光子多普勒测速系统(PDV)常采用全光纤模式, 操作方便, 已成为材料超高压动态实验获取动力学特性的重要诊断技术。测速范围和精度与光电传感器和数据采集仪器有关, 激光到达靶面后返回光电转换器, 速度由多普勒引起的频率变化直接解读。聚龙一号装置是开展材料动态实验的重要平台, 放电电流峰值5~8 MA, 0~100%上升时间300~750 ns。在装置放电过程中, 靶室和大厅中的强电磁干扰可以达到10~300 MHz, 当干扰耦合进返回光信号后, 导致速度剖面解读困难。采用聚四氟乙烯绝缘膜和导电铝膜包覆测速探针很好地抑制了强电磁干扰信号对光信号的干扰, 大大提高了速度测量数据的有效性。

为测量Marx发生器输出电流, 设计了外积分式罗可夫斯基线圈。采用电容器放电的方式进行线下标定确定刻度因素, 采用盘式TEM室进行线圈的方波响应实验, 实验结果与等效电路模拟仿真吻合。线圈的响应时间为16 ns。模拟仿真分析了Marx连接假负载实验中, 实测电流波形后沿衰落较快且脉冲结束后基线不回零的问题。通过调整积分器的RC时间常数, 增加线圈的低频响应能力可消除该失真。改进后的线圈实验结果与理论分析一致。

介绍了Z箍缩初级实验平台“聚龙一号”装置24路模块的精确控制技术和实验结果, 通过采用24个激光触发开关来控制24路模块的精确导通, 实现了对“聚龙一号”装置输出电流波形的精确控制和调节。24个激光触发开关由12台Nd:YAG四倍频脉冲激光器来触发, 每台激光器分光后触发2路激光开关。实验结果表明: 24路激光之间的抖动小于1.0 ns, 激光开关的抖动小于1.5 ns， “聚龙一号”装置在主Marx充电电压为65 kV时,当24路模块同步导通时，获得负载电流9.8 MA,电流前沿上升时间(10%~90%)为75 ns；在24路模块分时放电时，实现了对电流波形的精确调节，电流前沿上升时间(10%~90%)可以拓展到600 ns, 对应的负载电流峰值为5.5 MA，电流波形的模拟值与实验测量结果基本一致，在相同负载和实验条件下，获得的电流波形具有很好的重复性。

产生脉冲电流约50 MA的大型LTD装置功率源由数十万个电容器、开关和触发器组成。规模庞大的功率源采用串联系统可靠性模型，其可靠度想要达到一个较高的水平，存在所要求的开关可靠度难以实现的情况。大型LTD装置功率源的主要故障模式为开关自击穿和触发器故障，开关自击穿将导致其所在的模块故障，而触发器一对多的触发方式，使其故障时引起更多的模块故障。在LTD装置输出性能满足要求的前提下，允许存在一定数量的模块故障，并且控制故障模块分布，是实现功率源高可靠度的关键。基于概念设计的大型LTD装置功率源构成框架，分别建立了在功率源、支路、分层上控制故障模块数量的可靠性模型。采用蒙特卡罗方法对该模型进行仿真计算，得出了在给定的功率源可靠度条件下开关和触发器需要达到的可靠度。为实现该可靠性模型，使故障模块不对其他部分产生影响，还对故障模块隔离技术进行了分析。

在聚龙一号装置(PTS装置)上开展了系列波形调节实验,成功在负载上输出脉冲上升时间达到600 ns、峰值电流大于5.0 MA的电流。聚龙一号装置在同步放电情况(短脉冲模式)下,负载电流的上升时间约90 ns, 峰值电流约10.0 MA。波形调节通过装置24台激光触发气体开关分时放电、脉冲输出开关短接等技术调整,实现负载上长上升时间的脉冲电流输出。波形调节根据需要实现的电流波形形状,通过全电路模拟计算,调整激光触发气体开关的触发时序和脉冲输出开关状态,在相应负载上输出接近需求的实验波形。聚龙一号装置波形调节实验研究表明,输出电流脉冲的前沿的最大值取决于24台激光触发气体开关最早触发时刻和最晚触发时刻的时间差,该时间差受制于激光触发气体开关的正常触发。激光触发气体开关能否被正常触发,除了取决于进入开关触发间隙的触发激光能量外,还取决于开关充气压力和加载于开关两端的电位差,该电位差与相关两路的渡越时间相关。通过波形调节研究,聚龙一号装置具备在不同实验负载上输出不同上升时间、不同波形形状的脉冲电流的能力。

介绍了“聚龙一号”上使用的一种由金阴极X光二极管(XRD)和具有特殊构型的复合金滤片构成的平响应XRD探测器,测量软X光通量的标定和实验情况。该探测器的灵敏度在北京同步辐射的4B7B束线站和4B7A束线站标定。标定的灵敏度显示,该探测器对0.1~4 keV之间的X光具有近似平坦的响应曲线。根据标定情况和探测器的谱响应特性,给出了目前该探测器在用于Z箍缩产生的软X光通量诊断中的测量不确定度为12%。在单层钨丝阵Z箍缩实验中,平响应XRD探测器测得Z箍缩产生的X光功率峰值达到52 TW,能量达540 kJ。在动态黑腔实验中,布置在径向和轴向的两套平响应XRD探测器被用于建立径向辐射功率波形和轴向辐射功率波形之间的时间关联。在典型的动态黑腔实验中,测得轴向辐射功率峰值出现在径向辐射功率前约1.2 ns。

介绍了基于聚龙一号装置的Z箍缩诊断和实验布局,分析了丝数132~300、丝直径5~10 μm、丝阵直径13~30 mm的单/双层钨丝阵Z箍缩内爆动力学过程和软X射线辐射特性规律。研究表明,钨丝阵等离子体的停滞时间与零维薄壳模型计算的停滞时间一致,内爆轨迹存在偏离,丝阵等离子体内爆开始前以丝烧蚀为主,内爆开始时间约为总内爆时间的67%; 随着负载质量和半径的增大,负载电流、内爆停滞时间和X射线辐射脉冲半高宽也相应增加,X射线辐射峰值功率减小。双层钨丝阵的内爆均匀性和一致性优于单层丝阵,其辐射峰值功率明显高于单层钨丝阵,但单/双层钨丝阵辐射产额基本相当,能量转换效率约为15%。此外,还初步讨论了单层钨丝阵驱动的低密度泡沫动态黑腔辐射功率波形特征及其与纯钨丝阵内爆辐射的差异。

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。