西北核技术研究院 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安 710024
介绍了西北核技术研究院研制的4 MV脉冲X射线闪光照相装置（“剑光二号”）系统组成和实验结果。装置基于感应电压叠加器(IVA)驱动阳极杆箍缩二极管（RPD）技术，主要由前级脉冲功率源、感应电压叠加器和RPD等组成。前级脉冲功率源由两台3.2 MV低电感Marx发生器和四路同轴水介质线组成。每台Marx同时给两路脉冲形成线（特征阻抗6 Ω、电气长度30 ns）充电，充电峰值时间约370 ns。每路水介质线采用两级脉冲压缩，为感应腔馈入约1 MV/160 kA/60 ns电脉冲。电触发SF6气体开关、自击穿水开关分别用作主同步开关和脉冲陡化开关。感应电压叠加器采用四级1.5 MV感应腔串联，每级感应腔采用单点馈入结构。次级采用真空绝缘传输线实现电压叠加和功率传输，特征阻抗由30 Ω线性增大至120 Ω。采用4 MV电压下综合性能较优的RPD来产生强脉冲X射线。装置目前达到技术指标：输出电压4.3 MV、脉冲前沿(10%～90%) 21 ns、半高宽约70 ns、二极管电流85 kA，X射线半高宽约55 ns，整机延时（从Marx触发器输出到X射线产生）约749 ns，标准偏差约7 ns。当RPD阳极采用直径2 mm钨针时，正前方1 m处剂量约15.5 rad(LiF)，正向焦斑约1.4 mm。
X射线照相 感应电压叠加器 阳极杆箍缩二极管 感应腔 脉冲形成线 flash X-ray radiography induction voltage adders rod pinch diode induction cavity pulse forming lines 强激光与粒子束
2020, 32(2): 025013
1 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
2 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
针对25 μm 2605TCA非晶涂层、25 μm 2605SA1非晶夹膜和50 μm DG6硅钢夹膜三种材料和工艺磁芯，对比研究了不同激磁条件下的磁化特性。结果表明：改变磁芯激磁条件，磁通密度变化量(ΔB)几乎不变，DG6硅钢夹膜磁芯和2605TCA非晶涂层磁芯ΔB均为3.1 T，2605SA1非晶夹膜磁芯ΔB仅为2.4 T；不同激磁条件下，相对磁导率变化较为明显，三种磁芯相对磁导率均随激磁特征参数的增加而迅速减小，当激磁特征参数由67 V/(cm2·ns)增加至129 V/(cm2·ns)时，2605SA1非晶夹膜磁芯最大相对磁导率由1800减小至1200，2605TCA非晶涂层磁芯最大相对磁导率由1100减小至400，相同激磁特征参数下2605TCA非晶涂层磁芯相对磁导率小于2605SA1非晶夹膜磁芯相对磁导率；DG6硅钢夹膜磁芯在快脉冲条件下磁化性能较差，最大相对磁导率仅为130。
快放电直线型变压器 非晶磁芯 快脉冲 磁化特性 激磁电压陡度 相对磁导率 fast linear transformer driver magnetic core fast pulse magnetizing property voltage gradient relative permeability 强激光与粒子束
2018, 30(7): 075001
西北核技术研究所 强脉冲辐射模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
提出一种多级串联共用腔体新结构快脉冲直线变压器驱动源(FLTD),每级采用一个不包围磁芯支路和角向传输线实现单级感应腔同步触发,引入一路外触发脉冲实现共用外腔体的多级串联FLTD按理想感应电压叠加器(IVA)时序触发。三级串联共用腔体FLTD和常规三级串联FLTD的等效电路和三维电磁模型初步计算结果表明,新结构FLTD与常规结构FLTD具有相同的输出性能。采用新结构可大幅降低Z 箍缩ICF/IFE FLTD驱动源的触发与充电要求,具有重要工程应用价值。
Z箍缩ICF/IFE FLTD驱动源 大规模开关同步触发 角向传输线 感应腔 IVA触发时序 Z-pinch ICF/IFE fast linear transformer driver large-scale gas switches in synchronization azimuthal line cavities IVA triggering sequences 强激光与粒子束
2017, 29(2): 025001
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
研制了一种电晕放电均压的小型多间隙串联气体开关, 分析了电晕放电在开关工作过程中的作用, 开展了开关自击穿特性、电晕放电伏安特性、针尖烧蚀以及开关寿命测试等特性实验。结果表明: 老练后开关自击穿电压标准偏差小于3.5%, 电晕均压效果明显; 随着放电次数增加, 电晕针尖逐渐钝化, 触发性能变化不大; 开关电晕放电电流随耐受电压升高增大, 增长趋势逐渐变快; 开关充400 kPa干燥空气, ±100 kV工作电压下开关放电50 000次以上, 触发性能稳定, 触发击穿时延抖动约4.3 ns, 自放电概率低于1×10-4。
快脉冲直线变压器驱动源 多间隙串联气体开关 自击穿 伏安特性 电晕放电 烧蚀 fast linear transformers driver multi-gap gas switch self-breakdown voltage-current characteristics corona discharge needle erosion 强激光与粒子束
2016, 28(7): 075009
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
建立了包含开关放电分散性的电路模型，模型通过电压控制开关和自击穿开关模型的结合，可对开关抖动及支路间放电的相互影响进行模拟，利用研制的300 kA单级直线型变压器驱动源(FLTD)模块进行了实验验证，模拟结果与实验相吻合。进而针对设计的20支路FLTD模块建立了电路模型，模拟分析了模块支路开关放电分散性对输出电流峰值和上升沿的影响，模拟结果表明，开关抖动小于5 ns时对模块输出影响较小。
直线型变压器驱动源 同步放电 触发 多间隙串联气体开关 linear transformer driver synchronously discharge triggering multi-gap gas switch 强激光与粒子束
2014, 26(10): 105001
1 西安交通大学 电力设备与电气绝缘国家重点实验室， 西安 710049
2 西北核技术研究所， 西安 710024
参照研制成功的300 kA直线变压器驱动源单级感应腔的物理设计和电气参数，在考虑气体开关火花通道电阻、放电支路间电磁耦合、磁芯磁滞及饱和特性、次级功率传输的情况下，建立了较完备的单级感应腔电路模型。实验验证了模型的有效性，感应腔正常输出和单支路开关自放电时模拟结果与实验波形均吻合较好，表明模型可以模拟腔内电气元件异常时感应腔的工作特性。
直线变压器驱动源 感应腔 电路模型 开关模型 磁芯 linear transformer drivers induction cavity circuit model switch model magnetic core
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室， 西安 710049
2 西北核技术研究所， 西安 710024
设计了一种用于直线变压器驱动源的三电极场畸变气体火花开关。开关采用SF6气体绝缘，开关尺寸和电感较小，实测开关电感约为67 nH。在工作电压±80 kV、工作系数为70%时，开关触发时延为40.0 ns，抖动约2.8 ns。对比研究了钨铜合金和黄铜两种电极材料对开关静态和触发击穿特性的影响，研究结果表明：铜钨合金电极开关的自击穿电压分散性、触发时延及抖动、自放电概率和电极表面烧蚀均小于黄铜电极，更适宜作为三电极场畸变开关的电极材料。
快脉冲直线变压器驱动源 三电极场畸变 气体火花开关 触发时延 电极烧蚀 fast pulse linear transformer driver three-electrode field-distortion gas spark switch trigger delay electrode erosion
基于用于直线变压器型驱动源的多间隙气体开关结构，提出一种环形放电间隙与电晕针并联的气体火花间隙。通过测量间隙耐压过程中电晕放电的伏安特性，研究了气体介质、气压、电晕极性、电晕针长度以及针尖对应电极结构等因素对伏安特性的影响。结果表明：以空气为绝缘气体，负极性电晕可获得较稳定的伏安特性；改变电晕针长度和针尖对应电极结构可方便地实现对电晕放电伏安特性的调节以满足开关要求。
电晕放电 气体开关 伏安特性 直线型变压器驱动源 环形电极 corona discharge gas switch V-I characteristic linear transformer driver annular electrode
介绍了14支路并联的300 kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关，可以并联更多的支路数，减小回路电感，提高储能密度；通过采用非晶磁芯，减小磁芯损耗，提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响，实验结果表明：模块开关电压工作系数达到0.7，多间隙串联开关才能较好同步放电；给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果，在模块充电±90 kV，开关气压0.32 MPa情况下，匹配负载电流峰值可达到302 kA，上升时间约100 ns，负载上获得的峰值功率为23 GW。
直线型变压器驱动源 直接驱动 多间隙串联气体开关 同步放电 高功率 短脉冲 linear transformer driver direct drive multi-gap series gas switch synchronous discharge high power short pulse
建立了快脉冲磁芯损耗特性测试平台，对比研究了50 μm的DG6硅钢和25 μm的2605TCA非晶两种材料磁芯损耗特性；采用一种新的特征参量(磁芯单位面积上激磁电压陡度)来规范磁芯的激磁电压条件，使得实验结果与快放电直线型变压器驱动源实际工作条件下磁芯性能具有可比性；通过测量初级漏电流及次级开路电压，获得了相同激磁条件下两种磁芯等效损耗电阻的大小，50 μm 的DG6硅钢磁芯损耗约为25 μm的2605TCA非晶磁芯损耗的4倍；计算了两种材料磁芯总损耗中涡流损耗所占的比例，50 μm的DG6硅钢磁芯涡流损耗占总损耗的75%，25 μm的2605TCA非晶磁芯涡流损耗占总损耗的28%。
快放电直线型变压器驱动源 磁芯 DG6硅钢 2605TCA非晶 损耗电阻 涡流 激磁电压陡度 fast linear transmission driver magnetic core DG6 Silicon 2605TCA amorphous loss resistance eddy current excitation voltage gradient
