脉冲线测量波荡器磁场的研究

介绍脉冲线测量波荡器磁场一、二次积分分布的原理和一套较高精度的脉冲线测量系统的研制,分析了传感器、实验环境、线的张力和波的反射性等因素对测量精度的影响。该系统对5周期波荡器模型的磁场测量结果与高精度Hall探头测量值作了比较,结果满意。

用MEI方法研究脉冲线源辐射问题

脉冲线电流源的辐射问题是研究高功率微波辐射、传播和散射问题的基础。用时域有限差分方法结合时域 MEI吸收边界条件来对该问题进行求解 ,通过与不同种类边界条件配合得出的数值解的比较可以证明 ,利用时域 MEI方法的一阶吸收边界条件对线源辐射问题进行处理时 ,可以使截断边界离源更近 ,从而减少了计算量 ,并达到提高计算精度的目的。

脉冲线积分场测量系统的研制

介绍了脉冲线测量插入件磁场一二次积分的原理和测量装置的组成,分析了重力、噪声和反射波等因素对测量精度的影响,并采用对称安装金属线、夜间测量、油滴吸收反射波等方法减小了这些因素对测量的影响。脉冲线测量系统的测量结果与霍尔点测法相比符合得较好。利用该装置对实验室即将投入应用的电磁型圆极化波荡器进行了测量,验证了校正线圈和主线圈电流之间的关系。

同轴脉冲形成线振动环境适应性优化设计

以带有悬臂结构的同轴脉冲形成线为研究对象,开展提高振动环境适应性的优化设计。首先,通过实际工况分析及仿真计算,确定形成线内筒的盲孔螺钉可采用的防松措施有:使用施必劳螺纹并涂抹防松胶;优化螺钉数量。其次,通过仿真分析和绝缘试验,优化尾端绝缘子材料,提高悬臂支撑的中内筒连接刚度。最后,开展振动试验考核,优化后的形成线等效件可以通过长时间的振动考核,相比优化前的振动环境适应性有很大提高,验证了优化设计的有效性。该研究结果对同类型脉冲功率源的振动环境适应性设计具有参考意义。

改进的脉冲线加速器驱动的高功率高亮度虚火花电子束

虚火花放电是在一种特殊的轴对称结构称为虚火花放电室(Psuedo-Spark Chamber)中发生的高电压(10kV～1MV)、低气压(1～100Pa)的气体放电现象.由在具有共同中心放电通道的空心阴极和平板阳极之间插入单块绝缘盘构成的放电室即所谓单隙虚火花放电室,或者交替插入绝缘盘和中间电极构成所谓多隙虚火花放电室.虚火花放电可产生相当小束径(≤1 mm)、强流密度(>10~6A/cm^2)、低发射度(～15mm·mrad)。

水介质Blumlein型螺旋脉冲形成线的研究

分析了螺旋线脉冲形成线脉宽加宽的原理,利用程序对Blumlein型螺旋脉冲形成线进行了模拟研究,模拟结果与理论分析得到的脉宽表达式吻合较好,并可以给出螺旋线中筒的电场和磁场分布。加工了一套Blumlein型螺旋脉冲形成线,并开展实验研究,解决了绝缘支撑耐压问题,得到充电电压550 kV,二极管电压500 kV,电流28 kA,半高宽128 ns的脉冲输出。

带脉冲形成线的1.0 MV 100Hz紧凑型Tesla变压器的研制

介绍了紧凑型Tesla变压器的工作原理和功能特点,在此基础上对电压1.0 MV、重复频率100Hz的Tesla变压器和阻抗40Ω、宽度40 ns的脉冲形成线(PFL)进行了一体化结构设计。用Tesla变压器的两个同轴开环铁芯作为PFL的内外导体,将传统的形成线结合在Tesla变压器中,从而脉冲发生装置具备了体积小、效率高、性能稳定等特点。设计的紧凑型Tesla变压器在CHP01电子束加速器上实现了对600 pF的PFL单次充电电压达到1.3 MV、重复频率100 Hz、平均电压1.15 MV的技术指标,该变压器在其额定电压和频率下的连续运行时间达到5 s以上。

介质壁加速器用固态脉冲形成线设计与实验

设计和研制了一种CaO-TiO2-Al2O3复合陶瓷平板固态脉冲形成线,以期用于介质壁加速器。该脉冲形成线的几何参数为:陶瓷介质长度300mm,宽度15mm,厚度1mm;银电极长度280mm,宽度2mm。电性能参数为:相对介电常数约23.5,特征阻抗约26Ω,电长度约4.5ns,直流耐压场强大于20kV/mm,在μs量级上升时间的脉冲电压下绝缘强度大于25kV/mm。该固态脉冲形成线设计兼顾了光导开关的使用要求、高梯度绝缘子的设计指标、带电粒子束的输运及加速器的结构设计要求。结合GaAs光导开关,开展了固态Blumlein脉冲形成线实验研究工作,在脉冲充电电压约25kV的条件下,固态Blumlein脉冲形成线实现脉冲电压输出约23kV。

卷绕式螺旋形薄膜介质脉冲形成线设计

采用模块化结构,设计了一种卷绕式螺旋形薄膜介质脉冲形成线,并且对绝缘材料、电极材料的选择依据进行了分析。基于模块化卷绕式脉冲形成线,研制的重复频率脉冲方波产生器采用4个开关同步触发四级形成线模块,从而实现多模块的电压串联叠加,以达到产生高压的目的。开关采用气体火花间隙开关,每级开关及充放电采用电感隔离。研制的脉冲产生器输出电压220kV,脉冲宽度182ns,前沿50ns,可10Hz重复频率稳定运行。

固态高压脉冲形成线研究

为了实现高压脉冲形成线小型化,开展了平板固态脉冲形成线研究。实验研究了两种作为储能介质的固态材料的高压体击穿特性、沿面闪络特性和频率响应特性,一种是特种复合材料,其相对介电常数在50-250之间,另一种是功能陶瓷,其相对介电常数在200-1 000之间。在此基础上,研制了两种平板固态脉冲形成线。特种复合介质固态脉冲形成线试验电压为3 kV左右,输出电压脉冲半高全宽（FWHM）可以达到58 ns;功能陶瓷介质固态脉冲形成线的试验充电电压超过120 kV,输出电压脉冲半高全宽为92 ns。

螺旋脉冲形成线实验研究

设计了一种用于长脉冲功率源研究的Blumlein型螺旋脉冲形成线。该形成线主要是将铜带绕在绝缘衬筒上形成螺旋形结构,以蓖麻油为介质,匝数为3.5匝每m,充电时间为1μs,负载为电子束二极管。给出了形成线参数的理论计算公式以及实验研究结果。在300 kV脉冲功率源上得到的脉冲延迟为200 ns,特征阻抗约100Ω,形成的脉冲半高宽为180 ns,前沿15 ns,平顶宽度150 ns。实验证明该螺旋脉冲形成线结构能够有效地延长形成脉冲的宽度。最后分析了开关电感、充电时间以及螺旋形结构对形成线输出脉冲前沿及平顶畸变的影响。结果表明:较小的主开关电感是形成较陡的脉冲前沿的关键,获得好的脉冲波形应选择适当的充电周期,螺旋形结构容易导致色散产生,需要选取适当的螺旋角。

大功率固态脉冲形成线研究进展

固态化是脉冲功率技术发展的新趋势。综述了中国工程物理研究院流体物理研究所在大功率固态脉冲形成线方面的研究进展,给出了基于铁电陶瓷及玻璃-陶瓷复合材料的固态脉冲形成线绝缘强度、脉冲放电特性等方面的最新结果。对基于铁电陶瓷及玻璃-陶瓷复合材料的固态脉冲形成线的脉冲特性进行了分析和探索。

气体开关对多级脉冲形成线输出波形的影响

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。

细线径螺旋线长脉冲产生技术

提出了双路输出的螺旋脉冲形成线(PFL)结构,该结构内置用于充电的高耦合变压器,在螺旋PFL的两端各自输出一个脉冲,副路匹配输出时主路输出脉冲波形具有良好的平顶品质,主路输出脉冲能量占储能的大部分,解决了Korovin提出的螺旋PFL充电问题。对比分析双路输出的螺旋PFL与SINUS-700/130两种技术路线,结果发现双路输出的螺旋PFL改善了输出脉冲的平顶质量,输出功率提高29%,但是副路输出占用11%的储能,不易充分利用。

一种给脉冲形成线充电的带绕式高压脉冲变压器

研制了一种耦合系数0.8,次级输出电压500kV的空芯带绕式脉冲变压器,并进行了理论和实验的初步研究。此种变压器具有结构紧凑、体积小和电性能好的优点,已用作升压变压器给脉冲调制器的水介质Blumlein线充电。在调制器的真空二极管上已获得450kV,40kA、半高脉宽大于80ns的高电压脉冲。

脉冲形成线中筒与外筒间电感对二极管电压的影响

从理论上分析了脉冲形成线中筒与外筒之间的连接电感对二极管输出电压的影响,使用Pspice软件对理论计算结果进行模拟验证,并利用水介质螺旋脉冲形成线型电子束加速器进行了实验研究。理论分析、软件模拟和实验结果均表明:中筒与外筒之间过大的电感可使输出电压脉冲的平顶变短,上升沿时间延长,波形峰值降低。当连接电感小于200 nH时,可在加速器场发射真空二极管上输出接近方波的电压脉冲。

层叠Blumlein纳秒脉冲形成线设计与实验

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。

一种Tesla型的螺旋脉冲形成线设计

设计了一种基于Tesla型的结构紧凑的高电压周期性纳秒脉冲发生器方案,其中一段通过内置高耦合Tesla变压器充电的螺旋脉冲形成线的结构参数为:外筒半径20cm、螺旋线导体半径18cm、螺旋角60°。采用PIC软件模拟分析考虑螺旋线导体厚度时横电磁波的传输过程,并讨论了Tesla内磁芯的引入及内磁芯的大小对波传输的影响,引入半径7.5cm的内磁芯后,慢波系数变化不大(约2.6),输出脉冲平顶波动10%。模拟结果表明,从波传输的角度而言,这种结构的脉冲发生器方案是可实现的。

爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电的理论分析

将爆磁压缩等效为电流源的方法,对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了理论分析,得出爆磁压缩发生器在负载上产生电流波形(简称负载电流)为直线情况和任意电流波形情况下充电电流和充电电压的表达式。分析表明变压器耦合互感与负载电流随时间变化增长率是脉冲形成线充电的两个重要参数,脉冲形成线第一个充电电压峰值与变压器的耦合互感和负载电流波形斜率成正比,负载电流波形斜率的变化可以改变充电电压峰值的时间,斜率不断增加可以延长第一个充电电压峰值时间,从而可能增加充电电压的幅值,提高爆磁压缩发生器能量的利用效率。