在“剑光一号”上搭建了二极管平台, 理论估计了二极管阻值, 进行了平板二极管阻抗和束流分布测量实验。结合法拉第筒阵列测得的束流密度分布、粒子模拟 (PIC)仿真结果对二极管阻抗特性进行了全面的对比分析。结果表明, 二极管工作于弱箍缩状态, 阻抗阻值略低于估计值, 阻抗曲线、法拉第筒波形以及束流箍缩程度三者间存在高度的相关性。当阻抗曲线处在前端(导通前)和末期(崩溃段)时, 束流均处在未箍缩期间, 法拉第筒信号无有效数据; 阻抗曲线处在平区时, 二极管工作平稳, 束流箍缩情况和法拉第筒信号稳定, 阳极边缘处的法拉第筒波形呈现双峰, 与束流箍缩运动情况相符。

以强流脉冲电子束为研究对象, 提出了一种基于离散时间、限定靶面位置, 通过测量靶面不同时刻入射角分布, 利用蒙卡程序计算得到电子束的能量(r,z)二维分布沉积值的方法。给出了典型弱箍缩平板二极管(电压峰值700 kV、阻抗7 Ω)阳极靶面不同位置时域的能量沉积值, 分析了(0,0°), (25 mm,135°), (36 mm, 270°)三个位置纵切剖面的能量沉积特性, 结果表明: 在各个时间段内电子束入射能量确定的情况下, 能量沉积特性与入射角呈现相关性, 仿真结果与实验结果符合较好, 偏差均小于10%; 距阳极靶心25 mm以外的靶面位置, 受束流箍缩影响, 入射角分布变化较大; 当入射角较小时(小于40°), 强流电子束能量沉积峰值深度约0.2 mm; 当入射角超过40°时, 能量沉积峰值深度减小到0.1 mm左右; 而阳极靶心位置附近, 受束流箍缩影响较小, 这些位置的能量沉积特性更接近于小角度入射角情形。

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。

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。

对电子束能量沉积剖面的变化规律进行了解释, 给出了由能量损失函数和能量沉积效率函数之积表示的定性的能量沉积函数表达式。在此基础上, 给出了一种关于能量沉积剖面的电子束等效入射角计算方法, 分析了方法所带来的影响和适用的范围, 采用蒙特卡罗方法对等效结果进行了验证。证明该方法优于入射角的算术平均, 尤其在靶材浅层与混合束符合较好。

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。