基于Marx发生器的中小型电磁脉冲模拟器驱动源

为满足不同尺寸效应物抗强电磁脉冲(EMP)性能试验的需求,产生覆盖范围更全面、波形更理想的模拟电磁环境,对基于Marx发生器的一级脉冲陡化EMP模拟器驱动源的基本构成与工作原理进行了介绍。结合实际设计与调试经验,分析了设计该类装置时可能遇到的一些问题以及解决的方案。给出了研制的电压等级在100~600kV的中小型EMP模拟器驱动源的结构、参数与输出指标。通过紧凑型Marx发生器、低电感平板型薄膜电容器、低电感输出开关等关键部件与连接结构优化、器件参数选取,获得在驱动源接120~180Ω负载时可输出前沿1.2~2.7ns、半宽32~41ns的双指数波。

基于机器学习的高空电磁脉冲环境快速计算方法

高空电磁脉冲环境计算为电磁脉冲效应技术研究和防护加固等提供环境基础。为了快速计算高空电磁脉冲环境参数及其分布,研究了一种物理计算方法与机器学习相结合的方法。该方法首先利用高空电磁脉冲的数值模拟方法计算出不同爆高、不同γ当量、空间不同位置的高空电磁脉冲离散数据,再使用机器学习中的神经网络方法建立多参数快速计算模型,最后根据建立的快速计算模型,并行批量计算一定范围内任意不同爆高、不同当量、空间不同位置地面附近的高空电磁脉冲环境参数,并快速计算推导高空电磁脉冲在地面附近的场分布。结果表明,该方法在保证计算精度的同时,可以极大加快计算速度,可以为高空电磁脉冲传导环境计算提供所需的大量入射场参数。

高空电磁脉冲环境计算中的自洽方法

高空电磁脉冲环境计算中包含自洽过程,康普顿电流既是产生电磁脉冲的源项,同时又受电场的影响.本文从一维模型出发,经过合理近似,推导出康普顿电流与本地电场之间的解析关系.利用等效电导率的概念,将该自洽过程加入到原有计算模型中.利用粒子模拟和时域有限差分方法,对推导出的康普顿电流和电场关系进行验证.最后给出一个考虑自洽过程的高空电磁脉冲算例.

西安脉冲堆堆芯损伤事故序列识别

对西安脉冲反应堆进行概率安全分析,先要识别其事故序列。针对西安脉冲反应堆2 MW稳态运行工况,定义了燃料包壳破损(CD1)和燃料芯块熔化(CD2)两种堆芯损伤状态,利用现有的确定论分析结论及补充的热工水力学计算,建立了堆芯损伤事故的事件树,采用事件树法识别出了7个导致CD1的事故序列和10个导致CD2的事故序列。

同轴电缆感性脉冲电流注入试验仿真方法

为开展同轴电缆感性脉冲电流注入试验的量化分析及设计,利用Spice建模的方法求解电缆屏蔽层的耦合电流,给出了脉冲电流注入仿真中转移阻抗适用的测试方法以及屏蔽层与芯线间耦合的计算方程,建立了同轴电缆感性脉冲电流注入的Spice+Matlab联合仿真方法;另外,基于响应等效原理解决了负值电感的Spice电路表征问题,建立了转移阻抗实测值的拟合电路模型,继而在完成屏蔽层与芯线间耦合的集总近似电路建模的基础上,实现了同轴电缆感性脉冲电流注入的全Spice电路仿真。经数值和实验验证,上述两种方法一致性较好,且均具有较高的仿真精度和良好的时域收敛性,可以用于同轴电缆感性脉冲电流注入试验的设计、分析、效果预估等工作。

研究堆可靠性数据的收集与处理方法研究

面向开展研究堆概率安全分析(PSA)的需求,以研究堆通用可靠性数据库IAEA-TECDOC-930为通用数据源,基于贝叶斯方法建立了研究堆可靠性数据收集与处理方法,并以西安脉冲堆(XAPR)为对象设计开发了研究堆可靠性数据管理与分析系统,通过该系统的应用获取了不确定性较小且能反映本堆特征的部件可靠性参数。

纳秒脉冲放电紫外光纤阵列检测与定位方法

峰化电容作为电磁脉冲模拟器中用于陡化脉冲输出的关键部件,在实际工程应用中易发生沿面放电和击穿现象,采用光电检测系统可对绝缘沿面放电现象进行有效分析。针对峰化电容器沿面放电监测的技术难题,研制了一套绝缘沿面放电过程光电检测系统,对绝缘沿面放电现象进行光电检测。首先提出了绝缘介质沿面放电过程光电探测系统的设计方案;其次,对系统的时延性能进行了评价;最后,完成了绝缘介质沿面放电过程定位实验,验证了光电探测系统的可行性。实验表明,该系统能够实现对放电区域的有效定位。

SF_(6)中氧化铝环氧复合材料的纳秒脉冲闪络特性

氧化铝掺杂环氧树脂复合材料在电力绝缘设备中应用广泛,然而人们对其在纳秒脉冲下的绝缘性能研究较少,这限制了它在指导脉冲功率装置中的应用。为探究其在纳秒脉冲下的沿面绝缘性能,对氧化铝掺杂环氧树脂复合材料在前沿数十ns快脉冲电压下的闪络特性进行了研究,结果显示,其闪络电场较纯环氧有较大提高,闪络电压符合韦伯分布。实验表明,闪络电压随电压上升率的增加而显著增加,从5.8 kV/ns时的108 kV上升到20.5 kV/ns时的226 kV,增幅超过1倍。闪络时延随电压上升率的上升呈现“先快速下降、后趋于平缓”的趋势。在试样闪络通道表面观测到明显的碳化现象,说明实验中的闪络放电对复合材料有破坏性影响。

西安脉冲堆概率安全分析技术要点及分析框架研究

针对西安脉冲堆(XAPR)自身设计特点及安全特性,研究了XAPR概率安全分析(PSA)的技术特殊要点,提出了XAPR PSA分析框架及技术要素具体实施方法。最后以XAPR堆水池中破口失水事故为始发事件,验证了XAPR PSA研究思路。分析表明:以始发事件为起点、事件序列为主干、放射性释放类为终点的一体化事件树结构分析框架适合于XAPR PSA。

一种多级串联共用外腔体新结构LTD

提出一种多级串联共用腔体新结构快脉冲直线变压器驱动源(FLTD),每级采用一个不包围磁芯支路和角向传输线实现单级感应腔同步触发,引入一路外触发脉冲实现共用外腔体的多级串联FLTD按理想感应电压叠加器(IVA)时序触发。三级串联共用腔体FLTD和常规三级串联FLTD的等效电路和三维电磁模型初步计算结果表明,新结构FLTD与常规结构FLTD具有相同的输出性能。采用新结构可大幅降低Z箍缩ICF/IFE FLTD驱动源的触发与充电要求,具有重要工程应用价值。

四级串联共用腔体MA级FLTD的设计与仿真

目前MA级快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)模块一般引入2~4路快前沿(约20ns)高幅值(100kV)电脉冲触发,百TW级数十MA的FLTD驱动源含有数千个模块,其触发系统非常庞大,并且要求触发脉冲按照精确时序到达各级串联模块,以便实现与次级行波同步的感应电压高效叠加,触发系统成为大型FLTD驱动源的瓶颈之一。在之前提出的一种利用一路外触发脉冲实现数十模块串联FLTD与次级行波同步的感应电压高效叠加触发方式基础上,设计了4级串联共用腔体的MA级FLTD模块组,每级共24支路,其中1个用作触发支路,主放电支路由2只100nF双端引出电极电容器和1只GW级气体开关组成;建立了16级串联、次级为水线的单路FLTD电路模型,数值仿真研究了支路开关自放电、触发支路开关闭合时序与分散性,以及次级传输线阻抗对驱动源的影响。

多间隙气体开关触发放电过程及击穿抖动

实验研究了开关闭合抖动随欠压比和脉冲触发电压的变化关系,利用紫外光纤探测器测量不同间隙放电时延,分析了放电过程对多间隙开关闭合抖动的影响,并研究采用预电离方法降低开关触发电压。实验表明:开关抖动随脉冲触发电压与欠压比的乘积增大呈指数下降趋势;当触发电压和欠压比的乘积大于33kV时,开关抖动小于5ns;乘积大于45kV时,开关抖动降到3ns以下并趋于饱和;对六间隙气体开关抖动的贡献,触发间隙占30%～40%,其余5个间隙为60%～70%;欠压比和触发电压对触发间隙击穿抖动的影响最大,对随后放电的3个间隙影响较小,对最后2个间隙几乎无影响;当欠压比大于57%时,采用预电离措施使开关的触发电压降低了10kV以上。

六间隙串联气体开关触发放电过程

针对堆栈式六间隙串联气体开关,建立了6个放电间隙的光信号测量系统,实验获得了不同触发电压和气压时开关统计时延和形成时延的变化规律。统计时延占总时延约42%,形成时延占总时延约58%,触发电极相邻的两个间隙击穿时延占总时延约75%,是开关触发时延的主要组成部分。利用四分幅纳秒高速相机拍摄开关的放电通道图像,初步分析了放电通道的形成和变化过程,得到了不同实验条件下放电通道数量的变化规律。开关最底部间隙可以形成多通道放电,其他间隙以单通道为主。随着触发电压提高,触发间隙的放电通道数量明显增加,但是其他间隙变化不大。在放电过程中,没有观察到放电通道合并或熄灭的现象,间隙击穿后仍然有可能形成新的放电通道。

气体开关自击穿概率的分析方法比较

利用实测的多间隙气体开关自击穿电压,比较了高斯正态函数和威布尔函数在分析气体开关自击穿概率方面的异同。检验了自击穿电压的正态性和威布尔性,通过参数估计分别确定了自击穿电压的正态分布和威布尔分布函数。计算表明:两种概率分布得出的概率分析结果基本一致,在相同电压下放电概率差别一般不大于1%,最大为2%(当放电概率大于90%时);在电压高于威布尔分布的阈值参数时,两种方法在相同概率下的放电电压计算结果差别不超过0.3%。

轨道式多间隙气体开关设计与性能测试

针对直线脉冲变压器对低电感、低抖动气体开关的研制需要,采用垂直布放的平板轨道电极,组成具有通视结构的水平间隙,设计了一种多间隙轨道式气体开关。利用Meek击穿判据计算了单间隙自击穿电压,实测了4个单间隙的自击穿电压及其相对标准偏差,并根据单间隙自击穿电压,利用概率分析方法预测了多间隙开关自击穿电压,计算值与实测结果一致。研究表明:开关电感最大约109nH,自击穿电压相对标准偏差为1.5%,在60kV触发电压和48%～74%欠压比下,开关抖动0.9～2.6ns。与圆环形电极的多间隙气体开关相比,多间隙轨道式气体开关自击穿电压更稳定,也更容易触发。

平行板电极边缘滑闪引起加载电压的“双峰”现象

平板电容器是电磁脉冲(EMP)模拟装置中常用的脉冲压缩器件,在平行板电极的SF 6 沿面闪络实验中发现,原本前沿光滑的纳秒脉冲电压加载在平行板电极上,会在脉冲电压前沿上测得一尖峰,使加载的脉冲电压出现“双峰”现象。为探索该现象的原因,首先通过理论分析,认为该现象可能是由于平行板电极边缘发生了滑闪放电,增大了电极等效正对面积,使平行板电极的等效容值发生突变所致,容值变化越大,尖峰越明显。之后开展了不同气压下平行板电极的沿面闪络实验,并对放电过程的图像进行了拍摄,结果表明:平行板电极边缘产生的树枝状放电在低气压时主干明亮粗大,分枝较多,气压升高后,主干亮度和直径逐渐变小,分枝也越来越少;随着气压的增加,由于平行板电极边缘的滑闪放电受到抑制,平行板的等效面积变化率越来越小,尖峰出现时对应的电压幅值越来越高,且尖峰越来越不明显,与理论分析一致。

“剑光一号”Marx电容器寿命测试

对国产50kV/0.44μF电容器进行了抽样测试,在国内首次开展了电容器寿命可靠性初步研究,在此基础上对"剑光一号"Marx发生器可靠性进行了预估。实验表明,电容器故障主要为边缘和电极引出部位的绝缘击穿,分析认为这与电极/电介质边缘处的电场较强有关。利用电容器失效数据拟合得到Weibll分布特征参数,根据95%置信区间内电容器的失效概率,得到了该型电容器在50kV下的平均预期寿命约7 300次,Marx发生器中66只电容器的平均故障间隔次数为221次。

用Fisher线性判别方法甄别Cs_2LiYCl_6:Ce^(3+)晶体的n/γ波形

Cs_2LiYCl_6:Ce^(3+)(CLYC)晶体是一种性能优异的无机闪烁晶体,具有良好的n/γ脉冲形状甄别能力。传统的电荷比较法常用来甄别CLYC晶体的n/γ,通过优化积分时间窗口的宽度来获得最优的甄别结果,计算量大。本文提出利用Fisher线性判别进行CLYC晶体的n/γ波形甄别,以获得高甄别品质因子为准则来构建投影向量。n/γ混合场由Am-Be源产生,用泰科DPO7104示波器记录探测器信号。结果表明,构建投影向量后,Fisher线性判别方法计算量小、可移植性强,且可得到优于电荷比较法的甄别结果。

指数法拟合CZT探测器时间响应曲线

为探讨CZT探测器时间响应特性规律,采用指数拟合法分析CZT探测器对快脉冲X射线响应曲线下降沿衰减规律,并分析该衰减常数与电压、灵敏面积之间的关系。结果表明:10 mm×10 mm×2 mm与5 mm×5 mm×2 mm单晶CZT探测器对纳秒级脉冲X射线时间响应曲线下降沿均遵循单指数衰减规律,衰减常数为10^(-8)s数量级。随着电压升高,不同灵敏面积CZT探测器响应曲线衰减常数的差值降低。该结论可为揭示贯穿辐射条件下CZT晶体内部载流子输运规律提供依据。

基于Jeffreys先验的PSA通用数据贝叶斯处理方法

利用Jeffreys先验理论推导出gamma分布和beta分布的Jeffreys先验,在此基础上通过贝叶斯方法得到通用数据分布超参数计算表达式,最后以文献数据为例对失效率分布的超参数进行计算。与经典统计学方法所得结果相比,基于Jeffreys先验的数据处理方法简单易行,可最大限度地保留样本信息,给出的概率分布不确定性较小。