高电压大电流环境下碳纤维电极开关

为进一步研究碳纤维材料用于脉冲功率开关时的性能,将碳纤维材料制成的电极用于一个高电压(>500 kV)、大电流(>10 kA)脉冲功率自击穿气体(SF6)开关中,在不同的开关间距和气压条件下,对碳纤维电极开关的耐压能力和工作稳定性进行了实验研究,并与传统铜钨合金电极开关进行了对比。实验结果表明,相似条件下,碳纤维作为电极材料的耐压能力、稳定性和寿命不如铜钨合金电极开关。分析认为,用于脉冲功率开关时,碳纤维材料更适合低压及低功率的装置。相关结果可为研究人员选用碳纤维作为电极或阴极材料提供参考。

紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的实验研究

设计加工了一个紧凑型L波段磁绝缘线振荡器(MILO)并进行了实验研究。该MILO具有一个新型收集极和一个新型模式转换器,射频扼流腔减为一个,同时将阴极杆设计成变阻抗结构,该MILO由一台自建的600kV,8Ω,100ns加速器SPARK 01驱动。在二极管电压为515～538kV,二极管电流为58～61kA的条件下,该MILO在实验中获得了1.76～1.78GHz,2.2～2.5GW的TM01模高功率微波辐射,功率转换效率为7.3%～7.9%。在30ns的有效电压脉宽下,实验中测得微波脉冲半高宽为15ns。实验结果与模拟结果符合得较好。

紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的实验设计

设计加工了一个L波段磁绝缘线振荡器 (MILO) ,并进行了实验研究。在二极管电压为 5 15～5 38kV ,二极管电流为 5 8～ 6 1kA的条件下 ,获得了频率为 1.76～ 1.78GHz,功率为 2 .2～ 2 .5GW的TM0 1模高功率微波辐射 ,功率转换效率为 7.3%～ 7.9%。

紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的粒子模拟

采取减小阴极杆半径和长度、阴阳极间隙、叶片的长度和厚度及慢波结构周期的办法构造了一种紧凑型磁绝缘线性振荡器(MILO),并用2.5维全电磁PIC方法对这一器件进行了粒子模拟研究。该装置主频为1.9GHz,饱和后平均输出功率达5.4GW,束波转换效率达12%。紧凑型MILO结构能避免电击穿,电子束发射的对称性较易控制。

碳纤维天鹅绒阴极与化纤天鹅绒阴极的比较

研制了一种碳纤维天鹅绒阴极,并对碳纤维天鹅绒阴极和化纤天鹅绒阴极进行了初步的比较研究。比较结果表明:碳纤维天鹅绒阴极比化纤天鹅绒阴极启动稍慢。在相同的驱动电压条件下,碳纤维天鹅绒阴极产生的微波输出功率有可能优于化纤天鹅绒阴极。但是,由于纤维脱落导致碳纤维天鹅绒产生微波的性能显著下降。在高电压运行中,化纤天鹅绒的纤维尖端由于高温烧蚀而膨胀、弯曲,从而影响了其运行寿命;但碳纤维天鹅绒的纤维尖端在实验运行后没有出现因高温烧蚀而膨胀、弯曲的现象。因此,碳纤维天鹅绒阴极的运行寿命应优于化纤天鹅绒。

X波段磁绝缘线振荡器的模拟研究(英文)

设计了一个具有新型收集极的X波段磁绝缘线振荡器,并利用KARAT程序对其进行了深入的数值模拟研究。对设计思想进行了介绍,并对典型模拟结果进行了图示和分析。当工作电压为520 kV,电流为64 kA时,模拟中获得了2.18GW的微波输出功率,频率为9.3 GHz,功率转换效率为6.5%,辐射微波的主模式为TEM模。

高效率L波段相对论磁控管的研究

本文提出了一个高效率L波段相对论磁控管。该器件采用经典的6谐振腔结构。为了提高效率,综合采用了三种技术手段:首先,采用阴极激励技术来加快π模起振、抑制其它模式竞争;其次,采用阴极帽结构来抑制轴向电流泄露;第三,采用阶梯型轴向衍射输出结构以提高提取效率。仿真结果表明:在外加电压540 k V、电流4. 71 k A、磁场0. 3 T的条件下,磁控管在1. 5875 GHz频率下输出功率1. 94 GW,对应功率转换效率为76. 4%。该相对论磁控管工作于π模,输出微波为圆波导TE31模式,运行稳定,无模式竞争。

X波段GW级长脉冲高功率微波源的设计与实验

通过理论分析指出,单模相对论返波振荡器内的平均场强正比于其工作频率,工作在高频段难以实现长脉冲运行。采用电磁场仿真方法,比较了X波段单模和过模慢波结构的场分布特点,结果表明:增加过模比能有效减小慢波结构表面的射频场强,但由于场分布变化导致场强的减小与过模比的增加相比并不显著。利用过模比约为3的慢波结构设计了一种X波段长脉冲高功率微波源。实验中,在单次运行条件下,输出微波功率达到2 GW、脉宽80 ns;在20 Hz重复频率运行条件下,输出微波功率达到1.2 GW、脉宽100 ns。器件产生的微波频率为9.38 GHz,主模为TM01,效率约24%。微波窗口和慢波结构表面的射频击穿是目前实验中限制微波功率和脉宽增加的关键因素。

S波段锥形磁绝缘线振荡器粒子模拟和实验研究

提出了一种由弱变锥形主工作区和强变锥形提取区组成的锥形磁绝缘线振荡器结构。该结构主工作区采用弱变结构,在保持频率基本不变的情况下,可有效增加群速度,利于微波提取。模拟结果表明:该结构可以在二极管电压500 kV、电流32 kA的条件下稳定输出平均功率2.5 GW、频率为2.65 GHz的微波;实验上也获得了GW级、频率为2.69 GHz的微波输出。

石墨阴极用于重频长脉冲高功率微波产生的初步实验

选取两种不同成分的石墨材料(普通石墨和掺铜石墨)分别设计制作了用于电子显微镜实验的阴极样品和用于重频长脉冲高功率微波产生实验的阴极,并开展了初步实验研究。实验结果表明:掺铜石墨与普通石墨在微观结构方面存在明显不同,且掺铜石墨阴极在发射性能、微波脉冲宽度和微波脉冲后沿离散性等方面可能优于普通石墨阴极,但优势并不明显,还待在以后的实验中进一步验证。

紧凑型MV级强流加速器输出开关

介绍了一种水介质脉冲形成线强流电子束加速器的输出开关的设计和实验结果。水介质脉冲形成线为单同轴螺旋结构，阻抗约9Ω，充电电压为1．2MV，匹配负载输出电压600kV，脉冲宽度100ns，形成线长度1．1m，最大外径35cm。输出开关采用简单的自击穿火花开关形式，主要采用了以下设计原则：（1）电极间隙的场增强因子小于1．4，使SF。的击穿电压一压强曲线尽可能线性；（2）电极间平均场强300kV／cm，大于材料沿面界面场强的3倍以上，避免发生沿面闪络；（3）控制各结合点的场强，使其小于30kV／cm；（4）减少开关室的体积，以保证最大的机械强度。该开关结构紧凑，总长度为12cm，电感小于100nH、击穿电压和气压的线性关系好，可在0．3～1．2MV的较宽范围内调节。实验中开关运行稳定可靠，达到了设计要求。

新型电感储能脉冲功率驱动源

提出了将传统单个储能电感利用传输线分隔成两部分的新型电感储能脉冲功率驱动源技术方案。理论分析表明,利用传输线电容的耦合延时作用,可有效对调制器输出脉冲波形进行整形,并且可以进一步提高能量转换效率,从而克服传统电感储能脉冲功率源输出波形质量差(类三角波波形)的缺点。基于该思想开展了实验研究,获得了电压约300 kV,电流约20 kA的电子束,并成功驱动S波段磁绝缘线振荡器获得了百MW量级的微波输出。

多腔虚阴极振荡器研究

提出了一种具有预调制腔、主谐振腔和提取腔组成的多腔轴向提取虚阴极振荡器结构。腔体特性分析表明其在工作频段可以获得更高的提取效率。粒子模拟显示该结构在电压700kV,电流23kA的条件下,可输出功率大于1.7GW,频率4.0GHz,功率效率大于10%的微波。初步的实验研究获得了辐射功率约700MW,频率约4.1GHz的微波输出。对实验结果的进一步分析表明,通过适当加大器件虚阴极振荡工作区微波管直径的方法可以有效改善器件的谐振性能,从而获得更好的工作性能。

磁绝缘线振荡器重复频率运行真空系统优化

为改善一种L波段磁绝缘线振荡器(MILO)重复频率运行时的真空环境,建立了器件在分子流下的抽气模型,采用Monte-Carlo方法对阴极脉冲放气后的瞬态抽气过程进行了模拟计算,获得了不同时刻气体分子在MILO内部的3维分布情况,并据此提出了一种"分布式"抽气方案,即在MILO靠近气源的微波传输区增加一抽气单元,以缩短脉冲间隔内的抽气时间。在Torch-01调制器上开展了MILO"分布式"抽气的实验验证,结果显示,"分布式"抽气时的气压下降特征时间为单泵的0.22倍,与模拟结果基本一致;初步的重复频率测试也表明"分布式"抽气能够缩短脉冲串间隔内的抽气时间以保持器件运行时的真空水平。在所给实验条件下,从真空的角度,"分布式"抽气能够使MILO有效运行的重复频率数提升至单泵抽气时的5倍。

S波段锥形磁绝缘线振荡器频率特性

对一种由弱变和强变结构组成的锥形磁绝缘线振荡器的频率特性进行了分析。通过对实验中出现的跳频现象和腔体特性分析对比研究表明,跳频后出现的新的工作模式也属于近π模,但其场结构和稳定π模的场结构明显不同。通过改变提取部分慢波叶片周期开展的验证性实验也表明了分析的正确性。研究表明,匹配的驱动平台、良好的二极管真空度以及合适的二极管位置是锥形磁绝缘线振荡器能够稳定运行的保证。

S波段锥形磁绝缘线振荡器长脉冲实验研究

对一种由弱变和强变结构组成的锥形磁绝缘线振荡器进行了长脉冲实验研究。在二极管电压350 kV左右、电流约25 kA、脉宽约128 ns的条件下,获得了500 MW、脉宽约90 ns的高功率微波输出。对波形中出现的拐点进行了分析,研究表明:二极管电压波形好坏会对微波源的性能造成严重的影响,较好的电压波形是实现长脉冲运行的关键。同时对采用不锈钢平面负载、不锈钢丝网状负载以及石墨负载电子收集极进行了实验研究,研究表明采用石墨收集极可以输出较好的微波波形。

天鹅绒阴极脉冲放气及重复频率运行真空特性

为获得天鹅绒阴极加电运行时的放气信息，在加速器Torch-02（电压约300kV、脉宽约6ns、电阻约100Q、频率1～300Hz）上开展了单次及重复频率下的真空兼容性实验研究。对于发射面积为28cm^2、阴阳极间距50mm、有效抽速62L／s、容积为4．6L的真空二极管-天鹅绒阴极系统，根据不同电流发射密度时的气压历史曲线，确定了单位面积上天鹅绒表面中性气体释放数目与脉冲能量的关系。通过实时记录不同频率下的气压演化，在本底气压约5×10^-3Pa、单脉冲能量约6J条件下，得到了平衡压强与重复频率的变化关系：10～100Hz时，平衡压强与重复频率近似呈线性递增；超过100Hz时，真空恶化明显，气压随频率呈超线性增长，300Hz时平衡压强已升至Pa量级。最后，针对重复频率运行时的放气特点，讨论了一种“分布式”抽气思想以改善系统有效抽速。

紧凑小型脉冲功率源ARC-01/02及其应用

脉冲功率技术的重要发展方向是高功率密度、紧凑小型化和高稳定可靠。液体介质由于具有绝缘强度高、易流动、快恢复、散热性好等方面的特点,广泛应用于脉冲形成线型紧凑小型脉冲功率源的电容储能器件作为储能介质。主要围绕紧凑小型脉冲功率源ARC系列的技术难题,开展了关键技术、系统研发及其工程应用等方面的工作。首先,提出了基于液体介质和慢波结构的形成线,采用场均匀和绝缘配合技术,研制出紧凑小型脉冲功率源ARC-01和ARC-02,输出功率1~2 GW、脉冲宽度5~30 ns、重复频率1~100 Hz,紧凑化水平较国际先进同类装置最多提高了2倍。之后,以凑小型脉冲功率源为核心搭建液体介质击穿测试平台,针对变压器油、蓖麻油、甘油、碳酸丙烯酯等常见液体介质,开展了微秒脉冲击穿特性研究,采用统计分析方法建立了数据库,以“小成本”换取“高可靠性”;并采用超高速光学诊断方法,将击穿瞬间流注、冲击波、亚微观断裂面产生、传播、截止过程与张力理论结合,建立了液体介质击穿物理模型。最后,成功将紧凑小型脉冲功率源应用于驱动宽带/窄带微波产生、碳纤维阴极稳定性及寿命测试。

SARS冠状病毒CT基因型发现及相关特征

目的 研究SARS冠状病毒基因型及相关特征。方法 对杭州市首例SARS病人分离的SARS冠状病毒ZJ0 1株进行全基因组测序 ,并在GenBank数据库登录。记录号 :AY2 970 2 8,版本号 :gi:3 0 910 85 9。整个全基因组由 2 9715bp组成。使用GenBank数据库中最新登陆的SARS病毒的基因组进行序列比对、突变点分析和多态性分析、特殊片段的系统进化分析。结果 发现在ZJ0 1株的 93 91、 175 5 5、2 1712、 2 2 2 13和 2 7819位点 ,分别是T、T、G、T和T核苷酸碱基 ,和GenBank数据库中的其他SARS冠状病毒株比较 ,除第 1、 2、 4和 5突变位点 (C :G :C :C/T :T :T :T)之外 ,发现在 2 1712位点 (第 3个 )A/G突变也参于这一遗传标识。因此我们提出 5个突位点将 17株病毒分为两种基因型的新概念 ,即C :G :A :C :C与T :T :G :T :T两型 ,简称C型和T型。ZJ0 1病毒株属于T基因型 ,在中国大陆内地是首次发现和发表。突起蛋白基因片断的进化树分析 ,广州的GZ0 1C基因型株进化距离和其他病毒株相差甚远 ;比较而言 ,和C基因型BJ0 1、CUHK W1病毒株较为接近 ,其次是T基因型的F1和F2组。 5个突变位点 (C :G :A :C :C/T :T :G :T :T)的两个发生在编码突起蛋白 (S)的基因中 ,分别是A/G和C/T突变 ,由此引起的突起蛋白 (S)氨基酸变化是Asp/

利用波导截止特性测量微波源辐射功率

对波导的截止特性作了理论分析,并分析了利用该特性进行高功率微波功率测量的可行性及准确性。在远场条件下,利用该特性对工作频率为1.75 GHz的磁绝缘线振荡器进行了微波功率测量。测量结果表明:微波源辐射功率2.3 GW,辐射模式为TM01主模,实测辐射模式方向图与模拟计算结果一致,微波脉宽大于40 ns,未发现明显的功率击穿现象;使用波导截止特性测量微波功率是可行的,有利于防止接收喇叭的功率击穿,测量精度较高。