在电子束泵浦气体激光实验中,大面积均匀电子束是获得高效能激光输出的必要条件.介绍了利用SPG-200脉冲功率源产生大面积均匀电子束的实验.SPG-200是基于SOS的全固态重复频率脉冲功率源,其开路电压大于350 kV.用于产生电子束的真空二极管阴极长294 mm,宽24 mm,两端均为半径为12 mm的半圆,栅网平面为阳极面,两者之间的距离在0～49 mm可调,阴极发射的电子束通过用于隔离激光气室和二极管真空室的压力膜及其支撑栅网引出.分别以石墨和天鹅绒为阴极材料,获得了大面积电子束输出,给出了二极管参数的测量结果,并对电子束发射均匀性进行了诊断.实验结果表明:在阴极材料为石墨、阴阳极间隙为5～9 mm时,二极管电压为240～280 kV,二极管电流为0.7～1.8 kA,输出的电子束很不均匀;在阴极材料为天鹅绒、阴阳极间隙为31～46 mm时,二极管电压为200～250 kV,二极管电流为1.5～1.7 kA,输出的电子束均匀性较好.

针对基于SOS脉冲功率源S-5N的输出特点,利用PIC数值模拟软件,为S-5N设计了能够工作在低引导磁场条件下的无箔二极管系统,并在S-5N脉冲功率源上进行了低引导磁场环形强流电子束产生的实验研究.在引导磁场为0.5 T条件下,无箔二极管电流输出波形近似为梯形波,脉冲上升沿约9 ns,平顶部分约26 ns,二极管电压420 kV,电流2.7 kA,束斑平均半径约16 mm,具有良好的均匀性.

研制了基于SOS的胡杨200和胡杨700脉冲功率源.给出了胡杨200和胡杨700的电路原理、组成结构和实验波形.介绍了在SOS脉冲功率源上开展的高重复频率强流电子束产生、长寿命阴极实验、绝缘介质的高重复频率击穿实验和低引导磁场无箔二极管等实验研究进展.经测试,胡杨200在2 kHz重复频率、负载阻抗200 Ω下,输出电压200 kV,脉冲宽度约35 ns,平均输出功率大于10 kW;在300 Hz条件下可连续运行.胡杨700同样为全固态脉冲功率源,其设计指标:输出电压700 kV,电流5 kA,脉冲宽度约40 ns;经初步调试在150 Ω电阻负载上单脉冲输出指标达到660 kV,4.4 kA,脉宽约70 ns.

推导了串联谐振充电电源不同工作模式下的电流、电压计算公式,给出了计算不同周期电流、电压值的递推公式;应用递推公式说明了这种电源的脉动恒流充电特性;给出了负载电容不完全放电情况下电源参数的计算方法.在负载电容完全放电的情况下,电源的平均输出功率为最大输出功率的一半,在负载电容电压基本维持恒定的情况下,电源平均输出功率与最大输出功率相等;最后给出了一台为Tesla型加速器初级储能电容充电的谐振电源的设计实例,电源的实测结果和计算结果一致,在100Hz重复频率下运行稳定可靠.

磁开关压缩脉冲过程中,磁芯磁参数需历经非饱和与饱和两个阶段,磁滞回线变化经历半个周期,通过测量这一变化过程中通过磁开关绕组的电流和磁通量变化率,可以计算出磁芯的磁滞回线,确定饱和磁通密度、剩磁等动态参数.讨论了基于高电压放电和脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装置的电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲条件下的电参数,计算了相关的磁参数,给出了实验结果.

主要介绍S-5N的结构及测试实验结果.S-5N型全固态重复频率脉冲发生器是目前国际上同类源中峰值功率和平均功率均为最大的一台.随负载大小的变化,S-5N脉冲发生器的输出电压为400～600kV,输出电流2～3kA,输出脉冲半高宽40～50ns,单脉冲输出能量40～65J.S-5N脉冲发生器在300Hz重复频率条件下可连续工作,500Hz重复频率条件下可连续工作3min,平均输出功率高达30kW.

介绍了半导体断路开关(SOS)特性参数测试平台和测试方法,并对半导体断路开关的截断阻抗、截断时间、电压增益、输出脉冲半高宽以及能量传递效率等参数进行了实验研究.结果表明,正、反向泵浦时间是影响半导体断路开关特性的最主要因素.实验获得了截断时间、电压增益和能量传递效率与正、反向泵浦时间的依赖关系以及SOS截断过程中的阻抗变化特性.