使用六氟化硫 (SF6)及其混合气体做绝缘介质, 并提高工作气压, 增加绝缘强度, 利于实现Marx发生器的小型化、轻量化。为保障 Marx发生器的顺利建立, 一般需要使用触发电源。某些场合下, 去掉触发源, Marx依靠开关自击穿建立, 可提升 Marx发生器的使用便利性, 降低维护难度。搭建了 14级气绝缘 Marx发生器, 当工作气压逐渐升高时, Marx发生器依靠开关自击穿建立变得困难。对 Marx发生器建立过程进行理论分析及开关电极的优化验证实验, 改进了 Marx发生器开关的电极形状及组合形式。实验表明, 改进后的 Marx发生器在高气压下的自击穿建立概率提高了。研制的 Marx发生器工作在 0.25 MPa的六氟化硫下, 结构紧凑, 体积较小, 在 45 .的水负载上获得约7 GW, 脉宽70 ns的电压输出。ZHANG Beizhen, WANG Ganping, SONG Falun, LUO Guangyao, YANG Xiaoliang

基于表面微加工技术，设计并制作了一种微型平面式气体火花开关，其尺寸仅为1.5 cm×0.5 cm，对制作的微型火花开关进行电路测试，得到其输出电流峰值约为3 450 A，上升时间164 ns。结合实验结果,对开关器件进行电路系统仿真并提取参数，得到系统电感为26.5 nH，电阻为0.066 Ω，与传统机械结构的立体式火花开关相比，器件参数得到显著优化。

以Tesla变压器作为脉冲功率源，采用双脉冲法，对4 mm间隙、4 MPa压强的氮气开关绝缘恢复特性进行了实验研究。实验开关电极材料为紫铜，形状为环形。结果表明:在开关放电结束后约0.3 ms内，开关几乎处于导通状态，属于火花通道去电离阶段；而后其绝缘恢复系数以指数曲线上升，直至约3 ms后完全恢复，属于气体温度恢复阶段。Tesla变压器使得高压氮气火花开关的绝缘恢复曲线分段特征更为明显，由于火花通道去电离前其电阻对变压器次级电容呈并联关系，对变压器次级充电有旁路作用。

提出并设计了一种Marx发生器线路,将电路模拟和实验验证结果与传统的Marx线路进行了比较,结果表明,所设计的线路通过保证Marx后级开关上的过电压幅值,来保证开关可靠击穿并减小开关自击穿所需时间,从而减小Marx发生器的抖动和增大工作范围。在此线路基础上,设计了一种用于直线感应加速器脉冲功率系统的Marx发生器,该发生器采用正负双极性直流充电,使用低抖动的场畸变火花隙开关作为脉冲形成开关,最大储能16.87 kJ,最高输出电压450 kV,在一定工作状态下可以达到亚纳秒级的时间抖动。

基于紧凑重复频率Tesla变压器实验平台,运用设计加工的紧凑型内部气流循环式火花隙开关,对吹气提高火花隙开关重复频率运行性能进行系统的实验研究,结果表明:重复频率小于50 Hz时,火花隙开关击穿电压不稳定度(RMS)小于5%,不需要吹气;在给定吹气速度下,火花隙开关重复频率运行存在临界重复频率;火花隙开关重复频率运行存在最佳吹气速度,且最佳吹气速度与重复频率之间满足线性关系,并可由实验确定;在优化吹气速度条件下,当气压处于0.7~1.5 MPa范围时,该火花隙开关击穿电压不稳定度(RMS)小于3%;在2.0 MPa的压强范围内,该吹气式火花隙开关可稳定工作至重复频率300 Hz,击穿电压400 kV。

研制了一种适用于平行板传输连接的平面火花隙三电极开关,开关正负电极为半圆形状,触发电极为细条状.将之替代立体式(半球形电极)火花隙三电极开关并应用于爆炸箔起爆装置中,装置回路参数将得以优化.实验测试了空气间隙为4.12, 3.14和2.2 mm的平面火花隙三电极开关的性能.结果表明,在开关间隙间距一定的情况下,随着电压的升高,开关间隙的放电时延和分散时间呈指数降低,开关电感小于15 nH;对于不同范围内的应用电压,使用不同间隙间距的开关,其分散时间不大于10 ns.该开关应用于较低充电电压(小于10 kV)的脉冲功率装置中,与立体式火花隙三电极开关相比,回路电感降低了约50 nH,放电周期缩短近1/3,峰值电流增加约1/3.

高温气体的冷却对火花隙开关的重复运行具有重要的影响.利用流体方程、热传导方程和理想气体状态方程构建的方程组,对火花隙开关中高温气体冷却的过程进行了数值模拟.分析了气体导热系数、粘性系数、对流及气体压强等要素对气体冷却速度的影响,得到了气体冷却的基本规律:火花隙开关内气体的冷却以传导为主;若不采用其他手段,气体在十几ms内冷却较困难;对流的作用经数十ms后才显著;气体的粘性系数对气体冷却的影响可以忽略.可以通过选用导热系数高的气体,优化电极结构或采用吹气方法提高气体冷却速度的办法.