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
为了满足“闪光二号”加速器材料热力学效应研究的新需求, 设计了一套电容器储能型脉冲强磁场装置。装置主要由储能电容器、半导体放电开关、磁场线圈及高压恒流充电源组成。磁场线圈中心处最大磁感应强度可达5 T, 并且可以通过调整磁场线圈与二极管的相对位置实现磁透镜比的调节。通过理论计算和数值模拟相结合的方法对脉冲强磁场的关键参数进行了分析, 然后进行了脉冲强磁场的工程设计, 最后使用该强磁场装置进行了实验研究。强磁场实验中, 当储能电容器充电21 kV时, 在磁场线圈中心处获得了5.3 T脉冲强磁场。
脉冲强磁场 “闪光二号”加速器 热力学效应 磁感应强度 pulsed magnetic field generator Flash-Ⅱ accelerator thermodynamic effect magnetic induction intensity 强激光与粒子束
2017, 29(6): 65005
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
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
确定了利用全吸收法测量硬X射线能注量的技术方案,阐述了能注量测量的基本原理。结合实际测量环境,选择光电管和高密度硅酸镥闪烁体作为测量系统,分析了各个测量组件参数的影响因素。利用蒙特卡罗程序模拟了硬X射线在闪烁体中能量沉积的轴向分布,并计算了光子的透射率,据此确定了硅酸镥闪烁体的厚度为20 mm。完成了准直系统和电磁屏蔽系统的设计,增加了信噪比。
脉冲硬X射线 能注量 闪烁探测器 硅酸镥闪烁体 pulse hard X-ray fluence scintillation probe LSO scintillator 强激光与粒子束
2016, 28(1): 014006
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
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
针对目前脉冲硬X射线源能谱硬、辐照面积小、辐射场电子份额高无法开展系统电磁脉冲效应实验研究的技术难题，提出了采用复合薄靶软化脉冲硬X射线能谱、降低电子份额的方法。采用MCNP程序数值模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律，分析了复合靶结构和材料厚度对X射线能谱、电子份额的影响。以“闪光二号”加速器为电子束源，设计了复合薄靶、X射线窗。实验得到的X射线参数：平均能量121 keV;均匀性2∶1情况下，700 cm2平均剂量40 rad(Si)，500 cm2平均剂量170 rad(Si);光子数与电子数的比值大于103，可以开展系统电磁脉冲效应初步实验研究。
轫致辐射 脉冲硬X射线 能谱 复合靶 系统电磁脉冲 bremsstrahlung pulsed hard X-ray energy spectrum composite converter system generated electromagnetic pulse
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
通过短接电极间隙，开展了3 MV多级多通道缩比开关不同间隙级数和单独触发间隙的自击穿特性分析，结果表明：自击穿电压随电极间隙距离不是线性增加，与Bradley经验公式存在差距。采用Ansoft软件模拟了实验开关不同级数的电场分布，得到不同级数开关电场分布的不均匀系数。结合缩比开关自击穿实验数据、Bradley经验公式和电场分布不均匀系数，在Bradley经验公式中加入开关作用时间因素和电场不均匀系数，得到一个Bradley外推公式，能较好地反应多级多通道气体开关的自击穿电压，使3 MV实际开关自击穿电压理论值与实验值误差减小到5%。
多级多通道开关 缩比开关 自击穿特性 Bradley经验公式 multi-stage multi-channel closing switch reduced-model switch self-breakdown characteristics Bradley empirical formula
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
