电磁波在大气层人造等离子体中的衰减特性

利用洛沦兹模型来研究大气层人造非均匀等离子体的电磁响应特性,讨论了电磁波频率、等离子体密度及电子碰撞频率对电磁波衰减特性的影响.结果表明,电磁波在长波长区域及等离子体密度大时,其能量衰减越快.当等离子体密度高时,电子温度越低,大气层高度越高,电磁波的能量衰减越快. 关键词： 电磁波 大气等离子体 能量衰减     

基于固态Marx叠加器的脉冲电流源设计

基于固态Marx叠加器结构, 提出了一种使用电感作为储能元件的新型电流源设计。为此改变了固态Marx叠加器的基本单元结构, 阐述了设计原理, 给出了控制方式, 并进行实验验证了其可行性。此电流源能够产生拥有良好平顶、快速上升沿和下降沿的窄电流脉冲, 且不受一定范围内变化的电阻负载的影响；同时本电源还具有控制方式简单、运行可靠等特点。     

Power Consideration for Pulsed Discharges in Potassium Seeded Argon

Minimization of energy consumed in plasma generation is critical for applications, in which a large volume of plasmas is needed. We suggest that a high electron density atmospheric pressure plasmas can be generated by pulsed discharges in potassium seeded argon at an elevated temperature with a very small power input. The ionization efficiency and power budget of pulsed discharges in such plasmas are analytically studied. The results show that ionization efficiency of argon, especially at small reduced electric field E/N （the ratio of the electric field to the gas number density）, is improved effectively in the presence of small amount of potassium additives. Power input of pulsed discharge to sustain a prescribed average level of ionization in potassium seeded argon is three orders of magnitude lower than that in pure argon. Further, unlike in pure argon, it is found that very short high-voltage pulses with very high repetition rates are unnecessary in potassium seeded argon. A pulse with lOOns of pulse duration, 5kHz of repetition rate, and 2Td （1 Td = 1 × 10^-21 Vm^2） of E/N is enough to sustain an electron density of 10^19 m^-3 in 1 arm 1500K Ar＋0.1% K mixture, with a very small power input of about 0.08 × 10^4 W/m^3.     

脉冲压缩电路磁开关动态特性

提出在典型一阶磁脉冲压缩电路的基础上,测取磁芯在实际工作条件下的动态磁滞回线和饱和磁导率等磁参数,再根据所获得的动态参数指导磁开关设计,进行一阶磁压缩实验。实验选取国内外被广泛应用的非晶磁芯和纳米晶磁芯进行测试,根据实测动态磁参数设计磁开关。实测结果表明:用国产非晶磁芯做磁开关可得到上升沿73 ns、电压幅值28.3 kV、半高宽为503 ns的脉冲,用日本产的纳米晶磁芯做磁开关可得到上升沿30 ns、电压幅值28.4 kV、半高宽为193 ns的脉冲。     

水中放电等离子体状态方程的理论研究

 水中放电等离子体通道内温度达2×10⁴～5×10⁴ K、而压力达1～10 GPa。在这样的参数下,等离子体的状态方程已不能用理想气体状态方程来描述。首次考虑了粒子间的相互作用对水中放电等离子体参数下粒子电离能的影响,计算了电子的简并性、带电粒子间的库仑相互作用、原子内部能级扰动所产生的压力。计算结果表明：当H、O原子和离子的总密度n=10²⁹ m^-3时,若考虑电离能漂移,则电子密度提高的最大幅度达70%;电子的简并性对压力的影响很小;粒子间的库仑相互作用在高温区使总压减小较显著,但在所计算的参数范围内,其幅值也不大于10%;当n=10²⁹ m^-3、T≈2×10⁴ K时,原子内部能级的扰动使总压增大约30%。     

直线变压器驱动源多路开关同步触发技术

近年来,随着快脉冲直线变压器驱动源（LTD）技术的快速发展,装置中气体开关数目成倍增长,多路开关同步触发技术已经成为制约LTD技术发展的瓶颈之一。分别从电脉冲触发、激光触发及基于光导开关（PCSS）的同步触发3个方面,概述了近年来国际上LTD的发展现状,以及各国为实现多路开关同步触发所做的研究工作,阐述了每种触发方案的优缺点,对多级多通道开关的结构及触发特点与要求进行了调查。结合LTD装置同步触发的现状,对未来相关关键技术进行了探讨和展望。     

基于半导体开关和磁开关的全固态脉冲电源

利用磁开关来改善全固态Marx发生器的脉冲上升沿,并构建出一套脉冲电源。该套脉冲源包括基于IGBT半桥模块的Marx发生器和由磁开关与锐化电容构成的脉冲陡化电路。该电源用原边一匝的脉冲变压器为IGBT提供驱动信号,并且原副边绕组均采用同轴线以屏蔽电磁干扰;在门极采用无源过流保护的方法,以防止负载短路对IGBT放电开关造成损坏。实验结果表明:在电压10 kV,电流170 A的情况下,脉冲前沿由1.5μs压缩到了200 ns,同时IGBT的开通损耗由原来的10 mJ降到不足1 mJ。     

阵列微孔阴极放电触发的纳秒脉冲开关

为了实现在大气压下低触发电压的多通道放电,以阵列微孔阴极结构作为触发装置设计了一种新型纳秒脉冲开关。以激光打孔的双面环氧板为阵列微孔阴极,研究了开关工作系数、微孔阴极放电电流、微孔阴极孔数及微孔阴极孔径对开关触发电压、延迟和抖动时间的影响。实验结果表明:更多的阵列微孔、100 m的微孔孔径能够降低开关的触发电压,同时高开关工作系数、大触发电流、多阵列微孔能够减少开关的延迟和抖动时间。因此,为了获得更高性能的纳秒脉冲开关,除了对开关结构的进一步改善,这几个影响开关性能的因素是设计开关时应主要考虑的。     

150 kV全固态高压脉冲发生器设计

设计了一种基于全固态MOSFET半导体开关器件的Marx脉冲发生器。充电回路用快恢复二极管代替充电电阻,减小了充电部分功率损耗;将主电路和驱动电路集成在一起,采用自取电模式给驱动电路供电;由光纤传输驱动信号,抑制了放电回路对触发信号的干扰;采用顺/逆时针方向环形分布的紧凑型拓扑结构,不仅减小了回路电感,而且实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的Marx发生器充电部分仅需提供900 V低压,用180级单元串联,获得最高幅值为150 kV、脉宽1~5 s可调的高压快脉冲,前沿控制在500 ns以内。利用该脉冲发生器在50 k电阻和5 pF电容并联的等效负载上进行了一系列实验;比较分析了脉冲发生器工作过程中影响脉冲上升沿的几个主要因素,包括回路电感、MOSFET驱动电压及主回路分布电容等,并讨论了提升脉冲前沿的技术措施。     

基于感应变压器原理的多路开关同步触发技术

为满足直线变压器驱动源(LTD)中大规模开关同步触发的技术需求,提出了一种采用逆LTD结构、基于感应变压器原理的多路LTD开关同步触发技术（LTD-trigger）。它的工作原理类似若干个串联工作的脉冲变压器,即初级输入一个高压快脉冲,通过脉冲变压器的感应耦合后在次级输出多路的同步触发脉冲,且能够与LTD中的气体开关形成很好的对应关系。与传统的触发技术相比,LTD-trigger的同轴结构有效地减小了触发脉冲的延时与抖动,并且通过合理设计,能够满足LTD模块对于同步触发的要求。分析了LTD-trigger的工作原理,建立了电路模型和仿真模型,通过仿真结果和一些故障模式分析,结合已开展的初步实验结果,验证了同步触发技术的可行性。