紧凑型高功率亚纳秒脉冲压缩装置的设计研制

分析了三传输线型脉冲压缩装置的原理,从提高功率增益和小型化角度,在脉冲压缩装置中设计了一种3起端并联绕线的内置型高阻螺旋线结构。建立电路仿真模型和三维结构电磁场仿真模型,分析了高阻螺旋线特征参数对功率增益的影响。根据优化后的结果研制出紧凑型高功率亚纳秒脉冲压缩装置,经测试,前级输入脉冲宽度8 ns,功率1 GW时,输出脉冲宽度1.5 ns,功率3.7 GW,功率增益3.7。经过30万次运行考核,装置内部无滑闪和击穿现象,验证了设计可靠性。

重复频率亚纳秒脉冲硬X射线发生器

研制了一种重复频率快脉冲硬X射线发生器,该发生器的主要设备包括纳秒脉冲功率源、亚纳秒脉冲发生器、功率负载二极管装置、真空系统和二极管运行监测探测器5部分。对该发生器的工作原理、结构特点进行了介绍,通过建立的发生器运行电参数监测以及辐射场参数测量手段,对源的运行电流、电压参数以及辐射场参数进行了初步监测和分析,并考验了源运行的稳定性。结果表明:该发生器结构以及运行方式灵活、稳定性好,实现了射线的能量上限、能谱、强度、脉宽等多种重要参数在线可调,且射线有一定的强度,可以为快响应探头标定等实验提供合适的纳秒、皮秒脉冲硬X射线辐射场。

亚纳秒脉冲高电压测量探头

为测量紧凑型快前沿高电压脉冲源的输出电压,设计了D-dot电压探头。分别进行了刻度因素标定和频响标定,采用前沿约50ns的高压脉冲信号对探头进行在线标定确定探头的刻度因素。将探头安装在阻抗为50Ω的传输线上,用亚纳秒脉冲源进行频响标定,表明该探头的响应约为150ps。高压实验结果表明该探头能够正确获取高电压快脉冲信号,工作稳定可靠。

数值模拟亚纳秒脉冲产生超连续谱的一种改进方法(英文)

提出了一种基于分步傅里叶方法的二次采样法,用以模拟和分析亚纳秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生的超连续谱特性。通过此方法在广义非线性薛定谔方程上的应用,在超连续谱模拟中显著缩短了运算时间,模拟结果与实验符合很好。同时还对模拟光谱与实验结果间的细微差别做了讨论。通过此方法,模拟了1.8m晶体光纤中产生的1.15 W续谱和光谱沿光纤长度的演化,为超连续谱实验研究的优化设计提供了依据。

1kV/800kHz亚纳秒脉冲发生器设计

提出了以雪崩管作为主开关利用Marx线路来产生高重频高压窄脉冲的方法。分析了雪崩管电路特性,提出了Marx线路下高重频运行时器件的设计要求及印制电路板(PCB)布线设计建议。研制了一台高重频高压亚纳秒脉冲源发生器装置,该装置结构紧凑,在50Ω负载系统下,能输出幅度为1 kV、重复频率为800 kHz、脉宽为500 ps的脉冲。在常温风冷下,该设备可长时间稳定运行。

一种三传输线型亚纳秒脉冲压缩装置

介绍了一种采用三传输线型形成线压缩技术直接产生高功率亚纳秒脉冲的方法。给出了脉冲压缩的理论分析,设计了相应的脉冲压缩装置,并采用Pspice软件建立了电路模型,计算结果显示脉冲压缩装置的功率增益可达到2.25倍,验证了理论分析。基于现有的CKP1000超宽谱脉冲源,建立了完整的脉冲压缩实验系统并展开实验研究,结果表明:脉冲压缩装置在入射脉冲电压220 k V、脉宽5 ns的情况下,可产生峰值电压295 k V,半高宽约800 ps,前沿400 ps的亚纳秒脉冲,脉冲压缩装置的功率增益约为1.8倍,实验结果与理论值基本相符。

亚纳秒脉冲用于智能GIS局放IED性能试验的可行性研究

气体绝缘金属封闭开关(GIS)以其占地面积小、可靠性高而在电力系统中得到了广泛的应用,但GIS长期运行过程中不可避免的会产生各种各样的内部绝缘缺陷,并伴随产生局部放电现象,甚至会引起系统故障,因此为保障系统可靠运行,对GIS进行局部放电在线监测具有重要意义。局部放电检测具有电学、声学、化学和光学等多种检测方法,其中电学测量手段主要有脉冲电流法和特高频检测法(ultra-high frequency,UHF)。UHF法测量局部放电辐射出来的电磁波的电场强度,而脉冲电流法测量局部放电引起的视在电荷。UHF法相较于脉冲电流法可提取信号中的特高频成分,具有灵敏度高,可带电监测,智能GIS局放IED(智能电子设备)采用UHF+IED的局放监测方法。文中研究了采用上升沿时间为253.75ps、半高宽约为1.15ns、最大峰值电压为532V(0dB)的亚纳秒脉冲进行智能GIS进行局放IED性能试验的可行性,结果表明:UHF传感器输出信号稳定;局放IED测量结果与亚纳秒脉冲峰值成正相关关系而非线性关系;当亚纳秒脉冲为30~50dB时,IED测量结果分散性较大;因此亚纳秒脉冲信号可用于进行智能GIS局放IED性能试验。

亚纳秒脉冲电场联合温度杀伤人宫颈癌细胞的实验研究

为研究亚纳秒脉冲联合温度对人宫颈癌(He La)细胞的杀伤效应,将脉冲电场参数组合(电场强度25、50、100 k V/cm,半峰值脉宽1 ns,脉冲个数分别为4000、1000、250,频率5 Hz),作用于处于不同温度(25℃、43℃、48℃)的He La细胞,利用MTT检测亚纳秒脉冲对细胞的生长抑制情况,通过AO/EB染色和透射电镜观察细胞形态学变化,采用免疫细胞化学S-P法检测caspase-3蛋白表达活性。实验发现:当细胞悬液温度到达48℃后,随着时间推移细胞死亡率不断增加;采用亚纳秒脉冲电场(电场强度50 k V/cm,半峰值脉宽1 ns,脉冲个数1000,频率5 Hz)处理不同温度下He La细胞,细胞悬液温度达到43℃后,细胞死亡率达到18.07%±1.98%,细胞悬液温度达到48℃,细胞死亡率增至25.11%±6.05%;采用相同能量脉冲电场处理处于相同温度(48℃)的细胞悬液时,细胞死亡率与脉冲场强正相关,100 k V/cm电场作用下得到最高细胞死亡率为31.09%±5.03%,进一步的分子生物学检测结果显示He La细胞发生凋亡效应。适当场强的亚纳秒脉冲联合温度通过诱导细胞凋亡,进而杀死He La细胞。

500kV亚纳秒脉冲X光机研制

高能量亚纳秒脉冲X射线可用于精确定标辐射探测系统的时间响应特性和探测灵敏度,对于脉冲辐射场诊断技术研究具有重要意义。研制了一种小型化、可移动的亚纳秒脉冲X射线源,装置占地区域尺寸为1.2m×40cm,重142kg。设计了双锥形绕组同轴结构变压器,采用新颖的三谐振变压技术,将纳秒脉冲形成线充电至520kV,通过油介质自击穿开关放电,输出370kV,3.8ns的高压脉冲。设计了多级过匹配传输线提升输出电压,并利用油介质peaking-chopping开关进行脉冲压缩,产生了峰值520kV、半高宽0.5ns、功率1.8GW的高压脉冲。基于Child-Langmuir定理,设计了刀刃阴极X光管,在520kV电压下的运行阻抗为150Ω,管前20cm处的X射线峰值能量注量率约为1×1016 MeV·cm-2·s-1,累积照射量为4.1mR。

用光激开关产生高功率亚纳秒电脉冲的研究

报道了用全固态绝缘结构研制的横向型半绝缘 Ga As光电导开关产生高功率亚纳秒电脉冲的性能和测试结果。8mm电极间隙的开关暗态绝缘强度达 3 0 k V。分别用 ns,ps和 fs激光脉冲触发开关的测试表明 ,开关输出电磁脉冲无晃动。 3 mm电极间隙开关的最短电流脉冲上升时间小于 2 0 0 ps,脉宽达亚 ns;在偏置电压 2 0 0 0伏 ,光脉冲宽度 8ns,能量 1 .2 m J的触发条件下 ,峰值电流达 5 60 A。用重复频率为 76MHz和 1 0

纳秒和亚纳秒脉冲上升时间产生高峰值功率脉冲的简单方法

本文叙述了在纳秒上升时间产生高峰值功率脉冲的简单方法。这种方法以操作电感电容贮能电路中应用的漂移阶跃恢复二极管为基础，同时也叙述了用漂移阶跃恢复二极管把产生的脉冲上升时间削尖到亚纳秒的方法。实验结果表明，该电路能产生１．７ｋＶ，上升时间为几百微微秒，重复频率为１０ｋＨｚ的脉冲。

超宽带亚纳秒级脉冲形成方式的探讨与实践

以锐化和削波高压气体放电器为基础的脉冲形成系统能改变相对脉冲的宽度,使宽度为2～5ns或更短(直到150～200ps),以此来保证在重复频率为100Hz的条件下发生器能够稳定工作。本文主要介绍几种亚纳秒脉冲的形成技术,其中包括脉冲形成线截取技术和脉冲压缩技术。

可调间隙亚纳秒气体开关的研制

设计了一种高工作电压、高重复频率的亚纳秒气体开关,该开关由Peaking间隙和Chopping间隙组成,可以将纳秒信号转化为亚纳秒脉冲。开关腔外有两组调节旋钮,分别用来调节Peaking间隙和Chop-ping间隙,使输入脉冲的前后沿能同时得到锐化。对设计的开关进行的实验研究结果表明:在系统重频5 Hz运行时,开关能稳定输出电压278 kV、脉宽620 ps的脉冲;在系统重频100 Hz运行时,开关能稳定输出电压270 kV、脉宽700 ps的脉冲。

亚纳秒气体开关工作特性

设计了3种结构的同轴Peaking—Chopping组合型亚纳秒气体开关，以半导体开路开关脉冲源为实验平台，分别对它们的击穿特性进行了实验研究。结果表明：亚纳秒气体开关采用环形组合电极Ⅱ时，可以在1～500Hz稳定工作，输出前沿400ps、后沿320ps、脉冲宽度460ps和电压129．2kV的脉冲。开关输出脉冲的前后沿、脉冲宽度和电压幅度与开关间隙、气压和重复频率等因素有关，亚纳秒气体开关在小间隙（1～2mm）、高气压（约10MPa）时具有良好的重频特性。在开关气压和输入脉冲幅度不变时，输入脉冲上升沿越快，开关的击穿时延越小，击穿电压越高。

重复频率亚纳秒硬X射线源研制及应用

为获得一种多用途X射线源,满足核辐射探测器研制、脉冲成像等多任务应用需要,本文研制出具备重复频率、超快、高稳定性、便于连续调节脉冲电压和脉宽等的多用途X射线源,其上升沿达98.6ps,运行电压达425kV,10cm处峰值注量率高达2.07×1018 cm-2.s-1,为开展相关应用研究提供了理想的辐射条件。

可调间隙亚纳秒气体开关的优化设计

对用于UWB-1系统的可调间隙亚纳秒气体开关进行了结构优化设计,并采用Ansoft软件分别对开关绝缘子和电极处的静电场进行了模拟。优化后的调节旋钮在实验调试中使用方便,能准确地测量开关间隙的大小。绝缘子结构优化后,局部场强集中点的最大场强降低为126.6 kV.mm-1,低于理论击穿场强,满足了绝缘要求。对优化后的亚纳秒气体开关进行了高压实验,结果表明:绝缘子处没有击穿现象发生,开关工作稳定,输出脉冲的前后沿变快且脉宽变窄。系统重复频率5 Hz运行时,优化后的脉冲前后沿和脉宽分别比优化前减小了130,120和100 ps。系统重复频率100 Hz运行时,优化后的脉宽比优化前减小了150 ps,比重复频率5 Hz运行时只增加了30 ps。

kV/MHz高重频可重构脉冲产生技术研究

针对当前超快脉冲和超高重频脉冲产生技术需求,基于固态半导体开关技术和脉冲合成技术,提出了一种基于延时触发控制的高重频可重构脉冲产生方法,研制了kV/MHz高重频可重构脉冲源原理型装置。测试结果表明,该脉冲源能够稳定输出幅度为1 kV、重复频率1 MHz、前沿时间约700 ps的亚纳秒脉冲,通过精确调节各脉冲触发时间顺序还可灵活改变脉冲前沿、脉宽和波形等参数,并能实现1~50 MHz重复频率的参数调节,可有效满足电子对抗、超宽带探测及通信等行业领域的应用需求。

汞膜形变对亚ns脉冲放电管击穿电压的影响

为研究电源电压对亚纳秒脉冲放电管输出脉冲幅度的影响,建立了基于汞膜电极放电管和无汞放电管的高压亚纳秒脉冲发生器及其参数测试装置。实验中观测到汞膜电极放电管的输出脉冲幅度随电源电压增加而明显增加的现象,但无汞放电管的输出脉冲幅度与电源电压的关系并不明显;用显微镜观测到汞膜电极放电管汞膜形变的现象。用示波器测量2种放电管动态击穿电压的结果表明,只有汞膜电极放电管的动态击穿电压随电源电压的升高而明显上升,汞膜形变是影响汞膜电极放电管击穿电压的主要原因,而且汞膜形变滞后于充电过程。在此基础上,采用汞膜电极放电管,连续调节电源电压,实现了单独、连续地控制脉冲幅度。

Blumlein双极脉冲形成线

为了提高超宽带系统的辐射因子,对超宽带脉冲整形技术进行了深入研究,介绍了采用Blum-lein线产生双极脉冲的高功率双极脉冲产生技术。对采用Blumlein线产生双极脉冲的原理进行了讨论,通过数值模拟分析了影响双极脉冲形成的主要因素。设计了一套Blumlein高功率双极脉冲形成线,在800kV脉冲源上开展了高压实验研究,分析了开关及形成线长度对形双极脉冲的影响。在输入单极脉冲电压为652.0kV、脉宽为2.1ns的情况下,Blumlein双极脉冲形成线可以产生负峰电压为571.9kV、正峰电压为550.4kV、半周期为740ps的双极脉冲,峰-峰值电压是入射脉冲峰值电压的1.72倍,辐射因子为4.54MV。