输出能量70 kJ脉宽20 μs的爆磁压缩发生器

 利用等效电路模型下的螺线圈型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS,通过参数选择,设计了一种两级螺线圈型爆磁压缩发生器（08型）,并进行了电感性负载实验。该发生器在输入2 kJ的初始能量条件下,能在3 μH电感性负载上输出220 kA的电流,输出能量72 kJ,有效脉宽约21 μs,并将实验与计算结果进行了比较,验证了等效电路模型程序用于该类型发生器参数设计的实用性。     

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。     

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。     

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。     

重复频率亚纳秒脉冲硬X射线发生器

 研制了一种重复频率快脉冲硬X射线发生器,该发生器的主要设备包括纳秒脉冲功率源、亚纳秒脉冲发生器、功率负载二极管装置、真空系统和二极管运行监测探测器5部分。对该发生器的工作原理、结构特点进行了介绍,通过建立的发生器运行电参数监测以及辐射场参数测量手段,对源的运行电流、电压参数以及辐射场参数进行了初步监测和分析,并考验了源运行的稳定性。结果表明：该发生器结构以及运行方式灵活、稳定性好,实现了射线的能量上限、能谱、强度、脉宽等多种重要参数在线可调,且射线有一定的强度,可以为快响应探头标定等实验提供合适的纳秒、皮秒脉冲硬X射线辐射场。     

高频时标系统设计中若干参数的确定

本文阐述了高频固体发光时标系统的设计思想,并以获得精确而清晰的时标点为出发点,对该系统的若干参数选择进行了讨论;如曝光时间、胶片速度、胶片参数之间的关系,以及对光源的要求等,最后介绍了对已设计的时标发生器采用实验方法确定激励电流的合适值。该高频时标发生器已可靠地用于XG狭缝高速摄摄机中。     

基于晶闸管的大电流脉冲发生器研制

采用串并联结合的Marx发生器结构,以晶闸管作为开关元件,设计了大电流脉冲发生器。通过导通回路电流分析了脉冲发生器的自触发原理,并模拟了输出脉冲电流激励磁透镜产生磁场的变化曲线。进行实物电路的研制,采用充电电容参数为600 V/2200 μF,充电电压为550 V。在负载电阻为6 Ω,负载电感为31.5 mH的条件下,获得输出电压峰值为?2.1 kV,半高宽为7.34 ms,脉冲前沿为450 ns;输出电流峰值为?225 A,半高宽为6.3 ms,脉冲前沿为4.11 ms。     

爆磁压缩发生器模拟装置的设计与仿真

应用Pspice仿真软件建立了一个爆磁压缩发生器模拟装置的等效电路模型,分析了电路中各元件参数对爆磁压缩发生器模拟装置输出电流波形的影响,并根据电路中高压脉冲电容器充电电压的不同优化了四组回路参数。应用灰色关联度分析方法,分析了爆磁压缩发生器模拟装置分别在这四组参数情况下的输出电流波形与被模拟的爆磁压缩发生器输出电流波形的曲线相似度,并对工程上实现该模拟装置存在的问题进行了分析。另外,还对爆磁压缩发生器模拟装置通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了仿真。结果表明,此方案在理论上可以实现对爆磁压缩发生器输出电流波形上升阶段的准确模拟。     

缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种途径

 缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种有效办法是增大第二级螺旋线圈的锥角,但增大锥角会降低发生器电感压缩比,合理的锥角设计是此类发生器的关键。介绍了三种能带大电感负载、结构紧凑的两级爆磁压缩发生器,第一级结构参数相同,第二级螺旋线圈锥角分别为6°,8°,10°。在电感负载上进行的实验结果表明：其输出电流分别达到140,90和50 kA,电流脉冲宽度分别为12.5,8.5和6.3 μs,对应的名义输出功率分别为7,7和3 GW。     

螺线管型爆磁压缩发生器快速计算模型

 根据等效电路模型,建立了单级螺线管型爆磁压缩发生器运行期间的电路方程,得到了回路电流表达式。采用0维电路模型计算电路参数,得到了电感和电阻计算公式。根据等效电路方程和电路参数计算公式,编写了一套计算编码,计算发生器充电过程和运行过程中发生器电路参数、内部电压、输出电流和能量、导线电导率和温度等参数的变化。与实验数据对比表明,该计算模型能准确预测单级螺线管型爆磁压缩发生器性能,对发生器的设计具有实际意义。     

重复频率低阻抗紧凑Marx脉冲功率源

为了实现重频脉冲功率源小型化,研制了基于快Marx发生器的紧凑型重频低阻抗脉冲功率源。采用大功率重频高压电源对Marx发生器充电,通过对充电电源和脉冲触发源的同步控制,实现对Marx发生器重频充电;Marx发生器中采用薄膜脉冲电容器、小型化气体开关、电感隔离以及SF₆气体绝缘等设计,以8级紧凑Marx发生器进行验证性研究,在16 Ω阻抗负载上实现了重复频率10 Hz、脉宽150 ns、峰值电压大于400 kV连续多脉冲输出;在此基础上,设计了18级紧凑型Marx发生器,在约18 Ω阻抗负载上输出功率达到33 GW,峰值功率密度大于150 GW/m3,实现重复频率5 Hz、脉宽约160 ns、峰值电压大于600 kV的连续多脉冲输出。为了降低Marx发生器的输出阻抗,采用4台电容器并联作为Marx发生器的一级储能模块,研制了同轴紧凑Marx脉冲功率源,有效减小放电回路电感,实现12 Ω低阻抗负载近似匹配输出,前沿减小至50 ns以下,脉宽约130 ns。     

基于SOS和LTD技术的高重复频率脉冲发生器

提出了磁饱和直线变压器驱动源(LTD)泵浦半导体断路开关(SOS)产生高重复频率短脉冲的技术路线。利用LTD初次级线圈为单匝同轴结构和磁芯可饱和的特点,实现快速反向泵浦SOS,通过多级LTD模块叠加获得高电压输出。采用射频金属氧化物场效应晶体管(RF MOSFET)作为LTD初级电路的主开关,将SOS正向泵浦电流脉冲时间降至数十ns,泵浦电流脉冲重复频率最高可达MHz。最终研制出一台基于SOS的10级磁饱和LTD型脉冲发生器,输出电压约11kV,电流220A,脉冲宽度约2ns,重复频率为20kHz。实验验证了磁饱和直线脉冲变压器泵浦SOS产生高重复频率短脉冲的技术路线可行。     

一种用于触发引燃管的脉冲电源

设计了一种单电源的变压器型高电压、大电流脉冲源。该电源只有一套放电电容,以晶闸管作为放电开关,单原边双副边的脉冲变压器作为传输线。利用二极管的单向导通特性,使变压器根据负载不同的工况运行在不同的状态,分时输出高电压、大电流脉冲。该设计利用变压器在空间上将高压输出回路和低压控制回路隔离,与一般的双电源设计方式相比,降低了驱动电路的成本,减少了装置的体积,有利于设备的小型化和紧凑化。试验结果表明:当原边18 μF的储能电容充电电压为700 V时,通过晶闸管开关控制电容向2 ∶2 ∶20的单原边双副边脉冲变压器放电,副边开路时输出幅值7.6 kV、上升沿432 ns的开路电压,副边短路时输出幅值690 A、半高宽15.6 μs、前沿7.0 μs的短路电流,满足NL37248引燃管的触发要求。     

自同步多开关纳秒脉冲发生器

介绍了一种基于传输线变压器（TLT）的多开关脉冲功率技术。该技术可以像Marx发生器一样实现多个开关的自动同步,而且在输出上更具灵活性:不仅可以通过电压叠加获得高电压输出,而且可以通过电流叠加实现大电流输出,或者用于同时驱动多个独立的负载。基于该技术已成功开发了10火花开关的短脉冲系统。理论设计了带有20开关和20级TLT的脉冲发生器,单脉冲能量140 J,预计峰值功率可达5 GW,可实现多种不同输出方式以满足不同应用需求。     

基于半导体断路开关的8 MW,10 kHz脉冲发生器

 功率器件半导体断路开关具有高重复频率工作能力。采用高速绝缘栅双极晶体管组件作为初级充电回路的主开关,建立了一台工作频率为10 kHz的脉冲发生器。脉冲发生器采用磁饱和脉冲变压器、磁开关及高压脉冲电容器组等固态器件进行两级脉冲压缩,产生小于100 ns的电流脉冲,对半导体断路开关进行泵浦,半导体断路开关反向截断泵浦电流在负载上产生高压脉冲输出。实验装置在电阻负载上得到了脉冲输出功率约为8.6 MW,脉冲宽度约10 ns,重复频率10 kHz的高压脉冲输出。     

Characteristics of laser and current pulses in a He–SrCl2 vapor laser

An experimental investigation on the characteristics of laser and current pulses in a He–SrCl₂ vapor laser is carried out. The temporal dependences of the discharge current pulse on the laser pulses at the 1.09 μm, ～3 μm and 6.45 μm lines in strontium atoms and ions are measured and analyzed under different laser output powers. It is found that all laser pulses appear at the falling edge of the current pulse and shift forward to the current pulse with increasing laser output power.     

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。     

固态化高功率长脉冲驱动源重频特性

基于固态化磁开关、低阻抗脉冲形成网络和感应电压叠加等关键技术, 提出并研制了一台固态化高功率长脉冲驱动源。在前期通过2 GW单次实验验证技术方案的基础上, 研制了中等电压等级的重复频率初级电源;改进了两级磁脉冲压缩系统的复位和绝缘特性;优化了系统整体电路结构, 利用感应电压叠加器完成充电磁开关和脉冲升压的双重功能;设计了合理的复位路径, 实现了各部分磁芯的在线直流复位;并开展了重频运行研究。在电阻负载上获得了输出功率2.1 GW、脉宽约170 ns、重复频率20 Hz及运行时间1 s的实验结果, 脉冲波形的重叠一致性好。     

S-5N全固态重复频率脉冲发生器

 主要介绍S-5N的结构及测试实验结果。S-5N型全固态重复频率脉冲发生器是目前国际上同类源中峰值功率和平均功率均为最大的一台。随负载大小的变化，S-5N脉冲发生器的输出电压为400～600kV，输出电流2～3kA，输出脉冲半高宽40～50ns，单脉冲输出能量40～65J。 S-5N脉冲发生器在300Hz重复频率条件下可连续工作，500Hz重复频率条件下可连续工作3min，平均输出功率高达30kW。     

高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化技术研究进展

传统的高功率重复频率脉冲功率源通常以低电压储能、升压、高压脉冲形成线、输出的顺序工作。因而系统至少包括低压储能和高压脉冲形成线两个储能环节,同时高压脉冲形成线的体积随着电压的升高快速增长。针对这些问题,课题组提出了一种高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化研究的设计思路和实现方式,并开展了相关技术研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展,包括高储能密度的储能/脉冲成形一体化技术、低抖动重复频率气体开关技术、低抖动高能触发技术、紧凑型Marx高压串叠技术等一系列关键技术。同时介绍了课题组研制的几种典型紧凑结构重复频率Marx型脉冲功率装置:同轴结构快Marx发生器、基于薄膜介质线的脉冲功率源、模块化低阻抗紧凑型Marx发生器、20 GW高功率重复频率脉冲驱动源。通过探讨关键技术研究及其发展现状,为未来脉冲功率源小型化研究的发展和应用方向提供参考。