基于Marx发生器原理设计了150 kV脉冲X射线测试系统,该系统采用正负极充电的双边Marx发生器线路,Marx发生器设计为15级同轴结构,采用紧凑低电感设计来获得窄脉冲的输出.实验结果表明,X光机设计合理,获得了窄脉宽、高幅度的高压脉冲输出:在充电电压为20 kV的情况下,X射线管电压150 kV;X射线脉宽约60 ns;25 cm处剂量约7.8×10-6 C/kg;焦斑直径2.5 mm.搭配计算机X射线摄影系统,成像面积可达30 cm×40 cm,分辨力大于1 lp/mm,可以满足一般低能闪光照相的需要.

闪光X光机是流体动力学等研究领域必不可少的实验诊断装置,物理需求推动其向更高剂量和更小焦斑发展。叙述了几种X光二极管研究现状和关键问题，阐述了适用于不同功率水平的闪光X光机驱动源，分析了阳极杆箍缩和磁浸没二极管的应用前景，讨论了阳极杆箍缩二极管、驱动源发展方向以及实现多幅照相涉及的关键技术。

为了驱动重复频率运行高阻抗X光管，设计了基于光导开关的级联Blumlein型脉冲形成网络。采用数值模拟方法优化网络参数，从网络充电电压一致性、输出脉冲波形畸变、电压叠加效率、负载预脉冲幅值出发确定了充电电感和支撑电感设计原则。实验表明: 光导开关工作场强23.2 kV/cm，激光触发能量3.5 mJ时，阻抗约15.6 Ω的Blumlein型脉冲形成网络电压转换效率为0.71，2级级联网络电压叠加效率0.96。

设计了一台层叠Blumlein线型脉冲功率源。该脉冲源以平板型Blumlein线为储能器件, 使用4个GaAs光导开关作为脉冲形成开关, 通过4级Blumlein线层叠结构以获得更高输出电压。分别使用10 mm及3 mm间隙光导开关进行实验, 比较了PSpice电路仿真与实验结果。实验测试显示, 10 mm开关充电23.5 kV时上升沿较大, 可能的原因是偏置电场较低时开关导通时间较长。测试了不同工作电压下功率源的输出电压, 结果显示: 在10 mm间隙开关条件下, 充电23.5 kV时, 负载上得到了53 kV的高压脉冲输出; 3 mm开关充电13.9 kV时输出电压39.4 kV, 输出效率70%。实验结果表明, 随着工作场强的提高, 电压输出效率呈现先下降后上升最终趋于饱和的趋势。

为了驱动低能重复频率高阻抗X光管, 采用低感陶瓷电容构建了一套电长度约33.5 ns、阻抗约8 Ω的Blumlein型脉冲形成网络(BPFN), 在匹配负载条件下研究了采用GaAs光导开关(PCSS)作为脉冲输出开关时PCSS工作场强、激光触发能量与能量转换效率的关系。实验表明：PCSS截止场强为3.21～4.94 kV/cm, 在工作场强高于20 kV/cm时, 截止场强引起的能量损失对能量转换效率的影响不大; PCSS较高的导通电阻是影响PFN能量转换效率的主要因素, 随着工作场强、激光触发能量的上升, 能量转换效率呈指数上升趋势。

为了在高阻负载上获得高效率的重复频率平顶高压脉冲输出，开展了影响基于光导开关的Blumlein型脉冲形成网络电压传输效率因素的初步实验研究。以陶瓷电容、铝条和GaAs光导开关构成全固态Blumlein型脉冲形成网络(BPFN)，采用气体间隙进行了设计参数的验证实验，在匹配负载上研究了光导开关工作场强、激光触发能量与BPFN电压转换效率的关系。设计的BPFN阻抗7.8 Ω，电长度32.6 ns，实验表明光导开关较高的导通电阻是影响PCSS-BPFN电压传输效率的主要因素。当触发激光能量30.4 mJ，工作场强25.1 kV/cm时，获得电压效率83.2%，相应最小导通电阻1.89 Ω; 在触发激光能量3.5 mJ时，为了使阻抗为7.8 Ω的BPFN在匹配负载上达到75%以上电压传输效率，应至少使光导开关工作场强为25.1 kV/cm，相应最小导通电阻2.88 Ω。

500 kV全固态Marx发生器采用Z型电路结构，以28个最大工作电压达22 kV、满载最高连续重复运行频率达200 Hz的绝缘栅双极型晶体管组件作为脉冲控制开关，采用以金属化膜电容器和线绕电感构成的梯形脉冲形成网络作为储能和脉冲形成器件。目前已实现500 kV脉冲输出，在50 Hz的重复频率下实现数十个脉冲的猝发输出。该发生器的输出脉冲电压峰值与已有文献报道的最高功率固态Marx发生器技术指标相近，输出脉冲电流峰值提高1倍，达到1000 A，发生器输出脉冲功率峰值达到500 MW。在采用电容器作为储能元件时，此Marx发生器输出脉冲宽度可在3～10 μs范围内连续调整。

采用2种电阻率的钒掺杂半绝缘6H-SiC晶体制作了横向结构的碳化硅光导开关，分别加载不同的偏压、并使用不同能量的激光触发开展光电导实验。对比实验结果表明：高暗态电阻率的碳化硅光导开关耐压特性远远优于低暗态电阻率的碳化硅光导开关，耐压从4 kV提高到了32 kV；但高暗态电阻率的开关导通电阻也较大，导通电阻为kΩ量级，比低暗态电阻率的碳化硅光导开关的近百Ω增加了1个量级。通过激光脉冲波形与光电流脉冲波形的比较，估算出2种光导开关的载流子寿命和载流子迁移率。将这2个参数与砷化镓光导开关进行比较，推导出低的载流子迁移率是碳化硅开关导通电阻较大的主要原因。在实验和分析的基础上改进设计，研制出了工作电压超过10 kV、工作电流超过90 A的碳化硅光导开关。

为解决光导开关耐受场强的提高问题，研制了2种体结构光导开关，并进行了实验研究。两种开关均由半绝缘GaAs材料制成，一种尺寸为10.0 mm×10.0 mm×0.6 mm，电极位于10.0 mm×10.0 mm面上相对位置，电极直径6 mm；另一种尺寸为15.0 mm×15.0 mm×3.0 mm，8 mm直径电极位于15.0 mm×15.0 mm面上相对位置。测试了第1种开关在不同半高宽脉冲加载电压下的击穿电压，结果表明其最大耐受电压达7.6 kV，击穿电场127 kV/cm。对第2种结构测试了开关在直流加载条件下的暗态伏安特性并进行了触发实验，结果表明在15 kV工作电压下，其放电最大电流超过3.5 kA。

固态化是脉冲功率技术发展的新趋势。综述了中国工程物理研究院流体物理研究所在大功率固态脉冲形成线方面的研究进展，给出了基于铁电陶瓷及玻璃-陶瓷复合材料的固态脉冲形成线绝缘强度、脉冲放电特性等方面的最新结果。对基于铁电陶瓷及玻璃-陶瓷复合材料的固态脉冲形成线的脉冲特性进行了分析和探索。