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%, 1502%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。

聚龙一号装置由24路模块并联组成, 通过调整24路模块中激光触发气体开关的导通时序可实现负载电流波形的精确调节, 以满足磁驱动加载实验所要求的负载电流波形灵活调节的需求。针对聚龙一号装置开展的磁驱动加载实验, 建立了能够描述能量从Marx发生器开始至负载整个传输过程的全电路模型, 开发了相应的电路计算程序, 并基于实验结果对计算程序进行了校验, 电路模拟结果与实验结果符合较好。电路模拟程序的计算效率比采用Pspice软件进行全电路计算的效率显著提高, 其不仅可应用于在给定激光触发气体开关导通时序的情况下对聚龙一号装置的输出特性进行预测和评估, 同时也为负载电流波形调节的方案设计提供了一种有效工具。

为了实现重频脉冲功率源小型化，研制了基于快Marx发生器的紧凑型重频低阻抗脉冲功率源。采用大功率重频高压电源对Marx发生器充电，通过对充电电源和脉冲触发源的同步控制，实现对Marx发生器重频充电；Marx发生器中采用薄膜脉冲电容器、小型化气体开关、电感隔离以及SF6气体绝缘等设计，以8级紧凑Marx发生器进行验证性研究，在16 Ω阻抗负载上实现了重复频率10 Hz、脉宽150 ns、峰值电压大于400 kV连续多脉冲输出；在此基础上，设计了18级紧凑型Marx发生器，在约18 Ω阻抗负载上输出功率达到33 GW，峰值功率密度大于150 GW/m3，实现重复频率5 Hz、脉宽约160 ns、峰值电压大于600 kV的连续多脉冲输出。为了降低Marx发生器的输出阻抗，采用4台电容器并联作为Marx发生器的一级储能模块，研制了同轴紧凑Marx脉冲功率源，有效减小放电回路电感，实现12 Ω低阻抗负载近似匹配输出，前沿减小至50 ns以下，脉宽约130 ns。

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。