利用Geant4程序建立外源注入式、低气压气体开关物理模型, 通过模拟计算电子增益与极板间电场强度、电子增益与极板间隙距离的函数关系验证了模型的正确性。计算了气体种类、气体压强对电子增益的影响, 分析得到形成自持放电所需最小入射电子数, 计算结果表明：在相同的气压及电场条件下, 氮气的电子增益远大于氦气, 这与氦气的高电离能性质相吻合; 随气压增大, 电子增益呈非线性增长; 为实现自持放电, 外源注入电子数面密度为1×105~2×105 /cm2。

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。

电晕针均压的多间隙气体开关，其各间隙电晕电流一致性会直接影响开关的耐压稳定性。在工作气压0.1，0.2，0.3，0.4 MPa条件下，实验测量了六间隙气体开关在不同电压下的各间隙电晕电流。结果显示，针-板间隙电晕电流明显高于针-杆间隙电晕电流。对针-板间隙进行结构调整并进行三维静电场仿真。对调整结构后的针-板间隙进行电晕电流测试，测试数据的变化趋势与仿真结果相符。基于实验和仿真结果，优化了针-板间隙中电晕针的高度，充电25 kV时，开关各间隙电晕电流的相对标准偏差最大为8%。