基于绝缘微堆技术的直线加速器由于其能够实现较高的粒子加速梯度, 尤其在质子加速及肿瘤治疗领域的优势得到高度关注。目前该种加速器处于研发阶段, 有一系列技术和工程问题有待解决。介绍了课题组在过去的两年里围绕建立一台1 MeV质子注入器原型样机在固态脉冲功率系统、绝缘微堆及质子束源等方面取得的研究进展。实现了耐压梯度接近20 MV/m的环形绝缘微堆样品, 样品内径30 mm, 外径50 mm, 厚度15 mm, 基本达到设计要求；固态脉冲功率系统实现了光导开关多路稳定工作模式, 开关直流偏置耐压达到20 kV, 采用激光二极管触发同步系统在15路同步时实现了低于1 ns的抖动, 输出300 kV的电压脉冲, 输出电压脉冲宽度10 ns；进行了低能质子加速束流动力学的初步分析和模拟工作, 模拟结果表明采用微堆结构可以实现质子束的有效加速和传输。

在不同温度下对交联聚苯乙烯绝缘子进行了表面氟化处理，在脉宽0.5 μs的脉冲电压下对绝缘子的真空沿面闪络性能进行测试。结果表明：在50~60 ℃下对交联聚苯乙烯进行表面氟化能将绝缘子沿面闪络电压提高40%~60%。通过在绝缘子表面层规律地嵌入多个薄膜导电层，制备了新型结构的高梯度绝缘子，新型高梯度绝缘子沿面闪络电压较相同材料的普通绝缘子提高40%~50%，并保持了较好的力学及加工性能。

与普通绝缘子相比，高梯度绝缘子(HGI)的金属层与绝缘介质层交替排列结构可以抑制真空沿面闪络过程，从而提高沿面闪络场强。使用不同绝缘介质材料和金属材料采用不同加工制备工艺制备的HGI样品其沿面闪络场强差别较大。对所制备的绝缘介质层分别为聚酰亚胺、交联聚苯乙烯和尼龙，金属层为不锈钢箔，形状分别为圆柱与圆环型的HGI样品进行了真空沿面耐压测试，并对相同尺寸的纯绝缘介质样品进行了对照实验，得到了不同材料不同制备工艺HGI样品的耐压性能差异。结合样品表面显微照片观察得到的样品表面状况，分析了影响样品沿面闪络场强的因素。

介绍了一种由聚酰亚胺和不锈钢叠加而成的高梯度绝缘子的实验研究工作。该绝缘子样品的直径60 mm，厚度8 mm，在脉冲宽度120 ns(FWHM)的电压脉冲加载下最高获得了接近13 MV/m的绝缘强度。研究了测试方法以及绝缘层厚度与金属层厚度的比例对高梯度绝缘子绝缘强度的影响，并与相同尺寸的普通材料绝缘子的绝缘强度进行了对比。结果表明，高梯度绝缘子的绝缘强度明显高于仅由聚酰亚胺构成的普通绝缘子。

为解决脉冲功率系统中绝缘部件的真空沿面闪络问题，开发了基于二次电子崩理论的层叠式高梯度绝缘材料。利用全金属超高真空分析系统，对高梯度绝缘子的真空出气特性进行检测；利用四极质谱仪，对高梯度绝缘子真空出气的气体成分进行分析。利用阻抗分析仪测试不同结构绝缘材料的高频介电性能。基于纳秒脉冲真空实验平台，对高梯度绝缘子的真空沿面闪络性能进行测试。研究结果表明：高梯度绝缘子具有良好的高频介电性能，其拐点频率高达200 MHz；锻炼后高梯度绝缘子的闪络场强可达190 kV/cm，其闪络性能和高梯度绝缘结构中绝缘层的材料及绝缘层与金属层的比例直接相关。