微型动态级联爆磁压缩发生器研究

为满足某强电磁脉冲辐射系统对轻小型脱离地面脉冲电源的应用需求,研究了一种微型动态级联爆磁压缩发生器。首先介绍了该发生器的结构参数,然后利用基于等效电路的数值计算模型对该发生器电路参数和输入输出电流进行了模拟计算,最后以蓄电池供电的初始能源为发生器提供初始种子电流,对发生器输出特性进行了爆轰实验。实验结果表明,发生器在1.44 μH电感负载上产生脉冲电流峰值达到49 kA,电流上升时间5.2 μs,能量放大约7.8倍。     

MA量级螺线圈型爆磁压缩发生器

 采用多分支螺线圈型爆磁压缩发生器数值模拟程序MFCG8-7进行理论模拟及参数优化,设计了EMG-125型螺线圈型发生器,并开展了实验研究。电感负载实验结果表明：EMG-125型发生器可以在25 nH电感负载上输出大于3 MA脉冲电流,负载能量大于100 kJ,电磁能量放大50倍。     

圆盘型爆磁压缩发生器的数值模拟

根据圆盘型爆磁压缩发生器系统等效电路,建立了简化计算模型。利用Matlab编写了MDEMG程序,以直径240 mm的三单元圆盘型爆磁压缩发生器为研究对象,进行了数值模拟,分析了圆盘型爆磁压缩发生器工作期间电流、电感、爆轰压力、磁压、电压分布等参数的变化过程,并进一步分析发生器初始电流、圆盘构形对发生器输出特性的影响。结果表明:在输入电流为6 MA时,发生器在1.5 nH电感负载上可以获得40 MA、特征上升时间3 s的脉冲电流;发生器输出电流与初始电流正相关,但由于磁压随电流增大迅速增大,发生器输出电流存在极限;相对于平面型圆盘,锥型圆盘可以提高发生器工作后期的功率。     

输出能量20kJ,脉宽10μs的爆磁压缩电流发生器实验研究

 8-6型爆磁压缩电流发生器由两级间接馈电式螺旋线圈及中心爆炸管电枢组成，前级进行能量放大，后级进行脉冲压缩及功率放大。多次实验表明：8-6型爆 磁压缩电流发生器能在5霩电感性负载上产生约100kA脉冲电流及超过20kJ能量，有效脉宽10μs。8-6型爆磁压缩电流发生器具有高输出能量及很好的稳定性，它在产生脉冲高电压应用领域具有广泛的前景。     

用于泵浦非链式HF/DF化学激光器的重复频率电子束发生器研究

 正在研究的1Hz重复频率电子束泵浦HF/DF化学激光器，预期产生的电子束能量为0.5MeV、束流强度为100kA、束流脉冲宽度为100ns。在该系统设计中，使用了一个脉冲变压器来对脉冲成形水线进行双共振充电。脉冲变压器的初级、次级电感与互感分别为331nH，26.5μH与1.9μH。脉冲成形线的电容、电感与阻抗分别为8.15nF，300nH与6.2Ω。脉冲成形线在1MV的峰值充电电压下的击穿因子为0.3。在3.3%的能量转换效率条件下，预期可以产生的HF/DF激光脉冲能量为２50J以上。     

模块化低阻抗紧凑型Marx发生器

设计的10级低阻抗紧凑型Marx发生器整体体积约0.12 m3,输出功率为30 GW,脉宽200 ns。该发生器采用正负充电,触发开关为三电极场畸变开关,其余开关采用过压自击穿开关;经优化设计,自击穿开关高33 mm、电感13.1 nH,触发开关高42 mm、电感15.2 nH。电容正负电极片与开关电极采用挤压连接,电极片间绝缘材料为聚丙烯薄膜,薄膜共100层,总厚度2 mm,耐受电压大于100 kV;Maxwell模拟表明:此种连接方式可将每个电极连接片电感降低到4.16 nH。Pspice电路模拟和实验均表明:电容器充电100 kV条件下,12 负载上可获得电压高于600 kV、峰值电流大于50 kA的输出。     

紧凑型爆炸脉冲电源

采用等效电路模型程序——BCYSSYS对系统参数进行优化,设计了04型爆磁压缩发生器及用04型发生器驱动的紧凑型爆炸脉冲电源。紧凑型爆炸脉冲电源长度小于1.2 m,直径0.4 m,质量约100 kg。实验结果表明:04型爆磁压缩发生器能够在3μH电感负载上获得脉宽约10μs、峰值为100 kA的脉冲大电流输出;当负载电阻为8.7Ω时,输出电功率大于20 GW。典型实验结果与采用BCYSSYS程序得到的计算结果吻合较好,验证了BCYSSYS程序用于爆炸脉冲电源理论设计的可行性。     

蓄电池供电的级联型爆磁压缩发生器实验研究

 一种由蓄电池作为初始能源的紧凑型螺线管爆磁压缩发生器由两级构成，其中第一级作为能量放大器，第二级通过磁通耦合对第一级输出的脉冲进行陡化以驱动较大的电感负载。初始能源由蓄电池、高压逆变器及储能电容器（220μF, 6 kV）构成。在爆磁压缩发生器运行以前，用5 min给储能电容器充上6 kV的电压。实验证明4 Ah的铅酸蓄电池可以通过高压逆变系统给220 μF的电容器充电超过五次以上，此时电池的电压仍然高于11 V。由此可见，以蓄电池加高压逆变器和储能电容器作为其初始能源，能够满足体积小、稳定提供较大的初始能量的能力。同时利用级联型爆磁压缩发生器，能够在较小的体积和重量的情况下驱动较大的电感负载(4μH)，实现输出电流120kA，电流的上升时间为15 μs的预期目标。     

爆磁压缩发生器初级紧凑型电脉冲源设计及实验

设计了一种爆磁压缩发生器(FCG)初级紧凑型电脉冲源,分析了电脉冲源组成、工作原理及最佳输出时序模型。采用爆炸驱动滑块型放电开关方案,实验测试了开关高压下闭合放电性能。电脉冲源体积132 mm200 mm,质量12.5 kg,工作电压5 kV,初始储能约750 J,充电时间不大于30 s;静态馈电FCG(42 H,78 m),输出电流峰值不小于5.4 kA,输出能量不小于600 J;动态馈电FCG,时序控制误差不大于5 s,耦合电流值不小于5.2 kA,耦合能量不小于550 J;电脉冲源有效储能密度不小于200 mJ/cm3,能量传递效率不小于75%。     

周期永磁环爆磁压缩发生器

 首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器，该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点，并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程，得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大，在磁化电流为0.13 MA，磁化回路负载电感为1.0 μH条件下，最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源，这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

Model of a disk-shaped explosive magnetic generator with a submicrosecond current pulse magnetodynamic shaper in a liner load

A model of a disk-shaped explosive magnetic generator 400 mm in diameter with an initial energy storage capacity of about 40 MJ is considered. The generator is integrated with a cumulative current pulse shaper and is also equipped with a remote magnetodynamic interrupter. Calculations show that this generator is capable of forming current pulses with an amplitude of up to 20 MA and a rise time of about 130 ns in finiteinductance (～10 nH) dynamic loads. This allows rapid (for about 60 ns) compression of light (20–30 mg) liners to generate intense beams of soft X rays. Results obtained using a computational model of the magnetodynamic interrupter, which is the key component of the generator, are verified experimentally.     

紧凑型可重复运行的高功率纳秒脉冲源

 讨论了一种低阻抗、高储能密度、可输出中等高压的百ns脉冲形成技术,其输出波形质量较好;采用磁感应电压叠加技术将该脉冲形成装置输出的中等高压脉冲叠加到应用需求的高电压高功率脉冲。研究表明单个感应模块可在2.8 Ω的负载上获得脉冲宽度为220 ns,前沿为50 ns的中等高压脉冲。     

200kV小型低电感气体开关

为减小脉冲功率源装置的体积,对场畸变三电极轨道气体开关和两电极轨道气体开关结构进行了小型化低电感设计,采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化,对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同气压(0~0.3MPa)和不同气体介质(N2,SF6,以及二者混合)条件下的击穿电压及导通电感等进行了研究。研究表明:小型触发开关和自击穿开关在0~0.3MPa气压范围内自击穿电压随气压具有较好的线性关系;相同气压下SF6气体的自击穿电压约为N2气体的两倍;N2与SF6压力按3∶2混合的自击穿电压约为纯SF6气体的0.8~0.9倍;内部充入0.25MPa气压的SF6气体时,触发开关和自击穿开关均可在190kV左右正常工作。根据实验中出现的开关沿面击穿现象,对开关的沿面绝缘能力进行了优化设计,并得到了实验验证。另外通过短路放电测试,得到触发开关电感约22nH,自击穿开关电感约20nH,开关导通电流大于20kA,多次放电后电极烧蚀痕迹分布均匀。     

平面一维应变电炮加载技术研究

 在分析电炮加载装置放电回路的基础上，探讨了电炮装置的设计原则。根据所提出的设计原则，设计和建立了一门储能14.4 kJ的电炮装置。实验测试结果表明，其性能参数诸如回路电感小于40 nH、放电周期7 μs、飞片平面度小于40 ns、初始电流上升陡度达750 GA/s。与国内外的同类型装置的参数相比较，该电炮装置达到了较高水平，具有较好的性能。在此基础上，提出了获得平面一维应变加载对电炮装置的一般要求。     

强流短脉冲相对论速调管放大器实验研究

 利用无箔空心石墨阴极和0.65T的脉冲引导磁场，从Sinus加速器二极管引出了电压约750kV、电流约8.6kA、脉宽40ns的环形电子束，经过输入腔和中间腔间隙调制后,得到了7kA/43ns的基波调制电流，经过输出腔间隙后，得到了2.1GW/15ns的最大微波输出功率，束波转换效率33％，最高增益为40dB,并发现脉冲缩短现象。     

基于磁开关和带状线的长脉冲超低阻抗脉冲发生器(英文)

设计了一台基于磁开关和带状线的超低阻抗长脉冲脉冲发生器。设计输出脉冲电压20kV,电流40kA,脉宽230ns,由初级储能系统、脉冲变压器、磁开关、带状脉冲形成线、轨道开关和负载组成。脉冲发生器的关键设备是40kV级磁开关,它能将40kV,10μs的脉冲压缩为40kV,2μs的脉冲;超低阻抗卷绕型带状脉冲形成线,其特性阻抗0.5Ω,电长度115ns,由铜带和聚酯薄膜卷绕而成,为全固态化脉冲形成线。在大功率匹配负载上得到了电压17.8kV,电流35.6kA,脉宽约270ns的准方波脉冲。实验结果与理论计算及数值模拟结果基本一致。     

基于PIC单片机的种子源设计

对种子源结构进行了优化设计,为了缩短充电时间,在现有的电容和DC变换器基础之上,选用单片机作为控制芯片,利用其脉冲宽度调制(PWM）输出功能产生用于控制DC变换器的线性电压。对单片机PWM输出转化为线性控制电压的性能以及控制DC变换器恒流充电的可行性开展了实验研究。实验结果表明,基于PIC单片机的种子源储能可以达到250 J,充电时间缩短到6 min以内,满足实验要求。     

轫致辐射转换靶破坏过程诊断

直线感应加速器能够产生一个高功率、强流脉冲电子束,该电子束与轫致辐射转换靶作用可以产生一个脉冲的、强剂量的X光,同时会对轫致辐射靶本身也造成烧蚀破坏,甚至洞穿。设计研制了一套激光探测系统,对神龙一号加速器上的轫致辐射靶进行了诊断,得到了0.4 mm钽靶的破坏穿孔开始时刻在电子束打靶后约240μs处,整个靶穿孔过程持续时间可达1.5 ms。     

300 kA直线型变压器驱动源模块实验研究

介绍了14支路并联的300 kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关,可以并联更多的支路数,减小回路电感,提高储能密度;通过采用非晶磁芯,减小磁芯损耗,提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响,实验结果表明:模块开关电压工作系数达到0.7,多间隙串联开关才能较好同步放电;给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果,在模块充电90 kV,开关气压0.32 MPa情况下,匹配负载电流峰值可达到302 kA,上升时间约100 ns,负载上获得的峰值功率为23 GW。