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
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
1 国防科学技术大学,系统工程研究所,湖南,长沙,410073
2 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
自愈式金属化膜脉冲电容器广泛应用于各类激光装置的能源系统中,它的可靠性直接影响到系统的可靠性与运行费用.在参考国外相关研究方法的基础上,分析了金属化膜脉冲电容器的失效机理,提出了一种新的耗损失效模型Gauss-Poisson模型,该模型将电容器的损耗分成自然损耗和突发损耗,与脉冲电容器传统的寿命分布模型Weibull模型相比具有预测更为精确的特点,而且基于该模型的寿命试验具有设计简单、时间较短、费用较低等优点,是一种较好的退化失效模型,应用前景较为广阔.
脉冲电容器 可靠性 耗损失效 惯性约束聚变 激光装置 Pulse capacitors Reliability Degradation failure Inertial confinement fusion Laser facility
中国工程物理研究所,汽船光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
分析了高功率固体激光能源系统新型放电回路中引燃管的自闪原因,提出引燃管同轴安装结构,利用同轴结构的负反馈作用,把放电电流控制在引燃管中央;同时利用同轴结构的电场屏蔽作用,进一步减少水银在管壁的凝结.在4×2×3片状放大器2000发次的运往中,引燃管没有发生自闪现象.
高功率激光 能源系统 引燃管 自闪 同轴结构 High power laser Power conditioning system Iignitron Prefire Coaxial structure
中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
对4×2片状放大器能源系统整个充放电过程中的几种电磁干扰进行了详细的分析比较,针对这些电磁干扰,采取储能电容器一端接地、整个能源模块单点接地、预电离屏蔽以及光纤隔离等防干扰措施,消除了4×2片状放大器能源系统的电磁干扰,使整个系统运行安全、稳定、可靠.
4×2片状放大器 能源系统 电磁干扰 接地 屏蔽 隔离 4×2 Multi-segment amplifiers Power system Electromagnetic interference （EMI） Grounding Shielding Isolation 强激光与粒子束
2004, 16(11): 1413
中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳,621900
评述了激光聚变主放大器能源系统的演变过程.在简要评述传统能源系统的基础上,重点指出目前正朝向建立大型的能源组件实现模块化的方向发展,以减少系统元件数目,降低造价.结合NIF和神光Ⅲ原型能源模块的设计思路,述评了减少元件数目、降低造价、建造大型储能模块,以及采用大容量转换开关所带来的技术挑战和解决办法.同时指出开展能源单元技术(包括性能、风险、价格)研究是十分必要的.
能源系统 金属化膜电容器 储能 高功率开关 激光 Power conditioning Metallized film capacitor Energy storage High power switch Laser
中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
从理论上分析了强激光能源系统新型放电回路能量传输效率和氙灯能量分配均匀性问题,给出了预电离回路的实验研究结果,此外还介绍了新型大尺寸氙灯爆炸能量的测试情况.
强激光 能源系统 放电回路 预电离技术 high power lasers power conditioning system discharge circuit pre-ionization
