PTS装置分层真空轴向绝缘堆设计

对PTS装置分层真空轴向绝缘堆的设计和分析方法进行了研究。利用全电路模拟方法得到了绝缘堆各层的电压波形。利用静电场数值模拟方法,对每层堆中的绝缘环、电极环、均压环、场调整环以及两端接口部分的形状都进行了设计和优化。2维和3维静电场模拟结果表明,绝缘堆的设计能够满足静电场设计要求。采用2维PIC程序初步计算了绝缘堆金属均压环真空侧电子发射对电压分配不均压度的影响,计算结果表明,真空侧的电子发射会较大地影响绝缘堆电压分配的均匀度,进而对绝缘堆的全堆闪络概率造成较大的影响。

多层长渡越时间轴向绝缘堆的闪络概率分析

对基于J.C.Martin经验公式的多层长渡越时间轴向绝缘堆的闪络概率分析方法进行了分析与总结。在对比各种类似分析方法优劣的基础上,提出了一种较为成熟的针对多层长渡越时间轴向绝缘堆的闪络概率分析方法,为类似绝缘堆结构的设计提供了理论依据。同时,对其中的不确定因素和存在的问题也进行了较为详细的分析和讨论,为闪络概率分析方法的进一步完善奠定了基础。

Z-pinch装置轴向绝缘堆的设计和分析方法

通过分析比较国外Z pinch装置轴向绝缘堆的设计,对轴向绝缘堆设计中的关键问题进行了归纳与总结。在总体描述绝缘堆研制方法和思路的基础上,详细论述了静电场数值模拟、电感参数计算和电路模拟、闪络概率计算、结构稳定性力学分析以及材料选择等绝缘堆研制中的几个关键问题,并对闪络概率分析方法的完善和拓展应用进行了讨论。

轴向绝缘大面积二极管的研制

介绍了“天光一号”主放大器中的轴向绝缘大面积二极管的设计、机械结构及其特性的实验研究。结果表明，二极管能稳定的工作在峰值电压６００ｋＶ以上，电流密度能够达到８０Ａ／ｃｍ２，脉宽（ＦＷＨＭ）２２０ｎｓ。

EAST复合材料轴向绝缘子性能测试

对EAST装置磁体系统的高性能氦气密封复合材料轴向绝缘子的性能作了全面的试验测试分析。试验结果表明:在室温和液氮温度下耐直流和耐交流电压都大于30 kV,低温下可大于45kV;液氦温度下承受10 MPa氦气内压漏率低于10-9Pa.m3/s;拉伸和弯曲试验中在金属部分变形前机械性能良好。该绝缘子整体性能满足EAST的所有技术要求。

ITER轴向绝缘子性能测试研究

对ITER高性能氦气密复合材料轴向绝缘子的性能作了全面的试验测试研究分析,并简单的介绍了一下绝缘子的结构和工艺设计。试验测试结果表明:绝缘子能够承受室温到液氮温度50次冷热循环冲击,耐电压等级56kV、耐气压4MPa、耐拉压2000N、耐弯矩100Nm、耐扭矩100Nm的参数要求。绝缘子在电绝缘性能、机械性能、热冲击性能和气密性方面都能满足ITER磁体系统的技术要求。

ITER轴向绝缘子低温机械疲劳性能实验研究

文中在拉伸实验、压缩实验、弯矩实验和扭矩实验的基础上研究了ITER轴向绝缘子的低温耐疲劳性能,并对绝缘子的氦气密性能以及PASCHEN放电特性进行了检测。检测结果表明:ITER轴向绝缘子在6万次机械疲劳后,液氮温度4MPa氦气内气压下其氦气漏率在6.0×10-10Pa.m3/s以下;约100Pa氦气压、56kV高电压下其PASCHEN放电漏电流在15μA以下,完全满足ITER装置的性能设计要求。

ITER环氧基复合材料轴向绝缘子的低温气密性能研究

采用ANSYS软件对国际热核聚变实验装置(ITER)环氧基复合材料轴向绝缘子在低温、内气压、拉伸载荷作用下的热应力进行有限元分析,并且对低温冲击、内气压冲击和拉伸压缩应力冲击性能进行实验测试。分析和实验结果表明:由于绝缘子的绝缘体与金属导体的热膨胀系数不同,由常温降到液氦温度时界面热应力是影响绝缘子气密性能的主要因素;在室温到液氮冷热循环25次后,承受4 MPa氦气内压,2000 N拉压载荷下气密性保持好于1.0×10-9Pa·m3/s,能够满足ITER轴向绝缘子的技术要求。

直流高压加速管轴向绝缘的优化设计

为了降低500 mA直流高压加速管高梯度区的电位梯度,对加速管轴向绝缘结构进行优化设计。首先分析了沿面闪络的机理和该加速管轴向绝缘体结构。根据SEEA理论并通过数值模拟,发现阴极、真空和绝缘体三结合点处电场畸变是产生高场强的原因,并分别对4种绝缘体结构进行模拟分析,最终确定出比较理想的结构:绝缘体沿面与阴极电极夹角为+45°,绝缘体两端开槽并均匀嵌入金属电极环,绝缘体均匀嵌入阳极电极片内。

多层长渡越时间轴向绝缘堆的闪络概率分析

多层长渡越时间的轴向绝缘堆的设计对于Z-Pinch装置及其类似的脉冲功率系统来说至关重要。当常规的Martin经验公式推广到多层长渡越时间轴向绝缘堆的设计中时，要考虑主要的两个影响因素是：（1）多层绝缘的影响；（2）绝缘环长渡越时间的影响。

新型闪光X射线二极管绝缘结构设计

小型脉冲X射线系统用于流体动力学实验和武器物理规律、常规武器设计等的研究,为研制较高性能的便携紧凑型闪光X射线二极管,介绍了冷阴极X射线二极管的工作原理;阐述了二极管绝缘结构设计原则;采用数字模拟计算辅助设计设计了一种新型的紧凑型轴向绝缘结构的X射线二极管并给出了设计参数。计算结果表明:二极管的工作场强低于真空闪络场强;所有三相点的工作场强均满足绝缘要求。通过模拟计算结果改进了结构设计以利于在狭小空间进行闪光照相。

高能闪光X射线二极管设计与模拟

为了研制出便携式的具有较高性能的高能闪光X射线系统,需要发展新型紧凑型的高能闪光X射线二极管,要求其体积小,能工作在较高电压下。简要介绍了冷阴极X射线二极管的结构和工作原理;阐述了二极管绝缘结构设计原则,设计了一种新型的紧凑型轴向绝缘结构的X射线二极管;在高压端和地电极之间采用绝缘环和金属均压环交替叠加进行轴向绝缘,有利于减小二次电子发射几率,降低绝缘体表面爬电几率,缩短轴向绝缘距离。二极管工作电压为1 MV,轴向绝缘距离约260 mm,结合ANSYS数值模拟软件进行了静电场数值计算。二极管轴向绝缘区最大工作场强为95 kV/cm,各阳极三相点最大场强为26 kV/cm。计算结果表明:二极管的工作场强低于真空闪络场强;所有三相点的工作场强均满足绝缘要求。

轴向分层绝缘堆环间过电压因子计算方法探讨

对Z箍缩装置中轴向分层绝缘堆在发生层间沿面闪络情况下均压环间过电压因子的计算方法进行了探索。在对国外Z装置绝缘堆计算方法进行推测与对比的基础上，得到了基于静电场模拟的过电压因子的计算方法，为绝缘堆全堆闪络概率的准确分析提供依据。

电真空器件

介绍了一台1.5MeV 的 C 波段便携式无损电子直线加速器的全密封加速管的设计、微波冷测和研制,热测结果表明该加速管满足加速器的设计要求。