气体开关作为脉冲功率装置的关键部件，其自击穿概率以及触发放电延时抖动对整个脉冲功率系统具有至关重要的影响。降低开关工作系数有利于提高开关稳定性，但延时抖动会随之增大。针对用于磁驱动实验的10 MA级大电流装置应用需求，设计了一种具有较高场畸变系数、能在较低工作系数条件下稳定工作的三电极气体开关，并开展了该开关的性能研究。模拟与实验结果表明：在触发电压与充电电压相当的条件下，开关的场畸变系数接近4，开关工作系数高于60%时，开关具有较低的延时抖动，抖动均方根小于3 ns。结合该开关设计了一个两级Marx储能模块，充电电压±50 kV条件下短路放电，模块回路放电电流峰值达到150 kA、周期2 μs。上千次放电实验后，开关电极表面未发生明显烧蚀，工作正常。工作系数68.5%时，共计4 000发实验中未出现自放电现象，自击穿概率低于2.5×10⁻⁴。上述结果表明该开关可满足300～400只开关同时工作的大电流装置需求。

基于50级模块串联的LTD单路样机，开展了开关自放电故障耦合影响实验，获得了开路和短路负载下、不同位置LTD模块内单只开关自放电对其余LTD模块的电压耦合影响规律。结果表明，两种负载条件下，LTD模块内单只开关自放电时在其余模块内耦合的电压幅度均较低，且LTD距离越远电压幅度越低。在±83 kV的单只开关自放电电压下其相邻模块内耦合的最大电压幅度约2.43 kV（对应电压波动约3%）。

为实现激光二极管对气体开关的触发，采用从主回路开关两侧取电的基于光导开关一体化激光二极管触发气体开关结构，并对基于光导开关一体化激光二极管触发三电极气体开关进行了初步实验，实现了激光二极管输出能量83 µJ条件下40 kV/8 kA三电极气体开关的可靠触发，证明了技术可行性。但实验中的实测光导开关的工作寿命仅约数百次。

研究了一种自触发紫外预电离开关击穿时延抖动特性的影响因素，结果表明：触发间隙电容放电阶段起预电离作用时，预电离注入时刻开关电场是开关时延抖动的决定性因素，提高工作系数和采用逸出功更低的电极材料对降低开关在脉冲峰值附近击穿时的时延抖动效果有限。提出的改进方法为：减小开关均压电阻阻值，显著延长触发间隙的有效燃弧时间，消除预电离注入时间及抖动的影响。采用改进方法时可以使开关在工作电压300～800 kV、前沿100 ns、180 ns的脉冲峰值附近击穿时的时延抖动分别小于1.3 ns、2.8 ns。

为了提高多间隙气体开关壳体的寿命、绝缘可靠性和装配的一致性，基于堆栈式多间隙气体开关开展了陶瓷封装多间隙气体开关工艺及击穿特性的研究。对比分析了不同封接工艺对陶瓷金属界面场分布的影响，优选了合理的封接结构。研制了用于FLTD的陶瓷封装多间隙气体开关并对其自击穿特性和触发特性开展了测试，结果表明：开关充干燥空气气压0.3 MPa、耐压±100 kV、峰值电流约30 kA条件下，5 000次放电的触发平均时延36.4 ns，抖动2.8 ns。该结果展示了陶瓷封装气体开关在产品化和免维护方面的优势，在FLTD模块中具有广阔应用前景。

针对设计的一种场畸变气体开关，研究中间电极材料分别为不锈钢和黄铜条件下的烧蚀特性，结合开关寿命期间静态与触发特性的变化规律，获得决定开关寿命的关键因素，为三电极场畸变气体开关的性能优化提供理论支撑。研究结果表明，采用不锈钢和黄铜作为中间电极的烧蚀区域以及表面粗糙度均随着放电次数增加而增大，黄铜电极烧蚀较为严重且表面有明显的烧蚀圆斑，不锈钢电极则具有更高的表面粗糙度，阴阳极表面烧蚀存在明显差异，随着放电次数的增加，击穿点向电极边缘区域集中，影响开关的沿面绝缘特性，是导致开关寿命终结的主要原因。

快脉冲直线变压器型驱动源（FLTD）是近年来快速发展的新型脉冲功率源技术，多采用多间隙气体开关作为开关器件。电晕均压措施有利于提升开关击穿性能，但不同气体中电晕放电有显著区别。本文首先研究了空气中针电极对单间隙电晕放电特性的影响，确定了电晕针电极的尺寸，之后研究了N₂，CO₂，SF₆/N₂混合气体、C₄F₇N/N₂混合气体中的电晕放电特性，研究了电晕均压6间隙气体开关击穿电压及其稳定性随气体种类和气压的变化规律。实验结果表明，N₂中电晕电流较大且不稳定，空气中电晕电流比N₂中低，且电晕放电较为稳定，微量强电负性气体加入会极大降低电晕放电电流。当采用空气和N₂作绝缘介质时，气体开关击穿电压随气压升高线性增加，但存在低值击穿，微量强电负性气体混合N₂可显著提升击穿电压的稳定性。1%SF₆/99%N₂混合气体在0.18 MPa时，击穿电压约为197.33 kV，标准偏差占击穿电压比例为1.50%，1% C₄F₇N /99%N₂混合气体在0.15 MPa时，击穿电压约为190.42 kV，标准偏差为0.55%。这表明，微量环保替代气体C₄F₇N与N₂的混合气体对于提升多间隙气体开关击穿电压稳定性有显著作用。

利用石墨烯二维材料极好的场发射能力和发射稳定性，提出了石墨烯阴极提高气体开关击穿稳定性的技术路线。采用化学气相沉积法和基底腐蚀转移法两种方法制备金属基底石墨烯薄膜阴极。利用扫描电子显微镜和拉曼光谱表征了石墨烯薄膜阴极质量，确认了石墨烯层数和均匀性。实验研究了两种石墨烯薄膜阴极气体开关，在微秒脉冲均匀电场作用下的击穿特性，获得了击穿电压幅值和分散性的变化规律。结果表明：当气体为0.6 MPa N₂、电极间距为5 mm时，铜基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压为85.9 kV，相对标准差为3.2%；不锈钢基底石墨烯薄膜阴极平均击穿电压仅为59.8 kV，相对标准差为2.4%。当两种阴极击穿电压均为80 kV时，相对标准差比较，不锈钢基底仅为铜基底的44%。分析认为，不锈钢基底石墨烯薄膜质量优于铜基底，石墨烯薄膜导致阴极表面微观场增强因子更高，表面分布更均匀，在电场作用下场致发射产生均匀稳定的大量初始电子流，降低了气体开关击穿电压，有效提高了击穿稳定性。

利用内嵌微孔火花放电产生喷射等离子体、作用于两电极开关，研究了间隙距离、气压、气体种类、开关工作系数和电压极性配合等因素对等离子体喷射控制开关导通特性的影响。实验结果表明，等离子体喷射触发开关可在工作系数为10%的条件下可靠快速导通，当开关采用0.5 MPa_N₂作为绝缘介质、间隙距离5 mm时，触发导通时延为11.7 μs，抖动为1.42 μs；当间隙距离增大到18 mm时，触发导通时延增大至19.7 μs，触发可靠性降低；当工作系数由10%增大到60%时，触发导通时延由11.7 μs降低至1.1 μs。在确保开关自击穿电压一致的前提下，短间隙、高气压、负触发脉冲电压、正工作电压更有利于减小开关触发导通时延。