亚微秒脉冲下高梯度绝缘子的沿面闪络特性

介绍了一种由聚酰亚胺和不锈钢叠加而成的高梯度绝缘子的实验研究工作。该绝缘子样品的直径60mm,厚度8mm,在脉冲宽度120ns(FWHM)的电压脉冲加载下最高获得了接近13MV/m的绝缘强度。研究了测试方法以及绝缘层厚度与金属层厚度的比例对高梯度绝缘子绝缘强度的影响,并与相同尺寸的普通材料绝缘子的绝缘强度进行了对比。结果表明,高梯度绝缘子的绝缘强度明显高于仅由聚酰亚胺构成的普通绝缘子。

介质壁加速器高梯度绝缘子研制

与普通绝缘子相比,高梯度绝缘子(HGI)的金属层与绝缘介质层交替排列结构可以抑制真空沿面闪络过程,从而提高沿面闪络场强。使用不同绝缘介质材料和金属材料采用不同加工制备工艺制备的HGI样品其沿面闪络场强差别较大。对所制备的绝缘介质层分别为聚酰亚胺、交联聚苯乙烯和尼龙,金属层为不锈钢箔,形状分别为圆柱与圆环型的HGI样品进行了真空沿面耐压测试,并对相同尺寸的纯绝缘介质样品进行了对照实验,得到了不同材料不同制备工艺HGI样品的耐压性能差异。结合样品表面显微照片观察得到的样品表面状况,分析了影响样品沿面闪络场强的因素。

高梯度绝缘子的实验研究与性能分析

为解决脉冲功率系统中绝缘部件的真空沿面闪络问题,开发了基于二次电子崩理论的层叠式高梯度绝缘材料。利用全金属超高真空分析系统,对高梯度绝缘子的真空出气特性进行检测;利用四极质谱仪,对高梯度绝缘子真空出气的气体成分进行分析。利用阻抗分析仪测试不同结构绝缘材料的高频介电性能。基于纳秒脉冲真空实验平台,对高梯度绝缘子的真空沿面闪络性能进行测试。研究结果表明:高梯度绝缘子具有良好的高频介电性能,其拐点频率高达200MHz;锻炼后高梯度绝缘子的闪络场强可达190kV/cm,其闪络性能和高梯度绝缘结构中绝缘层的材料及绝缘层与金属层的比例直接相关。

高梯度绝缘子初步研究及Kapton绝缘性能分析

为发展高梯度绝缘子,介绍了这种新型绝缘子的耐压机理,利用单电子理论对绝缘层厚度进行了初步的定量估计,从材料耐热性能、出气率、介电常数、耐辐射等几个方面对Kapton用于真空高压绝缘的优越性进行了讨论,利用经验公式绘制了Kapton材料的二次电子发射数量随能量的变化关系曲线图,对实际设计微堆层绝缘子具有参考价值。

高梯度真空绝缘子结构的模拟设计

HGI是由周期性的导体层和绝缘层装配而成,周期长度、绝缘层与金属层厚度比例的改变都会影响绝缘性能。绝缘材料选定为Kapton,导体材料选定为无锈钢,导体层与绝缘层齐平,利用有限元软件对不同几何结构、不同外电场情况下的电子轨迹进行模拟。电子轨迹的数值模拟计算表明:①设计合理时,HGI中的周期性电场能够抑制电子崩的发展。其中周期长度0.2 mm,厚度比例为5的结构最有可能得到好的绝缘效果;②绝缘层为+45°结构时效果更好;③模拟软件本身有一定的局限性。

介质壁加速器关键技术

质子放射用于放射肿瘤治疗有良好效果,需要用到质子加速器。介质壁加速器(DWA)是一种基于固态脉冲形成线、光导开关和绝缘介质壁等关键技术为一体的新概念直线加速器,可用于质子肿瘤治疗。为此,介绍了研发新型医疗加速器的必要和介质壁加速器用于肿瘤治疗的优势:质子用于肿瘤治疗时,有明确的射程,可以使辐射剂量主要沉淀在肿瘤区域,提高治疗效果,降低对非肿瘤区正常组织的伤害;介质壁加速器加速梯度最高可达100 MV/m,可以有效实现加速器的小型化、紧凑化,降低建造以及运行维护成本。此外,重点介绍了中国工程物理研究院流体物理研究所在介质壁加速器关键技术研究所取得的进展,包括固态脉冲形成线技术,高梯度绝缘介质壁技术,光导开关及其触发技术,以及一种300 k V的脉冲功率源等。