研制了一种用于测量强流脉冲电子束束流均匀性的微型法拉第筒阵列, 其直径为22 mm, 由5个微型法拉第筒组成, 最大可测束流密度为38 A/mm2。利用该系统测量了二极管阳极靶面的束流密度, 得到了阳极靶面束流均匀性的分布情况。结果显示, 阳极靶面中心处束流密度高于靶面其他位置, 靶面束流存在弱箍缩, 束流局部均匀, 大面积不均匀, 束流密度呈径向分布。该结果与理论预期和仿真计算符合较好。

在杆箍缩二极管工作前预先填充一定密度的等离子体，可以改善二极管特性，从而提高二极管出射X射线的剂量率。建立了预充等离子体的杆箍缩二极管的粒子模拟模型，通过收集轰击到阳极上的电子，诊断其轴向分布，可以给出不同时刻的束流箍缩特性。利用“剑光一号”加速器低阻抗状态(1 MV/9 Ω/40 ns)开展了预充等离子体的杆箍缩二极管实验研究。预充适当密度的等离子体后，二极管阻抗降低到10 Ω，X射线辐射剂量从0.76 mGy提高到3.19 mGy，侧向焦斑从9 mm降到4 mm。模拟结果和实验基本符合。

快放电直线型变压器 (FLTD)直接驱动阳极杆箍缩二极管(RPD)技术的紧凑型闪光照相装置是当前研究的热点。采用数值模拟(PIC)方法，建立了40级串联FLTD的粒子模拟模型，研究了不同触发时序下次级分别为正、负极性时的输出特性；在此基础上，初步模拟了RPD在4 MV电压下的箍缩特性。结果为：在脉冲源参数和负载相同的情况下，次级MITL内筒为正极性时的阴极传导电流比例明显低于负极性情况；在脉冲源输出电压4 MV时，RPD电子束箍缩良好，电子束的轴向分布较为集中，38%的电子束沉积在距离针尖1.5 mm的区域。

研制了一种用于快Marx发生器的三电极场畸变结构的气体轨道开关, 针对3种不同的绝缘介质N2、干燥空气和SF6/Ar混合气体开展了轨道开关的自击穿特性和触发特性研究。结果表明:轨道开关的自击穿电压与气压基本呈现线性关系, 并且在相同实验条件下, 相对于N2和干燥空气, 当绝缘介质为SF6/Ar混合气体时, 轨道开关具有工作电压范围宽、工作系数低、触发击穿延时短、抖动小的优点。采用数码相机拍摄了开关导通过程中形成的放电通道积分图像, 初步研究了绝缘介质、电流大小等因素对开关形成多通道的影响。结果表明:提高触发电压、充电电压和放电电流及采用SF6/Ar混合气体均能够有效增加放电通道数目。

根据脉冲驱动源和负载参数, 提出了3 MV感应电压叠加器磁感应腔的设计指标为1.2 MV/70 ns。由感应腔的电流传输效率和真空同轴线绝缘要求, 确定了磁芯的几何尺寸; 研制了矩形比为0.5的预退火非晶磁环, 明确磁环数量不少于6只; 在30 T/s时, 实验测量的最大脉冲相对磁导率与饱和波模型计算结果相当; 估算磁感应腔的等效激磁电感约为7.3 μH, 涡流损耗电阻约为139 Ω。根据临界击穿场强的经验公式, 采用电场数值分析方法, 确定了磁感应腔的电气结构; 实验验证了磁感应腔设计有效性; 建立了基于磁感应腔的3 MV感应电压叠加器全电路模型, 阳极杆箍缩二极管电压、电流计算波形, 与实验结果基本相符。

研制出了一种用于强脉冲γ射线能谱测量的能谱仪, 在感应电压叠加器实验平台上, 测量了阳极杆箍缩二极管产生的强脉冲γ射线能谱。选择适合强脉冲γ射线测量的Si-PIN探测器阵列和铅过滤片作为测量系统, 通过在能谱仪的前部放置不同厚度的铅衰减片, 测量了感应电压叠加器的强脉冲γ射线的强度。理论计算了不同能量的光子经过不同厚度的铅衰减片以后在探测器阵列上的能量沉积, 得到了探测器的灵敏度曲线。利用探测器上的理论计算的电荷量和实验波形的对应关系, 求解了该加速器的能谱。光子的最高能量约为1.44 MeV, 平均能量为0.68 MeV, 其中能量在0.4~0.8 MeV范围内的光子数最多, 占74.3%。

介绍了自行研制的用于闪光照相且基于感应电压叠加器和阳极杆箍缩二极管的X射线源的组成、结构和主要参数。输出电压3 MV的Marx发生器给阻抗7.8 Ω水介质脉冲形成线充电,产生脉宽约70 ns,电压约1 MV的高功率脉冲,经过峰化开关和预脉冲开关后分成3路馈入三级感应电压叠加器感应腔进行电压叠加,感应电压叠加器次级采用真空绝缘传输线,阻抗从40 Ω变成60 Ω,驱动阳极杆箍缩二极管,二极管阴极为石墨,阳极为直径1.2 mm的钨杆,石墨阴极产生的电子束在电流自磁场作用下发生箍缩,轰击阳极,产生小焦斑脉冲Ｘ射线。该装置在Marx充电电压为±35 kV时,二极管电压约2.0 MV,二极管电流约为50 kA,半高宽约80 ns;X射线半高宽约为40 ns,剂量约为28 mGy,焦斑约为0.95 mm。利用该X射线源拍摄到了炸药爆炸产生的层裂碎片不同飞行时间的图像。

介绍了"闪光二号"加速器产生的高功率离子束在漂移管中的传输实验.对比了采用中性化措施前后的传输情况,分析了中性化措施对离子束束斑半径、束流均匀性的影响.根据实测的二极管电压模拟得到了传输一定距离后的束流波形,与实测结果符合较好.采取适当的中性化措施后,高功率离子束可以有效传输80 cm以上,束流发散得到抑制,束流均匀性得到改善.

利用脉冲高压陶瓷电容器和高气压小间隙开关,研制了60 kV同轴式高压快沿脉冲源.利用自行研制的薄膜式电容分压器和同轴式电阻分压器对快沿脉冲源的输出参数进行测量,分析了薄膜式电容分压器的测试原理,对电容分压中二级电阻分压器元件的参数进行了优化.当脉冲源负载为50 Ω时,测得脉冲源输出电压的前沿小于2.3 ns,半高宽约28 ns,符合IEC电磁脉冲的最新标准.

主要研究了阴阳极等离子体运动对"闪光二号"加速器强箍缩离子束二极管束流特性的影响.给出了考虑阴阳极产生的等离子体运动对二极管间隙影响的Child-langmuir流、弱聚焦流、强聚焦流和饱和顺位流4个阶段的离子流和二极管总束流修正公式,利用这些修正公式计算的二极管总束流和离子束流强度与实测结果符合很好,在此基础上分析了提高离子束流强度和效率的方法,通过调整加速器参数,实验得到了峰值能量约500 keV,峰值电流约160 kA的高功率离子束.