磁绝缘传输线损失电流等效电路模型

在粒子模拟的基础上,结合经典空间电荷限制流、磁绝缘临界电流的理论公式,拟合得到磁绝缘传输线中空间电荷限制流的修正计算公式,并进一步建立磁绝缘传输线损失电流的插值计算模型。该模型不需要求解广义泊松方程,计算效率高。通过对长同轴磁绝缘传输线的等效电路模拟,得到了与全尺寸粒子模拟结果基本一致的负载电压波形,插值计算模型不仅正确地反映了磁绝缘传输线中的电流损失过程,而且其等效电路模拟计算效率比粒子模拟提高3000倍以上。     

同轴圆柱形磁绝缘传输线前沿损失与工作电压关系

在磁绝缘传输线层流模型基础上,基于极限电流近似,推导获得了同轴圆柱形磁绝缘传输线在自磁限制绝缘时,前沿损失电子电流、功率的解析解．通过粒子模拟,获得了磁绝缘传输线在源阻抗不变的条件下,不同电压条件下的损失电子电流、损失功率．对比分析了模拟结果与极限电流近似下和最小电流近似下的理论结果．结果表明：损失电子电流与损失功率比例随电压增大而减小;电压高于4MV时,极限电流近似更符合模拟结果,电压大于10MV时,极限电流近似与模拟结果的相对误差从最小电流近似的50％以上减小到10％以下．对于建立磁绝缘传输线系统中,高压电脉冲从真空传输、磁绝缘传输线上传输到工作负载的全电路模拟具有一定的指导意义．     

4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型

根据磁绝缘特征将PBFA Z加速器的4层圆盘锥形磁绝缘传输线结构分成几段串联的集中电感,结合磁绝缘临界电流、空间电荷限制流、Mendel磁压力平衡及丝阵内爆动力学等计算模型,并引入主要的结构参数,建立4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型,模型计算结果与实验结果、其它模型计算结果符合较好,模型可以用于定性或半定量设计及分析类似结构的磁绝缘传输线。     

4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型

 根据磁绝缘特征将PBFA Z加速器的4层圆盘锥形磁绝缘传输线结构分成几段串联的集中电感，结合磁绝缘临界电流、空间电荷限制流、Mendel磁压力平衡及丝阵内爆动力学等计算模型，并引入主要的结构参数，建立4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型，模型计算结果与实验结果、其它模型计算结果符合较好，模型可以用于定性或半定量设计及分析类似结构的磁绝缘传输线。     

真空磁绝缘传输线损失电子模拟

真空磁绝缘传输线建立磁绝缘状态的初始阶段,损失电子轰击阳极,发生轫致辐射。针对自限制流同轴圆筒模型,通过粒子模拟获得了损失前沿在能量传输方向的推进速度、电子到达阳极时的能谱和角分布情况,在此基础上采用蒙特卡罗方法模拟得到了轫致辐射所产生的X射线能谱。数值计算结果表明:电磁波损失前沿在能量传输方向的推进速度小于光速;损失前沿电子密度稳定。在自限制流磁绝缘传输线中,损失电子处在较宽的能量范围内,其电子偏移角度较小。建立了对应于同轴圆筒真空磁绝缘传输线的电子/光子输运模型,获得了损失电子轰击阳极产生的X射线能谱。     

真空磁绝缘传输线损失电子模拟

 真空磁绝缘传输线建立磁绝缘状态的初始阶段,损失电子轰击阳极,发生轫致辐射。针对自限制流同轴圆筒模型,通过粒子模拟获得了损失前沿在能量传输方向的推进速度、电子到达阳极时的能谱和角分布情况,在此基础上采用蒙特卡罗方法模拟得到了轫致辐射所产生的X射线能谱。数值计算结果表明:电磁波损失前沿在能量传输方向的推进速度小于光速;损失前沿电子密度稳定。在自限制流磁绝缘传输线中,损失电子处在较宽的能量范围内,其电子偏移角度较小。建立了对应于同轴圆筒真空磁绝缘传输线的电子/光子输运模型,获得了损失电子轰击阳极产生的X射线能谱。     

同轴型磁绝缘传输线电流损失特性实验研究

基于强光一号装置设计了1 m长、2 cm阴阳极间隙的同轴型磁绝缘传输线（MITL）实验平台,实验研究了负载阻值0,2.07,4.12和5.68 条件下该MITL沿线电流损失特性。实验结果显示:满足磁绝缘准则条件下,该MITL沿线电流损失主要发生在阻抗剧变区域;2.07 负载阻值条件下,传输于阴阳极间隙的真空电子流可达传输线电流的17.4%,并且其比例随着负载阻值的增大而不断增大。基于空间电子流理论,对上述实验现象进行了定性的机理分析与解释。     

同轴型磁绝缘传输线电流损失特性实验研究

基于强光一号装置设计了1 m长、2 cm阴阳极间隙的同轴型磁绝缘传输线（MITL）实验平台,实验研究了负载阻值0,2.07,4.12和5.68 条件下该MITL沿线电流损失特性。实验结果显示：满足磁绝缘准则条件下,该MITL沿线电流损失主要发生在阻抗剧变区域;2.07 负载阻值条件下,传输于阴阳极间隙的真空电子流可达传输线电流的17.4%,并且其比例随着负载阻值的增大而不断增大。基于空间电子流理论,对上述实验现象进行了定性的机理分析与解释。     

不同Z-箍缩负载磁绝缘传输线电流损失特性

在装置“S-300”上,通过测量真空磁绝缘传输线中电极间电子流轫致辐射和负载上的电流、电压等参数,研究了磁绝缘传输线中的电流损失特性。实验中使用了阻抗特性不同的3种负载,结果表明,磁绝缘传输线中的电流损失特性显著地取决于负载。当负载为丝阵靶时,电流损失出现在丝阵等离子体最大箍缩时刻,且其值不超过负载总电流的5％。     

不同Z-箍缩负载磁绝缘传输线电流损失特性

 在装置“S-300”上,通过测量真空磁绝缘传输线中电极间电子流轫致辐射和负载上的电流、电压等参数,研究了磁绝缘传输线中的电流损失特性。实验中使用了阻抗特性不同的3种负载,结果表明,磁绝缘传输线中的电流损失特性显著地取决于负载。当负载为丝阵靶时,电流损失出现在丝阵等离子体最大箍缩时刻,且其值不超过负载总电流的5％。     

磁绝缘传输线的有损线模型

开发了一种磁绝缘传输线(MITL)的电路模拟方法。以传输线模拟方法TLCOD为基础,将MITL分成若干段有损传输线单元,每个单元由一段无损传输线及一个对地损失电阻组成。根据磁绝缘准则判断单元的磁绝缘状况并计算相关参量,推导丝阵负载条件下MITL末端界面电压的表达式,阐述模型的求解方法及步骤;用有损线模型计算阳加速器MITL得到的结果与实验结果基本吻合,表明模型正确有效。     

Z箍缩装置外磁绝缘传输线全尺寸粒子模拟研究

采用电路模拟得到的柱孔结构处向外磁绝缘传输线传输的电压反射波来等效Z箍缩装置中的柱孔结构至丝阵负载部分,实现了Z箍缩装置四层外磁绝缘传输线的全尺寸粒子模拟.为了进一步提高柱孔结构和丝阵负载等效电路模型的精度,通过粒子模拟,对电路模拟得到的电压反射波进行了修正.PBFA Z装置四层外磁绝缘传输线部分的全尺寸粒子模拟结果表明,修正电压反射波后得到的绝缘堆处电压波形和电流波形比原有电路模拟结果更接近实验结果.另外,利用粒子模拟结果分析和解释了丝阵负载内爆对外磁绝缘传输线脉冲功率传输物理过程的影响. 关键词： Z箍缩 外磁绝缘传输线 粒子模拟 等效电路模型     

长磁绝缘传输线动态特性

基于粒子模拟研究了长磁绝缘传输线的电压电流关系、自限制流状态和损失前沿传播速度的变化规律, 验证了稳态流假设下建立的不同磁绝缘传输线模型在描述长磁绝缘传输线工作状态时的精确程度。结果表明：Mendel模型在描述长磁绝缘传输线电压电流关系时较精确; Rescaled模型计算长磁绝缘传输线自限制流状态下的阳极电流较精确; 损失前沿在长磁绝缘传输线中的传播速度沿着能量传输方向是动态变化的, 其速度的大小与输入电压上升速率相关。     

长磁绝缘传输线动态特性

基于粒子模拟研究了长磁绝缘传输线的电压电流关系、自限制流状态和损失前沿传播速度的变化规律,验证了稳态流假设下建立的不同磁绝缘传输线模型在描述长磁绝缘传输线工作状态时的精确程度。结果表明:Mendel模型在描述长磁绝缘传输线电压电流关系时较精确;Rescaled模型计算长磁绝缘传输线自限制流状态下的阳极电流较精确;损失前沿在长磁绝缘传输线中的传播速度沿着能量传输方向是动态变化的,其速度的大小与输入电压上升速率相关。     

磁绝缘传输线的有损线模型

 开发了一种磁绝缘传输线(MITL)的电路模拟方法。以传输线模拟方法TLCOD为基础,将MITL分成若干段有损传输线单元,每个单元由一段无损传输线及一个对地损失电阻组成。根据磁绝缘准则判断单元的磁绝缘状况并计算相关参量,推导丝阵负载条件下MITL末端界面电压的表达式,阐述模型的求解方法及步骤;用有损线模型计算阳加速器MITL得到的结果与实验结果基本吻合,表明模型正确有效。     

一种有损非均匀传输线时域分析方法

提出利用等效电路法解决电磁脉冲注入下有损非均匀传输线及其网络端接非线性负载的时域响应问题。采用分段逼近级联方法建立了有损非均匀传输线的等效电路模型。利用设计的快沿电磁脉冲源对有损非均匀微带线端接电阻、瞬态抑制二极管的响应进行了试验和仿真对比分析,验证了该等效电路模型的正确性和解决非线性负载响应问题上的有效性。通过与FDTD法对更复杂的有损非均匀传输线、不等长有损非均匀传输线、有损非均匀传输线网络的仿真结果和计算机运行时间进行对比分析,进一步验证了该等效电路法的正确性以及在解决有损非均匀传输线问题上的普遍适用性和高效性。     

基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感的计算

提出了一种基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感计算方法,在层流模型得到的同轴磁绝缘传输线等效电感和等效电容理论公式中引入修正因子,对粒子模拟所得结果进行数值拟合,获得了等效电容和等效电感修正因子依赖于电压的拟合表达式,修正后的等效电容和等效电感理论公式与粒子模拟结果符合较好,所得结果可用于磁绝缘传输线的等效电路建模。