研制了一台用作脉冲中子源的稠密等离子体焦点装置(DPF), 其放电室为Mather型结构。介绍了整个装置的工作原理及系统组成, 详细论述了放电室的设计方法。实验结果表明, 在550~600 Pa充氘压力范围下, 当储能电容充电电压大于19 kV时, 装置的平均中子产额大于5.0×108(D-D)中子/脉冲, 中子脉冲宽度(FWHM)为(40±5) ns。该装置能用于中子、伽马辐射诊断中探测系统灵敏度实验研究, 也可用于开展快中子照相、中子活化分析以及单粒子效应等方面的研究工作。

研制了用于稠密等离子体焦点的强流装置，该装置采用八台低电感低内阻脉冲电容器和八个低感大电流、可控触发高压开关并联组成初级储能模块，高压开关同步击穿后产生μs级强电流经平行板传输线加载到负载。脉冲电容器和高压开关采用一体化设计，结构紧凑，使脉冲电容器与高压开关间的连接电感尽可能小；平板传输线为扇形结构，一个扇形平板传输线连接一个高压开关，平行板传输线可以将电感做得较小，有利于大电流回路的传输。在脉冲电容器充电20 kV时，假负载上可以得到500 kA的电流，电流上升时间约为3.7 μs。

高能量亚纳秒脉冲X射线可用于精确定标辐射探测系统的时间响应特性和探测灵敏度, 对于脉冲辐射场诊断技术研究具有重要意义。研制了一种小型化、可移动的亚纳秒脉冲X射线源, 装置占地区域尺寸为1.2 m×40 cm, 重142 kg。设计了双锥形绕组同轴结构变压器, 采用新颖的三谐振变压技术, 将纳秒脉冲形成线充电至520 kV, 通过油介质自击穿开关放电, 输出370 kV, 3.8 ns的高压脉冲。设计了多级过匹配传输线提升输出电压, 并利用油介质peaking-chopping开关进行脉冲压缩, 产生了峰值520 kV、半高宽0.5 ns、功率1.8 GW的高压脉冲。基于Child-Langmuir定理, 设计了刀刃阴极X光管, 在520 kV电压下的运行阻抗为150 Ω, 管前20 cm处的X射线峰值能量注量率约为1×1016 MeV·cm-2·s-1, 累积照射量为4.1 mR。

介绍了一种用于丝阵 Z箍缩(Z-pinch)内爆实验研究的脉冲放电模块的设计。模块基于直线型变压器驱动器 (LTD)技术, 包含 34个放电支路, 通过 4个铁基非晶磁芯耦合。每支路由 2个 40 nF电容器和 1只 4间隙串联气体开关组成, 回路电感为 220 nH。设计了水电阻负载检验模块输出性能, 在匹配状态下, 负载上的输出电流峰值 916 kA, 上升时间 99.8 ns。设计了磁绝缘传输线将输出脉冲传输至 Z-pinch丝阵负载, 并利用“零维模型”对 LTD模块和负载的耦合放电进行了模拟计算。结果显示, 丝阵负载上的放电电流峰值可达 960 kA, 上升时间为 114 ns。

介绍了面向Z箍缩驱动聚变裂变混合堆（Z-FFR）能源的重复频率800 kA快上升沿的线性变压器驱动源（LTD）模块的设计和测试。LTD模块由34组RLC电路组成,每组包含2台100 kV/40 nF脉冲电容器、1个多间隙气体开关和非晶磁芯。研制的模块可以在匹配水电阻负载上以0.1 Hz的重复频率输出上升沿约100 ns的800 kA的电流脉冲。采用了一个高压触发信号来触发整个模块的新触发方式,将外触发信号通过模块内布置的角向传输线等网络同时到达并触发所有的高压开关,实验结果表明采用一路140 kV、25 ns前沿的触发脉冲可以可靠地触发整个模块。为了保证LTD模块每10 s输出一个80 kV/800 kA的电流脉冲,非晶磁芯的去磁复位采用了一个5.2 kA、脉宽30 μs的电流脉冲,其运行频率为0.1 Hz。模块采用的多间隙气体开关运行寿命超过10 000次,其抖动小于3 ns。

设计了用于Z箍缩丝阵实验的重频LTD驱动器,含6路并联模组,每组由8个0.8 MA原型模块串联组成,全真空结构。原型模块采用全新的单路触发和电感隔离技术,触发难度和重频运行可靠性得到显著优化。利用电路模拟程序对驱动器进行了仿真计算,结果表明: 在初始半径1.2 cm、线质量1 mg/cm的Z箍缩负载上,驱动器的输出电流峰值可到5.2 MA,前沿91 ns; 负载内爆最大动能78 kJ,从电容储能至负载动能的转化效率为11.7%。该驱动器预期将获得高达20%~30%的辐射能量效率,可为Z箍缩物理研究提供高效的实验平台。

设计了基于弧形Blumlein 脉冲成形网络(Blumlein PFN)的LTD型重复频率长脉冲功率模块。该模块将四路阻抗均为24 Ω的弧形Blumlein PFN对称分布在LTD外筒圆周上, 连接于LTD的初级绕组上, 并采用两个激光触发放电开关同步驱动, 整个脉冲功率模块结构紧凑, 缩短了高压馈线和开关引线长度, 有利于形成良好脉冲波形。在此基础上研制了两模块重复频率长脉冲功率源, 实验结果表明, 研制的长脉冲功率源在5 Hz重频运行时假负载上输出脉冲幅值约为260 kV, 脉冲功率达到5.2 GW, 脉冲宽度约170 ns。

研制了一台紧凑型纳秒高压脉冲发生器。该发生器主要由铁芯变压器、脉冲形成线、油间隙自击穿开关组成。在变压器和形成线之间加入了一个50 pF的谐振电容和1.15 mH的谐振电感, 通过三谐振设计, 使发生器在不降低输出电压的情况下, 降低了变压器次级绕组的电压, 实现了脉冲发生器小型化。对该发生器进行了详细的设计、模拟和实验, 结果表明: 该发生器可在二极管上输出峰值约500 kV、脉宽2.2 ns的高压脉冲; 电子束二极管产生的X射线在距二极管靶窗20 cm处辐射剂量为20 mR, 可用于辐射探测系统闪烁体的时间响应测量。

为研究百纳秒脉冲下两种典型的绝缘材料(尼龙和有机玻璃)在气体中的沿面闪络特性，设计了百纳秒脉冲沿面闪络实验平台。通过实验研究了绝缘材料的闪络电压随气体气压、闪络距离、等物理因素的变化规律，实验表明：闪络电压随着气压的增加而增加，但是闪络场强随着闪络间距的增加而降低；在相同条件下，有机玻璃的闪络电压比尼龙高。同时通过沿面闪络实验，得到在百纳秒脉冲下不同气压、不同闪络间距的闪络电压值。