采用Marx发生器结合水介质同轴线设计了高压脉冲功率源, 在X射线二极管负载上可产生数 MV高压输出。通过电压波过程分析, 给出了在负载上获得最大电压输出条件下的形成线、传输线的阻抗设计原则。通过集中参数电路模型分析, 给出了一定预脉冲幅值下形成线、传输线电长度及中储设计原则。结合水介质正极性耐压Martin经验公式进行绝缘设计, 二极管采用径向均压绝缘堆结构, 给出了整个装置初步方案设计。基于Pspice的全系统电路模拟表明: 当中储运行电压为2.6 MV时, 对3 Ω形成线充电电压为3.3 MV, 并最终在40 Ω负载上获得4 MV电压输出, 且充电过程中负载脉冲幅值约为形成线充电电压的1.2%, 在现有条件下, 该平台设计指标能够满足实验预期。

为了对即将建成的PTS装置的实验能力进行分析, 对装置的工作模式及波形调节能力进行了分析。装置具有三种工作模式：短脉冲模式、长脉冲模式和波形调节模式。在不同的工作模式下, 装置可以进行不同负载的实验研究。在基本工作模式下, 在15 nH负载上输出前沿90 ns、幅值8~10 MA脉冲电流。通过电路模拟, 对装置在三种工作模式下预计的负载电流输出进行了分析, 短脉冲模式下装置负载电流的上升时间约90 ns, 长脉冲模式时约200 ns, 波形调节模式时可以达到400 ns。模拟结果表明, 通过调节激光触发气体开关的触发方式和脉冲输出开关及装置其他参数, PTS装置可以输出脉冲前沿100~400 ns、波形形状在一定范围可调的强电流脉冲。

研制了一台能同时产生3电子束的高功率强流加速器，该加速器主要由初级储能部分、线绕式脉冲变压器、水介质形成线和三阴极二极管组成，3根阴极分别伸入3个独立的漂移管，对3个电子束之间相互作用的电磁力起屏蔽作用。当该加速器二极管接单个阴极时，产生的电功率超过50 GW；当该加速器二极管同时接3个阴极时，产生3个电子束的电功率分别超过10 GW;当该加速器被用于驱动3个高功率微波管时，能产生L波段1.0 GW,S波段1.0 GW和C波段300 MW的微波输出。

设计了长2.2 m、直径0.40 m、工作电压400 kV、脉宽200 ns的螺旋线型水介质脉冲形成线加速器,并进行了实验研究.为消除输出脉冲的前沿上冲和后沿拖尾现象,分析了脉冲形成线中的连接段与螺旋线阻抗的不匹配对输出波形的影响.用高分子材料加工了内径为10 cm,外径为18 cm的高阻抗环套在螺旋线与主开关之间的连接段上,使这一段的阻抗与螺旋线阻抗接近,并使其电长度减小,消除了前沿上冲,减弱了后沿拖尾,得到了上升沿约18 ns、下降沿约40 ns的近似方波高电压脉冲输出.

在"闪光Ⅱ"上进行了水介质多针自击穿开关实验研究.开关由2个或4个开关间隙、预脉冲屏蔽板及其支撑结构组成.介绍了开关结构及其集中参数等效电路模型,并给出了部分参数计算方法.开关间隙在约60 ns时间内被近似线性地充电至约1 MV,开关的放电电流、输入和输出电压分别用罗果夫斯基线圈和硫酸铜水电阻分压器测试.进行了2个间隙结构和4个间隙结构开关实验,开关的放电电流200～550 kA,平均击穿场强600～900 kV/cm.开关间隙抖动小于4 ns,开关间隙的击穿迟滞时间约为60 ns,2个间隙结构开关的间隙之间的击穿同步性能可以优于3 ns,4个间隙结构开关的间隙之间的击穿同步性能可以优于5 ns.预脉冲被有效地压缩,输出电压的?ぢ龀宸翟嘉淙氲缪乖ぢ龀宸档?0%,从180 kV压缩至约90 kV,作用时间由600 ns压缩至60 ns.

在"闪光-Ⅱ"装置上进行了1 MV同轴型水介质多针自击穿开关实验研究.开关击穿电压1～1.5 MV,开关总电流200～550 kA,电脉冲的脉宽约150 ns,上升前沿约60 ns.每个开关间隙的放电电流和输入输出电压分别用Rogowski线圈和CuSO4水电阻分压器测试.介绍了分压器的设计和标定,分析了产生误差的原因.针对类似测试,提出几点完善措施:测试电流线圈要密封隔水;水电阻分压器的第1级分压的分压比不能过大;调节CuSO4溶液的浓度,使水电阻的阻值满足频率响应的要求;注意分压器的放置方式;分压器和电流线圈的输出电压设计要适中.

介绍了"强光一号"加速器中两种结构的自击穿水开关,建立了简化的开关电路模型,并通过估算和Pspice模拟确定了开关的电路参数,包括电极间杂散电容、火花通道电感和火花电阻.研究表明开关导通过程中的流注电容效应可以忽略,放电通道火花电感与电阻选取流注导通时刻的值,且在主放电电流传递过程中保持不变.根据实验结果,阐述了两种开关击穿的不同特点:对于局部电场增强型的球-板电极结构的主开关,可以采用J. C. Martin稍不均匀场水击穿经验公式估算临界场强;而棒-板电极结构的多针开关,适合用J. C. Martin针-板击穿模型的水击穿经验公式估算临界场强,且并联工作的9个多针开关可以同时形成独立的放电通道.

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.

采用水介质同轴电极实验装置,开展了μs级充电加压水介质击穿实验研究,并对实验结果进行了分析和讨论,结果表明:在水介质正电极击穿类型的实验中,常压下水介质击穿场强与Martin公式吻合.加压水介质击穿场强随静压的增加而增加,其场强增幅与Mirza定性理论场强增幅的相对差别在5%以内.根据实验结果推导出了更为准确的水介质击穿场强随静压变化的关系式.对水介质加压,将压缩电极表面气泡,减少气泡数目,从而可以提高水介质耐高电压击穿能力.

采用水介质同轴实验装置,改变电极表面的光滑程度,在μs级充电时进行水介质击穿实验,并对实验结果进行了分析和解释.结果表明:抛光电极表面可有效提高水介质耐高电压击穿能力;表面粗糙度为0.4～0.8 μm的抛光电极表面的击穿场强比表面粗糙度为1.6～3.2 μm的粗糙抛光电极表面,更符合Martin公式.电极表面光滑程度的改善,使阴极场致发射电流减弱进而击穿延迟时间变长,气泡也更难以附着在光滑的电极表面,从而可以提高水介质耐高电压击穿能力.