激光触发多级多通道开关触发延迟及其抖动特性

 研究了激光触发多级多通道开关的触发延迟时间及其抖动与激光脉冲能量等实验参量的依赖关系，建立了零维数值模拟模型对实验现象进行了理论解释。实验结果表明：触发延迟时间及其抖动随激光脉冲能量、工作电压、气压上升呈下降趋势；随SF₆-N₂混合气中SF₆体积百分含量上升呈上升趋势。欠压比大于等于90%时200kV原理型激光触发多级多通道开关触发延迟时间抖动小于1ns。     

激光触发SF6-N2混合气体开关的数值模拟

 在气体放电物理的基础上，对SF₆和N₂采用双光子电离模型，对碳氢化合物的光电离采用3能级模型，并考虑了混合气体的热电离和激光对气体的欧姆加热作用，建立了激光触发SF₆-N₂混合气体开关的数值模型，模拟了激光触发SF6-N2混合气体多级间隙开关实验。激光触发延迟时间的计算值与实验结果符合较好。理论计算表明：激光触发SF₆-N₂混合气体间隙开关的延迟时间随SF₆含量的增加呈上升趋势，而随激光脉冲能量、充气压力等的上升呈下降趋势。     

200kV/100kA低抖动环轨式多通道场畸变开关

 研制了一种200kV/100kA环轨式场畸变开关。对该开关以Ar，N₂，SF₆及SF₆/N₂，SF₆/Ar 混合气为工作介质的耐压及触发性能研究结果表明：该开关耐压最大偏差小于自击穿电击的4%；欠压比大于等于自击穿电击80%时，抖动极差小于2ns，标准方差抖动小于等于1ns；实现了多通道导通，通道数大于等于3；开关工作范围极大，在欠压比大于等于自击穿电击20%时抖动极差小于2.85ns。     

SF6气体间隙开关激光触发延迟的数值模拟

 建立了激光触发SF₆气体间隙开关的0维数值模型，数值计算结果与国内外实验进行了比较，计算的延迟时间与实验结果符合较好。在充气压力一定时，延迟时间随激光能量、工作电压比的增加而减小，并且延迟时间-工作电压比的曲线斜率也是随激光能量和工作电压比的增加而减小的。当激光能量一定时，延迟时间随充气压力的减小和电压的增加而减小, 并且不同充气压力的延迟时间随电压变化的曲线斜率是随电压的增加而减小的。但是，等电压压力比值情况下,延迟时间是随充气压力的增加而减小的。     

火花通道长度对激光触发开关特性的影响

利用超高速相机,在曝光时间100 ns时,对不同能量下激光在氮气气体开关中形成的火花通道进行拍照,得到了不同焦距下激光波长266 nm时激光火花通道长度与激光能量的关系。开展了激光触发气体火花开关的实验研究,激光触发开关延时、抖动随激光能量的增加而减小。将火花通道长度与激光触发开关的特性进行了分析,气体开关的抖动随着激光火花通道长度的增加而减小,当火花通道沿电极间轴向长度达到开关电极间距40%时,开关的抖动为亚ns量级。     

羟基碳纳米管吸附SF6放电分解组分的DFT计算

本文根据密度泛函理论(density functional theory , DFT), 采用MS分子动力学仿真软件对羟基修饰的单壁碳纳米管(SWNT-OH) 吸附SF₆局部放电分解的四种主要组分SOF₂, SO₂F₂, SO₂和CF₄进行了详细的理论计算, 通过分析气体分子和SWNT-OH的前线轨道, 吸附过程中吸附能、电荷转移量和电子态密度的情况, 以及吸附前后SWNT-OH能隙的变化, 评判了SWNT-OH对气体分子的敏感性和选择性, 给出了SWNT-OH是否可以制备气体传感器检测SF₆局部放电分解组分的理论依据.     

±100 kV气体轨道开关击穿特性

 研制了一种用于快Marx发生器的三电极场畸变结构的气体轨道开关,针对3种不同的绝缘介质N₂、干燥空气和SF₆/Ar混合气体开展了轨道开关的自击穿特性和触发特性研究。结果表明:轨道开关的自击穿电压与气压基本呈现线性关系,并且在相同实验条件下,相对于N₂和干燥空气,当绝缘介质为SF₆/Ar混合气体时,轨道开关具有工作电压范围宽、工作系数低、触发击穿延时短、抖动小的优点。采用数码相机拍摄了开关导通过程中形成的放电通道积分图像,初步研究了绝缘介质、电流大小等因素对开关形成多通道的影响。结果表明:提高触发电压、充电电压和放电电流及采用SF₆/Ar混合气体均能够有效增加放电通道数目。     

悬浮型微波共振探针在电负性容性耦合等离子体中电子密度的测量

本文首先利用悬浮型微波共振探针测量了Ar等离子体的电子密度,并与朗缪尔双探针的测量结果进行了比较,表明了微波共振探针在低密度等离子体测量的可行性.对40.68 MHz单射频容性耦合Ar/SF₆和SF₆/O₂等离子体的测量结果表明:电负性气体SF₆掺入Ar等离子体显著降低了等离子体电子密度,但随着增加SF₆的流量,电子密度表现为缓慢下降;而O₂掺入SF₆等离子体中,电子密度则随着O₂流量的增加表现为持续的下降.另外,40.68 MHz/13.56 MHz双频激发的SF₆/O₂容性耦合离子体的电子密度并不随低频功率的变化而变化.本文对上述的实验现象进行了初步的解释.     

GW级纳秒脉冲源激光触发同步实验

结合GW级纳秒脉冲源建立了实验平台,研究了激光触发开关的延迟时间及其抖动与激光能量、工作电压、激光波长、透镜焦距等参数的关系。结果表明:开关延迟与抖动随激光脉冲能量的上升、工作电压的上升而逐渐减小;采用紫外光得到的开关延迟与抖动小于相同条件下红外光得到的结果;在高气压小间隙开关条件下,采用小的透镜焦距可以得到更小的开关延迟与抖动。开关在自击穿电压220 kV、欠压比为80%、采用7 mJ,266 nm 波长激光时的抖动为0.3 ns,在此条件下进行了两台脉冲源的同步实验,得到其同步偏差85%置信率小于0.3 ns。     

激光触发多级多通道开关研究

 研究了200kV激光触发多级多通道开关的运行机理，该开关在直流电压下以四倍频Nd:YAG激光器为触发源进行的实验结果表明：开关触发延迟时间及其抖动随开关电压、激光能量和充气压力上升呈指数下降趋势，对混合气体则随气体密度上升而上升。随透镜焦距的增大延迟时间及其抖动呈上升趋势。该开关实现了多通道放电。     

直流场畸变开关中混合气体击穿特性

氩气中一般含有大量亚稳态原子,在强外电场作用下容易产生自由电子,能够促进放电通道快速形成。采用场畸变型气体开关,在直流电压下设计了实验平台来探究气体开关中采用SF6-Ar或N2-Ar混合气体后放电时延及抖动的变化情况。改变多种气体状态进行一系列实验,并得出场畸变气体火花开关中SF6-Ar及N2-Ar的击穿特性,根据工程需要对气体种类及混合比例进行最优化设计。实验表明SF6-Ar中Ar质量分数达到20%及以上时,开关放电时延及抖动明显减小。     

±100 kV三电极场畸变气体火花开关

设计了一种用于直线变压器驱动源的三电极场畸变气体火花开关。开关采用SF6气体绝缘,开关尺寸和电感较小,实测开关电感约为67 nH。在工作电压80 kV、工作系数为70%时,开关触发时延为40.0 ns,抖动约2.8 ns。对比研究了钨铜合金和黄铜两种电极材料对开关静态和触发击穿特性的影响,研究结果表明:铜钨合金电极开关的自击穿电压分散性、触发时延及抖动、自放电概率和电极表面烧蚀均小于黄铜电极,更适宜作为三电极场畸变开关的电极材料。     

Laser Interferometric Measurements of a Laser-Preionization-Triggered Spark Column

A KrF laser (248 nm) is used to volume preionization trigger a 40-100-kV, > 10-kA, 100-ns spark gap switch. This method of triggering creates reproducible and axisymmetric spark columns having low temporal and spatial jitter. A short pulse (< 5 ns) tunable dye laser and a Mach-Zehnder interferometer are used to obtain spatial and temporal measurements of the spark column. The spatial resolution of the interferograms is better than 5 ?m. The fringe shifts of the interferograms are used to calculate the electron and heavy particle density distributions within the spark column as a function of time during the spark. Results are presented for sparks in 5-percent SF6/ 20-percent N2/75-percent He and 1-percent Xe/99-percent H2 gas mixtures. Dc and pulsed self-breakdown voltages are also measured in order to provide a reference for the laser-triggered results. Data on laser-triggering reliability and spark breakdown delay time are also presented.     

新型等离子体喷射触发气体开关

为了提高气体开关的同步性,降低自放电概率和抖动,提出并设计了一种新型等离子体喷射触发气体开关。开关整体结构与传统的三电极场畸变开关相似,最大特点是在触发电极内部嵌入一个微型激励腔,用于产生等离子体喷射。研究了触发电压和气压对等离子体的喷射特性的影响,对比场畸变和等离子体喷射两种触发方式下开关触发特性的差异,并研究触发电压对开关性能的影响。实验结果表明:等离子体喷射高度随触发电压的升高而增加,随气压的升高而降低;采用等离子体喷射触发能够显著降低过压间隙的延时和抖动;提高触发电压不但降低开关的抖动,而且还扩展开关稳定触发的工作范围;当触发电压80kV,工作系数27.4%,开关仍然能够可靠触发,延时和抖动分别为97.1ns和3.5ns。     

直流叠加脉冲电压下FLTD气体开关击穿特性

分析了直流叠加脉冲电压(定义为复合电压)下次级感应电压触发快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)中气体开关击穿延时过程,给出了击穿延时的估算公式。初步实验研究了FLTD用三电极气体开关在复合电压作用下的击穿特性,结果表明:在±70kV直流充电电压叠加300kV/30ns快脉冲电压的复合电压作用下,气体开关的击穿延时小于相同工作系数下常规触发方式的击穿延时,采用SF6气体绝缘时,击穿延时较常规触发方式减小了17%~30%;采用N2绝缘时,减小了约50%,开关工作系数为55%时,击穿延时抖动小于5ns;理论估算的复合电压下击穿延时与实测结果基本吻合。