强激光与粒子束
2021, 33(6): 065010
强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室(西北核技术研究所), 西安 710024
针对系统电磁脉冲效应研究需求, 项目组对“闪光二号”加速器进行了适应性改造, 以便于产生脉冲硬X射线。主要采用二次成形的水线结构, 重点进行了水开关设计, 并完成了实验调试。装置输出电压650 kV~1.3 MV稳定可调, 脉冲宽度60 ns, 前沿由改造前的80 ns缩短至改造后的30 ns, 在国内首次成功驱动串级二极管, 产生前沿29 ns、射线宽度约53 ns的脉冲硬X射线。
水线 脉冲X射线 加速器 开关 waterline pulsed X-ray accelerator switch 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015103
强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室（西北核技术研究所）, 西安 710024
设计制作了一台大功率高压恒流充电源。该电源采用全桥串联谐振恒流充电拓扑结构,实现了0～30 kV范围内输出可调,设计最大平均充电功率5 kW。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行了电路仿真和初步实验研究。实验中,使用该电源对18 μF电容实现了30 kV,0.1 Hz重频充电,充电功率约1.35 kW,目前电源已累计充放电万余次,运行稳定可靠。
脉冲功率技术 高压恒流充电 大功率 串联谐振 重频 pulsed power technology high voltage constant current capacitor charging high power series resonant repetition rate 强激光与粒子束
2015, 27(9): 095006
1 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 陕西 西安710024
2 西北核技术研究所, 陕西 西安710024
强流电子束二极管是强脉冲辐射环境模拟装置和高功率微波技术中的重要研究方向, 通过时间分辨光谱诊断研究阴极等离子体的特性是分析强流脉冲电子束二极管工作性能的可靠方法之一。 介绍了具有纳秒级时间分辨能力的光谱诊断系统及其工作原理、 系统组成和性能参数, 并阐述了低抖动同步触发系统的实现方法和时序关系。 同时, 针对强脉冲辐射模拟装置产生的强脉冲电磁辐射和强X、 γ射线辐射对光谱诊断系统造成严重干扰的情况, 设计了电磁屏蔽室和铅屏蔽室对诊断系统进行保护。 对黄铜阴极的等离子体进行时间分辨光谱测量, 实验结果表明, 随着二极管脉冲电压和电流的上升, 参与形成阴极等离子体的元素和物质成分明显增多。 该光谱诊断系统的时间分辨能力为10 ns, 最小可达2 ns, 同步触发系统的抖动小于4.0 ns, 为深入研究二极管的阴极发射机理开辟了新的技术途径。
时间分辨 光谱 阴极等离子体 辐射防护 Time-resolved Spectroscopy Cathode plasma Radioprotection 光谱学与光谱分析
2014, 34(6): 1446
西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
介绍了一种电气绝缘柔软复合材料--DMD膜，通过对膜结构的分析，设计了一种串联等效电路模型对其进行分析。运用该模型，对DMD膜在浸渍前和浸渍后两种情况下的介电常数和介电强度进行了求解并给出计算公式。从公式可以看出: DMD膜的介电常数在浸渍前后有明显的变化，浸渍后的介电常数得到了显著的提高，并且变化率较小; 浸渍后DMD膜的介电强度高于未浸渍DMD膜的介电强度。当浸渍料介电常数愈大，聚酯材料上承受的电场强度愈大，浸渍料上承受的电场强度愈小，由于聚酯材料的耐压强度很高，所以整个传输线的介电强度得到提高。
脉冲功率技术 带状脉冲形成线 DMD膜 介电常数 介电强度 pulsed power technology strip pulse forming line DMD film dielectric constant dielectric strength 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045046
西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
串级二极管悬浮电极支撑控制系统主要包括支撑结构、驱动电路和同步控制三部分。支撑结构采用基于电磁铁工作原理的支撑针，对悬浮电极进行三点定位；驱动控制采用高压脉冲电容放电驱动螺线电磁铁，使电磁铁支撑针在5 ms内移动30 mm，悬浮电极在撤去支撑的5 ms内自由落体125 μm；同步控制采用螺线电磁铁线圈信号作为同步控制初始信号，对该信号延时5 ms，触发“闪光二号”的前级触发源，启动“闪光二号”主机工作，实现螺线电磁铁与“闪光二号”主机的同步。使用该套支撑控制系统用于串级二极管前期研究，初步实现了两级间隙串联工作。
串接二极管 悬浮电极 支撑结构 同步控制 硬X射线源 series diode suspension electrode support structure synchronization control hard X-ray source 强激光与粒子束
2013, 25(11): 3073
基于金属外壳1.0 μF/40 nH/100 kV的电容器和±100 kV/200 kA气体开关，提出了电流20 MA、前沿300 ns Marx型直接驱动Z箍缩负载的脉冲功率源概念设想，共40路并联，每路为6个Marx并联驱动一条水介质传输线， Marx为18级串联。分析了关键单元（电容器和气体开关）的技术可行性，建立了PSpice电路模型，模拟计算了Marx建立时间分散性、水介质传输线阻抗对负载电流的影响，模拟结果表明：Marx建立时间分散性从10 ns增加到60 ns时，负载电流前沿从平均282 ns增加到287 ns，峰值从21.0 MA降低到19.8 MA，脉宽几乎不变；Marx建立时间分散性对负载电流的影响随着并联数目增加变小；采用4.2 Ω等阻抗传输线，负载电流最大。
快Marx发生器 Z箍缩 直接驱动 脉冲功率源 建立时间分散性 fast Marx generator Z-pinch direct drive pulsed power driver erection jitter
介绍了“闪光二号”加速器在实验运行过程中，Marx发生器、水介质同轴线和二极管的常见故障。Marx发生器200 kV气体开关、水介质同轴线的主开关和预脉冲开关、二极管阴极表面电场和阴阳极间隙等是各部分出现故障的主要原因，针对故障采取相应的维护措施和注意事项，可实现“闪光二号”加速器正常稳定的运行。
闪光二号加速器 运行维护 故障分析 表面电场 间隙 Flash-Ⅱ accelerator operation maintenance fault analysis surface electric field gap
分析了用于纳秒脉冲电流测量的微分环标定难点，提出微分环现场标定方法。通过脉冲形成线脉冲充电以解决微分环标定中信噪比较低、可信度较差等问题；分析了脉冲形成线充电时间、充电电压及脉冲形成开关击穿电压等回路参数对标定结果的影响。基于闪光二号加速器，对测量二极管电流的微分环进行了现场标定，前级隔离开关平均击穿电压为25 kV时，微分环标定回路电流达到1.3 kA，微分环灵敏度为9.31×1010，方差为0.15×1010。
微分环 分布参数 现场标定 信噪比 脉冲形成线 differential ring distributed parameter field calibration signal-to-noise ratio pulse forming line
以闪光二号加速器为研究平台, 建立了微分环阵列和Rogowski线圈同时监测二极管电流的方法, 监测了二极管绝缘体表面的滑闪现象。根据电流探头测量结果的差异, 分析了绝缘体滑闪对电子束流参数的影响。二极管绝缘体出现滑闪, 位置附近的微分环波形严重畸变, 其它位置的微分环和Rogowski线圈测量结果基本一致。采用距离滑闪位置较远的微分环结果处理二极管束流参数, 相对于不出现滑闪时的结果, 束流强度和总能量没有明显的变化。绝缘体滑闪沿面局部放电, 能量损失较小, 尚未对电子束流造成较大影响。
强流二极管 绝缘体 滑闪 微分环阵列 电子束 high current diode insulator flash B-dot array electron beam
