快前沿直线脉冲变压器单级模块开关触发时延分散性实验研究

针对12支路并联的快前沿直线脉冲变压器单级模块,给出了模块的电路结构和关键器件参数,实验获得了12只多间隙气体开关的自击穿特性和触发特性。同时,还给出了快前沿直线脉冲变压器模块输出电流的初步实验结果,工作电压150 kV时,次级短路放电电流幅值为235 kA,电流前沿88.2 ns（10%~90%）。次级带0.58 负载情况下,输出电流幅值114.5 kA,电流前沿88.9 ns（10%~90%）。利用微分环测量了12只开关的触发时延分散性,结果表明100次实验开关触发时延分散性近似符合正态分布,开关触发时延分散性对输出电流的影响不大,电流幅值和前沿的标准偏差分别小于2.0%,4.0%,电流波形的畸变主要以平顶为主。     

环形电极单间隙电晕放电伏安特性

基于用于直线变压器型驱动源的多间隙气体开关结构,提出一种环形放电间隙与电晕针并联的气体火花间隙。通过测量间隙耐压过程中电晕放电的伏安特性,研究了气体介质、气压、电晕极性、电晕针长度以及针尖对应电极结构等因素对伏安特性的影响。结果表明:以空气为绝缘气体,负极性电晕可获得较稳定的伏安特性;改变电晕针长度和针尖对应电极结构可方便地实现对电晕放电伏安特性的调节以满足开关要求。     

脉冲磁化条件下非晶磁芯的损耗特性

基于工频或高频磁化条件下磁芯的测试数据不能准确反映磁芯在单次脉冲磁化下的性能,给出了一种脉冲磁化条件下磁芯性能的测试方法和数据处理方法,实验研究了快脉冲磁化条件下非晶态合金磁芯的损耗特性,磁芯最短饱和时间67 ns,最大磁化速率达到40 T/s。通过数据处理,给出了磁芯损耗与磁化速率的关系曲线,获得了不同磁化速率下磁芯的损耗数据。分析了脉冲磁化条件下涡流损耗和磁滞损耗所占的比例。研究结果表明:脉冲磁化条件下非晶态合金磁芯损耗与磁化速率关系符合饱和波模型,磁芯损耗随磁化速率增大而线性增大。     

PIN管的延迟击穿性能初步实验研究

延迟击穿器件(DBD)是一种新型半导体开关。研究了国产PIN二极管的延迟击穿效应，主要进行了单管、串联双管和串并联多管阵列PIN二极管器件的延迟击穿实验。实验结果显示，单管、双管和多管阵列PIN器件都可以陡化输入脉冲前沿，获得快前沿的输出脉冲。单管工作电压2.2 kV，脉冲前沿陡度由095 kV/ns提高到1.37 kV/ns；双管工作电压4.2 kV，脉冲前沿陡度由1.7 kV/ns提高到2.3 kV/ns；多管阵列工作电压8.0 kV，脉冲前沿陡度由2.4 kV/ns提高到3.2 kV/ns。     

“强光一号”等离子体断路开关及负载的数值计算

 等离子体断路开关（POS）是“强光一号”加速器产生短脉冲γ射线的关键器件之一。应用POS融蚀模型分析了“强光一号”加速器POS与二极管系统的基本工作过程，通过该模型计算获得了POS与二极管系统的总电流以及电子束电流，计算结果与实验结果吻合较好。计算结果表明，“强光一号”POS在工作时并未达到完全磁绝缘状态，其阻抗最终为21.5 Ω，约有60％总电流在二极管负载导通时流过POS，且融蚀模型对POS阻抗增长预测偏高，但由于电流变化较大，二极管负载电压仍能达到4.5 MV左右。     

强脉冲超硬Ｘ射线产生技术研究

 分析了利用强流脉冲电子束轫致辐射产生强脉冲超硬X射线的几种主要技术途径的特点，以及提高超硬X射线产额的方法；利用MCNP软件计算了电子能量在0.4～1.4 MeV范围内，超硬X射线产生效率与钽辐射转换靶厚度的关系曲线；介绍了在“强光一号”加速器上开展产生强脉冲超硬X射线实验方法与实验结果，获得了3种强脉冲超硬X射线：脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约50 cm²，能量密度为5～7 J/cm²；脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约50 cm²，能量密度为12 J/cm²；脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约500 cm²，能量密度为1 J/cm²。     

强光一号2.4 MV 环-板型水介质开关光学诊断

 利用ns级时间分辨可见光分幅相机和光纤传感器对“强光一号”环-板型水介质开关进行光学测量,得到了电流通道发展图像以及整个放电过程的光强变化信号。实验结果表明:环-板型水介质开关开始击穿时的平均场强约为190 kV/cm,同时存在多个放电通道,流注呈树枝状分布,发展速度为几十cm/ms。     

“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。     

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%。     

脉冲X射线剂量率测量不确定度分析

"强光一号"短脉冲高能X射线剂量率测量,主要包括脉冲射线总剂量与脉冲射线时间宽度的测量,前者采用热释光剂量计测量,后者采用PIN半导体探测器记录。根据不确定度传递数学模型,分析了影响X射线剂量和脉冲宽度测量结果的因素。针对"强光一号"短脉冲高能X射线测量,定量地给出了各种因素引入的测量不确定度,总剂量测量是影响剂量率测量准确性的决定性因素,其相对标准不确定度为25.1%,脉冲宽度测量不确定度为3.7%,剂量率测量扩展不确定度为50.8%,置信概率95%。