子射流阵列的放电特性，利用上升沿1 s、脉宽2 s的微秒脉冲电源产生等离子体射流，通过电压电流波形的测量和发光图像的拍摄，研究了在针-环双电极结构下，不同电极位置以及不同重复脉冲频率下氦气等离子体射流阵列的放电特性。实验结果表明放电最初产生在阵列的两端，随着外加电压幅值的增加，中心管也会有射流产生，最终形成射流阵列。随地电极距管口距离的变远，放电电流和中心管的射流长度均呈现出先增大后减小的变化趋势(20 mm处取得最大值)，随着重复脉冲频率的增大，放电由不均匀的丝状放电向均匀放电转变，放电电流先减小而后保持不变。
2014, 26: 045004.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045004
摘要:
基于固态化磁开关、低阻抗脉冲形成网络和感应电压叠加等关键技术, 提出了一种固态化高功率长脉冲驱动源技术方案, 该方案充分利用了绝缘规律, 可实现模块化设计, 具备提高系统稳定性、可靠性、重复频率和长时间运行的潜在优势。目前, 针对系统方案进行了电路模拟计算, 研制了各关键子系统, 开展了全系统的初步联合实验, 在假负载上输出了功率2.1 GW、脉宽约170 ns的高压脉冲, 验证了技术方案的合理性。
基于固态化磁开关、低阻抗脉冲形成网络和感应电压叠加等关键技术, 提出了一种固态化高功率长脉冲驱动源技术方案, 该方案充分利用了绝缘规律, 可实现模块化设计, 具备提高系统稳定性、可靠性、重复频率和长时间运行的潜在优势。目前, 针对系统方案进行了电路模拟计算, 研制了各关键子系统, 开展了全系统的初步联合实验, 在假负载上输出了功率2.1 GW、脉宽约170 ns的高压脉冲, 验证了技术方案的合理性。
2014, 26: 045005.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045005
摘要:
介绍一种超高速脉冲半导体器件，该器件属于穿通型器件，电压可达到5000 V，电流上升率可以达到20 kA/s 以上，根据参数调配，脉冲峰值电流可以达到数百kA。该器件采用多元胞集成结构，采用缓冲层与阳极透明层相结合的扩散技术，使其在压降和开通等方面相对于传统的晶闸管原理开关有更强的优势。并且，该超高速脉冲器件在工艺设计及实现上进行了优化，使生产条件易满足。
介绍一种超高速脉冲半导体器件，该器件属于穿通型器件，电压可达到5000 V，电流上升率可以达到20 kA/s 以上，根据参数调配，脉冲峰值电流可以达到数百kA。该器件采用多元胞集成结构，采用缓冲层与阳极透明层相结合的扩散技术，使其在压降和开通等方面相对于传统的晶闸管原理开关有更强的优势。并且，该超高速脉冲器件在工艺设计及实现上进行了优化，使生产条件易满足。
2014, 26: 045006.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045006
摘要:
介绍了W波段多普勒雷达测量电磁轨道炮内弹道度速度的基本方法，并对口径30 mm25 mm的串联增强型电磁轨道炮内弹道速度进行了实际测量。初步研究表明：雷达接收的信号易受到脉冲放电过程的干扰；雷达信号的信噪比取决于电枢与轨道电接触状态，在电源充电电压较低、接触面无电弧生成时测得了完整的内弹道速度，并与丝网靶和磁探针测量结果吻合；在较高充电电压条件下，由于电弧电接触产生的干扰，测速结果不够理想。
介绍了W波段多普勒雷达测量电磁轨道炮内弹道度速度的基本方法，并对口径30 mm25 mm的串联增强型电磁轨道炮内弹道速度进行了实际测量。初步研究表明：雷达接收的信号易受到脉冲放电过程的干扰；雷达信号的信噪比取决于电枢与轨道电接触状态，在电源充电电压较低、接触面无电弧生成时测得了完整的内弹道速度，并与丝网靶和磁探针测量结果吻合；在较高充电电压条件下，由于电弧电接触产生的干扰，测速结果不够理想。
2014, 26: 045007.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045007
摘要:
从描述电磁轨道炮炮口电压波形的场路模型出发，构建了电枢/轨道高速滑动接触电阻与轨道电流波形、炮口电压波形、电枢膛内速度曲线和轨道结构参数之间的关系，依据此关系可定量表征电磁轨道炮高速滑动接触电阻。实例计算表明，电枢/轨道高速滑动接触电阻的变化依赖于轨道电流变化，对应电流上升段、平顶段和电流下降段。在平顶段接触电阻最小约0.2 m，在电流上升段和电流下降段，接触电阻达3 m。
从描述电磁轨道炮炮口电压波形的场路模型出发，构建了电枢/轨道高速滑动接触电阻与轨道电流波形、炮口电压波形、电枢膛内速度曲线和轨道结构参数之间的关系，依据此关系可定量表征电磁轨道炮高速滑动接触电阻。实例计算表明，电枢/轨道高速滑动接触电阻的变化依赖于轨道电流变化，对应电流上升段、平顶段和电流下降段。在平顶段接触电阻最小约0.2 m，在电流上升段和电流下降段，接触电阻达3 m。
2014, 26: 045008.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045008
摘要:
基于Kerr电光效应，建立了用以对纳秒脉冲高电压作用下的真空绝缘子表面电场进行在线测量的实验系统。该测量系统由快脉冲高电压源、YAG激光器、同步控制系统、被测中空薄壁绝缘子及Kerr效应单元、光学相位差检测系统等部分构成。利用YAG激光器输出的激光脉冲，触发导通快脉冲高压源中的高压气体开关，使其给被测绝缘子试品上施加一个脉宽100 ns的高压脉冲方波。利用同步控制，使得探测激光在试品上的脉冲方波达到幅值后，入射到Kerr腔体中对Kerr效应进行探测。从而实现了对绝缘子表面电场的在线测量，并给出了初步的测量结果。
基于Kerr电光效应，建立了用以对纳秒脉冲高电压作用下的真空绝缘子表面电场进行在线测量的实验系统。该测量系统由快脉冲高电压源、YAG激光器、同步控制系统、被测中空薄壁绝缘子及Kerr效应单元、光学相位差检测系统等部分构成。利用YAG激光器输出的激光脉冲，触发导通快脉冲高压源中的高压气体开关，使其给被测绝缘子试品上施加一个脉宽100 ns的高压脉冲方波。利用同步控制，使得探测激光在试品上的脉冲方波达到幅值后，入射到Kerr腔体中对Kerr效应进行探测。从而实现了对绝缘子表面电场的在线测量，并给出了初步的测量结果。
2014, 26: 045009.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045009
摘要:
针对磁驱动等熵压缩实验对加载电流波形的特殊需求, 基于改造后的1 MA直线变压器驱动源（LTD）原理性模块, 开展了输出电流上升时间调节实验研究。48只开关分为4组, 由4根高压电缆引入触发脉冲分别触发, 共进行了三组不同电缆长度组合的触发放电实验。结果表明：在32 kV充电电压下, 输出电流上升时间（0～100%）可由301.2 ns增加至436.0 ns, 相应的输出电流幅度由294.0 kA下降至210.2 kA。实验还采用光纤探针阵列测试系统同时对其中40只多间隙气体开关的放电发光过程进行了诊断, 获得了相应开关的闭合导通起始时间。基于实验参数, 利用PSpice电路模型进行了校验, 并对早期触发的支路组对后续触发支路组的影响进行了分析。实验初步验证了LTD模块内部子块通过分时放电实现输出波形调节的能力。
针对磁驱动等熵压缩实验对加载电流波形的特殊需求, 基于改造后的1 MA直线变压器驱动源（LTD）原理性模块, 开展了输出电流上升时间调节实验研究。48只开关分为4组, 由4根高压电缆引入触发脉冲分别触发, 共进行了三组不同电缆长度组合的触发放电实验。结果表明：在32 kV充电电压下, 输出电流上升时间（0～100%）可由301.2 ns增加至436.0 ns, 相应的输出电流幅度由294.0 kA下降至210.2 kA。实验还采用光纤探针阵列测试系统同时对其中40只多间隙气体开关的放电发光过程进行了诊断, 获得了相应开关的闭合导通起始时间。基于实验参数, 利用PSpice电路模型进行了校验, 并对早期触发的支路组对后续触发支路组的影响进行了分析。实验初步验证了LTD模块内部子块通过分时放电实现输出波形调节的能力。
2014, 26: 045010.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045010
摘要:
基于粒子模拟研究了长磁绝缘传输线的电压电流关系、自限制流状态和损失前沿传播速度的变化规律, 验证了稳态流假设下建立的不同磁绝缘传输线模型在描述长磁绝缘传输线工作状态时的精确程度。结果表明：Mendel模型在描述长磁绝缘传输线电压电流关系时较精确; Rescaled模型计算长磁绝缘传输线自限制流状态下的阳极电流较精确; 损失前沿在长磁绝缘传输线中的传播速度沿着能量传输方向是动态变化的, 其速度的大小与输入电压上升速率相关。
基于粒子模拟研究了长磁绝缘传输线的电压电流关系、自限制流状态和损失前沿传播速度的变化规律, 验证了稳态流假设下建立的不同磁绝缘传输线模型在描述长磁绝缘传输线工作状态时的精确程度。结果表明：Mendel模型在描述长磁绝缘传输线电压电流关系时较精确; Rescaled模型计算长磁绝缘传输线自限制流状态下的阳极电流较精确; 损失前沿在长磁绝缘传输线中的传播速度沿着能量传输方向是动态变化的, 其速度的大小与输入电压上升速率相关。
2014, 26: 045011.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045011
摘要:
提出了磁饱和直线变压器驱动源（LTD）泵浦半导体断路开关(SOS)产生高重复频率短脉冲的技术路线。利用LTD初次级线圈为单匝同轴结构和磁芯可饱和的特点, 实现快速反向泵浦SOS, 通过多级LTD模块叠加获得高电压输出。采用射频金属氧化物场效应晶体管（RF MOSFET）作为LTD初级电路的主开关, 将SOS正向泵浦电流脉冲时间降至数十ns, 泵浦电流脉冲重复频率最高可达MHz。最终研制出一台基于SOS的10级磁饱和LTD型脉冲发生器, 输出电压约11 kV, 电流220 A，脉冲宽度约2 ns, 重复频率为20 kHz。实验验证了磁饱和直线脉冲变压器泵浦SOS产生高重复频率短脉冲的技术路线可行。
提出了磁饱和直线变压器驱动源（LTD）泵浦半导体断路开关(SOS)产生高重复频率短脉冲的技术路线。利用LTD初次级线圈为单匝同轴结构和磁芯可饱和的特点, 实现快速反向泵浦SOS, 通过多级LTD模块叠加获得高电压输出。采用射频金属氧化物场效应晶体管（RF MOSFET）作为LTD初级电路的主开关, 将SOS正向泵浦电流脉冲时间降至数十ns, 泵浦电流脉冲重复频率最高可达MHz。最终研制出一台基于SOS的10级磁饱和LTD型脉冲发生器, 输出电压约11 kV, 电流220 A，脉冲宽度约2 ns, 重复频率为20 kHz。实验验证了磁饱和直线脉冲变压器泵浦SOS产生高重复频率短脉冲的技术路线可行。
2014, 26: 045012.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045012
摘要:
研究了一种结构紧凑型的多级层叠Blumlein纳秒脉冲形成线，从理论上分析了放电时回路各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出电压的影响，并利用PSpice模拟验证了各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出结果的影响，发现开关的导通电阻是制约输出电压幅值的主要因素，开关的分布电感对输出波形的影响大于负载分布电感的影响，基于时域有限差分法原理，利用XFDTD软件模拟了两级层叠Blumlein线的电磁耦合效应。开展了多级层叠Blumlein脉冲形成线实验，结果表明，基于陶瓷固态传输线和GaAs光导开关的层叠Blumlein脉冲形成线能够实现输出电压叠加，可用于产生ns量级脉宽的脉冲高压。
研究了一种结构紧凑型的多级层叠Blumlein纳秒脉冲形成线，从理论上分析了放电时回路各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出电压的影响，并利用PSpice模拟验证了各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出结果的影响，发现开关的导通电阻是制约输出电压幅值的主要因素，开关的分布电感对输出波形的影响大于负载分布电感的影响，基于时域有限差分法原理，利用XFDTD软件模拟了两级层叠Blumlein线的电磁耦合效应。开展了多级层叠Blumlein脉冲形成线实验，结果表明，基于陶瓷固态传输线和GaAs光导开关的层叠Blumlein脉冲形成线能够实现输出电压叠加，可用于产生ns量级脉宽的脉冲高压。
2014, 26: 045013.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045013
摘要:
为了提高气体开关的同步性, 降低自放电概率和抖动, 提出并设计了一种新型等离子体喷射触发气体开关。开关整体结构与传统的三电极场畸变开关相似, 最大特点是在触发电极内部嵌入一个微型激励腔, 用于产生等离子体喷射。研究了触发电压和气压对等离子体的喷射特性的影响, 对比场畸变和等离子体喷射两种触发方式下开关触发特性的差异, 并研究触发电压对开关性能的影响。实验结果表明：等离子体喷射高度随触发电压的升高而增加, 随气压的升高而降低; 采用等离子体喷射触发能够显著降低过压间隙的延时和抖动; 提高触发电压不但降低开关的抖动, 而且还扩展开关稳定触发的工作范围; 当触发电压80 kV, 工作系数27.4%, 开关仍然能够可靠触发, 延时和抖动分别为97.1 ns和3.5 ns。
为了提高气体开关的同步性, 降低自放电概率和抖动, 提出并设计了一种新型等离子体喷射触发气体开关。开关整体结构与传统的三电极场畸变开关相似, 最大特点是在触发电极内部嵌入一个微型激励腔, 用于产生等离子体喷射。研究了触发电压和气压对等离子体的喷射特性的影响, 对比场畸变和等离子体喷射两种触发方式下开关触发特性的差异, 并研究触发电压对开关性能的影响。实验结果表明：等离子体喷射高度随触发电压的升高而增加, 随气压的升高而降低; 采用等离子体喷射触发能够显著降低过压间隙的延时和抖动; 提高触发电压不但降低开关的抖动, 而且还扩展开关稳定触发的工作范围; 当触发电压80 kV, 工作系数27.4%, 开关仍然能够可靠触发, 延时和抖动分别为97.1 ns和3.5 ns。
2014, 26: 045014.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045014
摘要:
基于X-pinch软X射线辐射点源对直径10 m钨丝单丝以及8 m钨丝双丝电爆发展过程进行了背光成像研究，实验平台为清华大学电机系研制的脉冲功率装置PPG-1（500 kV/400 kA/100 ns）。成像光路安排为：作为X射线源的X-pinch和作为目标物的钨丝分别安装在装置的输出主电极阴阳极之间和回流导电杆处，成像胶片采用高分辨率、高灵敏度的X光胶片。利用自行设计的电流传感器和罗氏线圈对目标物实际流过的电流进行监测，从而计算得8 m钨丝丝爆过程中电导随时间变化的曲线。为了观测电爆金属丝质量密度分布的演变过程，设计了m级厚度的阶梯光楔。通过大量成像实验，获取了丝芯膨胀、晕层等离子体形成及其向外扩张等过程的相关物理图像以及基于原始胶片绘制的质量密度分布图。
基于X-pinch软X射线辐射点源对直径10 m钨丝单丝以及8 m钨丝双丝电爆发展过程进行了背光成像研究，实验平台为清华大学电机系研制的脉冲功率装置PPG-1（500 kV/400 kA/100 ns）。成像光路安排为：作为X射线源的X-pinch和作为目标物的钨丝分别安装在装置的输出主电极阴阳极之间和回流导电杆处，成像胶片采用高分辨率、高灵敏度的X光胶片。利用自行设计的电流传感器和罗氏线圈对目标物实际流过的电流进行监测，从而计算得8 m钨丝丝爆过程中电导随时间变化的曲线。为了观测电爆金属丝质量密度分布的演变过程，设计了m级厚度的阶梯光楔。通过大量成像实验，获取了丝芯膨胀、晕层等离子体形成及其向外扩张等过程的相关物理图像以及基于原始胶片绘制的质量密度分布图。
2014, 26: 045015.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045015
摘要:
通过对圆柱体电容器内部压强进行计算分析，研究提升电容器寿命的方法。首先分析得出，电容器内部层间压强的提高可以减小自愈能量，降低脉冲放电过程中的电容量损失，因此可以提升电容器寿命。其次，提出了电容器内部层间压强的计算模型。试验结果表明：通过合理的热处理工艺，电容器寿命可提高30%; 当外包膜层数从20层增加到100层时，电容器寿命提高38%。
通过对圆柱体电容器内部压强进行计算分析，研究提升电容器寿命的方法。首先分析得出，电容器内部层间压强的提高可以减小自愈能量，降低脉冲放电过程中的电容量损失，因此可以提升电容器寿命。其次，提出了电容器内部层间压强的计算模型。试验结果表明：通过合理的热处理工艺，电容器寿命可提高30%; 当外包膜层数从20层增加到100层时，电容器寿命提高38%。
2014, 26: 045016.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045016
摘要:
分析了金属化膜电容器的寿命特性, 根据电容器寿命Weibull分布、可靠性分析和影响因素等建立了从元件到整机的电容器寿命预测模型。通过电容器元件和整机的寿命试验, 验证了该预测模型的适用性。研究结果表明：储能密度0.5 kJ/L下寿命达到6万次以上；储能密度0.95 kJ/L下寿命达到2万次以上；通过新技术措施改进, 2.0 kJ/L下寿命达到1000次以上。
分析了金属化膜电容器的寿命特性, 根据电容器寿命Weibull分布、可靠性分析和影响因素等建立了从元件到整机的电容器寿命预测模型。通过电容器元件和整机的寿命试验, 验证了该预测模型的适用性。研究结果表明：储能密度0.5 kJ/L下寿命达到6万次以上；储能密度0.95 kJ/L下寿命达到2万次以上；通过新技术措施改进, 2.0 kJ/L下寿命达到1000次以上。
2014, 26: 045017.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045017
摘要:
以金属化聚丙烯膜电容器电压反峰为研究对象，探讨了脉冲电流对电容器寿命的影响机制，通过对电容器在不同电压反峰系数下进行寿命测试，研究了电压反峰系数与电容器寿命之间的关系。研究结果表明：当电压反峰系数在10%～65%时，电容器寿命成指数下降。基于试验结果，通过统计分析的方法，拟合出寿命随电压反峰系数变化的经验公式，可以用来预测不同反峰系数下金属化聚丙烯膜电容器的寿命特性。
以金属化聚丙烯膜电容器电压反峰为研究对象，探讨了脉冲电流对电容器寿命的影响机制，通过对电容器在不同电压反峰系数下进行寿命测试，研究了电压反峰系数与电容器寿命之间的关系。研究结果表明：当电压反峰系数在10%～65%时，电容器寿命成指数下降。基于试验结果，通过统计分析的方法，拟合出寿命随电压反峰系数变化的经验公式，可以用来预测不同反峰系数下金属化聚丙烯膜电容器的寿命特性。
2014, 26: 045018.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045018
摘要:
研究了以不同电极宽度的玻璃陶瓷平板传输线所搭建的Blumlein线传输特性。为获得高压快脉冲输出, 实验采用了正失配负载以及通过激光二极管触发的高工作场强光导开关。在几种不同电极宽度的平板Blumlein脉冲形成线实验中获得了具有平顶的脉宽9 ns的高压脉冲, 脉冲幅值可达20 kV以上；由于开关偏置电压较低, 导致开关内阻变大, 输出效率变低。
研究了以不同电极宽度的玻璃陶瓷平板传输线所搭建的Blumlein线传输特性。为获得高压快脉冲输出, 实验采用了正失配负载以及通过激光二极管触发的高工作场强光导开关。在几种不同电极宽度的平板Blumlein脉冲形成线实验中获得了具有平顶的脉宽9 ns的高压脉冲, 脉冲幅值可达20 kV以上；由于开关偏置电压较低, 导致开关内阻变大, 输出效率变低。
2014, 26: 045019.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045019
摘要:
利用CST微波工作室软件对新一代Z箍缩驱动装置中变阻抗传输线部分进行了三维电磁场仿真，建立了同轴型指数线模型，在外导体内半径保持100 mm不变、输入端特性阻抗0.203 、输出端特性阻抗2.16 、输入角频率14106 rad/s的半正弦脉冲TEM波的情况下，发现传输过程中会产生少量非TEM模，线的尺寸变化越剧烈, 产生的非TEM模能量越多。在传输线足够长的情况下，电磁场仿真得到的电压传输效率与电路仿真结果相差不到1%，因此可以用电路仿真结果代替电磁场仿真。
利用CST微波工作室软件对新一代Z箍缩驱动装置中变阻抗传输线部分进行了三维电磁场仿真，建立了同轴型指数线模型，在外导体内半径保持100 mm不变、输入端特性阻抗0.203 、输出端特性阻抗2.16 、输入角频率14106 rad/s的半正弦脉冲TEM波的情况下，发现传输过程中会产生少量非TEM模，线的尺寸变化越剧烈, 产生的非TEM模能量越多。在传输线足够长的情况下，电磁场仿真得到的电压传输效率与电路仿真结果相差不到1%，因此可以用电路仿真结果代替电磁场仿真。
2014, 26: 045020.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045020
摘要:
基于自主研制的ns脉冲电源（上升沿约70 ns, 脉宽约100 ns）激励介质阻挡放电产生大气压低温等离子体, 在CF4气氛下对聚对苯二甲酸乙二酯（PET）表面进行了憎水改性处理, 测量了改性前后的薄膜表面的水接触角, 给出了CF4气流量、放电电压、处理时间和CF4比例等参数对改性效果的影响规律。结果表明, 大气压ns脉冲DBD表面处理能够实现PET材料的憎水性, 改性后的PET表面水接触角由66提高到最大100。
基于自主研制的ns脉冲电源（上升沿约70 ns, 脉宽约100 ns）激励介质阻挡放电产生大气压低温等离子体, 在CF4气氛下对聚对苯二甲酸乙二酯（PET）表面进行了憎水改性处理, 测量了改性前后的薄膜表面的水接触角, 给出了CF4气流量、放电电压、处理时间和CF4比例等参数对改性效果的影响规律。结果表明, 大气压ns脉冲DBD表面处理能够实现PET材料的憎水性, 改性后的PET表面水接触角由66提高到最大100。
2014, 26: 045021.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045021
摘要:
探讨了大功率脉冲电源模块中主放电开关和预电离开关整体系统的设计、制造和试验过程。在主放电回路中选择石墨型两电极气体开关作为主开关，因为其在高峰值和快上升沿时间电流的作用下具有很长的工作寿命，并由此构建了基于脉冲变压器的主开关触发器，其中气路控制装置是该系统的辅助设备。在预电离回路中选择石墨型三电极气体开关作为放电开关，并给出了能够同时输出高电压和大电流的预电离开关触发器的设计原理。最后，电气特性测试实验表明两电极主开关峰值电流超过700 kA，总转移电荷量超过200 kC，此外通过更换电极，开关的寿命可以延长。预电离开关在充气230 kPa绝对气压、充电电压23 kV下，击穿时延平均值为7.5 s，时延抖动为0.656 s；预电离开关寿命试验的结果显示开关工作4000发次后石墨电极无需更换，开关的总转移电荷量超过10 kC。
探讨了大功率脉冲电源模块中主放电开关和预电离开关整体系统的设计、制造和试验过程。在主放电回路中选择石墨型两电极气体开关作为主开关，因为其在高峰值和快上升沿时间电流的作用下具有很长的工作寿命，并由此构建了基于脉冲变压器的主开关触发器，其中气路控制装置是该系统的辅助设备。在预电离回路中选择石墨型三电极气体开关作为放电开关，并给出了能够同时输出高电压和大电流的预电离开关触发器的设计原理。最后，电气特性测试实验表明两电极主开关峰值电流超过700 kA，总转移电荷量超过200 kC，此外通过更换电极，开关的寿命可以延长。预电离开关在充气230 kPa绝对气压、充电电压23 kV下，击穿时延平均值为7.5 s，时延抖动为0.656 s；预电离开关寿命试验的结果显示开关工作4000发次后石墨电极无需更换，开关的总转移电荷量超过10 kC。
2014, 26: 045022.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045022
摘要:
利用传输线等效放电模型对层叠Blumlein线的脉冲叠加特性进行了分析。结果表明：外部短路阻抗是降低层叠Blumlein线脉冲叠加效率的主要因素, 其中, 短路电感产生输出波形平顶的衰减, 相对衰减量取决于叠加级数以及短路等效电感与传输线电感之比, 短路电容产生输出波形前沿的慢化, 前沿慢化的相对值取决于叠加级数以及短路等效电容与传输线等效电容之比；由于各级开关导通时间分散性的存在, 输出波形的前沿及后沿皆呈阶段状, 相当于产生了时间量等于开关导通分散性时间的前沿及后沿慢化现象。增加传输线外部的短路阻抗、减小多开关的导通分散性是提高层叠Blumlein线的脉冲叠加效率、改善输出波形的有效途径。
利用传输线等效放电模型对层叠Blumlein线的脉冲叠加特性进行了分析。结果表明：外部短路阻抗是降低层叠Blumlein线脉冲叠加效率的主要因素, 其中, 短路电感产生输出波形平顶的衰减, 相对衰减量取决于叠加级数以及短路等效电感与传输线电感之比, 短路电容产生输出波形前沿的慢化, 前沿慢化的相对值取决于叠加级数以及短路等效电容与传输线等效电容之比；由于各级开关导通时间分散性的存在, 输出波形的前沿及后沿皆呈阶段状, 相当于产生了时间量等于开关导通分散性时间的前沿及后沿慢化现象。增加传输线外部的短路阻抗、减小多开关的导通分散性是提高层叠Blumlein线的脉冲叠加效率、改善输出波形的有效途径。
2014, 26: 045023.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045023
摘要:
通过建立脉冲重复频率寿命测试平台研究ms级脉冲放电领域的脉冲电容器的寿命特性。平台采用的输出功率为30 kW重复频率充电机, 其输出电压0~12 kV；脉冲放电回路采用晶闸管作为开关, 最高重复频率为100 Hz；负载采用电阻和电感调节回路波形。通过该测试平台可以研究各个阶段的经历时间和重复频率对电容器寿命特性的影响以及重复频率工况下脉冲电容器的失效机制。
通过建立脉冲重复频率寿命测试平台研究ms级脉冲放电领域的脉冲电容器的寿命特性。平台采用的输出功率为30 kW重复频率充电机, 其输出电压0~12 kV；脉冲放电回路采用晶闸管作为开关, 最高重复频率为100 Hz；负载采用电阻和电感调节回路波形。通过该测试平台可以研究各个阶段的经历时间和重复频率对电容器寿命特性的影响以及重复频率工况下脉冲电容器的失效机制。
2014, 26: 045024.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045024
摘要:
提出了采用多路绕组分组并联结构和同轴结构的两种新型可饱和脉冲变压器(SPT)，用来取代寿命较短的气体开关，作为脉冲电容器或几百kV级脉冲调制器的充电变压器兼主开关。采用磁芯自动复位机制的新型SPT，初步解决了普通SPT难以兼具高升压倍数和绕组低饱和电感的问题，实现独立脉冲变压器和磁开关的集成紧凑化。采用初次级绕组间反向互感压制的物理机制，实现SPT次级绕组饱和电感降低到其固有饱和结构电感以下水平的重要特性，为实现低饱和电感磁开关探索了一条新技术路线。新型SPT已在螺旋Blumlein脉冲形成线(HBPFL)型高功率脉冲调制器中获得了应用：其作为变压器实现HBPFL充电200 kV的目标；其作为HBPFL主开关形成了幅度为180 kV、脉宽135 ns、前沿时间60 ns的准方波电压脉冲。此外，提出并验证了新型SPT应用于百kV级集成紧凑化Marx发生器及多路高电压脉冲ns同步等领域的新技术路线。
提出了采用多路绕组分组并联结构和同轴结构的两种新型可饱和脉冲变压器(SPT)，用来取代寿命较短的气体开关，作为脉冲电容器或几百kV级脉冲调制器的充电变压器兼主开关。采用磁芯自动复位机制的新型SPT，初步解决了普通SPT难以兼具高升压倍数和绕组低饱和电感的问题，实现独立脉冲变压器和磁开关的集成紧凑化。采用初次级绕组间反向互感压制的物理机制，实现SPT次级绕组饱和电感降低到其固有饱和结构电感以下水平的重要特性，为实现低饱和电感磁开关探索了一条新技术路线。新型SPT已在螺旋Blumlein脉冲形成线(HBPFL)型高功率脉冲调制器中获得了应用：其作为变压器实现HBPFL充电200 kV的目标；其作为HBPFL主开关形成了幅度为180 kV、脉宽135 ns、前沿时间60 ns的准方波电压脉冲。此外，提出并验证了新型SPT应用于百kV级集成紧凑化Marx发生器及多路高电压脉冲ns同步等领域的新技术路线。
2014, 26: 045025.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045025
摘要:
为了提高装置容许的运行电压以提高辐射剂量产额, 开展了放电过程中影响脉冲形成网络过电压幅值因素的研究。在引入开关导通不同步性和导通电阻条件下, 建立了适用于任意电阻性负载的级联Blumlein型脉冲形成网络电压波过程理论模型, 基于波过程模型进一步分析了影响脉冲形成网络过电压幅值的因素。研究表明开关不同步是产生过电压的主要因素, 过电压峰值出现在开关闭合后的3倍形成网络电长度时刻。随着网络级联级数的增加, 二极管阻抗与源阻抗匹配情况下最大过电压可达到-2倍充电电压, 而二极管阻抗下降使得过电压幅值得以加强, 阻抗过早崩溃可使过电压幅值接近充电电压的-3倍。
为了提高装置容许的运行电压以提高辐射剂量产额, 开展了放电过程中影响脉冲形成网络过电压幅值因素的研究。在引入开关导通不同步性和导通电阻条件下, 建立了适用于任意电阻性负载的级联Blumlein型脉冲形成网络电压波过程理论模型, 基于波过程模型进一步分析了影响脉冲形成网络过电压幅值的因素。研究表明开关不同步是产生过电压的主要因素, 过电压峰值出现在开关闭合后的3倍形成网络电长度时刻。随着网络级联级数的增加, 二极管阻抗与源阻抗匹配情况下最大过电压可达到-2倍充电电压, 而二极管阻抗下降使得过电压幅值得以加强, 阻抗过早崩溃可使过电压幅值接近充电电压的-3倍。
2014, 26: 045026.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045026
摘要:
根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理, 针对选用的VE4141氢闸流管的触发要求, 设计了输出频率达到5 kHz的氢闸流管触发系统, 可以接收光信号和电压信号触发。采用快前沿MOSFET开关产生两路触发脉冲, 一路为预触发脉冲, 一路为主触发脉冲。预触发脉冲的输出幅度为500~1000 V, 主触发脉冲的幅度为1000~2000 V, 两路脉冲之间延时500 ns可调。该触发器可通过部分改动应用于其他的大功率开关器件的触发系统。
根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理, 针对选用的VE4141氢闸流管的触发要求, 设计了输出频率达到5 kHz的氢闸流管触发系统, 可以接收光信号和电压信号触发。采用快前沿MOSFET开关产生两路触发脉冲, 一路为预触发脉冲, 一路为主触发脉冲。预触发脉冲的输出幅度为500~1000 V, 主触发脉冲的幅度为1000~2000 V, 两路脉冲之间延时500 ns可调。该触发器可通过部分改动应用于其他的大功率开关器件的触发系统。
2014, 26: 045027.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045027
摘要:
采用金属球隙放电的方式模拟了负载短路时的暂态过程。通过引线自感公式计算法和电路状态分析法估算脉冲放电回路的杂散电感数值，并采用传统RCD均压网络的绝缘栅双极晶体管串联链进行各元件参数差异下的蒙特卡罗仿真分析，发现影响串联链暂态均压特性的关键元件是栅极稳压二极管和动态均压电容。因此为了提高这类拓扑结构的串联链的可靠性，在筛选元件时要尤其注意栅极稳压二极管的限幅保持一致。
采用金属球隙放电的方式模拟了负载短路时的暂态过程。通过引线自感公式计算法和电路状态分析法估算脉冲放电回路的杂散电感数值，并采用传统RCD均压网络的绝缘栅双极晶体管串联链进行各元件参数差异下的蒙特卡罗仿真分析，发现影响串联链暂态均压特性的关键元件是栅极稳压二极管和动态均压电容。因此为了提高这类拓扑结构的串联链的可靠性，在筛选元件时要尤其注意栅极稳压二极管的限幅保持一致。
2014, 26: 045028.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045028
摘要:
从绝缘和机械强度两方面优化设计了一种应用于强流电子束二极管的陶瓷真空界面。首先，依据真空沿面闪络机理及其影响因素，针对外径220 mm的陶瓷板，应用ANSYS静电场模拟，通过对阴极电极形状和阳极外壳尺寸的调整，使得陶瓷沿面电场和阴、阳极三结合点场强均得到了有效控制。模拟结果显示：陶瓷沿面电场分布均匀，阴、阳极三结合点场强小于30 kV/cm，电场线与陶瓷表面所成角度基本保持在45；其次，针对陶瓷与电极的约束结构，通过静力和瞬态冲击分析，确定了该陶瓷界面可承受的最大静压和冲击波最大峰压分别为4.8 MPa和60 MPa；最后，在脉宽200 ns的脉冲功率驱动源上进行了实验研究，陶瓷真空界面平均绝缘场强达到44 kV/cm，二极管运行稳定，机械性能可靠，实验结果与理论设计相符。
从绝缘和机械强度两方面优化设计了一种应用于强流电子束二极管的陶瓷真空界面。首先，依据真空沿面闪络机理及其影响因素，针对外径220 mm的陶瓷板，应用ANSYS静电场模拟，通过对阴极电极形状和阳极外壳尺寸的调整，使得陶瓷沿面电场和阴、阳极三结合点场强均得到了有效控制。模拟结果显示：陶瓷沿面电场分布均匀，阴、阳极三结合点场强小于30 kV/cm，电场线与陶瓷表面所成角度基本保持在45；其次，针对陶瓷与电极的约束结构，通过静力和瞬态冲击分析，确定了该陶瓷界面可承受的最大静压和冲击波最大峰压分别为4.8 MPa和60 MPa；最后，在脉宽200 ns的脉冲功率驱动源上进行了实验研究，陶瓷真空界面平均绝缘场强达到44 kV/cm，二极管运行稳定，机械性能可靠，实验结果与理论设计相符。
2014, 26: 045029.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045029
摘要:
利用上升沿100 ns、脉宽150 ns的单级磁压缩纳秒脉冲电源，通过电压电流测量和放电图像拍摄实验，研究了大气压空气中极不均匀电场结构重复频率纳秒脉冲气体放电的放电模式。结果表明纳秒脉冲气体放电存在三种典型的放电模式：电晕放电、弥散放电和火花放电。施加的脉冲电压幅值对放电模式影响显著，随着电压幅值的增加，放电依次经历电晕、弥散和火花放电。固定电压幅值时，放电可能同时存在两种模式。重复频率加强了放电强度，弥散放电的激发电压随重复频率的增加变化不大，但火花放电的激发电压随着重复频率的增加而降低。因此降低重复频率有利于在较大电压范围获得大气压空气弥散放电。
利用上升沿100 ns、脉宽150 ns的单级磁压缩纳秒脉冲电源，通过电压电流测量和放电图像拍摄实验，研究了大气压空气中极不均匀电场结构重复频率纳秒脉冲气体放电的放电模式。结果表明纳秒脉冲气体放电存在三种典型的放电模式：电晕放电、弥散放电和火花放电。施加的脉冲电压幅值对放电模式影响显著，随着电压幅值的增加，放电依次经历电晕、弥散和火花放电。固定电压幅值时，放电可能同时存在两种模式。重复频率加强了放电强度，弥散放电的激发电压随重复频率的增加变化不大，但火花放电的激发电压随着重复频率的增加而降低。因此降低重复频率有利于在较大电压范围获得大气压空气弥散放电。
2014, 26: 045030.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045030
摘要:
以阳加速器和PTS装置为驱动源，开了展单晶氟化锂(LiF，通光方向［100］)窗口材料在准等熵压缩下的光学特性实验研究。应用全光纤激光多普勒探针系统(DPS，激光波长1550 nm)同时测量了Ly12铝材料电极加窗和未加窗的后界面速度历史，结合窗口材料修正方法获取了单晶氟化锂窗口材料在实验条件下折射率随密度的变化和界面粒子速度修正因子。每次实验可获取窗口材料样品的连续加载历史数据，进而处理得到LiF窗口材料在近50 GPa准等熵压力范围内的修正因子。结合拟合的线性关系，进一步处理获得了在实验过程中折射率随密度的变化。将这些实验结果与D.E. Fratanduono, Y. Ma, B.J. Jensen的对应数据比较，其中与光子多普勒测速系统 (PDV, 1550 nm)测量结果基本相符，不确定度与多次冲击实验得到的结果相当。
以阳加速器和PTS装置为驱动源，开了展单晶氟化锂(LiF，通光方向［100］)窗口材料在准等熵压缩下的光学特性实验研究。应用全光纤激光多普勒探针系统(DPS，激光波长1550 nm)同时测量了Ly12铝材料电极加窗和未加窗的后界面速度历史，结合窗口材料修正方法获取了单晶氟化锂窗口材料在实验条件下折射率随密度的变化和界面粒子速度修正因子。每次实验可获取窗口材料样品的连续加载历史数据，进而处理得到LiF窗口材料在近50 GPa准等熵压力范围内的修正因子。结合拟合的线性关系，进一步处理获得了在实验过程中折射率随密度的变化。将这些实验结果与D.E. Fratanduono, Y. Ma, B.J. Jensen的对应数据比较，其中与光子多普勒测速系统 (PDV, 1550 nm)测量结果基本相符，不确定度与多次冲击实验得到的结果相当。
2014, 26: 045031.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045031
摘要:
采用单间隙伪火花放电装置，研究了纳秒脉冲下气压、间隙距离和小孔直径对伪火花放电特性的影响。研究结果表明，纳秒脉冲下伪火花放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小。通过数值拟合，得到了放电电压与气压、间隙距离和小孔直径间的经验公式。放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小，衰减系数分别为0.76，0.39和0.39。
采用单间隙伪火花放电装置，研究了纳秒脉冲下气压、间隙距离和小孔直径对伪火花放电特性的影响。研究结果表明，纳秒脉冲下伪火花放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小。通过数值拟合，得到了放电电压与气压、间隙距离和小孔直径间的经验公式。放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小，衰减系数分别为0.76，0.39和0.39。
2014, 26: 045032.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045032
摘要:
为了提高脉冲形成线的输出耐压, 采用组叠的方式将多个单级脉冲形成线进行串叠, 可实现脉冲功率系统的小型化设计。基于多级薄膜介质线脉冲形成叠加技术, 研究了气体火花间隙开关对多级脉冲形成线输出波形的影响。介绍了开关的设计原则, 分析了开关抖动、开关电感、开关电阻对多级脉冲形成线输出特性的影响, 并且从实验上研究了开关的导通特性对脉冲形成线输出波形的影响。实验结果表明：开关抖动会引起脉冲输出波形平顶时间减小, 并且开关触发抖动会引起绝缘介质上的过电压条件, 从而影响系统的绝缘设计；开关电感会使脉冲前沿变缓, 平顶宽度变窄, 后沿存在扭曲变形, 存在拖尾现象；开关电阻的存在会降低输出效率。
为了提高脉冲形成线的输出耐压, 采用组叠的方式将多个单级脉冲形成线进行串叠, 可实现脉冲功率系统的小型化设计。基于多级薄膜介质线脉冲形成叠加技术, 研究了气体火花间隙开关对多级脉冲形成线输出波形的影响。介绍了开关的设计原则, 分析了开关抖动、开关电感、开关电阻对多级脉冲形成线输出特性的影响, 并且从实验上研究了开关的导通特性对脉冲形成线输出波形的影响。实验结果表明：开关抖动会引起脉冲输出波形平顶时间减小, 并且开关触发抖动会引起绝缘介质上的过电压条件, 从而影响系统的绝缘设计；开关电感会使脉冲前沿变缓, 平顶宽度变窄, 后沿存在扭曲变形, 存在拖尾现象；开关电阻的存在会降低输出效率。
2014, 26: 045033.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045033
摘要:
基于快前沿Mini-Marx发生器拓扑结构和冷阴极反射靶真空X射线二极管一体化设计研发出了紧凑型便携式150 kV闪光X光源系统。介绍了设计的Mini-Marx发生器和闪光X光二极管，给出了相应的实验结果。该闪光X光源系统获得了距光源25 cm处剂量大于7.710-6 C/kg、1 m处穿透铝大于60 mm、焦斑1~3 mm可调的闪光X射线。该闪光X光源和成像单元组成的闪光照相具有系统体积小、运行可靠的特点。
基于快前沿Mini-Marx发生器拓扑结构和冷阴极反射靶真空X射线二极管一体化设计研发出了紧凑型便携式150 kV闪光X光源系统。介绍了设计的Mini-Marx发生器和闪光X光二极管，给出了相应的实验结果。该闪光X光源系统获得了距光源25 cm处剂量大于7.710-6 C/kg、1 m处穿透铝大于60 mm、焦斑1~3 mm可调的闪光X射线。该闪光X光源和成像单元组成的闪光照相具有系统体积小、运行可靠的特点。
2014, 26: 045034.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045034
摘要:
为减小脉冲功率源装置的体积，对场畸变三电极轨道气体开关和两电极轨道气体开关结构进行了小型化低电感设计，采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化，对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同气压（0～0.3 MPa）和不同气体介质（N2，SF6，以及二者混合）条件下的击穿电压及导通电感等进行了研究。研究表明：小型触发开关和自击穿开关在0～0.3 MPa气压范围内自击穿电压随气压具有较好的线性关系；相同气压下SF6气体的自击穿电压约为N2气体的两倍；N2与SF6压力按3∶2混合的自击穿电压约为纯SF6气体的0.8～0.9倍；内部充入0.25 MPa 气压的SF6气体时，触发开关和自击穿开关均可在190 kV左右正常工作。根据实验中出现的开关沿面击穿现象，对开关的沿面绝缘能力进行了优化设计，并得到了实验验证。另外通过短路放电测试，得到触发开关电感约22 nH，自击穿开关电感约20 nH，开关导通电流大于20 kA，多次放电后电极烧蚀痕迹分布均匀。
为减小脉冲功率源装置的体积，对场畸变三电极轨道气体开关和两电极轨道气体开关结构进行了小型化低电感设计，采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化，对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同气压（0～0.3 MPa）和不同气体介质（N2，SF6，以及二者混合）条件下的击穿电压及导通电感等进行了研究。研究表明：小型触发开关和自击穿开关在0～0.3 MPa气压范围内自击穿电压随气压具有较好的线性关系；相同气压下SF6气体的自击穿电压约为N2气体的两倍；N2与SF6压力按3∶2混合的自击穿电压约为纯SF6气体的0.8～0.9倍；内部充入0.25 MPa 气压的SF6气体时，触发开关和自击穿开关均可在190 kV左右正常工作。根据实验中出现的开关沿面击穿现象，对开关的沿面绝缘能力进行了优化设计，并得到了实验验证。另外通过短路放电测试，得到触发开关电感约22 nH，自击穿开关电感约20 nH，开关导通电流大于20 kA，多次放电后电极烧蚀痕迹分布均匀。
2014, 26: 045035.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045035
摘要:
为研究亚微秒脉冲激励常压空气介质阻挡放电（DBD）时空演化规律，采用高速摄影相机(ICCD)在ns量级时间曝光范围内，分别在单次及连续放电（500 Hz）情况下研究放电等离子体的发光性质及放电发展过程。结果表明：在亚微秒高压脉冲平行板结构放电条件下，起始阶段放电表现出不均匀性，随着电流增大发光增强并变得均匀，在回路电流最强位置时放电达到均匀状态，并且放电均匀性在回路电流下降阶段明显好于其上升沿阶段，放电发光强度与电流波形可以很好的吻合。在一定外界参数条件下，二次放电的存在受到电源重复频率、电压幅值等参数的影响。在单次放电条件下可以明显观测到二次放电的存在，相较于一次放电，二次放电更加均匀；连续状态放电模式下几乎观察不到二次放电。
为研究亚微秒脉冲激励常压空气介质阻挡放电（DBD）时空演化规律，采用高速摄影相机(ICCD)在ns量级时间曝光范围内，分别在单次及连续放电（500 Hz）情况下研究放电等离子体的发光性质及放电发展过程。结果表明：在亚微秒高压脉冲平行板结构放电条件下，起始阶段放电表现出不均匀性，随着电流增大发光增强并变得均匀，在回路电流最强位置时放电达到均匀状态，并且放电均匀性在回路电流下降阶段明显好于其上升沿阶段，放电发光强度与电流波形可以很好的吻合。在一定外界参数条件下，二次放电的存在受到电源重复频率、电压幅值等参数的影响。在单次放电条件下可以明显观测到二次放电的存在，相较于一次放电，二次放电更加均匀；连续状态放电模式下几乎观察不到二次放电。
2014, 26: 045036.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045036
摘要:
电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关, 其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理, 其本质为一个快速增长的电阻, 利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时, 其电阻变化的模型, 从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验, PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现, 该模型起爆时刻, 产生电压幅值等方面和实验结果比较接近, 说明该模型比较科学合理, 对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。
电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关, 其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理, 其本质为一个快速增长的电阻, 利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时, 其电阻变化的模型, 从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验, PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现, 该模型起爆时刻, 产生电压幅值等方面和实验结果比较接近, 说明该模型比较科学合理, 对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。
2014, 26: 045037.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045037
摘要:
对半导体开关在这种超限条件下的单次使用情况进行了研究, 尤其对级联状态多次试验。试验结果显示, 额定电流为30 mA的半导体开关可以实现单次放电电流达到10 kA的稳定放电。通过对放电过程进行分析发现, 开关从导通至最终损坏经过了一个比较复杂的物理过程, 电路拓扑结构及其开关安装位置都将会对输出性能产生影响。
对半导体开关在这种超限条件下的单次使用情况进行了研究, 尤其对级联状态多次试验。试验结果显示, 额定电流为30 mA的半导体开关可以实现单次放电电流达到10 kA的稳定放电。通过对放电过程进行分析发现, 开关从导通至最终损坏经过了一个比较复杂的物理过程, 电路拓扑结构及其开关安装位置都将会对输出性能产生影响。
2014, 26: 045038.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045038
摘要:
从理论上研究了Z箍缩过程中单模的等离子体振荡引起的电磁脉冲辐射。当模式扰动的相速度大于真空中的光速时，电磁脉冲辐射具有类似于切伦科夫辐射的角分布特征，并且随着相速度的增大这种定向辐射特征越显著；不同波长的电磁辐射也具有不同的角分布特征，短波长的电磁脉冲具有更好的定向性。电磁辐射功率强烈依赖于电子的等离子体振荡频率和等离子体柱的半径。
从理论上研究了Z箍缩过程中单模的等离子体振荡引起的电磁脉冲辐射。当模式扰动的相速度大于真空中的光速时，电磁脉冲辐射具有类似于切伦科夫辐射的角分布特征，并且随着相速度的增大这种定向辐射特征越显著；不同波长的电磁辐射也具有不同的角分布特征，短波长的电磁脉冲具有更好的定向性。电磁辐射功率强烈依赖于电子的等离子体振荡频率和等离子体柱的半径。
2014, 26: 045039.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045039
摘要:
分析了直流叠加脉冲电压（定义为复合电压）下次级感应电压触发快脉冲直线变压器驱动源（FLTD）中气体开关击穿延时过程, 给出了击穿延时的估算公式。初步实验研究了FLTD用三电极气体开关在复合电压作用下的击穿特性, 结果表明：在70 kV直流充电电压叠加300 kV/30 ns快脉冲电压的复合电压作用下, 气体开关的击穿延时小于相同工作系数下常规触发方式的击穿延时, 采用SF6气体绝缘时, 击穿延时较常规触发方式减小了17%～30%；采用N2绝缘时, 减小了约50%, 开关工作系数为55%时, 击穿延时抖动小于5 ns；理论估算的复合电压下击穿延时与实测结果基本吻合。
分析了直流叠加脉冲电压（定义为复合电压）下次级感应电压触发快脉冲直线变压器驱动源（FLTD）中气体开关击穿延时过程, 给出了击穿延时的估算公式。初步实验研究了FLTD用三电极气体开关在复合电压作用下的击穿特性, 结果表明：在70 kV直流充电电压叠加300 kV/30 ns快脉冲电压的复合电压作用下, 气体开关的击穿延时小于相同工作系数下常规触发方式的击穿延时, 采用SF6气体绝缘时, 击穿延时较常规触发方式减小了17%～30%；采用N2绝缘时, 减小了约50%, 开关工作系数为55%时, 击穿延时抖动小于5 ns；理论估算的复合电压下击穿延时与实测结果基本吻合。
2014, 26: 045040.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045040
摘要:
为了在低储能条件下研究电磁发射过程中的刨削现象，要对电枢进行优化设计，使其在小口径发射试验装置中实现高初速发射。通过计算、仿真，对电枢尺寸、初始预紧力等参数进行优化，并进行预紧力、塑性性能和接触面积等相关参数的测试和实验，最终确定电枢型号，在保持良好电接触的条件下实现了高初速发射。
为了在低储能条件下研究电磁发射过程中的刨削现象，要对电枢进行优化设计，使其在小口径发射试验装置中实现高初速发射。通过计算、仿真，对电枢尺寸、初始预紧力等参数进行优化，并进行预紧力、塑性性能和接触面积等相关参数的测试和实验，最终确定电枢型号，在保持良好电接触的条件下实现了高初速发射。
2014, 26: 045041.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045041
摘要:
调制器输出脉冲宽度存在两种模式，输出脉冲宽度为10 s时，工作频率0~8 kHz可调，输出脉冲宽度为200 s时，工作频率0~400 Hz可调。为了实现了调制器的小型化，初级电压设计为700 V，初级储能电容可采用高储能密度的电解电容，且可降低绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联的风险，次级输出电压为70 kV，采用变比为100的脉冲变压器。概述其各个组成部分及其工作原理，重点对IGBT固态开关的驱动、保护电路、损耗和吸收回路进行了分析讨论，并对高变比的变压器进行了理论分析。对调制器进行了实验测试，脉冲前沿2.2 s，脉冲后沿1.65 s，过冲小于7%，脉冲顶降小于1%。
调制器输出脉冲宽度存在两种模式，输出脉冲宽度为10 s时，工作频率0~8 kHz可调，输出脉冲宽度为200 s时，工作频率0~400 Hz可调。为了实现了调制器的小型化，初级电压设计为700 V，初级储能电容可采用高储能密度的电解电容，且可降低绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联的风险，次级输出电压为70 kV，采用变比为100的脉冲变压器。概述其各个组成部分及其工作原理，重点对IGBT固态开关的驱动、保护电路、损耗和吸收回路进行了分析讨论，并对高变比的变压器进行了理论分析。对调制器进行了实验测试，脉冲前沿2.2 s，脉冲后沿1.65 s，过冲小于7%，脉冲顶降小于1%。
2014, 26: 045042.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045042
摘要:
在不同短路电流条件下，进行了不锈钢（1Cr18Ni9Ti）电极气体火花开关连续多次自击穿放电实验，通过测量电极质量损失、表面粗糙度和自击穿电压的变化，研究电极烧蚀特性及其对自击穿性能的影响。实验结果表明：随着放电电流峰值和周期增大，电极材料烧损速率与电容电荷量呈线性增加，而电极表面烧蚀粗糙度与电流峰值呈线性增大，自击穿电压变化达到峰值和稳定区的放电次数减少，但稳定阶段的自击穿电压值及其相对标准偏差同时减少，五种放电电流情况下，自击穿电压概率密度分布均遵循高斯函数。
在不同短路电流条件下，进行了不锈钢（1Cr18Ni9Ti）电极气体火花开关连续多次自击穿放电实验，通过测量电极质量损失、表面粗糙度和自击穿电压的变化，研究电极烧蚀特性及其对自击穿性能的影响。实验结果表明：随着放电电流峰值和周期增大，电极材料烧损速率与电容电荷量呈线性增加，而电极表面烧蚀粗糙度与电流峰值呈线性增大，自击穿电压变化达到峰值和稳定区的放电次数减少，但稳定阶段的自击穿电压值及其相对标准偏差同时减少，五种放电电流情况下，自击穿电压概率密度分布均遵循高斯函数。
2014, 26: 045043.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045043
摘要:
采用V掺杂半绝缘6H-SiC单晶衬底材料制备了平面电极型大功率SiC光导开关，用强度为150 J/mm2、波长为355 nm的脉冲激光对开关进行触发，在1~14 kV的外加电压范围内对光导开关的耐压特性、导通电阻等性能进行了研究。结果表明：随着开关外加电压的升高，开关的电流峰值呈现不断增大的趋势，当开关外加电压为14 kV时，电流峰值达185 A，对应的光导开关峰值功率为2.59 MW，开关的导通电阻约为22 。
采用V掺杂半绝缘6H-SiC单晶衬底材料制备了平面电极型大功率SiC光导开关，用强度为150 J/mm2、波长为355 nm的脉冲激光对开关进行触发，在1~14 kV的外加电压范围内对光导开关的耐压特性、导通电阻等性能进行了研究。结果表明：随着开关外加电压的升高，开关的电流峰值呈现不断增大的趋势，当开关外加电压为14 kV时，电流峰值达185 A，对应的光导开关峰值功率为2.59 MW，开关的导通电阻约为22 。
2014, 26: 045044.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045044
摘要:
针对实验产生等离子体的需求，研制了一种高压微秒脉冲电源，输出电压最大值为30 kV，上升沿最小为300 ns、脉宽0.5 s。测试结果表明电源的输出特性由负载决定，同时调节输入电压、触发脉宽可以改变电源的输出脉冲。研究了针-针放电负载时，电源重复频率以及针针间隙对于放电模式的影响，并通过研究电源输出随负载的变化来区别不同的放电模式，最后把电源成功应用于介质阻挡放电。
针对实验产生等离子体的需求，研制了一种高压微秒脉冲电源，输出电压最大值为30 kV，上升沿最小为300 ns、脉宽0.5 s。测试结果表明电源的输出特性由负载决定，同时调节输入电压、触发脉宽可以改变电源的输出脉冲。研究了针-针放电负载时，电源重复频率以及针针间隙对于放电模式的影响，并通过研究电源输出随负载的变化来区别不同的放电模式，最后把电源成功应用于介质阻挡放电。
2014, 26: 045045.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045045
摘要:
研究了X-pinch和回流柱之间的分流关系，以及两个X-pinch之间的分流关系。在X-pinch和回流柱的分流实验中，X-pinch上的电流与回流柱上的电流大体相等，这表明电流分布不只与X-pinch或回流柱的特性有关，而且也与它们所在回路的其他部分有关。在两个X-pinch之间的分流实验中，X-pinch上的电流与X-pinch本身的材料和直径几乎无关，这确认了电流分布与回路中X-pinch之外的部分有关。离绝缘柱远的X-pinch上的电流总是比离绝缘柱近的X-pinch上的电流略大一些，这是并联回路之间的互感造成的。
研究了X-pinch和回流柱之间的分流关系，以及两个X-pinch之间的分流关系。在X-pinch和回流柱的分流实验中，X-pinch上的电流与回流柱上的电流大体相等，这表明电流分布不只与X-pinch或回流柱的特性有关，而且也与它们所在回路的其他部分有关。在两个X-pinch之间的分流实验中，X-pinch上的电流与X-pinch本身的材料和直径几乎无关，这确认了电流分布与回路中X-pinch之外的部分有关。离绝缘柱远的X-pinch上的电流总是比离绝缘柱近的X-pinch上的电流略大一些，这是并联回路之间的互感造成的。
2014, 26: 045046.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045046
摘要:
研究了X-pinch和回流柱之间的分流关系，以及两个X-pinch之间的分流关系。在X-pinch和回流柱的分流实验中，X-pinch上的电流与回流柱上的电流大体相等，这表明电流分布不只与X-pinch或回流柱的特性有关，而且也与它们所在回路的其他部分有关。在两个X-pinch之间的分流实验中，X-pinch上的电流与X-pinch本身的材料和直径几乎无关，这确认了电流分布与回路中X-pinch之外的部分有关。离绝缘柱远的X-pinch上的电流总是比离绝缘柱近的X-pinch上的电流略大一些，这是并联回路之间的互感造成的。
研究了X-pinch和回流柱之间的分流关系，以及两个X-pinch之间的分流关系。在X-pinch和回流柱的分流实验中，X-pinch上的电流与回流柱上的电流大体相等，这表明电流分布不只与X-pinch或回流柱的特性有关，而且也与它们所在回路的其他部分有关。在两个X-pinch之间的分流实验中，X-pinch上的电流与X-pinch本身的材料和直径几乎无关，这确认了电流分布与回路中X-pinch之外的部分有关。离绝缘柱远的X-pinch上的电流总是比离绝缘柱近的X-pinch上的电流略大一些，这是并联回路之间的互感造成的。
2014, 26: 045047.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045047
摘要:
对磁探针感应电压的原理进行分析，得出电枢电流变化率是磁探针测量电枢膛内运动位置误差的原因。通过简化，采用理想化的电枢电流波形和电枢位移曲线，不同电枢电流变化率条件下，在Matlab软件中对磁探针测量电枢位置进行仿真分析。结果表明：测量电枢位置误差与电枢电流变化率绝对值正相关，电枢电流变化率相同时，误差与电枢电流和电枢速度的乘积负相关。进一步对磁探针测量电枢膛内速度的误差进行仿真分析，理想电流曲线仿真结果表明：测速误差情况可分为三种，电枢电流变化率相近，则测速误差小，反之则测速误差大。
对磁探针感应电压的原理进行分析，得出电枢电流变化率是磁探针测量电枢膛内运动位置误差的原因。通过简化，采用理想化的电枢电流波形和电枢位移曲线，不同电枢电流变化率条件下，在Matlab软件中对磁探针测量电枢位置进行仿真分析。结果表明：测量电枢位置误差与电枢电流变化率绝对值正相关，电枢电流变化率相同时，误差与电枢电流和电枢速度的乘积负相关。进一步对磁探针测量电枢膛内速度的误差进行仿真分析，理想电流曲线仿真结果表明：测速误差情况可分为三种，电枢电流变化率相近，则测速误差小，反之则测速误差大。
2014, 26: 045048.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045048
摘要:
基于高变比脉冲变压器开展全固态调制器研究，输出电压为70 kV、输出脉冲为200 s。研究了次级均匀绕制时环形结构脉冲变压器初次级间分布电容，给出了初、次级间等效分布电容与静态分布电容的关系。在此基础上，从能量存储角度推导了次级非均匀绕制时初次级间等价分布电容与静态分布电容的关系表达式。基于理论分析对设计研制的脉冲变压器分布电容开展了实验研究，结果表明, 采用非均匀绕制方式脉冲变压器动态分布电容减小30%，在脉冲变压器变比为1∶100时实现输出脉冲前沿2.5 s, 过冲4.3%。
基于高变比脉冲变压器开展全固态调制器研究，输出电压为70 kV、输出脉冲为200 s。研究了次级均匀绕制时环形结构脉冲变压器初次级间分布电容，给出了初、次级间等效分布电容与静态分布电容的关系。在此基础上，从能量存储角度推导了次级非均匀绕制时初次级间等价分布电容与静态分布电容的关系表达式。基于理论分析对设计研制的脉冲变压器分布电容开展了实验研究，结果表明, 采用非均匀绕制方式脉冲变压器动态分布电容减小30%，在脉冲变压器变比为1∶100时实现输出脉冲前沿2.5 s, 过冲4.3%。
2014, 26: 045049.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045049
摘要:
针对单极性脉冲电压下不同微槽结构绝缘子真空沿面闪络特性开展实验研究。根据二次电子运动特性, 设计了多种微槽宽度, 对比了微槽结构和平面结构的绝缘子耐压特性差异。槽宽为1 mm的微槽样品耐压水平与平面结构样品耐压水平相当, 槽宽小于1 mm的样品组耐压水平均高于平面结构样品, 最高电压提高倍数约为1.4, 说明一定尺寸范围内的微槽设计将提高绝缘子真空耐压水平。通过电场强度计算分析微槽结构对二次电子运动的影响过程可知, 较大的微槽宽度可使电子限制在槽内运动, 较小的微槽宽度将抑制初始电子的发展, 最终二者都能达到抑制闪络的目的。通过显微镜观测各组样品表面特征, 材料表面微观缺陷将可能降低材料耐压水平。
针对单极性脉冲电压下不同微槽结构绝缘子真空沿面闪络特性开展实验研究。根据二次电子运动特性, 设计了多种微槽宽度, 对比了微槽结构和平面结构的绝缘子耐压特性差异。槽宽为1 mm的微槽样品耐压水平与平面结构样品耐压水平相当, 槽宽小于1 mm的样品组耐压水平均高于平面结构样品, 最高电压提高倍数约为1.4, 说明一定尺寸范围内的微槽设计将提高绝缘子真空耐压水平。通过电场强度计算分析微槽结构对二次电子运动的影响过程可知, 较大的微槽宽度可使电子限制在槽内运动, 较小的微槽宽度将抑制初始电子的发展, 最终二者都能达到抑制闪络的目的。通过显微镜观测各组样品表面特征, 材料表面微观缺陷将可能降低材料耐压水平。
2014, 26: 045050.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045050
摘要:
采用FOI-PERFECT程序对局域欧姆加热主导的动态烧蚀进行了数值模拟研究, 定量诊断并比较了烧蚀率、先驱电流和烧蚀时间, 考查烧蚀阶段之初的丝等离子体的直径和丝阵的丝数对烧蚀的影响, 结果表明, 在等离子体流建立后, 随丝数或者丝径的增加, 烧蚀率增大, 先驱电流减少, 烧蚀时间减小。
采用FOI-PERFECT程序对局域欧姆加热主导的动态烧蚀进行了数值模拟研究, 定量诊断并比较了烧蚀率、先驱电流和烧蚀时间, 考查烧蚀阶段之初的丝等离子体的直径和丝阵的丝数对烧蚀的影响, 结果表明, 在等离子体流建立后, 随丝数或者丝径的增加, 烧蚀率增大, 先驱电流减少, 烧蚀时间减小。
2014, 26: 045101.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045101
摘要:
基于硅堆隔离网络的多脉冲直线感应加速器（LIA）需要外接独立的复位系统，以满足其加速腔磁芯在主脉冲励磁前的复位需求。介绍了猝发三脉冲LIA外接复位系统的工作原理、电路参数以及具体的电路设计，并针对大型LIA感应腔数量众多、运行时电磁环境复杂的特点，介绍了复位系统在工程实施中的主要技术难点和最终布局。该复位系统解决了磁芯在励磁和复位这两种高压模式间的切换问题，实现了10~20 kV可调复位电压的稳定输出，建立了在复杂电磁环境下可稳定运行的远程监控系统，确保了三脉冲LIA的92个加速腔能够在主脉冲励磁前稳定、快速、充分的复位。
基于硅堆隔离网络的多脉冲直线感应加速器（LIA）需要外接独立的复位系统，以满足其加速腔磁芯在主脉冲励磁前的复位需求。介绍了猝发三脉冲LIA外接复位系统的工作原理、电路参数以及具体的电路设计，并针对大型LIA感应腔数量众多、运行时电磁环境复杂的特点，介绍了复位系统在工程实施中的主要技术难点和最终布局。该复位系统解决了磁芯在励磁和复位这两种高压模式间的切换问题，实现了10~20 kV可调复位电压的稳定输出，建立了在复杂电磁环境下可稳定运行的远程监控系统，确保了三脉冲LIA的92个加速腔能够在主脉冲励磁前稳定、快速、充分的复位。
2014, 26: 045102.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045102
摘要:
研究了应用于介质壁加速器的小间隙光导开关在大功率激光二极管驱动下的导通特性。激光二极管产生的激光脉冲中心波长为905 nm, 脉冲宽度（FWHM）约20 ns, 前沿约3.1 ns, 抖动小于200 ps, 峰值功率约90 W。所用光导开关为异面电极结构的砷化镓（GaAs）光导开关, 电极间隙5 mm, 偏置电压为15～22 kV脉冲高压, 工作在非线性（高增益）模式。测得光导开关最小导通电阻4.1 , 抖动小于1 ns, 偏置电压在18 kV时平均使用寿命约200次。
研究了应用于介质壁加速器的小间隙光导开关在大功率激光二极管驱动下的导通特性。激光二极管产生的激光脉冲中心波长为905 nm, 脉冲宽度（FWHM）约20 ns, 前沿约3.1 ns, 抖动小于200 ps, 峰值功率约90 W。所用光导开关为异面电极结构的砷化镓（GaAs）光导开关, 电极间隙5 mm, 偏置电压为15～22 kV脉冲高压, 工作在非线性（高增益）模式。测得光导开关最小导通电阻4.1 , 抖动小于1 ns, 偏置电压在18 kV时平均使用寿命约200次。
2014, 26: 045103.
doi: 10.11884/HPLPB201426.045103
摘要:
基于束流横向偏角与束流产生轴向磁场成正比的原理，设计了环状PCB结构的轴向B-dot探头，用于直接测量束流偏角。设计并搭建了标定平台对探头进行了测试，同时利用CST MWS程序对探头进行了建模计算。计算结果与实验结果一致，表明了轴向B-dot探头可直接应用于束流偏角测量。分析了影响探头频率适用范围的原因，并根据模拟计算结果给出了改进措施。该探测器在标定平台输入上升时间130 ns，半高宽160 ns的高压信号时，探头对偏角信号的响应灵敏度为314 mV/(kAmrad)。
基于束流横向偏角与束流产生轴向磁场成正比的原理，设计了环状PCB结构的轴向B-dot探头，用于直接测量束流偏角。设计并搭建了标定平台对探头进行了测试，同时利用CST MWS程序对探头进行了建模计算。计算结果与实验结果一致，表明了轴向B-dot探头可直接应用于束流偏角测量。分析了影响探头频率适用范围的原因，并根据模拟计算结果给出了改进措施。该探测器在标定平台输入上升时间130 ns，半高宽160 ns的高压信号时，探头对偏角信号的响应灵敏度为314 mV/(kAmrad)。
