20GW低阻负载电感储能功率调节装置研究

 对电感储能/电爆炸丝断路开关功率调节系统进行了数值模拟，研制了输出峰值功率大于20GW的小型化低阻负载电感储能/电爆丝断路开关功率调节装置。实验结果表明：以电容器作为初始能源，在6~10Ω电阻负载上输出脉冲电压大于400kV、脉冲电流50~60kA，峰值功率大于20GW，能量转换效率大于30%。     

电爆炸箔断路开关的理论和实验研究

 采用金属箔电爆炸过程的二维数值计算模型，对含电爆炸金属箔断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。以此为基础，研制出了一种低电感型的电爆炸箔断路开关，并以4μF/75kV脉冲电容器组作为初级能源，13Ω电阻作为负载进行实验研究。研究结果表明：在负载上可获得约250kV，脉宽大于400ns的脉冲电压。     

爆炸驱动铁电体电源快脉冲产生技术

以发展轻小型高电压脉冲驱动源为出发点,提出采用爆炸驱动铁电体作为初级电源,通过电感储能与电爆炸丝断路开关进行脉冲压缩和功率放大,探索基于爆炸驱动铁电体电源的小型化高电压快脉冲产生技术。从爆炸驱动铁电体电源的全电路模型和铁电陶瓷材料特性出发,通过理论分析和仿真研究,分别对大电流模式和高电压模式的爆炸驱动铁电体电源的物理参数进行了设计,获得了铁电体电源工作模式和电路参数对产生高电压脉冲的影响规律,认为铁电体电源高电压模式更适合于与断路开关技术结合产生高电压快脉冲,并通过实验对该技术原理进行了验证。实验中铁电体电源输出电流约360 A、脉宽约3.8 μs,对17.5 nF电容器充电至75 kV,电容器放电后在电爆炸断路开关中产生峰值大于12 kA的脉冲电流,最终在X射线二极管负载上获得了电压峰值大于180 kV、前沿3 ns、脉宽30 ns、电流峰值3.4 kA的高电压快脉冲。     

爆炸丝线起爆装置研制及应用

为实现低密度粉末炸药的线同步起爆,研制了一种爆炸丝线起爆系统。储能装置采用3个低感电容并联,总容量为12μF;采用200kV/100kA场畸变开关作为放电开关;触发器产生1.5kV脉冲经过高压脉冲变压器输出幅度大于40kV的高压脉冲触发开关。在储能电容器充电40kV下,电爆炸丝负载上获得了73kA的脉冲电流。采用高速分幅相机观测了爆炸丝爆炸过程图像,结果表明爆炸丝膨胀过程的同步性较好。该线起爆系统已成功应用于爆炸膨胀环实验。     

利用爆磁压缩发生器产生高功率脉冲高电压

 爆磁压缩发生器产生脉冲高电压技术可以用于产生高功率微波及强电磁脉冲的实验研究。给出了利用螺旋型爆磁压缩发生器（HEMG）驱动电爆炸丝功率调节系统产生高功率脉冲高电压的实验方法和主要的结果。在利用HEMG驱动电爆炸丝断路开关（EEOS）产生脉冲高电压实验中，获得了最高电压700~800kV,功率大于20GW的脉冲输出。     

电爆炸丝开关-传输线储能功率系统性能分析

 给出了含电爆炸丝断路开关的传输线电感储能功率调节系统的理论模型和数值模拟结果。讨论了电爆炸丝截面积、负载电阻等对功率调节系统性能的影响。     

含变压器电感储能脉冲功率源的电路模拟和实验研究

 研究了电感储能功率调节装置中的电爆炸丝断路开关在强电流作用下发生电爆炸后,储能电感上感生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗（19 Ω）负载上得到的电脉冲。利用Ansoft Simplorer 7仿真软件建立了相关模块化集中参数电路模型,首先估算选取典型电路参数进行了程序编制、调试和模拟计算,得到了正确收敛的数值结果。在此基础上进行了实验研究,并将实际电路参数代入电路模型计算,模拟程序得到了与实验吻合的计算结果。现有研究表明,电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲,但可显著展宽负载得到的电压脉宽,在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。     

电爆炸丝1维磁流体模型数值模拟

 给出了电爆炸丝1维磁流体模型的具体描述和基本方程，并利用数值方法求解。通过对含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率电路模型的计算，给出了电爆炸丝电流、电压随时间的变化，以及电爆炸过程中丝的密度空间分布，膨胀半径随时间的变化，讨论了电爆炸丝长度和初始电压对电爆炸丝电流、电压的影响。     

电感储能脉冲功率源

电感储能脉冲功率源以其储能密度高、结构紧凑、体积小等优点被广泛应用于等离子体物理、高功率激光、电磁辐射等研究领域。其技术难点在于高功率和小型化,因此,提高能量传递效率是解决这一难题的关键。通过对电感储能脉冲功率源中最关键部件-电爆炸丝断路开关性能研究,研制出了较高性能的电爆炸丝断路开关,大大提高了能量传递效率,从而提高了功率源的输出功率。通过一体化结构设计,实现了脉冲功率源的小型化。     

螺旋型爆磁压缩脉冲功率源模拟计算

 以间接馈电的两级螺旋型爆磁压缩发生器为初始功率源，基于等效电路模型，编制了一个螺旋型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS。利用该程序对04型爆磁压缩发生器驱动电感负载进行了计算，并将计算结果与实验结果进行比较，两者基本吻合；对该发生器驱动电容负载进行了计算。同时利用铜金属丝电爆炸过程中电阻率与比作用量的关系数据表，对爆磁压缩发生器驱动含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。     

基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源

为了满足某脱离电网的应用需求，研究了一种基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源。该脉冲功率源设计目标是对等效电容为65 pF的电容负载快速充电至数百kV。考虑到爆磁压缩发生器与负载之间的阻抗匹配，该脉冲功率源采用了一种主要由电爆炸断路开关、脉冲变压器和中间储能电容器组成的脉冲调制模块。详细介绍了该脉冲功率源的具体设计和实验研究，并对实验结果进行了分析，在此基础上讨论了下一步可能的改进优化。研究结果表明，利用该脉冲源对电容负载充电电压达到了-352 kV，电压上升时间约10 ns。     

MHz重复频率脉冲功率技术

采用串联单传输线、并联Blumlein脉冲形成线和高重复频率固体开关等技术路线开展了MHz重复频率脉冲功率技术研究。利用串联单传输线获得了幅度约200 kV,时间间隔约500 ns的双脉冲。利用并联使用的Blumlein系统和特殊设计的汇流/隔离网络获得了幅度约275 kV,时间间隔约500 ns的三脉冲。利用并联MOSFET和感应叠加原理研制了6 kV/2.5 MHz固体调制器。结果表明:3种方式均可以猝发MHz的方式输出高品质的高压脉冲串,可根据实际的需求选择合适技术路线。     

XH-1装置电感储能系统的电路模拟

 针对XH-1装置电感储能系统,建立了电爆炸断路开关基于开关电阻倍增比与比能关系的电路模型,给出了与电感储能系统耦合时,利用PSPICE模拟计算得到的开关上的电流电压波形和负载上的电压波形,分析了负载阻抗参数对输出脉冲的影响。     

The Atlas project-a new pulsed power facility for high energydensity physics experiments

Atlas is a facility being designed at Los Alamos National Laboratory (LANL) to perform high-energy-density experiments in support of weapon physics and basic research programs. It is designed to be an international user facility, providing experimental opportunities to researchers from national laboratories and academic institutions. For hydrodynamic experiments, it will be capable of achieving a pressure exceeding 30 Mbar in a several cubic centimeter volume. With the development of a suitable opening switch, it will be capable of producing more than 3 MJ of soft X-rays. The capacitor bank design consists of a 36 MJ array of 240 kV Marx modules. The system is designed to deliver a peak current of 45-50 MA with a 4-5-μs rise time. The Marx modules are designed to be reconfigured to a 480-kV configuration for opening switch development. The capacitor bank is resistively damped to limit fault currents and capacitor voltage reversal. An experimental program for testing and certifying prototype components is currently under way. The capacitor bank design contains 300 closing switches. These switches are a modified version of a railgap switch originally designed for the DNA-ACE machines. Because of the large number of switches in the system, individual switch prefire rates must be less than 10^-4 to protect the expensive target assemblies. Experiments are under way to determine if the switch-prefire probability can be reduced with rapid capacitor charging     

“闪光二号”5 T脉冲强磁场装置

为了满足闪光二号加速器材料热力学效应研究的新需求，设计了一套电容器储能型脉冲强磁场装置。装置主要由储能电容器、半导体放电开关、磁场线圈及高压恒流充电源组成。磁场线圈中心处最大磁感应强度可达5 T，并且可以通过调整磁场线圈与二极管的相对位置实现磁透镜比的调节。通过理论计算和数值模拟相结合的方法对脉冲强磁场的关键参数进行了分析，然后进行了脉冲强磁场的工程设计，最后使用该强磁场装置进行了实验研究。强磁场实验中，当储能电容器充电21 kV时，在磁场线圈中心处获得了5.3 T脉冲强磁场。     

Compact pulsed power generator using an inductive energy storagesystem with two-staged opening switches

The pulsed power generator, named ASO-I, is extremely compact and light in comparison with a conventional pulsed power generator, which consists of a Marx bank and a water pulse forming line. The ASO-I has a two-staged opening switch, consisting of fuses in water and a plasma erosion opening switch, and can be operated hundreds of times a day at an output power of 230 kV and 35 kA. The parallel fuses are effective for power multiplication, and small differences in length of the parallel fuses do not influence the output power. The risetime of current through the short-circuit load decreases with the increase of the gap length of the spark gap, which is placed between the fuses and the load. The plasma erosion opening switch can be operated as a second opening switch, and the risetime of the current through the short-circuit load decreases from 250 to 10 ns. The maximum resistance of the plasma erosion opening switch is 3.5 Ω with an open-circuit load     

A long conduction time compact torus plasma opening switch

Experiments to form and accelerate compact toroid (CT) plasmas have been performed on the 0.4-MJ Shiva Star fast capacitor bank at Phillips Laboratory. Theoretical investigations of employing a CT as a very fast opening switch are reported. A particular axisymmetric, geometrically complex switch design is studied with the help of 2-1/2-dimensional magnetohydrodynamic computer simulations. This design, called a magnetically-confined-plasma opening switch (McPOS), accumulates magnetic energy in an inductive store. Because of its intrinsic stability, the switch can conduct current for ten or more microseconds and can open in less than 100 ns-substantially less than the risetime of the capacitively produced electric current. A long conduction time compact torus plasma opening switch     

全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器

设计制作了全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器,最高重复频率5 kHz,脉宽70 ns,通过调节初始储能电容上的电压可在500 阻性负载上获得4~40 kV连续可调的输出电压。通过分析简化的磁压缩末级回路,分析了预脉冲产生的过程,得出了预脉冲的电压表达式,选取适当的磁芯相对磁导率,经过求解,得出在磁开关未饱和电感一定时预脉冲随负载阻值变化的曲线簇,从曲线中可以看出:随着负载的阻值的增大,预脉冲的峰值绝对值也增大;在负载恒定的情况下,增大磁开关未饱和电感的大小可以显著地减小负载两端预脉冲的峰值绝对值,这要求磁开关磁芯有更高的相对磁导率。