强激光与粒子束
2024, 36(1): 013012
强激光与粒子束
2021, 33(5): 055004
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, People's Republic of China
2 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, People's Republic of China
This paper provides a review of the compact intense electron-beam accelerators (IEBAs) based on liquid pulse forming lines (PFLs) that have been developed at the National University of Defense Technology (NUDT) in China. The history and roadmap of the compact IEBAs used to drive high-power microwave (HPM) devices at NUDT are reviewed. The properties of both de-ionized water and glycerin as energy storage media are presented. Research into the breakdown properties of liquid dielectrics and the desire to maximize energy storage have resulted in the invention of several coaxial PFLs with different electromagnetic structures, which are detailed in this paper. These high energy density liquid PFLs have been used to increase the performance of IEBA subsystems, based on which the SPARK (Single Pulse Accelerator with spark gaps) and HEART (High Energy-density Accelerator with Repetitive Transformer) series of IEBAs were constructed. This paper also discusses how these compact IEBAs have been used to drive typical HPM devices and concludes by summarizing the associated achievements and the conclusions that can be drawn from the results.
High-power microwave (HPM) Intense electron-beam accelerator (IEBA) Pulsed power technology (PPT) Pulse forming line (PFL) Fluid of high energy density De-ionized water Glycerin Matter and Radiation at Extremes
2018, 3(6): 278
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
详细介绍了基于形成线并联和传输线延时两种不同技术路线的MHz重复率猝发多脉冲加速组元的工作原理、应用背景和技术特点，针对现有传输线延时双脉冲加速组元的主要问题提出了一种新的猝发高压双脉冲加速组元设计思路并进行了实验验证，使双脉冲加速组元在兼顾更高稳定性和更好波形品质的同时，解决了双脉冲电压独立调节、间隔调节及单双脉冲模式转换的问题。
猝发高压多脉冲 感应加速组元 传输线延时 硅堆隔离网络 multiple pulses accelerating module PFL parallel connection PTL time-delay 强激光与粒子束
2018, 30(5): 055102
国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南,长沙,410073
分析了螺旋线脉冲形成线脉宽加宽的原理,利用程序对Blumlein型螺旋脉冲形成线进行了模拟研究,模拟结果与理论分析得到的脉宽表达式吻合较好,并可以给出螺旋线中筒的电场和磁场分布.加工了一套Blumlein型螺旋脉冲形成线,并开展实验研究,解决了绝缘支撑耐压问题,得到充电电压550 kV,二极管电压500 kV,电流28 kA,半高宽128 ns的脉冲输出.
水介质 螺旋线 Blumlein型脉冲形成线 脉宽 Water-dielectric Spiral line Blumlein type of PFL Pulse width
中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900
介绍了单传输线型高压脉冲形成线的基本原理,将三套单线通过高性能开关串联即可形成所需的三脉冲.实验中,采用一台300 kV Marx发生器作为三套单线系统的高压源,形成线与传输线均为同轴电缆,开关为同轴场畸变型开关,负载为硫酸铜水电阻.得到的三脉冲前沿约20 ns,间隔约为300 ns,脉宽约120 ns.由于Marx发生器输出信号的触发时刻不同,导致脉冲幅度有较大的差异,对此提出改善实验结果的设想:加大Marx对形成线的充电电感以减小三脉冲基线的偏移;设计并试验新的V/N型开关,提高开关的加工精度;各脉冲形成线配有各自独立的Marx充电系统以使各脉冲单独可调.
直线感应加速器 脉冲功率 三脉冲 脉冲形成线 Linear induction accelerator Pulse power 3-pulse PFL
国防科学技术大学,理学院,湖南,长沙,410073
利用简单的理论和电路模拟的方法,分析了爆磁压缩发生器或电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程中的预脉冲现象.研究表明由变压器副边电感和脉冲形成线电容构成的回路充电频率和接地电感的大小是影响预脉冲电压幅值的主要因素.由于接地电感的引入带来的高频寄生振荡不会引起预脉冲幅值的变化.在通过变压器对脉冲形成线充电的方案中,由于回路充电频率低,预脉冲电压幅值很小,只有kV量级.在电容器通过变压器为脉冲形成线充电的脉冲功率调制器中,将预脉冲开关去掉进行了实验,并与有预脉冲开关的情况进行了对比,结果发现无预脉冲开关的情况下,不影响二极管的正常工作和产生电子束的质量.
预脉冲 脉冲形成线充电 电路模拟 爆磁压缩发生器 Pre-pulse Charging of PFL Electro-circuit simulation MFCG
国防科学技术大学,理学院,湖南,长沙,410073
将爆磁压缩发生器等效为电流源,利用电路模拟程序对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电过程进行了分析,结果发现这种分析方法可以准确地模拟爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线的充电过程,与实验结果吻合较好.利用这种模拟方法和实验验证的结果,得出了一些重要的结论,增加变压器的耦合互感特别是变压器的副边电感和爆磁压缩发生器负载电流斜率可以明显提高充电电压的幅值,调制器的水介质电阻率对于充电幅值有一定的影响,这些结论对脉冲变压器和爆磁压缩发生器的设计具有一定的指导意义.
爆磁压缩发生器 电流源 电路模拟程序 脉冲形成线充电 MFCG Current source Electro-circuit simulating code PFL charging
将爆磁压缩等效为电流源的方法,对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了理论分析,得出爆磁压缩发生器在负载上产生电流波形(简称负载电流)为直线情况和任意电流波形情况下充电电流和充电电压的表达式.分析表明变压器耦合互感与负载电流随时间变化增长率是脉冲形成线充电的两个重要参数,脉冲形成线第一个充电电压峰值与变压器的耦合互感和负载电流波形斜率成正比,负载电流波形斜率的变化可以改变充电电压峰值的时间,斜率不断增加可以延长第一个充电电压峰值时间,从而可能增加充电电压的幅值,提高爆磁压缩发生器能量的利用效率.
爆磁压缩发生器 电流源 脉冲变压器 脉冲形成线充电 Magnetic flux compression generator Current Source Pulse Transformer Charging of PFL
