中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
介绍了神光-Ⅲ主机装置能源系统的功能要求、组成结构和设计方法，以及关键单元器件的功能要求和设计方法。该系统是片状放大器系统的重要组成部分，由6个束组共108套最大储能为1.2 MJ的能源模块组成，总储能达到110 MJ（最大130 MJ）。每套模块产生一个脉宽610 μs(10 %峰值)的电流脉冲，驱动10组、共20支氙灯，为片状放大器提供泵浦能量，峰值电流为0.25 MA。目前投入试运行的36套能源模块的各项电气性能指标满足设计要求，能确保片状放大器小信号增益系数达到5.0%/cm，为片状放大器提供足够的泵浦能量，满足激光器的能量需求。
神光-Ⅲ主机 预电离 单点接地 阻尼元件 气体开关 SG-Ⅲ laser facility pre-ionization single point grounding approach damping element gas spark switch 强激光与粒子束
2014, 26(5): 050201
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
针对强激光能源系统对Marx触发器的输出性能和可靠性要求，介绍了一种六级的Marx触发器。通过采用多级低电感脉冲形成电路获得了高幅值、陡前沿的输出脉冲，运用实验与概率分析相结合的方法，确定了它的工作参数。实验研究结果表明：这种Marx触发器的误触发率和触发气体开关成功率均符合两参数的威布尔概率分布；当欠压比为65%、工作电压为13.5 kV、工作气压(绝压)为0.35 MPa时，能输出幅值120 kV、前沿20 ns的电压脉冲;该触发器能同时满足误触发率低于0.000 1%，正常触发成功率高于99.999 9%的技术要求。经过长时间现场运行测试，Marx触发器工作良好，无异常现象。
Marx触发器 气体火花开关 威布尔分布 静态击穿电压 强激光能源系统 Marx trigger gas spark switch Weibull distribution static breakdown voltage high power laser system
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 6219001
2 华中科技大学 电气与电子工程学院, 武汉 430074
为大型激光装置能源模块研制了一种采用石墨电极的两电极气体开关, 阐述了石墨应用于高能两电极气体开关的技术关键, 对气体开关中气体间隙的最优结构进行了电场强度分析。参考美国国家点火装置(NIF)能源模块中ST-300气体开关的已知参数, 对研制成功的石墨型两电极开关进行了电气特性试验, 证明了石墨型气体开关能够实现峰值电流达300 kA以上, 单次转移电荷量100 C以上, 寿命超过1 000次, 满足1.2 MJ大型激光装置能源模块的工程技术要求。
脉冲功率技术 气体开关 电极 转移电荷量 pulsed power technique spark gap switch electrode transfer charge 强激光与粒子束
2010, 22(12): 3034
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安 710049
研制了大电流、大库仑两电极气体开关,并研究了其静态特性,给出了开关自击穿概率拟合公式。结果显示:自击穿电压与工作气压基本呈线性递增关系;随着气压的升高,自击穿电压的分散性逐渐增大。数值模拟和实验对比显示,开关自击穿电压的分散性基本满足两参数威布尔分布。该项研究成果能够为选择开关的工作电压及充气压力提供参考,以满足能源系统可靠性的要求。
气体开关 脉冲功率技术 自击穿电压 spark gap switch pulse power technology self-breakdown voltage
1 中物院激光聚变研究中心,绵阳,621900
2 中国电子科技集团十四所,南京,210013
在神光Ⅲ原型棒状放大器能源系统中,采用LC串联谐振变换器构成的软开关式恒流充电单元设计了高精度充电机.同时,基于RLC串联谐振电路的临界阻尼特性,设计了脉冲成形单元.分析了氙灯非线性解决办法及内触发点灯方式的可靠性,得出了脉冲氙灯线形等价和触发脉宽影响点灯可靠性的结论.采取计算机远程集中控制的控制策略,使得该系统控制安全高效.设计的20套能源模块完全符合用户要求,说明该方案具有可行性.
能源系统 充电单元 脉冲成形单元 电容 电感 内触发
1 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
2 华中科技大学,电气学院,武汉,430074
设计了一个两电极气体火花开关,开关的主体部分仅包括阴极、阳极两个主电极,以及金属外壳和绝缘支撑外壳,两电极结构取消了触发极,消除了由于触发极烧蚀影响开关寿命的问题.开关设计工作电压23 kV,单脉冲能量1.2 MJ,峰值电流300 kA,单次脉冲电荷转移量110 C.初步试验阶段开关工作电压达到15 kV,开关的通流180 kA,电荷转移量为47.85 C.开关触发性能可靠,电极烧蚀均匀.
大功率固体激光器 高库仑量 大电流 气体火花开关 两电极
1 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
2 中国工程物理研究院,激光聚变研究?行?四川,绵阳,621900
由于引燃管难以满足现在能源系统对放电开关承受大电流的要求,因此研制了大电荷转移量两电极气体开关.这种新型气体开关电极间距可调,无触发极,采用同轴结构,并将主电极置于金属腔体内,减少了放电对绝缘支撑的污染.主电极为铜钨合金材料,设计为平顶圆柱状,以提高烧蚀均匀度和热传导效率,减少电极材料喷溅,延长其寿命.绝缘支撑采用碗状结构,提高了机械强度,增加了沿面击穿距离.该开关工作电压达25 kV,放电电流超过100 kA(脉冲宽度600 μs),单次脉冲电荷转移量达50 C.实验结果显示该气体开关触发性能稳定,电极表面烧蚀均匀,多次大电流实验后电极表面保持完好,可应用于强激光能源系统.
脉冲功率技术 气体开关 电极 结构设计
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
片状放大器系统是高功率激光装置中最重要的能量和功率来源。主要分析高功率激光驱动器中片状放大器的能量传输和转换问题。放大器中能量转换主要通过储能模块、脉冲氙灯、抽运腔和增益介质等单元实现。通过理论模拟和实验的方法,结合原型装置(TIL)片状放大器,详细研究了不同能量转换环节的效率对放大器整体性能的影响。研究表明,目前原型装置所使用的激光片状放大器通过初步的优化设计,已经达到了5%/cm的小信号增益系数,满足了装置要求。但由于受到关键单元器件加工技术的限制,并没有达到最优化的设计指标。高效率放大器不仅是考虑放大器设计和运行成本的需要,更是保证放大器系统稳定高效运行的需要。
激光技术 片状放大器 小信号增益系数 能量传输 氙灯
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
实验研究了脉冲氙灯在高负载条件下掺铈石英玻璃管壁的特性,并对实验结果进行了分析。在氙灯的输入能量为爆炸能量的60%的高负载条件下进行实验,随着运行发次的增加,氙灯的电极出现龟裂;氙灯灯管内壁出现白色花纹、块状乳白色积淀物和丝状裂纹;石英玻璃释放出的氧气使管内气体的高频火花放电颜色由紫蓝色变为绿色。放电过程中,灯管主要受冲击波和热负载两方面的作用。通过对冲击波和热负载对灯管作用机理和实验结果的对比分析得出,热负载是氙灯灯管内壁出现圆环形丝状裂纹等现象的主要原因,冲击波会加速灯管的破裂。
激光技术 氙灯 管壁特性 冲击波 热负载 丝状裂纹
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
研究了电抽运参量对大尺寸脉冲氙灯光效的影响,包括预电离点灯以及抽运脉宽两方面内容.研究结果表明:预电离技术可以使氙灯光效增加约7.8%;而抽运脉宽变窄50μs时,有效光输出能量却增加了2.0%.
激光技术 氙灯 光效 预电离 抽运脉宽
