利用FCM-PTS程序与负载动力学程序耦合模拟研究了聚龙一号装置中主开关导通时刻对Z箍缩实验中负载电流峰值和上升时间的影响。结果表明, 虽然聚龙一号装置上下支路三平板传输线的单向传输时间相差20 ns, 但是当上下支路主开关导通时刻的时间差为22 ns时, 负载电流的峰值最大, 上升时间最短。将上下支路主开关导通时刻的时间差设置为20 ns和22 ns时, 主开关导通时刻10 ns的抖动导致负载电流峰值损失最大值分别为163 kA和136 kA, 上升时间最多分别延长2.4 ns和2.9 ns。

分析了“聚龙一号”装置同步控制时序及Marx发生器、主开关、自击穿水开关工作状态对装置同步性的影响, Marx发生器的同步性影响装置的能量传输效率, 主开关和自击穿水开关的同步性共同决定装置的同步性。实现装置精确同步的关键, 即每台激光器经过左右分光后同时触发2个主开关导通, 12台激光器可以独立调整精确的出光时间, 用下方的主开关比上方的提前20 ns导通的方式来修正传输线长度上的差异, 将自击穿水开关的电极间隙设置为合适的距离来控制其导通时间。实验结果表明, Marx发生器同步性抖动为11 ns, 主开关和自击穿水开关上下分组的平均同步性抖动分别为4 ns和10 ns, “聚龙一号”装置的同步性抖动为6 ns。在同一负载参数下, 磁绝缘传输线和负载电流具有较好的重复性。

采用带有开路磁芯的Tesla变压器与单筒脉冲形成线一体化结构,研制了一台基于Tesla变压器的紧凑GW级纳秒脉冲源,该源包括一个40 Ω脉冲形成线、内置Tesla变压器、初级电路及高压吹气主开关等,具有变比高、结构紧凑、能量传输效率高、便于重复频率运行等特点。给出了脉冲形成线、Tesla变压器和主开关等的工作原理、设计方法和模拟计算。实验结果表明,该脉冲源输出电压大于200 kV,脉冲宽度约8 ns,可以在重复频率100 Hz、平均输出功率1 GW情况下稳定运行,实验结果与理论设计相符。

使用矩形截面磁芯研制了一台磁开关作为脉冲驱动源的主开关，并利用电容器放电法对磁芯不同位置处的磁滞回线进行了测量。结果表明，短边和长边测量得到的磁滞回线均能够适应磁开关需求，不同的励磁位置对磁滞回线形状的影响有限。设计了基于该磁芯的磁开关，使用PSpice软件进行了数值模拟，结果与理论分析相一致。结合卷绕型带状脉冲形成线，对磁开关作为脉冲驱动源主开关进行了实验研究。结果表明研制的磁开关实现了主开关功能，在1.1 Ω的低阻抗负载上获得了峰值电压9 V、上升沿80 ns、脉冲半高宽230 ns的准方波脉冲输出。

为了提高固态脉冲功率驱动源的工作性能，研究了使用磁开关作为主开关的关键参数。分析了磁芯体积、磁芯损耗以及饱和电感等关键参量对磁开关工作性能的影响。结果表明：对于选用的磁开关，当磁性高度为0.05 m时，磁开关的封装系数取得极大值;平均磁路长度大于1 m时，磁芯绕组的饱和电感变化缓慢。利用饱和波理论简要解释了磁芯饱和的物理过程，推导了磁开关输出脉冲上升时间因子表达式，结果表明:磁性材料厚度、电阻率以及磁芯内外层磁路长度差等参数是影响磁开关输出脉冲上升因子的重要因素。

设计了应用于感应电压叠加器中的水介质主开关与峰化开关,主开关的电极结构为“平板-环型”,峰化开关的电极结构为“环型”。研究了开关在300 ns脉冲电压下的自击穿特性,给出了不同工作电压下开关的间隙距离。实验结果表明,主开关与峰化开关的结构合理、击穿特性稳定、相互配合良好,峰化开关可以有效地峰化主脉冲,降低预脉冲的幅值。主开关的实验结果同时验证了Martin经验公式的适用性。

毛细管放电软X光激光方案是实现小型、台式、高效、经济适用的X光激光器的新途径。为获得稳定而较大的激光能量，对激光输出所依赖的众多参数进行优化是实验研究不可或缺的步骤。主开关结构直接决定着主脉冲电流的波形，继而影响激光输出。经过对三种主开关结构进行实验研究，结果表明：改进的并联金属棒支座圆环-小圆盘型主开关的导通电感比较合适，可产生较好的主脉冲电流。主脉冲电流和激光输出的平均值比改进前分别提高了4%和31%，而出光率比最初的金属圆筒支座圆环-大圆盘型主开关提高了60%。改进的主开关在获得稳定而较大输出能量的情况下仍然继承了金属圆筒支座圆环-小圆盘型主开关的高耐压性，同时保持了激光束较小的脉宽。

流过毛细管的电流,将直接影响箍缩过程中等离子体的状态,进而影响软X射线激光的产生。由于主开关的导通电感将影响电流波形,因此提出了使用不同结构的主开关电极来改变毛细管电流波形的方案,以寻找最适合毛细管放电软X射线激光产生的电流波形。实验用三种不同结构的主开关电极,观察了主开关导通电感的改变及其对电流波形的幅值和脉宽的影响。根据导通电感的估算结果,利用脉冲功率理论,计算了电流幅值和脉宽的改变情况,并与实验结果进行了比较。实验观察了电流波形的改变对软X射线激光尖峰信号的影响。实验结果表明,放电间隙为3 cm的圆环-圆盘型主开关最适合软X射线激光的输出。

介绍了12MeV直线感应加速器主开关的一种优化设计.在保持原有主开关的设计风格和接口结构的条件下,通过优化设计局部结构和调整开关电极尺寸,把主开关的结构电感从63.7nH减小到35nH,使得加速腔的高压脉冲前沿从39.6ns减小到27ns,从而有利于提高12MeV直线感应加速器的性能,验证了优化设计的可行性.