介绍了用于Z箍缩驱动器的快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)原型模块设计和初步实验结果。该模块采用32个子块并联，每个子块由两台100 kV/100 nF脉冲电容器和一只200 kV多间隙气体开关串联组成。32只开关由4路高压脉冲分别触发。模块直径为2.9 m，厚度约27 cm。电路模拟结果表明，在±90 kV充电电压下，输出电流幅值为1.0 MA，电流上升时间(10%～90%)约118.6 ns。初步实验结果表明，在约90 mΩ近似匹配电阻负载上获得的电流为995 kA，上升时间(10%～90%)为120.8 ns，脉冲宽度约335.2 ns。实验结果与电路模拟结果较为接近。

针对直线变压器驱动源(LTD)对开关的长寿命需求, 基于前期研制的200 kV低抖动多间隙气体开关电极几何参数以及开关通流水平, 详细开展了不同电极材料(钼、黄铜、铜钨合金、高密度石墨、304和321不锈钢 )的烧蚀性能实验。实验结果表明, 在单次电荷转移量15.4 mC, 脉冲电流20 kA条件下, 体积烧蚀速率从大到小依次为: 石墨、黄铜、铜钨合金、钼、不锈钢。电极烧蚀微观形貌分析表明, 不锈钢是用于LTD开关相对较好的电极材料。根据不锈钢电极的体积烧蚀速率, 可知理论上LTD开关的运行寿命可以超过1×106次, 但前提是开关外壳需保持足够的绝缘强度。

针对磁驱动等熵压缩实验对加载电流波形的特殊需求,基于改造后的1 MA直线变压器驱动源(LTD)原理性模块,开展了输出电流上升时间调节实验研究。48只开关分为4组,由4根高压电缆引入触发脉冲分别触发,共进行了三组不同电缆长度组合的触发放电实验。结果表明: 在±32 kV充电电压下,输出电流上升时间(0～100%)可由301.2 ns增加至436.0 ns,相应的输出电流幅度由294.0 kA下降至210.2 kA。实验还采用光纤探针阵列测试系统同时对其中40只多间隙气体开关的放电发光过程进行了诊断,获得了相应开关的闭合导通起始时间。基于实验参数,利用PSpice电路模型进行了校验,并对早期触发的支路组对后续触发支路组的影响进行了分析。实验初步验证了LTD模块内部子块通过分时放电实现输出波形调节的能力。

基于已经研制完成的100 kV/100 kA快脉冲直线型变压器驱动源（LTD）原型模块，设计研制了输出电压/电流分别为1 MV/100 kA（功率为100 GW）的快脉冲LTD装置。装置由10级100 kV/100 kA快脉冲LTD模块串联而成，总储能为20 kJ，装置直径约1.5 m，长度约2.2 m。最终在±85 kV充电电压下，二极管负载上获得的电流约为116 kA，电压约为1.1 MV，电压上升时间53 ns，电压脉宽146 ns，二极管阻抗约为9.4 Ω。

为了研究电感支撑内筒对磁绝缘传输线(MITL)功率流传输的影响，设计了一套电感支撑的MITL及其诊断系统，对MITL各个位置电参数进行了测量，获得了MITL阴阳极电流波形和MITL电压波形。其中一发支撑前阴极电流为90.08 kA，支撑后阴极电流为93.88 kA，阴极电流传输效率为95.96%，多次实验传输效率平均值为92.8%，证实了电感支撑MITL的可行性。

介绍了100 kA快脉冲直线变压器驱动源原型模块及其采用的200 kV多级多通道气体开关的设计和初步实验结果。该模块由20台100 kV/20 nF电容器按10个支路并联组成, 其中每个支路包括2台电容器、1只多级多通道开关以及相应的传输线。模块直径约1.5 m, 厚度仅为20 cm。采用B-dot探针诊断负载电流。当充电电压为±90 kV时, 在1.1 Ω负载上可得到102.2 kA的峰值电流, 上升时间为53.6 ns, 脉冲宽度为133 ns。实验结果表明, 该快脉冲直线变压器驱动源模块具有较好的快脉冲输出能力。

介绍了输出电流幅值为1 MA,电流上升时间为100 ns的快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)模块的设计。模块由48个子块并联组成,每个子块由2个电容器和一个多级气体开关串联组成。48个开关由8路高压脉冲触发,每路高压脉冲(100 kV/50 ns)触发6个开关。电路模拟显示,在充电 90 kV条件下,输出电流幅值为1.04 MA,电流上升时间为84.5 ns(0~100%)和52 ns(10%~90%)。电路模拟时的参数设置以实验数据为基础,开关的工作条件与已研制成功的100 kA-LTD模块中的开关工作条件近似,模块设计工作于腔体注油状态以保证高压运行安全,能够保证模块达到设计要求。

基于激光等离子体和过电压波击穿原理研制了应用于高功率"Z-pinch"装置的22级5 MV激光触发多级多通道开关,采用钳位环技术解决了狭小空间的匀场问题,过压自击穿间隙场分布不均匀度约为0.080,激光触发间隙场分布不均匀度约为0.056,由绝缘部件沿面电场强度决定的系统安全系数约为0.8.根据J.C.Martin公式和静电场分析计算结果,解决了高功率"Z-pinch"装置主开关及开关区的工程设计问题.

开展了驱动电流为45,75和105 kA以及阴极直径分别为φ20 mm和φ40 mm下的等离子体断路开关性能实验研究.结果表明:随着发生器驱动电流增加,负载电流上升时间逐渐减小,最高电压倍增系数逐渐增加.与阴极直径为φ20 mm的等离子体开关相比,阴极直径为φ40 mm的等离子体开关导通时间和负载电流上升时间增加,开关电压和电流转换效率降低.实验获得的最高电压倍增系数和电流转换效率分别为4.9和97%,负载电流上升时间小于100 ns.

利用PIC(particle-in-cell)方法,结合实验装置的几何结构和实验结果,采用动态开关模型,对微秒等离子体断路开关和电感负载间的功率流特性进行了研究.模拟得到了与实验结果符合较好的开关电压和负载电流波形,并给出了开关下游出现的稀薄等离子体的密度(约10¹²cm^-3)和速度(约1 cm/ns),同时也得到了开关下游的空间电流分布.模拟结果表明,开关下游的结构应避免阻抗突变以减少电流损失,同时提高开关阻抗可有利于提高负载上的最大功率.