基于光导开关的全固态器件功率源实验研究

研制了一种全固态器件重频功率源，采用GaAs光导开关和Blumlein型脉冲形成网络以级联的拓扑形式构建驱动源产生平顶高压脉冲。给出了Blum—lein型脉冲形成网络设计依据，以及充电电感和支撑电感值的计算方法，并分析了开关闭合不同步在脉冲形成网络上形成的过电压幅值。其中充电电感和支撑电感是该功率源设计的关键，直接影响各级网络充电电压幅值的一致性，输出波形畸变程度、电压叠加效率、负载上的预脉冲幅值。实验表明单级脉冲形成网络阻抗约为7．8Q，电长度约为36．5ns，12级光导开关型级联Blumlein型脉冲网络在匹配负载上输出电压达到220kV，脉宽约为63ns。

高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化技术研究进展

传统的高功率重复频率脉冲功率源通常以低电压储能、升压、高压脉冲形成线、输出的顺序工作。因而系统至少包括低压储能和高压脉冲形成线两个储能环节,同时高压脉冲形成线的体积随着电压的升高快速增长。针对这些问题,课题组提出了一种高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化研究的设计思路和实现方式,并开展了相关技术研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展,包括高储能密度的储能/脉冲成形一体化技术、低抖动重复频率气体开关技术、低抖动高能触发技术、紧凑型Marx高压串叠技术等一系列关键技术。同时介绍了课题组研制的几种典型紧凑结构重复频率Marx型脉冲功率装置:同轴结构快Marx发生器、基于薄膜介质线的脉冲功率源、模块化低阻抗紧凑型Marx发生器、20GW高功率重复频率脉冲驱动源。通过探讨关键技术研究及其发展现状,为未来脉冲功率源小型化研究的发展和应用方向提供参考。

高功率大电荷量重复频率气体开关实验研究

在自行研制的纵吹式场畸变型气体开关上,开展了大电流、大电荷传递量重复频率实验研究,已实现的开关最大工作参数为:电压100kV,电流85kA,电荷传递量0.6C/脉冲,重复频率10Hz,单脉冲能量5kJ。结果表明,气流流速、电极烧蚀及绝缘筒污染对开关重复频率和工作寿命有较大影响。

1.2MV重复频率脉冲电源的测试诊断系统

为了更好分析系统的放电特性和工作状态,优化脉冲功率源系统的设计,研制了一套1.2MV重复频率高功率微波驱动电源测试诊断系统。通过研究高电压、大电流测试技术和数据采集、信号处理、故障诊断技术,同时运用虚拟仪器和电磁兼容等技术,探索开发了一套重复频率脉冲电压电流测试诊断系统。结合系统的研制需求,通过分析各种数据采集设备的优缺点,硬件选用了凌华公司的PXI数据采集系统,软件采用LabVIEW,设计开发了重复频率快信号的采集诊断程序,研制出实时诊断系统,并在1.2MV重复频率脉冲电源系统中应用,实现了对重复频率电源关键点电压电流的测试以及数据的诊断、处理和远程在线监测,出现故障时报警、存储数据并自动断电等功能。

高功率重复频率三电极气体开关自击穿特性

以“CHP01”加速器为实验平台,对自行研制的重复频率三电极气体开关的自击穿特性开展了实验研究。研究了开关自击穿特性与气压、气流流速、电极形状等因素的关系,并对实验结果进行了分析。结果表明:随着气压的升高,开关自击穿电压分散性变大;适当流速的气流有助于减小开关的自击穿分散性,但气流流速过大将加大自击穿分散性;当通过改变电极形状增大极间场增强因子时,开关电极间场增强因子变大,开关分散性减小,但平均自击穿电压有所降低。

重复频率直线变压器在长脉冲高功率源中的应用

随着脉冲功率技术的发展，源的功率水平、重复频率高低，电子束输出品质和系统集成度等要求越来越高。而传统技术具有局限性：如Marx发生器能量利用效率低；基于电感储能技术的装置由于断路开关随着导通时间增大断路抖动变大，不利于多系统集成；而脉冲变压器充电、长脉冲形成线放电的装置体积很大。

一种新型高功率轻小型化脉冲驱动源研制

为推进超宽谱脉冲产生装置轻小型化,采用同轴型Tesla变压器与脉冲形成线分离结构,利用高介电常数液体绝缘材料作为储能介质,通过理论计算和仿真设计提出了脉冲驱动源可行性技术方案,克服了高电压脉冲绝缘和阻抗匹配优化设计难题,研制了一种紧凑型低阻抗、高储能密度脉冲驱动源。试验结果表明,该脉冲驱动源输出功率为4.57 GW,脉冲宽度约为13.6 ns,装置总质量小于140 kg。在相同质量和体积情况下,与上一代驱动源相比,新型脉冲驱动源输出功率提高了2倍。经测试,该脉冲驱动源能长时间稳定运行,最高重复频率为100 Hz,可累计运行10^(5)次脉冲免维护。

级联型高压重复频率微秒脉冲源的研制

针对等离子体的应用,基于级联型电压叠加技术研制了一种最高输出电压为20kV的高压微秒脉冲源,该电源由40个相同的电源模块组成,其单个模块电压等级为500V,降低了对器件的绝缘耐压要求。电源的输出电压值在0~20kV之间可调;重复频率在0~10kHz之间、脉宽在0~30μs之间可调;该电源的上升沿和下降沿均在1μs以内。模块化的设计提高了电源的冗余容错能力。将该电源作为产生等离子体的激励源时,其输出的高压脉冲波形稳定,且根据负载对输出高压波形的要求不同,该电源可以方便地进行调节。

全固态窄脉冲电源的研制

重复频率高电压窄脉冲电源可应用于烟气脱硫脱硝，而制约该类电源工业应用的因素主要是大功率开关的耐压、通流能力及开关寿命。火花隙开关及氢闸流管开关已经发展到耐压分别到兆伏和几十千伏的量级，磁开关也可做到几十千伏，而半导体开关一般的耐压能力却在几至几百千伏以下。寿命上，火花隙开关、氢闸流管开关和固态开关大致为10^9，3×10^9，10^12次。显而易见，对于要求高重复频率长时间连续工作的环境，如电厂的烟气净化装置，电源的低成本及长寿命无疑是首要条件，所以采用磁开关结合半导体开关研制全固态窄脉冲电源就成为比较理想的方案（图1）。由图1看出，该电源除了采用磁开关及半导体开关技术外，另一大特色就是采用了可饱和脉冲变压器，利用它的可饱和特性，可以达到类似于磁开关的压缩脉冲的效用，并且同时也具有变压器本身的特性。半导体开关拟采用数只快速可控硅串联，开关触发电路的设计采用光控及变压器隔离的方案，开关保护电路采用并联均压电阻及RCD保护回路的方案。可饱和脉冲变压器和磁开关的磁芯材料选取超微晶及铁基非晶合金材料。由于磁开关及变压器的使用，磁芯的损耗是影响电源能量效率的主要因素之一，初步估计该电源的效率在70％以上。

电功率20GW重复频率强流电子束二极管实验

重复频率强流电子束二极管是高功率微波源的关键部件之一，它的性能直接影响到高功率微波源的能量转换效率和微波输出功率。 从总体上考虑，20GW二极管将采用径向绝缘技术，其中需要重点考虑的是降低绝缘子表面及三相（真空、绝缘子与金属）点的电场强度，同时提高输出束流的稳定性；另外还要考虑减小回流电子对绝缘子的轰击，避免绝缘子产生表面闪络，以延长绝缘子使用寿命。

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。

民用脉冲功率源的进展与展望

民用脉冲功率技术的发展一直比较缓慢,其根本原因是脉冲功率源有待于进一步多样化、小型化、重频化、长寿命和高性价比。电容器储能和开关技术是制约民用脉冲功率源发展的瓶颈。为此,简介了民用脉冲功率源在多样化、开关固态化、电容器储能和功率高密度化等方面的发展现状以及对它今后发展的思考。只有依靠多学科的大协作和政府的大投入,民用脉冲功率源才有望在不久的将来得到较大的发展。

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。

重复频率MARX发生器的充电回路

介绍了电感隔离型ＭＡＲＸ发生器的充电过程，对电感隔离型ＭＡＲＸ发生器和电阻隔离型ＭＡＲＸ发生器的充电时间作了比较。

“全固态激光器”专辑简介

大功率半导体激光器的最大成就之一是代替固体激光器传统的泵浦源-闪光灯,从而把半导体激光器的高效率、长寿命、高重复频率、小型化以及波长的可调谐性等特点与固体激光器的高光束质量、线宽窄、光谱纯及发散角小统一在一起,带动了半导体激光器及固体激光器的发展.

新型功率脉冲源

国防、环保、机械加工和医疗等许多领域,需要各种大功率脉冲源,具体应用有电镀、电解、工业除尘、脱硫脱硝、有机废气处理、污水处理、电子对抗、电磁炮、电磁炸弹、电磁脉冲干扰源、脉冲雷达、感应加热、X光机、雷达、高能物理、等离子体物理。

激光触发多门极半导体开关初步研究

固态脉冲功率源在脉冲功率技术领域应用广泛,已经成为新的研究热点,其中,高功率固态开关器件是固态脉冲功率源的核心。报道了一种新型光触发多门极半导体开关(LIMS),该开关具备光致线性模式和场致增益模式两种工作模式,解决了传统电控器件电流上升率低的问题,实现了器件的高电流上升率,光致线性模式下实验测试得到了454 kA/μs的电流上升率,该开关在雷管起爆、电磁脉冲模拟等领域已得到初步应用。

脉冲薄片激光源

介绍了基于几种脉冲产生机制的高级脉冲薄片激光源,包括再生放大和腔倒空技术。这些激光源可以产生几毫焦量级的的脉冲能量,重复频率可达到几十万赫兹,即平均输出功率超过100W。还讨论了这些激光源的有效腔内频率转换。

超声水解法制备纳米二氧化钛

以TiCl4为钛源,水解过程中施加超声辐照,室温条件下制得了5～6nm锐钛型TiO2.超声波频率为40kHz时,最佳超声水解条件为超声功率50W,超声时间40min,超声介质温度25℃.该方法具有较好的重复性.

Trigatron开关大电荷量传输实验研究

针对一种高功率重复频率脉冲驱动源的Trigatron开关典型工作条件(输出电流20kA,脉宽25ns,100万次脉冲,累积传输电荷500C),研制了一种长寿命Trigatron开关,触发电极采用一种四周具有一定数量缺口的圆盘式结构。在峰值电流23 kA,单次电荷传输量0.1C条件下,对开关进行了500 C电荷传输实验。实验后开关触发特性没有劣化,表明开关在典型工作条件下,可以传输大于500C的电荷量。