作者单位
摘要
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
高能脉冲X射线闪光照相加速器在高性能爆轰流体动力学实验研究中具有重要应用,是牵引高功率脉冲技术发展的重大需求之一。综述了射频直线加速器、电子感应加速器、基于高压脉冲源和高功率二极管的强流脉冲功率加速器3大类、5种闪光照相加速器技术路线的主要特点、代表性装置,对比了几种技术路线的特点,展望了未来发展趋势:一是大力发展共轴多脉冲X射线分幅照相技术;二是采用全固态脉冲功率组件实现加速器紧凑化、小型化和可移动。
射频直线加速器 回旋式电子感应加速器 直线感应加速器 Marx发生器 感应电压叠加器 快脉冲直线变压器 radio frequency linac betatron linear induction accelerator Marx generators induction voltage adder fast linear transformer driver 
强激光与粒子束
2022, 34(9): 094001
作者单位
摘要
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
贾伟 1,2陈志强 1,2郭帆 1,2谢霖燊 1[ ... ]邱爱慈 1,2
作者单位
摘要
1 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
2 西安交通大学 电气绝缘与电力设备国家重点实验室, 西安 710049
为满足不同尺寸效应物抗强电磁脉冲(EMP)性能试验的需求,产生覆盖范围更全面、波形更理想的模拟电磁环境,对基于Marx发生器的一级脉冲陡化EMP模拟器驱动源的基本构成与工作原理进行了介绍。结合实际设计与调试经验,分析了设计该类装置时可能遇到的一些问题以及解决的方案。给出了研制的电压等级在100~600 kV的中小型EMP模拟器驱动源的结构、参数与输出指标。通过紧凑型Marx发生器、低电感平板型薄膜电容器、低电感输出开关等关键部件与连接结构优化、器件参数选取,获得在驱动源接120~180 Ω负载时可输出前沿1.2~2.7 ns、半宽32~41 ns的双指数波。
电磁脉冲 驱动源 Marx发生器 一级陡化 环境模拟 electromagnetic pulse EMP driver Marx generator one-stage pulse sharpening environment simulation 
强激光与粒子束
2018, 30(7): 073203
作者单位
摘要
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
目前MA级快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)模块一般引入2~4路快前沿(约20 ns)高幅值(100 kV)电脉冲触发,百TW级数十MA的FLTD驱动源含有数千个模块,其触发系统非常庞大,并且要求触发脉冲按照精确时序到达各级串联模块,以便实现与次级行波同步的感应电压高效叠加,触发系统成为大型FLTD驱动源的瓶颈之一。在之前提出的一种利用一路外触发脉冲实现数十模块串联FLTD与次级行波同步的感应电压高效叠加触发方式基础上,设计了4级串联共用腔体的MA级FLTD模块组,每级共24支路,其中1个用作触发支路,主放电支路由2只100 nF双端引出电极电容器和1只GW级气体开关组成;建立了16级串联、次级为水线的单路FLTD电路模型,数值仿真研究了支路开关自放电、触发支路开关闭合时序与分散性,以及次级传输线阻抗对驱动源的影响。
快Z箍缩 FLTD驱动源 感应腔 GW级气体开关 同步触发 触发时序 fast Z-pinch fast linear transformer driver cavities GW gas spark switches triggering synchronization inductive voltage adder sequences 
强激光与粒子束
2018, 30(3): 035001
作者单位
摘要
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
作者单位
摘要
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
氩气中一般含有大量亚稳态原子, 在强外电场作用下容易产生自由电子, 能够促进放电通道快速形成。采用场畸变型气体开关, 在直流电压下设计了实验平台来探究气体开关中采用SF6-Ar或N2-Ar混合气体后放电时延及抖动的变化情况。改变多种气体状态进行一系列实验, 并得出场畸变气体火花开关中SF6-Ar及N2-Ar的击穿特性, 根据工程需要对气体种类及混合比例进行最优化设计。实验表明SF6-Ar中Ar质量分数达到20%及以上时, 开关放电时延及抖动明显减小。
气体火花开关 混合气体 放电时延 抖动 氩气 spark gap gas mixtures breakdown delay jitter argon 
强激光与粒子束
2016, 28(12): 125001
张金海 1,2,*邱爱慈 1李沫 1王亮平 1[ ... ]李阳 1
作者单位
摘要
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 清华大学 工程物理系, 北京 100084
基于前沿约100 ns、电流约100 kA的快前沿直线脉冲变压器(FLTD)平台, 开展了单丝电爆炸相关实验研究。围绕FLTD平台搭建了激光探针和可见光分幅相机等离子体图像诊断系统, 采用可见光PIN和XRD分别测量了单丝电爆炸的辐射特性。实验获得了不同时刻对应的W丝(15 μm)和镀膜W丝(15 μm W+2μm 聚胺亚胺)电爆炸的物理图像, 呈现了两种情况下金属丝融蚀过程以及等离子体不稳定性发展的过程。实验结果表明, 镀膜能够增加电流初始阶段的能量馈入, 进而改善金属丝的电爆炸特性。
快前沿直线脉冲变压器 单丝电爆炸 激光探针 镀膜 辐射特性 fast linear transformer driver single wire exploding laser probe coating characteristic of radiation 
强激光与粒子束
2016, 28(9): 095001
作者单位
摘要
西北核技术研究所,强辐射脉冲环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
基于600 kV触发管型SF6气体开关,设计了三种具有典型电场分布的电极结构,计算分析了各个场分布特点,在-600 kV/400 ns脉冲电压下对不同电极结构进行了击穿特性实验,分析了场分布对开关击穿特性的影响.实验结果表明:三种结构中平头形电极触发击穿模式与其欠压比相关,触发抖动较小;球头形电极自击穿电压抖动最小,能够稳定工作于长时间触发击穿模式;锥头形电极击穿模式较不稳定,可能与其两个间隙击穿特性较相近有关.
触发管 气体开关 电极结构 击穿特性 trigatron gas switch electrode structures breakdown characteristics 
强激光与粒子束
2015, 27(6): 065004
作者单位
摘要
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
孙剑锋 1,2,*孙江 1,2邱爱慈 1,2张鹏飞 1,2[ ... ]金亮 2
作者单位
摘要
1 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
2 西北核技术研究所, 西安 710024
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。
预充等离子体杆箍缩二极管 等离子体密度 数值模拟 电子沉积密度轴向分布 侧向焦斑 plasma filled rod pinch diode plasma density numerical simulation axial distribution of electron deposition density axial spot 
强激光与粒子束
2014, 26(11): 115009

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