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。

基于理论分析和数值模拟，建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器，由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成，通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关，向一对磁体线圈放电，进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时，在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%，满足磁压剪实验要求。

针对半导体断路开关型、数十kHz高频脉冲功率源设计了初级单元。该单元在低频电路的基础上进行了改进和优化，放电主开关采用IGBT串并联组件，解决了同步触发问题，增加了过流保护系统，设计了高频脉冲触发器。研究发现，初级单元的放电电容放电后有残余电压存在，这会降低脉冲功率源的输出稳定性。该初级电路加强了高频率脉冲功率源的稳定性和可靠性，成功应用于数十kHz高频脉冲功率源。从波形上看，初级充电电源工作电压约为1 kV，放电电流约1.5 kA，在10 kHz条件下可以稳定工作。

利用二极管输出电压约1 MV、脉宽约40 ns的重复频率Tesla型脉冲功率驱动源，对大间隙、高气压的重复频率氮气火花开关进行了实验研究。通过将开关等效为RLC电路，利用测量得到的形成线电压与锥形段电压来计算氮气火花开关电阻。电阻的变化情况是放电开始时刻比较大，随着放电通道的形成，电阻迅速变小，最终达到Ω级的阻值。通过计算值与理论公式推算值比较，检验Barannik，Rompe-Weizel，Demenik，Toeple，Vlastos公式适用性，并尝试对Rompe-Weizel公式常数项进行了修正。

为研究丝阵负载对X箍缩的影响，设计了一台紧凑型脉冲功率发生器。介绍了该脉冲功率发生器的设计及初步实验。根据装置的结构特点，研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载内筒，构成回路测量负载电流的探头。结果表明:在对Marx电容器充电60 kV时,输出电流峰值117 kA，脉宽 60 ns，上升沿22 ns，该装置已经成功箍缩出X射线。

利用PPG-Ⅰ脉冲功率装置(500 kV,400 kA,100 ns)驱动X箍缩负载,得到了μm量级的亚纳秒脉冲X射线辐射点源。在阴阳极轴线和回流柱上同时安装X箍缩负载,前者可作为背光照相的X射线点源;后者可作为被拍照的目标X箍缩。获得了X箍缩发展过程不同时刻的时间序列图像,在背光照相的图像中可以清晰观察到X箍缩交叉点处等离子体的外爆、箍缩以及最终的崩溃阶段。将阴阳极轴线上的X箍缩负载用Z箍缩丝阵负载代替,实现了对丝阵负载Z箍缩放电起始阶段的X射线背光照相,观察到了最初的各单丝电爆炸、等离子体膨胀及融合过程,同时观察到了双丝Z箍缩发展过程中的等离子体不稳定性。实验结果有助于深入理解Z箍缩发展的物理过程,同时可为有效的模拟建模分析提供基本的实验数据。

利用基于SOS的固态脉冲功率源进行了Ka波段相对论返波管振荡器(RBWO)的实验研究。该固态脉冲功率源工作电压200～360 kV,工作电流约2.6 kA,脉宽约20 ns,脉冲上升前沿约9 ns。SOS固态脉冲功率源驱动Ka波段BWO的实验结果为:微波频率36～38 GHz,脉宽约10 ns,峰值功率约50 MW,重复频率10 Hz。