环氧树脂基真空绝缘材料的制备和性能测试

介绍了一种用于脉冲功率装置真空绝缘子的环氧树脂基复合材料的研制机理、制备过程和典型性能。初步测试结果表明,添加一定量的水合氧化铝颗粒可以使环氧树脂材料的表面电阻率由5×1016Ω降低为6×1011Ω,这一特性有利于释放由于沿面闪络等原因沉积在真空绝缘子表面的电荷,从而使材料在脉冲电压下的沿面闪络电压有所提高,实验得到在上升沿400 ns的脉冲电压作用下,沿面闪络电压可从17 kV提高到28 kV。

真空中聚乙烯膜在纳秒脉冲电压下的沿面闪络特性

在高功率离子束二极管中,当利用阳极膜沿面闪络产生的等离子体作为离子束引出源时,其特性对产生离子束的大小和品质有着很大的影响,因此要深入研究阳极膜的沿面闪络特性。主要介绍了所研制的一套适用于沿面闪络特性研究的实验装置和测量诊断系统。对离子束二极管中使用的三种厚度聚乙烯薄膜在脉冲电压下的沿面闪络特性进行了实验研究,并对沿面闪络过程中薄膜表面的发光现象作了初步的诊断。

300kV/3ns脉冲电压源的研制

研制了一台300 kV/3 ns快前沿脉冲电压源。为了得到快的前沿,设计了低电感的峰化电容和输出开关。其中峰化电容采用3个薄膜电容同轴串联设计,结构紧凑,分布电感小,电极端部的气隙结构使其能承受更高的脉冲高压,实验证明这种结构的峰化电容能承受前沿17 ns、峰值大于300 kV的脉冲高压。输出开关采用高气压小间隙SF6开关,最高工作气压1 MPa,具有较小的分布电感和火花通道电感。经实验调试,由该峰化电容和输出开关组成的峰化回路在500 kV Marx发生器的驱动下,在150Ω负载上可得到峰值电压大于300 kV、前沿小于3 ns的脉冲电压输出。

真空中绝缘材料沿面闪络实验研究的光学诊断方法

本文主要介绍了几种用于沿面闪络实验的光学诊断方法及其各自的特点 ,并给出了相应的实验结果和结论。

面向化石能源开发的电爆炸冲击波技术研究进展

针对化石能源开发中储层改造技术的局限性,创新性地提出了重复脉冲强冲击波增透储层新技术。分析了水中放电、金属丝电爆炸和电爆炸等离子体驱动含能混合物产生冲击波的3种机理。介绍了冲击波作用储层的机理研究和现场应用结果,从理论、实验和现场实践验证了冲击波技术增透储层的可行性。结果表明,以电爆炸等离子体驱动含能混合物产生更强的和区域可控的冲击波,可针对储层做单点多次、分段式的增透改造,在化石能源开发中的意义重大。

用于模拟X射线热-力学效应的高功率脉冲离子束研究进展

计算了与黑体谱 1keVX射线在材料中产生的应力波和冲量相当的质子束参数 ;给出了箍缩型二极管产生离子束的实验结果 ,以及在“闪光二号”加速器上已经获得的流强约 5 0kA的脉冲质子束。

表面改性对绝缘子真空沿面闪络特性的影响

在不同温度下对交联聚苯乙烯绝缘子进行了表面氟化处理,在脉宽0.5μs的脉冲电压下对绝缘子的真空沿面闪络性能进行测试.结果表明：在50～60℃下对交联聚苯乙烯进行表面氟化能将绝缘子沿面闪络电压提高40％～60％.通过在绝缘子表面层规律地嵌入多个薄膜导电层,制备了新型结构的高梯度绝缘子,新型高梯度绝缘子沿面闪络电压较相同材料的普通绝缘子提高40％～50％,并保持了较好的力学及加工性能.

纳秒脉冲下真空中绝缘子表面带电特性

实验研究了前沿50 ns、脉宽350 ns和3μs正负极性的4种脉冲电压作用下,真空中绝缘材料的各种局部放电现象以及由此引起的表面带电。结果表明:在脉冲电压作用下,绝缘材料沿面闪络发生前会发生各种局部放电现象,局部放电是纳秒脉冲下绝缘材料表面带电的根本原因。只要发生局部放电,绝缘材料表面就会出现正极性的电荷,并且在阴极附近的电荷密度略大于阳极附近的电荷密度,但由于材料陷阱的分布,也会有局部突变。有机玻璃比聚乙烯容易发生局部放电和积聚电荷,沿面闪络电压值更低。局部放电引起表面带电的物理机制是二次电子发射形成过程中的电子碰撞电离和材料陷阱捕获电荷共同作用。

自耦式紫外预电离开关特性

研究了300 kV脉冲电压作用下自耦式紫外预电离开关的工作原理。为了在脉冲电压下实现开关的自耦合预电离,设计了适当的分压电路及预电离结构。模拟计算表明,分压电路参数合适时,可以实现预电离间隙与开关主间隙的击穿配合。实验结果表明:在脉冲电压作用下,调节电路参数可以有效调节紫外预电离产生时刻;在适当的时刻产生紫外预电离可以有效减小开关击穿抖动;该开关在240 ns上升时间脉冲电压作用下击穿抖动可小于3 ns,在36 ns上升时间脉冲电压作用下击穿抖动可小于2 ns。

60kV同轴快沿脉冲源研制与测试

利用脉冲高压陶瓷电容器和高气压小间隙开关,研制了60 kV同轴式高压快沿脉冲源。利用自行研制的薄膜式电容分压器和同轴式电阻分压器对快沿脉冲源的输出参数进行测量,分析了薄膜式电容分压器的测试原理,对电容分压中二级电阻分压器元件的参数进行了优化。当脉冲源负载为50Ω时,测得脉冲源输出电压的前沿小于2.3 ns,半高宽约28 ns,符合IEC电磁脉冲的最新标准。

基于半导体开关和LTD技术的高重频快沿高压脉冲源

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源(LTD)技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3kV,上升沿约7ns,脉宽约90ns,下降沿约20ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。

高功率反向开关晶体管开关寿命特性

研制了10kV高压反向开关晶体管(RSD)开关组件。在重复频率0.2Hz、峰值电流约107kA、峰值功率约1GW、单次传输电荷约20C、单次传输能量约100kJ条件下,实验次数达50 000多次;主要研究了RSD开关的静态伏安特性随实验次数的变化趋势。采用数值分析的方法,统计拟合得到了长脉冲大电流条件下RSD开关的寿命模型,并依据失效判据初步预估RSD开关的寿命可达107次。

基于Marx发生器的中小型电磁脉冲模拟器驱动源

为满足不同尺寸效应物抗强电磁脉冲(EMP)性能试验的需求,产生覆盖范围更全面、波形更理想的模拟电磁环境,对基于Marx发生器的一级脉冲陡化EMP模拟器驱动源的基本构成与工作原理进行了介绍。结合实际设计与调试经验,分析了设计该类装置时可能遇到的一些问题以及解决的方案。给出了研制的电压等级在100~600kV的中小型EMP模拟器驱动源的结构、参数与输出指标。通过紧凑型Marx发生器、低电感平板型薄膜电容器、低电感输出开关等关键部件与连接结构优化、器件参数选取,获得在驱动源接120~180Ω负载时可输出前沿1.2~2.7ns、半宽32~41ns的双指数波。

新的高能注量电子束二极管系统

为"闪光二号"加速器研制了新的二极管系统,其电子束能注量比原二极管系统大3倍多。该系统由带滑闪开关的二极管、漂移管、脉冲磁场和真空靶室等部分组成,通过减小阴极直径、增大轴向磁场强度和磁透镜比,调节滑闪开关距离和预脉冲开关气压等技术措施,使二极管具有高能注量电子束输出的稳定工作状态,在Marx发生器充电电压70kV条件下,在距阴极22cm的靶上获得了总能量21.5kJ、束斑直径52mm和能注量1.01kJ/cm2的电子束输出。

高功率离子束的应用研究

给出用"闪光二号"加速器高功率离子束轰击19F靶产生6～7MeV准单能脉冲γ射线的实验结果;提出采用离子束传输法分离和降低轫致辐射干扰的方法,利用闪烁体探测器和半导体探测器,测出质子传输不同距离后轰击C2F4靶产生的6～7MeV准单能脉冲γ射线信号以及相比轫致辐射的延迟时间;介绍了模拟材料的软X射线的热 力学效应等方面的高功率离子束的应用,给出一些实验和理论计算结果。

电磁脉冲模拟装置用3 MV中储电容器的研制

介绍了一台大型垂直极化有界波模拟装置所用中间储能电容器(简称中储电容器)的设计过程和实验结果。电容器采用基于元件和组件的模块化设计,呈锥台状结构,支撑壳体为真空工艺玻璃钢材料。电容器容值由模拟装置等效的二级脉冲压缩回路决定,取值为1.8 nF。电容器内部绝缘介质为十二烷基苯,外部绝缘介质为45#变压器油,设计耐压3 MV,其绝缘长度主要由元件的体绝缘特性决定。采用三维电磁仿真软件估算中储电容器与中储开关构成回路的电感为659 nH,接近于实测数据623 nH。电容器上脉冲电压的测量通过对电容器电流进行积分来获取,而电流的采集采用封装在SF_(6)气体中的3个膜电阻并联后所构成测量模块实现。实际运行数据表明,中储电容器容值达到设计值,测量探头标定系数稳定,在工作电压3.1 MV条件下未发生绝缘问题。

云母/交联聚苯乙烯复合材料制备及沿面闪络性能

交联聚苯乙烯具有优异的电气性能、力学性能和可加工性能，已作为高压绝缘材料得到了重要应用。随着脉冲功率技术向小型化方向发展，对交联聚苯乙烯真空沿面闲络性能提出了更高要求。以苯乙烯为单体，二乙烯基苯为交联剂，偶氨二异丁腈为引发剂，采用超声波分散技术将不同质量分数的云母均匀分散于溶液体系中，通过原位自由基聚合制备出云母／交联聚苯乙烯复合材料。采用红外光谱、电子扫描显微镜等对材料组成和形貌进行了表征，采用短脉冲高压测试平台研究了云母对交联聚苯乙烯真空沿面闲络性能的影响。结果表明，当云母质量分数低于5％时，复合材料中云母为均匀分散状态，随着掺杂量进一步提升，出现了明显的团聚现象；当云母质量分数为35％～5％之间时，真空沿面闲络击穿电压和耐电寿命较交联聚苯乙烯得到了明显提升。

12kV高压反向触发双极晶闸管开关组件

介绍了反向触发双极晶闸管(RSD)开关的结构和触发工作原理,分析了RSD组件设计要求,利用两级触发原理研制了12 kV高压RSD组件及其触发系统,工作电压10～12 kV。试验结果表明:该高压RSD串联组件触发稳定,工作可靠,12 kV工作电压下峰值电流可达133 kA,传输电荷24 C,电流变化率可达4.12 kA/μs,导通的峰值功率可达1.6 GW。

几种诊断高能注量电子束参数的方法

简要分析了反映高能注量电子束品质的主要参数在诊断上的技术困难,重点介绍了高能注量电子束参数诊断的三种参数的测量方法,包括内过滤法对电子束瞬态有效入射角的测量、法拉第筒阵列对时间分辨的电子束流密度的测量和石墨量热计对电子束总能量的测量并校正。在闪光二号加速器二极管间隙电压为1.08MV和电流为484kA条件下,距阴极20.5cm处直接测量的总束能19.1kJ,经校正后为22kJ。测量还给出了不同时刻束截面上的径向和角向束流密度分布,而束斑中心处的能注量高于平均值约13%。在磁透镜比为3.5的条件下,电压峰值(1.2MV)时刻测得的电子平均入射角73°。实验和计算都表明,影响平均入射角的因素主要是电子能量、磁透镜比及靶位。

高功率离子束模拟材料的X射线热-力学效应研究

主要介绍了利用高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线对材料的热-力学效应(thermal-mechanicaleffects)的初步研究结果。计算了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束(质子束)和1keV黑体辐射X射线在材料中的能量沉积剖面,计算结果表明二者的能量沉积范围和剖面变化趋势基本一致。给出了利用“闪光二号”加速器高功率离子束辐照不同材料样品的初步实验结果。所辐照的样品表面镀层被剥离掉,Cu和Al样品表面有明显的熔融痕迹,样品的质量损失约几十毫克,3mm厚的石墨样品碎裂成数块,1mm厚的Al靶形变达到6mm。实测的5mm厚硬Al靶背面应力波峰值约35MPa。因而可以利用“闪光二号”加速器产生的高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线的热-力学效应。