中国工程物理研究院 流体物理研究所，脉冲功率科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621999
为测量4 MV感应电压叠加器的电压，设计和标定了多个D-dot电压探头。频响测试结果表明探头频率上限大于270 MHz，满足待测电压信号频率响应需求。标定中，由于分压器与探头的安装位置不同，为了避免传输线阻抗失配导致快前沿电压信号在不同测量点的电压波形差异，采用前沿数百纳秒的脉冲信号开展标定。由于探头的低频特性同时满足标定与实测的需求，因而标定的准确性得以保证。考虑装配结构及精度对探头灵敏度的直接影响，次级电压探头采取了在感应腔逐级安装过程中的在线标定方法。由于靠近二极管的电压探头受到电子等影响导致波形畸变，因此直接测量负载电压存在困难。4 MV装置的多发实验结果表明，输出端传输线上电压波形与其下游位置电压波形之差，与用两者之间电感计算的电压波形相吻合，说明采用二极管上游电压探头的测量结果来计算二极管电压是行之有效的。
感应电压叠加器 脉冲电压 D-dot探头 频率响应 标定 induction voltage adder voltage pulse D-dot sensor frequency response calibration 强激光与粒子束
2023, 35(9): 095002
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621900
2 中物院脉冲功率科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
介绍了中能X光机装置触发系统研制和相关实验结果，触发系统包括主机6个支路激光开关的触发和主机放电的触发。其中6个支路的触发由6台YAG四倍频激光器完成，主机放电电触发系统由1台YAG四倍频激光器来触发。实验结果表明：每台激光器出光时间抖动σ小于等于0.3 ns，激光开关导通延迟时间约25 ns，抖动σ小于等于1.2 ns，电触发系统中激光与触发器输出电压之间的时间抖动σ为0.5 ns，匹配负载上电压大于120 kV，前沿约28 ns，脉宽150 ns。中能X光机在杆箍缩二极管负载上获得最大输出为4.2 MV/100 kA的电脉冲，电压脉冲半高宽约55 ns，输出的X射线时间抖动σ为3.4 ns。实验结果表明触发系统具备对6个支路精确调节和控制的能力，确保了中能X光机装置的高可靠性。
激光触发开关 触发 时间抖动 YAG激光器 laser trigger switch trigger time jitter YAG laser 强激光与粒子束
2022, 34(11): 115001
强激光与粒子束
2022, 34(8): 085002
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
闪光X射线照相是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段, 阳极杆箍缩二极管是X射线源的重要组成部分之一, 其设计直接影响X射线源稳定性。由于受装置结构及真空等因素的影响, 使得阴阳极几何中心同心存在一定的困难。因此, 评估同心偏差对二极管物理特性的影响, 对提高闪光X射线源稳定性具有重要的意义。针对阴阳极几何中心同心偏差问题开展实验研究, 分别取三种同心偏差度(小于1%, 1502%和22.92%)状态。在1 MV电压下获得了不同同心偏差度下二极管电参数特性, 并在此基础上结合理论模型分析了同心偏差度对二极管物理特性及电极等离子体扩散速度的影响。研究结果表明, 随着同心偏差度增加, 磁绝缘阶段阻抗下降率及等离子体扩散速度呈非线性增加, 同时造成该阶段二极管阻抗与脉冲驱动源输出阻抗失配严重, 降低了二极管与脉冲驱动源的能量耦合效率。
杆箍缩二极管 同心度 闪光X射线源 等离子体扩散 rod-pinch diode concentricity flash X-ray radiography plasma expansion 强激光与粒子束
2018, 30(11): 115003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
闪光X射线源是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段，阳极杆箍缩二极管(RPD)作为其重要组成部分之一，直接影响闪光X射线源照相质量。研究RPD物理特性对二极管物理结构优化设计及实验调试具有重要意义。分析了RPD空间电荷限制、弱箍缩和磁绝缘阶段物理模型。基于PIC模拟技术，编写了计算程序，研究了RPD不同阶段的电子电流、离子电流及电子束箍缩物理特性。通过理论分析，获得了特定几何结构RPD物理模型修正系数及各个阶段离子电流与电子电流比，验证了粒子模拟代码的有效性。模拟结果表明：空间电荷限制阶段，粒子模拟结果与双极性流计算结果一致；在弱箍缩和磁绝缘阶段，粒子模拟得到的总电流与磁绝缘模型计算结果一致，且与文献给出的经验拟合表达式计算结果一致；磁绝缘阶段离子电流与电子电流之比与电压和二极管几何结构相关，给出了离子电子电流比增大系数η与电压和阴阳极半径比的关系，该系数受电子、离子在不同结构二极管渡越时间的影响，随电压和阴阳极半径比增加而逼近恒定值。
阳极杆箍缩二极管 闪光X射线源 粒子模拟 电子束 箍缩特性 rod-pinch diode flash X-ray radiography source particle-in-cell electron beam pinching characteristics 强激光与粒子束
2018, 30(8): 085003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
为了减小脉冲功率源装置的体积,对三电极气体开关和两电极气体开关的结构进行了小型化设计。采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化,对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同SF6气压(0～0.2 MPa)、不同开关间隙条件下的击穿电压及触发工作电压等进行了实验研究。结果表明:设计的触发开关和自击穿开关在0～0.2 MPa气压范围内,自击穿电压随气压具有很好的线性关系;自击穿开关间隙为8 mm,改变气压(0.1～0.2 MPa)可实现自击穿电压90～125 kV可调;触发开关主间隙为7 mm,改变气压(0.1～0.2 MPa)可实现触发工作电压40～95 kV 可调;初步估算,触发开关和自击穿开关的工作电感均约20 nH。利用重频脉冲电源,测试了开关的重频工作能力,在工作电压80 kV、导通电流约20 kA的条件下,重复工作频率在20 Hz以上。此外,利用研制的开关构建了八级紧凑型Marx发生器,实现了5和10 Hz重频多脉冲输出。
气体开关 重复频率 Marx发生器 多脉冲 gas switch repetitive pulse Marx generator multi-pulse 强激光与粒子束
2016, 28(2): 025005
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 脉冲功率科学与技术重点实验室， 四川 绵阳 621999
为减小脉冲功率源装置的体积，对场畸变三电极轨道气体开关和两电极轨道气体开关结构进行了小型化低电感设计，采用电磁场仿真软件对局部结构进行优化，对初步设计的触发开关和自击穿开关在不同气压(0～0.3 MPa)和不同气体介质(N2，SF6，以及二者混合)条件下的击穿电压及导通电感等进行了研究。研究表明: 小型触发开关和自击穿开关在0～0.3 MPa气压范围内自击穿电压随气压具有较好的线性关系; 相同气压下SF6气体的自击穿电压约为N2气体的两倍; N2与SF6压力按3∶2混合的自击穿电压约为纯SF6气体的0.8～0.9倍; 内部充入0.25 MPa 气压的SF6气体时，触发开关和自击穿开关均可在190 kV左右正常工作。根据实验中出现的开关沿面击穿现象，对开关的沿面绝缘能力进行了优化设计，并得到了实验验证。另外通过短路放电测试，得到触发开关电感约22 nH，自击穿开关电感约20 nH，开关导通电流大于20 kA，多次放电后电极烧蚀痕迹分布均匀。
脉冲功率源 Marx发生器 场畸变开关 击穿电压 开关电感 pulsed power supply Marx generator field distortion switch breakdown voltage switch inductance 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045034
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
研究了电感储能功率调节装置中的电爆炸丝断路开关在强电流作用下发生电爆炸后,储能电感上感生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗(19 Ω)负载上得到的电脉冲。利用Ansoft Simplorer 7仿真软件建立了相关模块化集中参数电路模型,首先估算选取典型电路参数进行了程序编制、调试和模拟计算,得到了正确收敛的数值结果。在此基础上进行了实验研究,并将实际电路参数代入电路模型计算,模拟程序得到了与实验吻合的计算结果。现有研究表明,电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲,但可显著展宽负载得到的电压脉宽,在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。
电爆炸丝 脉冲变压器 Simplorer软件 低阻抗 脉宽 electrical explosion wires pulse transformer Simplorer code low-impedance pulse width
