等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM₀₁模（下称P-TM₀₁模）。P-TM₀₁模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM₀₁模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度n_p、径向厚度Δr_p和径向位置r_p以及外加引导磁场强度B_z和波导半径r_w等参数对P-TM₀₁模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，n_p 和Δr_p的变化对色散特性影响较大，r_p，B_z和r_w的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径r_w的增加，相同纵向波数k_z对应的P-TM₀₁模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM₀₁模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反，外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。（3）主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和k_z相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在k_z相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。

随着全球化石资源的不断消耗，可再生资源的转化利用已成为科研工作者的关注焦点。由生物质经过生物或化学方法转化而获得的生物基低碳醇的催化转化是近些年来研究的热点。为高效率探索多种模型催化反应，该文研制了气态流动鼓泡发生器来替代传统的固定床反应器的进料过程，目的是进行不同的模型催化反应探索实验。通过对比二者的实验结果显示，该设备具有误差小、试验快、操作简单等特点，且其设计所占空间小、便携等优点，适用于多种原位表征技术。通过将气态流动鼓泡发生器与原位漫反射红外光谱联用，使学生深入学习了红外理论知识和仪器设备的工作原理，将学生们学到的催化学科的相关基础知识进行融会贯通。气态流动鼓泡发生器不仅辅助科研实验的探索，还可拓展到实验教学的应用，提升学生的科研创新能力，为科教融合、教研一体提供了新范式。

针对雷电间接效应多重脉冲组电流模拟需求，完成了雷电间接效应多重脉冲组模拟源的设计，采用20个Crowbar电路支路，通过分时放电的方式实现1个脉冲串内多脉冲输出需求，每个支路可以实现最小间隔30 ms的重复频率放电，从而实现3个脉冲串的输出需求。对放电支路的参数进行了详细设计，分析了电容、波尾电路电感、波尾电路电阻参数变化对输出特性的影响。分析了采用并联大电容实现放电电容重复频率快速充电的可行性，完成了装置的初步结构设计并结合装置结构简要分析了电路模拟参数设置的合理性。该装置建成后，可为电子、电气设备等开展测试提供技术支持。

纳秒脉冲电场消融要求在100 Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲，加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器，在每级电路中插入一个电感，并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒，等放电管完全开通后，关断充电管，对负载进行放电，以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制，获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机，实验中通过调节直通时间，在100 Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响，发现直通时间越长，脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出，提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法，提高了系统抗干扰能力的同时，也减少了所使用开关管的数量，降低了脉冲电源的成本。

提出利用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构，将其门极也短接，以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案，只需一个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号，同步驱动所有充电管和放电管，大幅简化了脉冲电源结构和尺寸，降低了成本。以此搭建了24级固态Marx发生器，在10 kΩ阻性负载上，获得了10 kV、1 kHz、5 μs的高压方波脉冲，验证了方案的可行性，该电源主电路的尺寸仅为20 cm（长）×13 cm（宽）×5.5 cm（高）。

钠冷快堆采用钠-钠-水三回路设计，当发生传热管破裂后，引起的大泄漏钠水反应事故将威胁二回路的完整性和安全性，设置的保护系统要能够有效保证二回路的完整性。本文以钠冷快堆二回路和多模块蒸汽发生器保护系统为研究对象，建立了大泄漏钠水反应模型，利用钠水反应实验结果对模型进行了验证。模拟了3根传热管发生双端断裂（3-Double-Ended Guillotine，3-DEG）的大泄漏钠水反应过程，分析了二回路的完整性和保护系统的响应。选取保护系统5种关键参数进行敏感性分析，计算其对二回路最高压力和保护系统的影响，结果表明：较小的液相爆破片爆破压力和爆破片爆破延迟时间、较短的泄放管长度以及液相爆破片放置在下腔室，将更有利于保护系统响应和二回路的完整性。

极紫外(Extreme ultra-violet, EUV)光刻机光源主要采用激光产生等离子体技术, 用高功率激光轰击锡液滴靶产生13.5 nm波长的EUV光。其中, 基于逆压电效应的压电式高温锡液滴喷射元件是获取高重频高温锡液滴靶的关键部件。本项工作突破了耐250 ℃高温微细压电陶瓷管的组成设计和精细制备, 以及高温锡液滴喷射元件的结构设计和封装等关键技术, 成功研制了压电式高温液滴喷射元件。并通过自主搭建高温锡液滴靶光学检测平台, 基于此高温液滴喷射元件实现了重复频率20 kHz, 直径~100 μm的高温锡液滴靶的稳定输出。