分析了“聚龙一号”装置同步控制时序及Marx发生器、主开关、自击穿水开关工作状态对装置同步性的影响, Marx发生器的同步性影响装置的能量传输效率, 主开关和自击穿水开关的同步性共同决定装置的同步性。实现装置精确同步的关键, 即每台激光器经过左右分光后同时触发2个主开关导通, 12台激光器可以独立调整精确的出光时间, 用下方的主开关比上方的提前20 ns导通的方式来修正传输线长度上的差异, 将自击穿水开关的电极间隙设置为合适的距离来控制其导通时间。实验结果表明, Marx发生器同步性抖动为11 ns, 主开关和自击穿水开关上下分组的平均同步性抖动分别为4 ns和10 ns, “聚龙一号”装置的同步性抖动为6 ns。在同一负载参数下, 磁绝缘传输线和负载电流具有较好的重复性。

为了对即将建成的PTS装置的实验能力进行分析, 对装置的工作模式及波形调节能力进行了分析。装置具有三种工作模式：短脉冲模式、长脉冲模式和波形调节模式。在不同的工作模式下, 装置可以进行不同负载的实验研究。在基本工作模式下, 在15 nH负载上输出前沿90 ns、幅值8~10 MA脉冲电流。通过电路模拟, 对装置在三种工作模式下预计的负载电流输出进行了分析, 短脉冲模式下装置负载电流的上升时间约90 ns, 长脉冲模式时约200 ns, 波形调节模式时可以达到400 ns。模拟结果表明, 通过调节激光触发气体开关的触发方式和脉冲输出开关及装置其他参数, PTS装置可以输出脉冲前沿100~400 ns、波形形状在一定范围可调的强电流脉冲。

出于开关性能参数和结构要求考虑，PTS装置脉冲输出开关设计为3对自击穿电极间隙的水介质开关，间隙结构采用板-球间隙的同轴-三平板结构。选择水介质自击穿开关作为研究对象,进行了1.5 MV同轴结构开关研究，并在此基础上开展了4 MV同轴-三平板结构开关研究。开关实验达到的技术指标为：自击穿电压3.5 MV，导通电流500 kA，电感65 nH，自击穿时间分散性极差4.0 ns(1.3 ns均方根值)。

介绍了Z箍缩初级实验平台激光触发系统的设计和单路样机验证实验结果。采用12台激光器、24个激光触发主开关来实现24路电流脉冲的精确同步,由Nd:YAG四倍频脉冲激光来触发开关,采用水平分光将一台激光器的激光脉冲等分为两束激光,激光聚焦后分别触发相邻的两路主开关。单路样机验证实验获得的激光脉冲的抖动极差小于等于3 ns,主开关的抖动极差小于等于5 ns,3台激光器之间的抖动极差小于等于3 ns。实验结果表明:在主Marx充电电压小于等于75 kV时,光路管道双隔离气室具有良好的绝缘性和密封性; 激光光路系统稳定可靠; 能量为100 mJ、脉冲宽度为7 ns的266 nm激光经过分光后，能够满足Z箍缩初级实验平台的设计要求。

对PTS装置的24台Marx发生器进行了独立调试实验，实验结果表明：在充电电压60 kV、工作欠压比62%条件下，24台Marx发生器的输出电压的时延在245～285 ns的范围内，时延最大差异为40 ns，时延抖动均小于10 ns。通过对PTS装置控制时序和中间储能器充电电压波形的分析，认为Marx发生器输出电压的时延差异在50 ns内，中间储能器上总的电压损失小于1%，对主开关的工作状态基本上没有影响。

在PTS单路样机上进行了4 MV水介质同轴-三平板型水介质自击穿开关实验研究, 开关由3个线性排列的球-板结构的电极间隙构成。根据PTS单路样机部件组成及其结构, 建立了单路样机Pspice全电路模型及开关等效电路。给出了开关在自击穿电压3.3 MV和2.9 MV状态下的电路模拟与实验对比, 模拟结果与实验结果一致。实验及模拟结果表明, 装置和开关模型与参数选取及设置合理, 水介质自击穿开关的参数与实际值相近。

为明确脉冲功率装置开关触发延迟时间和抖动测量的可信度, 进行了不确定度评定。使用拟合的线性关系式结合示波器水平分辨力导致的不确定度建立开关延迟时间不确定度的数学模型；根据抖动的定义建立抖动的测量不确定度数学模型。两者均按不确定度评定。以相关实验数据为基础计算了各个不确定度分量、合成标准不确定度以及扩展不确定度。按工程测量要求置信概率为95％, 取包含因子为2, 可得初级实验平台(PTS)单路样机激光触发开关触发延迟时间测量的扩展不确定度为0.38 ns；抖动测量的扩展不确定度为0.13 ns。延迟时间和抖动测量结果的不确定度满足实验分析的要求。

为进行PTS装置单路样机激光触发开关的调试,设计安装了相应的电压电流探头。通过对比分析了探头测量结果,解释了开关出口D-dot电压探头波形畸变的原因,并运算得到了正确的波形。B-dot探头得到了与模拟结果符合的电流微分信号和电流信号。实验结果表明: D-dot探头适合MV量级的高电压脉冲测量,但当该探头工作在开关区时,设计中需要对比探头与被测电极以及其它电极的结构电容,只有满足结构电容远大于与其它高压电极的电容时,才能获得较真实的信号。如果结构设计中难以满足该要求,可以采用软件处理方法得到正确的波形。使用B-dot探头输出的电流微分信号可以较为准确地得到开关导通延迟时间,测量误差小于0.7 ns。

报道了4 MV激光触发多级多通道开关的结构设计和初步的实验结果及分析.该开关采用轴向聚焦触发方式,设计为匀场结构,采用场调整环与匀压环调整开关间隙电场分布,电极-绝缘子序列采用堆栈结构替代榫接结构,独立定位、紧固.实验结果表明:4 MV激光触发多级多通道开关的自击穿电压偏差小于5%,自击穿电压与工作气压呈良好的线性关系;触发延迟时间约25 ns,极差小于±2.5 ns,抖动1.5 ns;等工作电压-气压比条件下,随着气压和工作电压的上升触发延迟时间及其抖动趋向下降.