1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，高功率微波技术重点实验室，四川 绵阳 621900；中国工程物理研究院 研究生院，北京 100088
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，高功率微波技术重点实验室，四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，高功率微波技术重点实验室，四川 绵阳 621900；哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001
为了抑制聚四氟乙烯材料表面电荷积聚，采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入以改善其表面性能。对注入前后的聚四氟乙烯材料样品进行了X射线光电子能谱分析（XPS）、傅里叶红外光谱测试（FTIR）、水接触角测量、表面电阻率测量以及表面电位衰减测量，并基于等温表面电位衰减理论对其表面陷阱能级和密度分布进行了计算，以分析聚四氟乙烯样品经离子注入处理后其表面成分和物理性能的变化，并研究了这些变化对聚四氟乙烯样品表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明：氮离子注入后，聚四氟乙烯材料表面化学成分的主要变化是自身分子结构的破坏和转化，部分CF2结构转变为CF和CF3结构，导致样品表面陷阱能级变浅；水接触角升至140°左右，比未处理样品上升了约27°，表面电阻率降至3×1015 Ω，比未处理样品下降了两个数量级；表面电晕放电1 min后，经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面积聚电荷量减少，消散速度加快，这是因为表面陷阱能级变浅有利于表面电荷脱陷，同时表面电阻率降低也促进了表面电荷沿面传导的消散过程，聚四氟乙烯样品表面陷阱能级分布曲线也证实了这一论点。
聚四氟乙烯 氮离子注入 表面电荷 积聚消散 表面电阻率 表面陷阱特性 PTFE nitrogen ion implantation surface charge accumulation and dissipation surface resistivity surface trap characteristics 强激光与粒子束
2020, 32(7): 075001
中国工程物理研究院应用电子学研究所高功率微波技术重点实验室, 四川绵阳 621999
使用六氟化硫 (SF6)及其混合气体做绝缘介质, 并提高工作气压, 增加绝缘强度, 利于实现Marx发生器的小型化、轻量化。为保障 Marx发生器的顺利建立, 一般需要使用触发电源。某些场合下, 去掉触发源, Marx依靠开关自击穿建立, 可提升 Marx发生器的使用便利性, 降低维护难度。搭建了 14级气绝缘 Marx发生器, 当工作气压逐渐升高时, Marx发生器依靠开关自击穿建立变得困难。对 Marx发生器建立过程进行理论分析及开关电极的优化验证实验, 改进了 Marx发生器开关的电极形状及组合形式。实验表明, 改进后的 Marx发生器在高气压下的自击穿建立概率提高了。研制的 Marx发生器工作在 0.25 MPa的六氟化硫下, 结构紧凑, 体积较小, 在 45 .的水负载上获得约7 GW, 脉宽70 ns的电压输出。ZHANG Beizhen, WANG Ganping, SONG Falun, LUO Guangyao, YANG Xiaoliang
脉冲功率源 Marx发生器 火花隙开关 罗可夫斯基电极 pulsed power Marx generator spark gap Rogowski electrode 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(2): 327
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
以FR-4环氧玻璃纤维布为介质材料, 研制了一种S型平板折叠式固态脉冲形成线。从理论上和实验上分析了脉冲形成线的放电过程。重点研究了边缘特性对其特性阻抗的影响, 给出了改进的特征阻抗表达式; 分析了相邻效应和集肤效应对脉冲形成的影响, 给出了脉冲波形中出现高频噪声的原因; 实验上验证了使用寿命与外加电场的关系。采用多级折叠线串并联模块化技术, 提高了模块电压, 降低了特性阻抗, 研制了一种基于串并联技术的Blumlein线模块。该模块的耐压大于120 kV, 特性阻抗约为7 Ω, 脉冲宽度为138 ns。
紧凑型脉冲功率源 脉冲形成线 平板折叠线 快放电 high power pulsed source pulse forming line planar S-type folded line fast discharge process 强激光与粒子束
2019, 31(1): 015003
1 中国工程物理研究院 研究生部, 北京 100088
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
基于高功率重复频率脉冲功率源的应用需求, 研制了一种三电极场畸变结构气体火花间隙开关, 并开展了重复频率条件下的触发特性研究。实验研究了场畸变火花间隙开关的触发特性随重复频率、气体成分、工作压强和工作系数的变化关系, 计算了气体开关的触发击穿时延和抖动参数, 分析了影响开关触发特性的主要因素。实验结果表明：气体开关触发击穿的抖动随着重复频率增加而增大; 填充气体中SF6和 N2体积比1∶1时, 混合气体的综合性能较好; 工作系数主要影响开关第二放电火花间隙(间隙2)的击穿抖动。
气体开关 抖动 脉冲功率技术 gas switch time jitter pulse power technology 强激光与粒子束
2018, 30(10): 105003
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
基于高功率重复频率脉冲功率源的需求, 开展了高功率脉冲充电电源的重复频率特性研究, 分析了基于全桥串联谐振充电原理的恒流充电技术。根据高功率Marx型脉冲功率源的工作要求, 计算了串联谐振充电的各个关键参数。研制的紧凑型高功率脉冲充电电源, 最大输出电压±50 kV, 充电电流2.5 A, 重复频率1~50 Hz连续可调, 可在重复频率条件下长时间稳定运行。该充电电源体积小、质量轻、抗干扰能力和抗负载短路能力强, 已经应用于高功率重复频率脉冲功率源技术研究, 实现了10万次重复频率无故障运行。
脉冲功率技术 Marx发生器 重复频率 串联谐振充电 pulsed power technology Marx generator repetitive frequency series resonant charging 强激光与粒子束
2018, 30(6): 065003
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
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。
紧凑型脉冲功率源 Marx发生器 重复频率 脉冲形成线 compact pulsed power source Marx generator repetition frequency pulse forming line 强激光与粒子束
2018, 30(2): 020201
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
介绍了一种基于电触发技术的重复频率脉冲驱动源,其突破了双电容结构脉冲成形、紧凑型结构高压产生、大电流条件下重复频率稳定运行等关键技术,采用电路结构最简单的Marx电压叠加技术,解决了Marx在重复频率运行中的技术难点。脉冲功率驱动源设计输出功率20 GW、脉冲宽度180 ns、重复频率1~50 Hz,输出功率和重复频率在一定范围内可调。研制的脉冲功率驱动源体积仅2.5 m3,重量低至2.2 t,脉冲形成单元储能密度高达23 kJ·m-3,驱动源单次工作状态下输出功率约20 GW; 在重复频率30 Hz工作状态下,输出功率16 GW、连续运行时间10 s、系统抖动约6 ns,系统运行稳定可靠。
脉冲功率技术 Marx发生器 脉冲形成网络 高功率微波 重复频率 pulse power technology Marx generator pulse forming network high power microwave repetition rate 强激光与粒子束
2017, 29(2): 020101
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
采用了人工线、开关和直线变压器结构一体化的设计方法,为重复运行的长脉冲直线变压器驱动源(LTD)装置研制了一种紧凑型低阻抗脉冲成形模块。为优化空间结构、减小分布参数、提高波形质量,脉冲单模块由两条20 Ω Blumlein 脉冲成形网络（PFN）并联储能,人工线采用相向L型布局,通过一个同轴开关同步放电,分两路向直线变压器初级线圈对称馈入快前沿的高压电脉冲。为了进一步减小线路电感,缩短脉冲前沿,研制了新型的嵌入式激光触发开关。与同轴开关相比,引线长度缩短了一半,脉冲前沿减小了10%。两级LTD模块实验装置在18.5 Ω负载上获得了电压240 kV、半宽180 ns的脉冲输出,重复频率可达25 Hz。
直线变压器驱动源 脉冲成形模块 脉冲成形网络 激光触发开关 直线变压器 linear transformer driver pulse forming module pulse forming network laser trigger switch linear transformer 强激光与粒子束
2014, 26(6): 063002
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
从理论上分析了激磁电感对直线变压器驱动源输出脉冲波形顶降的影响, 使用Pspice软件对理论计算结果进行了模拟验证。理论计算和模拟分析的结果均表明：激磁电感越小, 输出脉冲波形的顶降越明显。设计了50 A的偏磁电路并进行了实验, 在重复频率为20 Hz时直线变压器驱动源工作稳定, 输出脉冲波形前沿约35 ns, 平顶约130 ns, 幅值约125 kV。与未加偏磁电路的实验结果相比, 顶降明显减小(小于5%), 实验结果与理论计算和模拟分析结果基本一致。
激磁电感 直线变压器驱动源 顶降 磁滞回线 magnetizing inductance linear transformer driver waveform drop hysteresis loop 强激光与粒子束
2010, 22(12): 3062
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
在采用以水介质形成线馈入直线变压器初级的技术路线来研制脉冲功率源时, 馈入方式影响着变压器的参数及电磁波的传输。运用Maxwell等软件, 从场均匀性的角度对不同馈入方式进行了模拟分析, 结果显示: 单侧馈入时, 变压器初级线圈内的电流密度分布很不均匀, 激磁电感比一般等效公式计算的结果大很多, 但对耦合系数影响微小; 四侧馈入能获得更大的场均匀性,但成本高,设备复杂;双侧馈入的方式能以较低的成本大幅提高场均匀性, 为建议采用的馈入方式。
直线变压器 电流密度 激磁电感 脉冲功率 linear transformer current density magnetizing inductance pulsed power 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2769
